Thực tập vô tuyến đại cương - Bài 11 pptx

Hình 11.1 biểu diễn sơ đồ khối của một bộ nguồn một chiều hoàn chỉnh với chức năng của các khối như sau: - Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá tr

Mục đích: Nắm vững nguyên lí hoạt động, tác dụng của các phần tử trong các

mạch ổn áp Hiểu rõ các mạch bảo vệ khi lối ra của các bộ ổn áp bị quá tải Khảo sát các mạch ổn áp được xây dựng trên các sơ đồ khác nhau

Phần lý thuyết

Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch và thiết bị điện tử hoạt động Năng lượng một chiều của nó thông thường

được lấy từ nguồn xoay chiều của lưới điện thông qua một quá trình biến đổi

được thực hiện trong nguồn một chiều

Hình 11.1 biểu diễn sơ đồ khối của một bộ nguồn một chiều hoàn chỉnh với chức năng của các khối như sau:

- Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2

có giá trị thích hợp với yêu cầu

- Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành điện

áp một chiều có dạng đập mạch U1

- Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U1 thành điện

áp một chiều U01 ít biến đổi hơn

- Bộ ổn áp một chiều có nhiệm vụ ổn định điện áp ở đầu ra U02 khi U01

thay đổi, hoặc trở tải của nó thay đổi

Biến

áp

Mạch chỉnh lưu

Bộ lọc

Bộ ổn áp

1 chiều

o

~ 2

o

~

1

U

I t 02

U

Hình 11.1: Sơ đồ khối của nguồn một chiều

1 Những thông số cơ bản của bộ ổn áp

Để đánh giá chất lượng của bộ ổn áp người ta đưa ra các thông số cơ bản sau:

Bài 11

sơ đồ ổn thế

- Hệ số ổn áp: Xác định bằng tỉ số lượng biến thiên tương đối của điện áp

đầu vào và điện áp đầu ra khi giữ tải ở một giá trị không đổi

Kô.đ

const R

U dU

U dU

t ra ra

vào vào

=

=

- Điện trở ra đặc trưng cho sự biến thiên của điện áp ra khi dòng tải thay

đổi

t

ra ra

dI

dU

const

- Hiệu suất: Đo bằng công suất ra tải và công suất danh định đầu vào

V V

t ra

I U

I U

= η

- Độ trôi (độ không ổn định) của điện áp ra theo thời gian và sự thay đổi nhiệt độ của môi trường

2 Nguyên lý hoạt động của các bộ ổn áp

Các dạng bộ ổn áp một chiều trên thực tế chia thành 3 loại chính: ổn áp kiểu tham số, ổn áp kiểu bù tuyến tính, ổn áp kiểu bù xung

ở đây chỉ xét hai loại đầu, còn ổn áp kiểu bù xung, sinh viên có thể tìm hiểu trong các tài liệu kỹ thuật mạch điện tử

2.1 ổn áp kiểu tham số

ổn áp kiểu tham số dùng diode zener được trình bày trên hình 11.2

+ o

- o

UV

o +

o

-Ur

Z R

Hình 11.2: Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp dùng diode zener

Theo sơ đồ Ur = Uz ; Uz là điện áp ổn áp của diode zener

Hệ số ổn áp:

Kô.đ

V z r

ra ra

vào vào

U r

U R U

dU

U dU

=

=

ở đây r là điện trở động của diode zener: z

U

r z

∆

∆

Mạch ổn áp loại này chỉ được dùng khi yêu cầu công suất ra nhỏ vì hiệu suất của nó thấp (η≈50%), công suất tổn hao trong R và r lớn z

2.2 ổn áp loại bù dùng bộ khuếch đại có điều khiển

Để nâng cao chất lượng ổn định điện áp ở lối ra người ta dùng bộ ổn áp kiểu bù (còn gọi là ổn áp so sánh hay ổn áp có hồi tiếp)

Tuỳ theo phương pháp cấu trúc, bộ ổn áp có hồi tiếp có hai dạng cơ bản là:

ổn áp song song và ổn áp nối tiếp

Sơ đồ khối của bộ ổn áp song song được trình bày ở hình 11.3, bộ ổn áp nối tiếp hình 11 4

- o

U1

+ o

Z

Ech

o

+

o

ư

U2

Rt

It

Ic

Hình 11.3: Sơ đồ khối bộ ổn áp song song

- o

U1

+ o

Ic C

Uđc

K

Ech

o

+

o

ư

U2

Rt

It

Hình 11.4: Sơ đồ khối bộ ổn áp nối tiếp

ở đây : C - Phần tử điều khiển

K- Phần tử khuếch đại so sánh

Ech - Nguồn điện áp chuẩn

Đối với bộ ổn áp song song phần tử điều chỉnh mắc song song với tải, để

điều tiết dòng điện trong giới hạn cần thiết qua đó điều chỉnh điện áp trên điện trở Rđ theo xu hướng bù lại điện áp lối ra: U2 = U1 - URđ, do đó điện áp ra tải giữ không đổi Bộ tạo điện áp chuẩn đưa ra Ech vào so sánh với điện áp ra U2 ở bộ khuếch đại so sánh và độ sai lệch giữa chúng được bộ khuếch đại so sánh khuếch

đại Điện áp ra của K sẽ khống chế phần tử điều chỉnh C Sự biến đổi dòng điện tải từ 0 ữ Itải max sẽ gây lên sự biến đổi tương ứng dòng điện qua phần tử điều chỉnh từ Ic max ữ 0

Bộ ổn áp nối tiếp ở hình 11.4 có phần tử điều chỉnh mắc nối tiếp với tải, dòng điện qua tải gần bằng dòng điện qua C Nguyên lý hoạt động của bộ ổn áp dựa trên sự biến đổi điện trở trong của phần tử điều chỉnh C theo mức độ sai lệch của điện áp ra (sau khi đã được so sánh và khuếch đại) Ví dụ do nguyên nhân nào đó làm cho U2 biến đổi, qua mạch so sánh và mạch khuếch đại K, tín hiệu sai lệch sẽ tác động vào phần tử điều chỉnh C làm cho điện trở của nó biến đổi theo chiều hướng Uđc bù lại sự biến đổi của U1

Ta có: U2 = U1 - Uđc, do có sự biến đổi cùng chiều giữa U1 và Uđc nên U2

ổn định hơn

Trong hai sơ đồ trên, phần tử điều chỉnh gây ra tổn hao chủ yếu về năng lượng trong bộ ổn áp và làm cho hiệu suất của bộ ổn áp không vượt quá 60%

Trong sơ đồ ổn áp song song, công suất tổn hao chủ yếu xác định bằng công suất tổn hao trên Rđ và phần tử điều chỉnh C:

c t

c

c t

th U U I U I

Trong sơ đồ ổn áp nối tiếp, công suất tổn hao chỉ do phần tử điều chỉnh quyết định

t

th U U I

Vậy sơ đồ ổn áp nối tiếp có tổn hao ít hơn sơ đồ ổn áp song song một lượng UtIđ, nên hiệu suất cao hơn và nó được dùng phổ biến hơn

Hình 11.5 đưa ra sơ đồ nguyên lý các bộ ổn áp nối tiếp đã trình bày ở trên

Ưu điểm của sơ đồ ổn áp song song là không gây nên nguy hiểm khi quá tải vì đoản mạch ở đầu ra Sơ đồ ổn áp nối tiếp yêu cầu phải có thiết bị bảo vệ vì khi quá tải dòng qua phần tử điều chỉnh và qua bộ chỉnh lưu sẽ làm hỏng các

phần tử này và biến áp nguồn

Giả thiết U1 giảm, tức thời U2 giảm, gây nên sự giảm của Uht Điện áp so sánh U1 =U ht ưE ch =U BE1 của T1 giảm, dẫn đến dòng IC của T1 giảm, điện áp ở collector T1 tăng Điện áp UBE của T2 tăng làm cho dòng IE của T2 tăng, Uđ.c giảm

+ o

- o

R4

R2

R3

Rt

C1

T2

T1

C2

C3

D

+

-+

-Êch

Uđ.c

•

•

•

•

Hình 11.5: Sơ đồ nguyên lý bộ ổn áp nối tiếp

Ta có: U2 = U1 - Uđ.c

Nếu số gia của U1 và Uđ.c bằng nhau thì U2 = const

Nếu dòng tải tăng dẫn đến điện áp U2 giảm tức thời thì mạch hoạt động tương tự như trên sẽ giữ ổn định U2 Tụ C1 và C3 để lọc thêm và khử dao động kí sinh, C2 để nâng cao chất lượng ổn định các thành phần biến đổi ở lối ra Biến trở

R2 để thay đổi mức điện áp ra

Đối với nguồn ổn áp có cực tính âm ta sẽ thay đổi các transistor nư pưn

trong sơ đồ trên bằng các transistor pưnưp, đổi chiều diode ổn áp và các tụ hoá Hệ số ổn định của mạch trên có thể đạt tới vài trăm, điện trở ra cỡ

Ω

100

1

Ω

10

Để nâng cao chất lượng ổn định có thể dùng những biện pháp sau đây:

- Tăng hệ số khuếch đại thay T2 bằng transistor mắc tổ hợp (Darlington) để

có hệ số khuếch đại dòng β cỡ 103ữ104

- Thay tầng khuếch đại dùng T1 bằng cách dùng sơ đồ khuếch đại vi sai có

bù nhiệt

3 Sơ đồ ổn áp có mạch chống quá tải (Xem hình 11.6)

Đối với các bộ ổn áp nối tiếp, để tránh hư hỏng phần tử điều chỉnh, mạch chỉnh lưu và biến áp nguồn, người ta mắc thêm mạch chống quá tải

Khi trở tải giảm xuống dòng It tăng lên, làm cho điện áp trên R5 là

URS ≈ It.R5 cũng tăng lên Khi It tăng đến một giá trị nhất định, điện áp sụt trên R5

cỡ 0,6V làm cho T3 mở, điện trở của T3 giảm xuống, làm cho dòng của base của

T2 cũng giảm xuống, dẫn đến dòng emitter của T2 gần bằng It cũng giảm đi Do

đó bảo vệ được phần tử điều chỉnh T2' khi lối ra của bộ ổn áp bị đoản mạch

Sơ đồ được trình bày trên hình 11.6

R1

R2

R3

Rt

T2’

T1

C

U2

D

R4

+ o

- o

RC

T2

T3

o

o

+

U1

•

•

Hình 11.6: Sơ đồ nguyên lý bộ ổn áp nối tiếp có mạch chống quá tải

4 Cấu trúc điển hình bên trong của IC ổn áp (Xem hình 11.7)

- Với loại cấu trúc 3 chân ra (không có chân số 4) các điện trở hồi tiếp R , 1'

R2 được chế tạo ngay bên trong vỏ IC (àA-7800) Còn với loại cấu trúc 4 chân, cực base của T2 được để ngỏ để đưa ra đấu R1', R2 từ ngoài, khi đó có thể chọn (hoặc điều chỉnh) mức điện áp ra lấy tại chân 2:

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +

1

2

1

R

R U

- Để chống hiện tượng quá tải (ngắn mạch tải hay tăng quá mức điện áp vào) người ta đưa vào các khâu mạch bảo vệ quá áp (dùng R5, DZ2) và bảo vệ quá dòng (dùng R3, R4) kết hợp với transistor T3

Dòng cực base của transistor điều chỉnh Darlingtơn (T , T4' 4) được duy trì không vượt quá giới hạn IB max (cỡ vài mA) nhờ tác dụng phân dòng của T3 lúc quá áp hay quá dòng Từ đó dòng điện lối ra: I ra ≤I ramax =β'βA I Bmax

- Bình thường T3 ở trạng thái khoá nhờ việc chọn R3R4 thích hợp Khi sụt

áp trên R3 tăng lên do quá dòng đạt tới giá trị U R3 ≥0,6V, T3 chuyển sang mở, ngăn ngừa sự gia tăng tiếp tục của dòng I B' 4 Từ đó mức hạn chế dòng ra xác

định bởi:

3 max

6 , 0

R

V

R5

T3

Ura

R4

o

T2

R1

T1

I1

Uch DZ1

R6

R3

DZ2

1

I2

R2

R1’

o

T4

T4’

Uvào

3

•

2

•

•

•

Hình 11.7: Sơ đồ cấu trúc điển hình IC ổn áp

(Chú ý rằng mức điện áp dòng này chỉ thích hợp khi U ' ra nhỏ, còn khi Ura lớn nó

sẽ giảm đi do ảnh hưởng của R4 R5)

- Công suất nhiệt tiêu tán cực đại trên T4', T4 xác định từ hệ thức:

max vao ra

ra

Vì những nguyên nhân không mong muốn, mạch ra bị chập (Ura ≈ 0) Ira ↑ hay điện áp lối vào tăng quá cao đầu dẫn tới khả năng bị quá nhiệt gây hư hỏng cho T4' T4 Mạch dùng DZ2 và R5 có tác dụng bảo vệ T4 khỏi các nguyên nhân này

Nếu Uvào - Ura < UZ (UZ là giá trị điện áp đánh thủng zener của DZ2), sẽ không có dòng qua R5 và chỉ mạch hạn chế R3R4T3 hoạt động lúc quá dòng

Nếu Uvào - Ura > UZ nhánh DZ2, R5 dẫn dòng, qua phân áp R4 R5 đặt một

điện áp dương lên T3 làm nó mở ngay cả khi dòng trên R3 chưa đạt tới giá trị

Ira max (và nhờ đó làm giảm dòng ra kể cả khi điều kiện Ira ≥ Ira max không thoả mãn)

Phần thực nghiệm

A Thiết bị sử dụng:

1 Thiết bị chính cho thực tập điện tử tương tự (Khối đế nguồn)

2 Panel thí nghiệm AE - 111N cho bài thực tập về ổn thế (Gắn lên thiết bị

chính - khối đế nguồn)

3 Dao động ký 2 chùm tia

4 Dây nối cắm 2 đầu

B Cấp nguồn và nối dây

Khối thí nghiệm AE - 111N chứa 6 mảng sơ đồ A11-1 A11- 6, với các chốt cắm nguồn riêng Khi sử dụng mảng nào thì cắm dây nguồn cho mảng đó

Đất (GND) của các mảng sơ đồ đất được nối sẵn với nhau Do đó chỉ cần nối đất chung cho toàn khối AE 111N

1 Bộ nguồn chuẩn DC POWER SUPPLY của thiết bị chính, cung cấp các

thế chuẩn ±5V , ±12V cố định

2 Bộ nguồn điều chỉnh DC ADJUST POWER SUPPLY của thiết bị chính,

cung cấp các giá trị điện thế một chiều 0 +15V và 0 ư15V Khi vặn các biến trở chỉnh nguồn, cho phép định giá trị điện thế cần thiết Sử dụng đồng hồ đo thế

DC trên thiết bị chính để xác định điện thế đặt

3 Khi thực tập, cần nối dây từ các chốt cấp nguồn của thiết bị chính tới

cấp trực tiếp cho mảng sơ đồ cần khảo sát

Chú ý : cắm đùng phân cực của nguồn và đồng hồ đo

C Các bài thực tập

Trong các bài thực tập có sử dụng nguồn chuẩn của thiết bị chính và bộ chỉnh lưu lọc nguồn trên khối thiết bị chính để so sánh đặc trưng ổn áp

1 sơ đồ ổn thế zener

Nhiệm vụ:

Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động và đặc trưng của bộ ổn thế đơn giản dùng zener

Các bước thực hiện:

1.1 Cấp nguồn điều chỉnh từ 0 +15V của thiết bị chính cho mảng sơ

đồ A11- 1 qua chốt IN/+V

1.2 Mắc các đồng hồ đo:

- Đồng hồ đo thế vào: Nối chốt +V/ IN của mạch hình 11- 1 với đồng hồ

đo thế hiện số DIGITAL VOLTMETER của thiết bị chính Khoảng đo đặt ở 20V

- Đồng hồ đo thế ra: Sử dụng bộ đo hiện số DIGITAL V-A METER của thiết bị chính Đặt các công tắc của bộ đo hiện số ở chế độ đo thế (V) và khoảng

đo đặt ở 20V Nối bộ đo hiện số với chốt A hoặc chốt OUT/ C của mạch hình 11-1 theo yêu cầu đo

Chú ý cắm đúng phân cực nguồn và đồng hồ đo

1.3 Khảo sát mạch ổn áp với nguồn chuẩn:

1.3.1 Vặn biến trở của mạch điều chỉnh của thiết bị chính để tăng thế +V

theo các giá trị ghi trong bảng A11-1 Đo các giá trị điện thế tương ứng trên zener cho các trường hợp có nối và không nối trở tải J1, J2

Trên cơ sở kết quả vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc thế ra (trục y) rheo thé

vào (trục x) Xác định khoảng thế vào làm việc tốt cho sơ đồ A11-1 Xác định khả

năng tải cho sơ đồ

ZENER VOLT.REGULATOR: bộ ổn áp dùng diode zener

Bảng A11-1

Thế trên Zener (điểm A)

Khi không tải (các J ngắt)

Thế lối ra (điểm C)

Khi không tải (các J ngắt)

Thế trên Zener (điểm A)

Khi có tải (các J1 nối)

Thế lối ra (điểm C)

Khi có tải (các J1 nối)

Thế trên Zener (điểm A)

Khi có tải (các J2 nối)

Thế lối ra (điểm C)

Khi có tải (các J2 nối)

1.3.2 Đặt kênh 1 của dao động ký ở chế độ AC, thang đo thế lối vào ở

cm

V

m

phần trên và phần dưới của màn dao động ký

Nối kênh 1 dao động ký với lối ra C

1.3.3 Đặt nguồn +V của thiết bị chính ở +12V, nối J1, đo biên độ mấp mô

của tín hiệu ra Ur (+ V/ATS-11N) Ghi kết quả vào bảng A11- 2

1.4 Khảo sát mạch ổn áp với bộ chỉnh lưu:

1.4.1 Nối nguồn AC (0ữ~9V) từ AC SOURCE của thiết bị chính với lối vào AC IN sơ đồ chỉnh lưu cầu A11- 6, để hình thành thế +V, sử dụng cho các dơ

đồ thế

1.4.2 Cấp thế +V từ bộ chỉnh lưu A11- 6 cho mảng sơ đồ A11- 1, thay

cho thế lấy từ thiết bị chính

1.4.3 Đo biên độ mấp mô tín hiệu ra của sơ đồ A11- 1 khi không tải và có

tải Ur (A11- 6) Ghi kết quả vào bảng A11- 2

Bảng A11- 2

Ur (+ V/A TS-11N)

Ur (A11- 6)

So sánh kết quả độ mấp mô khi dùng nguồn +V ổn định của khối thiết bị chính và nguồn từ bộ chỉnh lưu A11- 6

2 bộ ổn thế công suất đơn giản

Nhiệm vụ:

Tìm hiểu nguyên tắc làm việc và đặc trưng của bộ ổn thế công suất đơn giản dùng zener và sơ đồ Darlington

Các bước thực hiện:

2.1 Cấp nguồn điều chỉnh từ 0 +15V của thiết bị chính cho mảng sơ

đồ A11- 2 qua chốt IN/ +V

2.2 Mắc các đồng hồ đo:

- Đồng hồ đo thế vào: Nối chốt +V/ IN của mạch hình 11-2 với đồng hồ đo thế hiện số DIGITAL VOLTMETER của thiết bị chính Khoảng đo đặt ở 20V

- Đồng hồ đo thế ra: Nối bộ đo hiện số DIGITAL V-A METER của thiết

bị chính với chốt OUT của mạch A11-2 Đặt các công tắc của bộ đo hiện số ở chế

độ đo thế (V) và khoảng đo đặt ở 20V Chú ý cắm đúng phân cực nguồn và đồng

hồ đo

2.3 Khảo sát mạch ổn áp với nguồn chuẩn:

SIMPLE POWER VOLT.REG: bộ ổn áp công suất đơn giản

2.3.1 Vặn biến trở của nguồn điều chỉnh của thiết bị chính để tăng thế +V

theo các giá trị ghi trong bảng A11-3 Đo các giá trị điện thế tương ứng trên zener

cho các trường hợp có nối và không nối trở tải J1, J2

Trên cơ sở kết quả vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc thế ra (trục y) rheo thé

vào (trục x) Xác định khoảng thế vào làm việc tốt cho sơ đồ A11- 2 Xác định

khả năng tải cho sơ đồ

Bảng A11-3

Thế trên Zener (điểm A)

Khi không tải (các J ngắt)

Thế lối ra (điểm C)

Khi không tải (các J ngắt)

Thế trên Zener (điểm A)

Khi có tải (các J1 nối)

Thế lối ra (điểm C)

Khi có tải (các J1 nối)

Thế trên Zener (điểm A)

Khi có tải (các J2 nối)

Thế lối ra (điểm C)

Khi có tải (các J2 nối)

2.3.2 Đặt kênh 1 của dao động ký ở chế độ AC, thang đo thế lối vào ở

cm

V

m

phần trên và phần dưới của màn dao động ký

Nối kênh 1 dao động ký với lối ra C

2.3.3 Đặt nguồn +V của thiết bị chính ở +12V, nối J1, đo biên độ mấp mô

của tín hiệu ra Ur (+V) Ghi kết quả vào bảng A11- 4

2.4 Khảo sát mạch ổn áp với bộ chỉnh lưu:

2.4.1 Cấp thế +V cho mảng sơ đồ A11- 2 từ bộ chỉnh lưu A11- 6, thay cho

thế lấy từ thiết bị chính

2.4.2 Đo biên độ mấp mô tín hiệu ra khi không tải và có tải Ur (A11- 6)

Ghi kết quả vào bảng A11- 4

Bảng A11- 4

Ur (+ V/A TS-11N)

Ur (A11- 6)

So sánh kết quả độ mấp mô khi dùng nguồn +V ổn định của khối thiết bị chính và nguồn từ bộ chỉnh lưu A11- 6

3 sơ đồ ổn thế transistor

Nhiệm vụ:

Tìm hiểu nguyên tắc làm việc và đặc trưng của bộ ổn thế trên transistor

Các bước thực hiện:

3.1 Cấp nguồn điều chỉnh từ 0 +15V của thiết bị chính cho mảng sơ

đồ A11- 3 qua chốt IN/ +V

3.2 Mắc các đồng hồ đo:

- Đồng hồ đo thế vào: Nối chốt +V/ IN của mạch hình 11- 3 với đồng hồ

đo thế hiện số DIGITAL VOLTMETER của thiết bị chính Khoảng đo đặt ở 20V

- Đồng hồ đo thế ra: Nối bộ đo hiện số DIGITAL V-A METER của thiết

bị chính với chốt OUT của mạch A11- 3 Đặt các công tắc của bộ đo hiện số ở chế độ đo thế (V) và khoảng đo đặt ở 20V Chú ý cắm đúng phân cực nguồn và

đồng hồ đo

3.3 Khảo sát mạch ổn áp với nguồn chuẩn:

3.3.1 Vặn biến trở P1 ở vị trí giữa Vặn biến trở nguồn điều chỉnh của

thiết bị chính để tăng thế +V theo các giá trị ghi trong bảng A11-5 Đo các giá trị