tài liệu hướng dẫn thực tập kỹ thuật điện tử

Thiết kế mạch điện tửI.Thiết kế mạch điện tử với Altium 1.Tổng quan phần mềm Altium * Giới thiệu phần mềm Cùng với sự phát triển nhanh chóng của máy tính, CAD Computer Aided Design ngày

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THỰC TẬP

Hải Phòng, ngày / / 2014 Hải Phòng, ngày / / 2014 Hải Phòng, ngày 01 /08/2014

ThS Nguyễn Mạnh Cường

ThS Trương Thanh Bình ThS Nguyễn Phương Lâm ThS Vũ Văn Rực

ThS Vũ Đức Hoàn ThS Vũ Xuân Hậu HẢI PHÒNG, 08/2014

MỤC LỤC

Chương I Thiết kế mạch điện tử 3

1.1 Quy trình thiết kế mạch điện tử 3

1.2 Thiết kế mạch điện tử với Orcad 4

1.2.1 Cài đặt Orcad 9.2 4

1.2.2 Vẽ mạch nguyên lý 6

1.2.3 Xuất mạch in từ mạch nguyên lý 11

1.2.4 Vẽ mạch in với Layout 14

1.3 Thiết kế mạch điện tử với Altium 21

1.3.1 Tổng quan phần mềm Altium 21

1.3.2 Vẽ sơ đồ nguyên lý trong Altium 25

Chương II Kỹ thuật hàn linh kiện 32

2.1 Lý thuyết chung về hàn 32

2.1.1 Các kiến thức cơ bản về mối hàn 32

2.1.2 Các quy tắc hàn 32

2.1.3 Vật liệu và dụng cụ hàn 32

2.2 Hàn nối, tháo linh kiện 34

2.2.1 Hàn nối dây dẫn 34

2.2.2 Hàn linh kiện bán dẫn trên Panel 34

2.2.3 Tháo linh kiện trên mạch in 35

2.2.4 Hàn linh kiện bán dẫn trên board vạn năng 35

Chương III Nguồn cung cấp 36

3.1 Nguồn ổn áp bù 36

3.1.1 Nguyên lý làm việc 36

3.1.2 Mạch thực hiện 37

3.2 Nguồn ổn áp xung 37

3.2.1 Nguyên lý hoạt động 37

3.2.2 Mạch thực hiện 40

Chương IV Điện tử tương tự 41

4.1 Khuếch đại điện áp 41

4.1.1 Mục đích 41

4.1.2 Khuếch đại điện áp dùng BJT 41

4.1.3 Khuếch đại điện áp dùng JFET 44

4.2 Mạch dao động RC 47

2.2.1 Mục đích 47

4.2.2 Mạch dao động 3 khâu phản hồi RC 48

4.2.3 Mạch dao động cầu Wien 51

4.3 Khuếch đại thuật toán 53

4.3.1 Mục đích 53

4.3.2 Mạch khuếch đại thuật toán LM324-D 53

4.3.3 Sử dụng khuếch đại thuật toán LM324-D làm mạch khuếch đại 54

4.3.4 Mạch tạo xung tam giác sử dụng khuếch đại thuật toán 56

Chương V Kỹ thuật xung số 59

5.1 Mạch dao động 59

5.1.1 Mục đích 59

5.1.2 Khái niệm cơ bản 59

5.1.3 Mạch dao động đa hài tự kích dùng transistor 61

5.1.4 Vi mạch định thời 555 65

5.2 Mạch dồn kênh, tách kênh 69

5.2.1 Mục đích 69

5.2.2 Nguyên lý hoạt động 69

5.2.3 Mạch thực hiện 72

Chương VI Kỹ thuật vi điều khiển 75

6.1 Cấu trúc và đặc điểm của họ vi điều khiển PIC18F 75

6.2 Cấu trúc và đặc điểm của Text LCD (LCD16x2) 76

6.3 Cấu trúc và đặc điểm của các chuẩn truyền thông 78

6.3.1 RS232/RS485/RS422 78

6.3.2 Cấu trúc và giao thức chuẩn USB2.0 80

6.3.3 Chuẩn truyền thông 1 dây (One wire) của cảm biến 81

6.4 Trình biên dịch, mô phỏng và mạch nạp vi điều khiển PIC 83

6.4.1 Trình biên dịch CCS 83

6.4.2 Trình biên dịch MikroC 84

6.4.3 Phần mềm mô phỏng Proteus 86

6.5 Mạch nạp vi điều khiển PIC 87

6.5.1 Mạch nạp PIC PG2C qua cổng COM 87

6.5.2 Mạch nạp PIC qua cổng USB 87

6.6 Một số ứng dụng sử dụng vi điều khiển PIC18F2550 88

6.6.1 Sơ đồ mạch thực hiện tổng quát 88

6.6.2 Flash LED 89

6.6.3 Giao tiếp LCD 16x2 với vi điều khiển PIC 91

6.6.4 Truyền thông RS232 và RS485 với vi điều khiển PIC 94

6.6.5 Giao tiếp USB với vi điều khiển PIC 94

6.6.6 ADC trong vi điều khiển PIC 94

6.6.7 Đo nhiệt độ dùng DS18B20 và vi điều khiển 94

2

Chương I Thiết kế mạch điện tử

I.Thiết kế mạch điện tử với Altium

1.Tổng quan phần mềm Altium

* Giới thiệu phần mềm

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của máy tính, CAD (Computer Aided Design) ngày càng hoàn thiện và được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của khoa học kỹ thuật Đối với chuyên ngành Điện tử, nhiều phần mềm CAD cho phép vẽ mạch, mô phỏng mạch điện và chuyển sang mạch in một cách nhanh chóng và hiệu quả như:

OrCAD/PSPICE, EAGLE, Mutisim Workbench, MicroSim, Altium Designer, …

Altium Designer, phiên bản trước kia có tên gọi quen thuộc là Protel DXP, là một trong những công cụ vẽ mạch Điện tử mạnh nhất hiện nay Được phát triển bởi hãng Altium Limited, Altium Designer (Altium) mang lại cho người dùng một môi trường làm việc hết sức chuyên nghiệp Nhưng đó cũng chính là một trở ngại lớn cho những người mới làm quen với phần mềm này

* Môi trường làm việc

Các menu cơ bản

+ Menu DXP: nới chứa những tài nguyên

và thông tin chung nhất của Altium:

- My Account chứa các thông tin bản

quyền, thông tin về account của

người dùng trên trang chủ Altium

- Preferences chứa tất cả các thiết lập

chung nhất của Altium, có thể điều

chỉnh mọi thiết lập từ thuộc tính này

như màu sắc, đơn vị, font chữ…

- Connected Devices chưa thông tin

kết nối của người dùng với các thiết

bị được altium hỗ trợ, tuy nhiên phần

này chủ yếu được sử dụng cho các

công ty lớn hoặc các nhà thiết kế ở

mức cao

- Plug-ins and updates cho chúng ta

các thông tin về các tool, ứng dụng

chúng ta sử dụng Ngoài ra từ đây

chúng ta có thể update các Plug-ins

mới nhất từ trang chủ Altium nếu máy tính có kết nối internet

- Download: Cập nhật những update mới nhất từ nhà sản xuất.

Menu File:

4

New là tạo ra một ứng dụng mới để sử

dụng Trong New của Altium có những

thành phần sau:

Schematic là tạo một môi trường làm việc

vẽ nguyên lý của mạch in

PCB Tạo môi trường vẽ PCB

VHDL document tạo môi trường soạn

thảo VHDL, ngoài ra còn có thể tạo môi

trường cho C, C++, ASM tùy chọn

Project: Trong project cần chú ý đến PCB

Project là tạo một dự án trong đó có chưa

cả file Schematic và PCB FPGA Project

là tạo một dự án khi bạn thiết kế FPGA

với Altium

Library: để tạo các thư viện mới cho

Altium từ đây Từ tạo thư viện nguyên lý rồi tạo thư viện footprint cho PCB trong quá

trình làm mạch in

Smart PDF: Chức năng này cho phép chúng ta có thể xuất bản vẽ nguyên lý, bản vẽ

PCB (có thể theo từng lớp riêng biệt) rất tiện dụng cho việc in ấn hoặc xử lý làm mạch bằng tay

Import wizard: Cho phép import các file có định dạng khác không phải của Altium

mà Altium hỗ trợ

Một số phím tắt sử dụng trong Altium

Thiết kế mạch nguyên lý

Space Xoay linh kiện 900

Shift + Space Xoay linh kiện 450

T S

Tìm linh kiện bên mạch in (Nếu chọn khối cần đi dây bênmạnh nguyên lý, nhấn T-S, phần mềm sẽ tự động tìm khốidây đó bên mạch in)

Ctrl+Shift+lăn chuột Chuyển qua lại giữa các lớp

6

D T A Hiển thị hết các lớp

D T S Chỉ hiển thị lớp TOP + BOTTOM + MULTI

Shift + S Ẩn các lớp, chỉ hiển thị lớp đang dùng

Fliped Board Lật ngược mạch in

* Các đơn vị thường sử dụng trong phần mềm thiết kế mạch in điện tử

Để thuận tiện trong quá trình thiết kế mạch in điện tử sử dụng Altium hay bất kỳ phần mềm thiết kế nào khác, trước tiên cần thực hiện chuẩn hóa và lựa chọn thang đơn vị đo trong quá trình thiết kế mạch nguyên lý cũng như mạch in Các đơn vị thường sử dụng là: mil, mm, inch

1.3.2 Vẽ sơ đồ nguyên lý trong Altium

Khởi động phần mềm Altium Designer Trong một số trường hợp vào menu

View hoặc System (góc dưới bên phải giao diện) để bật các thanh công cụ lên.

H Cửa sổ làm việc của Altium

- Từ menu File  New  Project PCB (hoặc sử dụng phím tắt: F, N, J, B)

PCB Project: Dự án mạch in để phục

vụ cho việc chuyển từ sơ đồ nguyên lý sang

mạch in ở các chương sau này, PCB (Printed

Circuit Board): mạch in Bây giờ trên cửa sổ

Projects của Bàn làm việc bên phía trái sẽ

xuất hiện tên 1 project mới có tên mặc định

là: PCB_Project1.PrjPCB và phía bên dưới

xuất hiện thông báo No Documents Added:

Do chưa có tài liệu, bản vẽ nào trong dự án

Ta có thể lưu lại Project

này với tên mới: bấm

PCB_Project1.PrjPCB

một menu mới xuất hiện,

chọn Save project tại cửa

sổ hiện ra chọn nơi lưu

giữ project và đặt tên mới

cho project tại mục File

name là:

BaiTap1.PrjPCB

Ta sẽ thấy cửa sổ project sẽ có tên mới là: BaiTap1.PrjPCB

8

Trên cửa sổ Project bên dưới BaiTap1.PrjPCB

xuất hiện đã báo cho ta biết tài liệu nguồn mới

có tên mặc định là: Sheet1.SchDoc, đồng thời có

2 biểu tượng xuất hiện cùng BaiTap1.PrjPCB và

Bây giờ ta thêm bản vẽ

sơ đồ nguyên lý mạch điệnvào project: bấm phải chuộtvào BaiTap1.PrjPCB tạimenu xuất hiện chọn: AddNew to Project, tại menucon hiện ra chọn tiếpSchematic (Sơ đồ nguyênlý) Còn nếu bản vẽ đã có từtrước ta có thể chọn AddExisting to Project

Sheet1.SchDoc đó là biểu tượng 2 tờ giấy: tờ giấy đỏ báo rằng đã có sự thay đổi trong

project vừa tạo (ta vừa thêm vào sơ đồ nguyên lý) nhưng chưa lưu lại sự thay đổi này

vào project Tờ giấy trắng báo rằng tài liệu Schematic chưa có sự thay đổi gì (do ta

chưa vẽ gì) Ta lưu lại bản vẽ này với tên mới bằng cách bấm phải vào

- Sheet1.SchDoc tại menu hiện ra chọn Save, chọn nơi lưu bản vẽ và đặt tên mới cho bản vẽ tại mục File name, đặt tên là: MachNguon-01.SchDoc Tên mới

này tương tự cũng được thể hiện lại ở cửa sổ quản lý project Môi trường làm

việc của Altium tự động chuyển sang môi trường vẽ mạch nguyên lý

Để tiến hành lấy linh kiện ta di chuyển chuột

đến menu Libraries ở góc phải, nếu không thấy

menu này thì vào menu: Designe> Browse Library

(Ấn phím tắt: D, B), sau đó kéo thả cửa sổ này vào

góc phải của chương trình (ấn và giữ chuột trái, rồi

thả vào góc phải), menu Libraries xuất hiện bên

góc phải để cho ta dễ thao tác Cửa sổ Libraries

xuất hiện

Theo mặc định thư viện Miscellaneous

Devices.IntLib tự động xuất hiện Thư viện này

chứa hầu hết các linh kiện đơn giản như: điện trở,

tụ điện, transistor, …

Như vậy trong nhiều trường hợp để có thể hoàn

thành các thiết kế mạch thì cần xây dựng ngân

hàng thư viện linh kiện hoặc tải từ các nguồn khác

nhau như diễn đàn altium, trực tiếp trang chủ của

Altium, hoặc tạo mới thư viện linh kiện Cách tạo

thư viện linh kiện được hướng dẫn ở các phần sau

Giả thiết ta xây dựng bản mạch nguyên lý như hình bên dưới Như vậy phân tích qua

chúng ta cần: 3 header kết nối, 3 điện trở, 2 diode, 3 tụ hóa 470uF/50V, 4 tụ gốm 104,

5 đầu đo, 1 biến trở, 1 cuộn dây, và LED chỉ báo, IC ổn áp LM2596T

Vào thư viện VioletofSun.SchLib chọn đầu nối Hed2 Nhấn phím trái chuột và kéo ra bản vẽ Hoặc kích đúp vào Hed2 đồng thời sử dụng phím Tab để tiến hành cài

10

đặt các tham số cho đầu kết nối (có thể thực hiện thao tác này hoặc có thể để thực hiện sau cũng không ảnh hưởng tới kết quả của bản vẽ).

DC Input, DC Ouput

Cài đặt các thuộc tính:Designator, bỏ chọn phầnComment bằng cách loại bỏ dấutích trong ô Visible

Làm tương tự cho các đầu kết nối:

Để xoay linh kiện: nhấp vào linh kiện hoặc gộp một nhóm linh kiện và sử dụng

phím Space để thực hiện lệnh quay.

Trong trường hợp muốn xoay cả chân linh kiện thì cần vào phần Graphical và chọn Mirrored

như LM2596T

LED Các linh kiện còn lại trong thư viện:

Sau khi lấy đầy đủ các linh kiện cần thiết, ta tiến hành bố trí và kết nối chúng thành

sơ đồ nguyên lý theo yêu cầu và ý tưởng thiết kế

Bây giờ ta nối dây các linh kiện với nhau Nhấp

chuột vào biểu tượng PlaceWire trên thanh công

cụ:Hoặc từ menu Place >> Wire (phím tắt P,W), lúc

này ta đang ở chế độ nối dây, con trỏ chuột bây giờ hình chữ thập và có 2 “sợi tóc”chữ x, nếu di chuyển đến chân linh kiện chữ x sẽ có màu đỏ Để nối 2 chân linh kiệnvới nhau, nhấp chuột vào chân thứ nhất, di chuyển đến chân thứ hai và nhấp chuột lầnnữa

Để lấy mass ta nhấp vào biểu tượng GND Power

Port trên thanh công cụ, hoặc từ menu Place >>

Power Port (phím tắt P, O) Sau đó nối mass với

các linh kiện Nếu trong quá trình nối dây có nối sai

dây, nhấp trực tiếp vào đoạn dây đó và nhấn phím Delete trên bàn phím Để xóa bỏ thao tác trước, nhấn Undo trên thanh công cụ, Redo tác dụng ngược lại Để di chuyển

nguyên linh kiện, nhấp chuột linh kiện đó và kéo đến vị trí mới Để di chuyển cả linhkiện cả dây nối, hoặc các thành phần nối liên quan đến nó, nhấn giữ chuột và nhấn giữ

đồng thời phím Ctrl trên bàn phím, kéo đến vị trí mới, rồi thả chuột.

Mạch sau khi nối dây hoàn chỉnh:

12

Chương II Kỹ thuật hàn linh kiện2.1 Lý thuyết chung về hàn

2.1.1 Các kiến thức cơ bản về mối hàn

Mối hàn là sự kết nối giữa những vật liệu bằng kim loại với nhau bằng một kimloại khác mà nhiệt độ nóng chảy của nó nhỏ hơn các kim loại cần liên kết như chì hàn,thiếc hàn

Điều kiện đối với mối hàn tốt là điểm hàn phải cùng một kim loại, sạch sẽkhông có lớp ôxi hoá

Để tạo ra một mối hàn thì chất hàn sẽ được nóng chảy qua việc cung cấp nhiệt

độ Tuỳ theo nhiệt độ cần thiết mà ta phân biệt được hàn mềm (0  4500) hay hàncứng (t  4500)

Mỏ hàn phải đạt đến nhiệt độ làm việc thì mới tiến hành hàn

Quá trình hàn trải qua ba giai đoạn:

- Nung nóng mỏ hàn, làm chảy thiếc hàn và làm nguội mối hàn

- Hàn: thiếc hàn cần được đưa sát vào điểm hàn ngay khi thiếc hàn chảy thì dây hàn và đầu mỏ hàn ở điểm hàn cần phải lấy ngay ra tức khắc

- Làm nguội: trong quá trình này không được làm lung lay điểm hàn

Yêu cầu của một mối hàn:

- Thiếc hàn tại tất cả các điểm phải nối mạng và nối mạng tất cả các phía

- Không được cho quá nhiều thiếc vào điểm hàn nếu không sẽ xảy ra trường hợp mối hàn bị sôi

- Mặt phẳng trên của lớp hàn phải nhẵn bóng, đều và phẳng có màu bạc

Chú ý:

- Trường hợp đấu nối cáp với lõi đồng thì lõi đồng cần được tráng thiếc trước

- Với các kim loại bán dẫn nhiệt độ hàn không được phép quá nóng, về thời gian không được quá lâu

2.1.3 Vật liệu và dụng cụ hàn

* Vật liệu:

Chất hàn mềm: được sử dụng trong kỹ thuật điện tử hầu hết là các dây hàn cólõi là chất xúc tác Chất hàn mềm có nhiệt độ nóng chảy vào khoảng 18002150, cóđường kính 0,75 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm Tuỳ theo độ lớn của điểm hàn mà ta chọnđường kính dây hàn

14

Thiếc hàn gồm có hai loại: Thiếc dây và thiếc thanh (càng mềm càng tốt)

Chất xúc tác: axit, nhựa thông có tác dụng làm sạch bề mặt của kim loại

Mỏ hàn xung: có cấu tạo như một máy biến áp cuộn thứ cấp làm việc ở chế độ

ngắn hạn t  30s; P  100W

Cuộn sơ cấp: quấn nhiều vòng dây (tuỳ theo loại)

Cuộn thứ cấp: quấn khoảng 1 đến 3 vòng dây to

Công tắc thường hở Lõi sắt từ

2.2 Hàn nối, tháo linh kiện

- Bước 3: Láng nhựa thông

Đặt dây hàn vừa làm sạch xuống bàn hàn (có nhựa thông) rồi dùng mỏ hàn đãnóng cho nhựa thông chảy ra và vuốt nhựa thông bám một lớp mỏng, đều trên bề mặtcủa dây hàn Nhựa thông vừa mang tính chất rửa sạch dây dẫn, vừa làm chất xúc táctrong quá trình hàn

- Bước 4: Láng thiếc

Dây đồng sau khi đã được láng nhựa thông, dùng mỏ hàn đã nóng đặt nên dâycùng với thiếc Láng đều trên bề mặt dây trong môi trường nhựa thông Yêu cầu thiếckhông tạo thành gai, cục trên bề mặt của dây

* Hàn nối dây xoắn

Tiến hành làm các bước tuần tự như đã nêu ở trên nhưng trước khi kết thúc mốihàn ta đặt đầu mỏ hàn phía dưới mối hàn xoắn để hút hết các phần thiếc thừa xuốngđầu mỏ hàn Mối hàn phải ngấu, bóng, đều

2.2.2 Hàn linh kiện bán dẫn trên Panel

* Các bước cắm và hàn linh kiện

- Bước 1: Cắm tất cả các linh kiện trên mặt cắm linh kiện của tấm mạch in vàhàn ở mặt dưới

- Bước 2: Đưa thiếc hàn và mỏ hàn đồng thời vào điểm hàn không được đưathiếc hàn vào đầu mỏ hàn để cho chảy rồi sau đó mới đưa vào điểm hàn

- Bước 3: Khi thiếc hàn bắt đầu chảy vào điểm hàn cần di chuyển mỏ hànquanh điểm hàn (chân linh kiện) Sau đó rút nhanh mỏ hàn ra khỏi điểm hàn

- Bước 4: Quá trình hàn thường chỉ xảy ra trong vài giây Trong thời gianthiếc hàn ở điểm hàn chưa nguội, tuyệt đối không được dùng kìm hoặc dụng cụ kháccắt hoặc lay chân linh kiện ở phần mặt hàn

16

Với các mối hàn gần nhau (như IC) khi hàn rất dễ bị dính chì hàn tạo thành cầu nối ngoài mong muốn giữa các linh kiện Do đó chỉ nên sử dụng ít thiếc hàn và kiểm tra kỹ lưỡng từng mối hàn, hàn chéo chân tránh tập trung nhiệt độ.

2.2.3 Tháo linh kiện trên mạch in

* Để tháo linh kiện trên mạch in, sử dụng bộ hút thiếc hay dây nhiều lõi

- Bộ hút thiếc gồm một piston và một đầu hút chì làm bằng nhựa tổng hợpchịu nhiệt Đầu hút được trợ giúp bằng một lò xo Sau khi điểm hàn được nung nóngbằng mỏ hàn ta đưa đầu hút vào thiếc đã nóng chảy và nhấn nút để hút hết chì hàn(thiếc) Khi đó thiếc hàn trên chân linh kiện và mạch in đã được hút hết ra ngoài

- Dây hút chì là một dây đồng nhiều lõi để nhúng chất xúc tác Dây này đượcđặt giữa đầu mỏ hàn với mối hàn Các phần thiếc ở mối hàn sẽ được hút hết lên các sợiđồng nhỏ

2.2.4 Hàn linh kiện bán dẫn trên board vạn năng

- Bước 1: Làm sạch chân linh kiện: uốn nắn thẳng, láng thiếc

- Bước 2: Uốn chân phù hợp với vị trí lắp ráp: (1) Chân linh kiện khôngđược uốn sát vào thân dễ bị đứt ngầm bên trong và không được uốn vuông góc quá sẽnhanh bị gãy

- Bước 3: Bẻ chân linh kiện lùa vào chấu phù hợp với hướng chấu hàn (2)

hàn khi mỏ hàn đã được nung nóng làm chảy

3

kiện một chấu hàn Các linh kiện hàn

đúng vị trí tiếp xúc tốt, tạo dáng đẹp

* Chú ý: Trong quá trình hàn nên sử dụng

panh kẹp chân linh kiện để giải nhiệt cho linh kiện

VD: Hàn transistor, DIODE lên bo vạn năng

*Mạch sau khi hoàn thành

Chương III Nguồn cung cấp3.1 Nguồn ổn áp bù

Sơ đồ khối mạch ổn áp bù nối tiếp (a) và bù song song (b)Đối với phương pháp bù nối tiếp, phần tử thực hiện được mắc nối tiếp với tải.Trên phần tử thực hiện tồn tại sụt áp Uđc, sụt áp này được điều chỉnh khi có sự thay đổiđiện áp tải và bù vào sự thay đổi này để giữ cho điện áp tải không đổi: Ur = Uv – Uđc.

Đối với phương pháp bù song song, phần tử thực hiện được mắc song song vớitải Dòng điện chảy qua phần tử thực hiện được điều chỉnh để làm thay đổi sụt áp trênđiện trở Rd mắc nối tiếp với tải bù lại sự thay đổi của điện áp tải: Ur = Uv – Id .Rd

Ưu điểm của phương pháp bù song song là không gây nguy hiểm cho tải khi bịquá tải vì nó sẽ làm ngắn mạch phần tử thực hiện khi quá tải Tuy nhiên, đối vớiphương pháp này ta thấy dòng điện chảy qua phần tử thực hiện sẽ gây tổn hao lớn.Điện trở Rd đóng vai trò như nội trở của phần tử thực hiện trong phương pháp bù nốitiếp Chính vì vậy mà phương pháp bù song song ít được sử dụng trong thực tế

Một ví dụ về mạch ổn áp bù nối tiếp sử dụng transistor:

Mạch ổn áp bù dùng transitor

20

Trong mạch điện ổn áp bù nối tiếp dùng transistor, T1 là transitor công suất lớnlàm nhiệm vụ của phần tử thực hiện, chịu sự điều khiển của T2 làm nhiệm vụ so sánh

và khuếch đại sai lệch Mạch ổn áp tham số gồm Rhc và Dz làm nhiệm vụ tạo điện ápchuẩn (Uch) ở cực E của T2 Nhóm R2, R3 VR là mạch phân áp để lấy mẫu của điện áp

ra trên tải (UBE2)

Các mạch ổn áp đã nêu ở trên có 2 nhược điểm chính là:

- Tổn hao trên phần tử hiệu chỉnh (phần tử bù) lớn

-Độ ổn định của điện áp không cao nên chỉ làm việc với một giải điện áp vào không rộng và bắt buộc phải cao hơn điện áp ra

++

Nguyên lý ổn áp xung có thể được mô tả như hình:

- Biên độ xung bằng giá trị điện áp nguồn cấp

- Thời gian tồn tại xung (độ rộng xung) là τ

- Chu kỳ lặp lại xung là T

Giá trị trung bình của điện áp ra đặt trên RT được xác định theo biểu thức:

- Phương pháp điều chế độ rộng xung;

- Phương pháp điều chế tần số xung;

- Phương pháp điều chế kết hợp cả hai phương pháp nói trên

Nếu khoá K là lý tưởng (điện trở trạng thái đóng bằng 0, ở trạng thái mở bằng

vô cùng) thì trên khoá không tổn hao Song, thực tế ở các khoá điện tử bao giờ cũng có

22

U

t

□T

tổn hao nhưng không đáng kể Chính vì vậy các mạch ổn áp theo nguyên lí xung đạt hiệu suất cao tới 85%.

Sơ đồ nguyên lý của bộ ổn áp xung theo phương pháp điều chế độ rộng xungnhư sau:

Bộ ổn áp xung theo phương pháp điều chỉnh độ rộng xungTransitor T làm việc như một khoá điện tử mở hoặc ngắt với tần số không đổi(khoảng 20 KHz) do khối tạo xung nhịp của phần điều khiển tạo ra Phần điều khiểnthực hiện việc so sánh điện áp ra UT với một điện áp chuẩn Uch (do khối tạo điện ápxung chuẩn tạo ra), kết quả sai lệch được khối K khuyếch đại sau đó điều chế độ rộngxung để tạo ra xung vuông có độ rộng thay đổi (tại khối tạo xung điều khiển) trước khiđưa tới khoá transitor để điều tiết khoảng thời gian mở của nó Trong khoảng thời giannghỉ của xung điều khiển, dòng điện được đảm bảo nhở tụ lọc C và cuộn chặn L Đi ốt

D dùng để ngăn ngừa việc xuất hiện điện áp tự cảm trên L quá lớn của transitor chuyển

từ mở sang ngắt, do đó bảo vệ được transitor

Trong thực tế, thông thường sử dụng nguồn chỉnh lưu từ lưới điện công nghiệp

từ 110V hoặc 220V 50/60Hz, để cách ly điện đảm bảo an toàn cho người vận hànhchúng ta sử dụng bộ ổn áp xung sơ cấp như hình:

Bộ ổn áp xung sơ cấp

Điện áp từ lưới điện công nghiệp được chỉnh lưu trực tiếp thông qua cầu chỉnhlưu [D] Trên tụ C3 có giá trị điện áp một chiều lớn (U x 1,41) Điện áp này làm nguồncấp cho khóa điện tử [T] cấp xung dòng điện cho sơ cấp biến áp xung [TR] Cuộn thứcấp biến áp cảm ứng điện áp xung sau đó được chỉnh lưu và lọc san bằng bởi D5 & C4

cung cấp điện áp ổn định cho tải

Khóa điện tử được được điều khiển bởi bộ điều khiển cách ly điện giữa nguồnđiện sau chỉnh lưu của lưới điện với điện áp ra của mạch ổn áp Bộ cách ly thườngđược sử dụng là các tổ hợp điốt – transistor quang cho phép điện trở cách ly rất lớn(hàng ngàn megaohm) cho phép cách ly về điện giữa nguồn có điện thế cao bên sơ cấpvới nguồn có điện thế thấp bên thứ cấp của biến áp

Bộ tạo dao động tạo ra xung vuông có tần số không đổi, độ rộng xung đượcđiều khiển thay đổi theo điện áp tải và tỷ lệ nghịch với điện áp tải theo nguyên lý ổn ápxung

Các bộ lọc L1C1; L2C2 lọc bỏ nhiễu từ các xung điện của bộ ổn áp tới lưới điện

và chặn dòng khởi động lớn do tụ lọc nguồn C3 có giá trị lớn

3.2.2 Mạch thực hiện

(tham khảo thêm catalog LM2596 gửi kèm)

4.1 Khuếch đại điện áp

4.1.1 Mục đích

Chương IV Điện tử tương tự

FET

24

- Thiết kế mạch in và lắp ráp được mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ dùng BJT và

- Kiểm tra điện áp và điểm làm việc tĩnh của mạch so với lý thuyết

- Đưa điện áp vào mạch khuếch đại kiểm tra được hệ số khuếch đại, điều chỉnh

hệ số khuếch đại, kiểm tra độ rộng dải thông và méo tín hiệu

4.1.2 Khuếch đại điện áp dùng BJT

R5

Đưa điện áp nguồn 12V vào (+ nguồn đưa vào In 1.1, - nguồn nối vào GND)

Dùng máy phát sóng phát tín hiệu hình sin có tần số f = 500kHz đưa vào giữa 2 điểmSignal in put (IN1-2) và GND, Dùng máy hiện sóng 2 tia, Kênh 1 đo tin hiệu vào

của mạch, Kênh 2 đo điện áp đầu ra (OUT-1 và OUT-2), tăng biên độ của tín hiệu vào sao cho thấy tín hiệu ở đầu ra có hình sin tốt nhất

26

Tín hiệu thu đựơc 4.1.3.Khuếch đại điện áp dùng JFET

104

10μFF2SK30A

b Mạch thực hiện

28

d Đo các thông số

Sau khi lắp ráp cần kiểm tra kỹ lại mạch đã lắp so với sơ đồ nguyên lý Có thể dùng đồng hồ vạn năng kiểm tra có bị chập trong khi hàn không

Đưa điện áp nguồn 24V vào (+ nguồn đưa vào In 1.1, - nguồn nối vào GND)

Dùng đồng hồ vạn năng kiểm tra điện áp UCC, UD0, US0, UG0 so sánh với các thông

số một chiều đã tính toán theo lý thuyết

Dùng máy phát sóng phát tín hiệu hình sin có tần số f = 500kHz đưa vào giữa 2điểm Signal in put (IN1-2) và GND, Dùng máy hiện sóng 2 tia, Kênh 1 đo tin hiệu vàocủa mạch, Kênh 2 đo điện áp đầu ra (OUT-1 và OUT-2), thay đổi biên độ của tín hiệuvào sao cho thấy tín hiệu ở đầu ra có hình sin tốt nhất, đọc:

- Dạng tín hiệu vào ra

-Kết luận: Tín hiệu vào ra ngược pha nhau.