CÁC LOẠI MẠCH, NGUYÊN LÝ KHỐI NGUỒN VÀ ỔN ÁP

• Mạch ổn áp: có nhiệm vụ ổn định điện áp ở ngõ ra khi điện áp ngõvào thay đổi, bảo vệ tải và bảo vệ nguồn khi tải có sự cố... Một mạch chỉnh lưu và lọc lí tưởng là có độ gợn sóng bằng 0

CHƯƠNG 15 NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP

I Giới thiệu:

Khối nguồn là khối biến đổi năng lượng xoay chiều ac thành nănglượng một chiều DC để cung cấp nguồn phân cực cho các mạch điệntử.Một bộ nguồn DC cơ bản bao gồm các khối sau:

• Biến áp: hạ áp từ lưới điện nguồn 220V/50Hz xuống mức điện áp cầnthiết cho điện áp DC được chuyển đổi tương ứng ở ngõ ra.

• Mạch chỉnh lưu: biến đổi từ dòng ac thành dòng DC, là khối chínhcủa khối nguồn

• Mạch lọc: có chức năng làm giảm độ gợn sóng điện áp chỉnh lưu

• Mạch ổn áp: có nhiệm vụ ổn định điện áp ở ngõ ra khi điện áp ngõvào thay đổi, bảo vệ tải và bảo vệ nguồn khi tải có sự cố

*Các thông số của bộ nguồn:

Điện áp ngõ ra của mạch chỉnh lưu và mạch lọc không chỉ có điện áp DC mà vẫn còn thành phần điện áp AC biến thiên gọi là điện áp gợn sóng.

Độ gợn sóng: Là tỉ số giữa trị hiệu dụng của điện áp gợn sóng với trị trung bình của điện áp chỉnh lưu.

trị hiệu dụng của điện áp gợn sóng

trị trung bình điện áp DC ở ngõ ra

điện áp gợn sóng đỉnh

V dc

V r(p-p)

t V

0

Một mạch chỉnh lưu và lọc lí tưởng là có độ gợn sóng bằng 0%.

điện áp DC ngõ ra Vo bằng hằng số và không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điện áp ngõ vào hay sự thay đổi của tải.

vào:

• Các thông số của mạch chỉnh lưu gồm:

• Điện áp trung bình ngõ ra VDC

• Dòng điện trung bình ngõ ra: IDC

• Công suất một chiều ở ngõ ra: PDC

• Hệ số gợn sóng ngõ ra : r%

• Các thông số giới hạn của diode.

II Mạch chỉnh lưu:

2.Mạch chỉnh lưu toàn kỳ:

t

t 0 0

Vậy khi tăng RL hay tăng C thì điện áp DC ở ngõ ra tăng và hệ số gợn sóng giảm Vậy với RL cố định thì khi dùng tụ C có giá trị càng cao thì điện áp trên tải có độ gợn sóng càng bé và điện áp dc càng lớn, tuy nhiên khi đó dòng cực đại qua diode tăng, xem hình vẽ:

V dc

V’ dc

dc L

L

R R

R V

IV Mạch ổn áp:

1 Mạch ổn áp dùng linh kiện rời:

a Mạch ổn áp song song:

R L (Tải)

R S

Thành phần điều khiển

Điện áp chuẩn

Mạch so sánh

Mạch lấy mẫu

Tín hiệu hồi tiếp

Tín hiệu điều khiển

-Khối điện áp chuẩn: tạo ra một điện áp chuẩn.

-Khối so sánh: thực hiện so sánh điện áp mẫu và điện áp chuẩn và phát hiện

sự thay đổi điện áp trên tải từ đó tạo tín hiệu điều khiển đến phần tử điều khiển.

-Khối phần tử điều khiển: nhận tín hiệu điều khiển từ khối so sánh để điều khiển dòng ISH - từ đó điều khiển dòng qua tải dẫn đến điều khiển điện áp trên tải ổn định.

i Mạch ổn áp song song dùng một transistor:

+

V Z -

V  I R  (V  V ) I R   V

Theo chiều thuận (Chiều 1): Bảo vệ tải khi nguồn thay đổi.

Khi Vidc thay đổi tăng lên, nếu không có ổn áp thì điện áp trên tải VLcũng tăng lên

VBE = VL– VZ=const

Suy ra khi VBE, điện áp vào cực B của transistor tăng làm cho transistordẫn mạnh, dòng IC và VCE một lượng V bù lượng tăng đáng lý sẽxảy ra trên tải bảo vệ tải VL là một hằng số, ta kết luận khối ổn định điện

áp đã hoàn thành nhiệm vụ ổn định điện áp bảo vệ tải khi nguồn thay đổi(Chiều 1)

Theo chiều thuận (Chiều 2): Bảo vệ nguồn khi tải thay đổi.

Khi VL thay đổi tăng, nếu không có ổn áp thì khối lọc và khối chỉnh lưu

bị điện áp ngược đánh thủng VBE = VL– VZ=const

Suy ra khi VBE, điện áp vào cực B của transistor tăng làm cho transistor dẫn mạnh, dòng IC và VCE một lượng V bù lượng tăng xảy ra trêntải, ta có VCE  suy ra Vidc là một hằng số bảo vệ khối nguồn (bảo vệ

khối lọc và khối chỉnh lưu), ta kết luận khối ổn định điện áp đã hoàn

thành nhiệm vụ ổn định điện áp bảo vệ nguồn khi tải thay đổi (Chiều 2)

ii Mạch ổn áp song song dùng hai transistor:

Nguyên lý ổn áp song song dùng hai Transistor.

V o (Điện áp

ổn định)

BE1 Z

Q2 là Transistor dò điện áp sai lệch (dò sai), Q1 là Transistor công suất được phân cực nhờ nguồn Vi; Diode Zener được phân cực nhờ nguồn Vi qua điện trở

RS ở trạng thái dẫn, ghim điện áp phân cực cho Q2 tại cực nền của Q2.

Khi Vidc thay đổi tăng lên, nhờ có khối ổn áp, điện áp cực VBE2 tăng lên làm Q2dẫn mạnh dẫn tới IE2 = IC2 tăng lên; suy ra IE2 = IB1 tăng lên Ta có Transistor Q1dẫn mạnh IC và VCE một lượng V bù lượng tăng đáng lý sẽ xảy ra trên tải bảo vệ tải VL là một hằng số, ta kết luận khối ổn định điện áp đã hoàn thành nhiệm vụ ổn định điện áp bảo vệ tải khi nguồn thay đổi.

R 1

R 2

R L

+ -

b Mạch ổn áp nối tiếp:

Thành phần điều khiển

Điện áp tham chiếu

Mạch so sánh

Mạch lấy mẫu

Nguyên lý ổn áp của mạch ổn áp nối tiếp

i Mạch ổn áp nối tiếp đơn giản:

Q 1

R

V i (Ngõ vào

không ổn

định)

V o (Ngõ

ra ổn định)

R T

Chức năng của các linh kiện trong mạch ổn áp nối tiếp:

Transistor Q1 đóng vai trò là phần tử ổn định điện áp, được phân cực nhờ Vi, R và Zener ghim áp tải cực B, RT bảo vệ transistor Q1

Diode Zener cung cấp điện áp chuẩn, được phân cực nhờ Vo, R và dẫn điện với VZ xác định

Điện trở R đóng vai trò phân cực và hạn dòng cho Diode Zener

BE Z

V  

Điện áp ổn áp ra tải của mạch:

ii Mạch ổn áp nối tiếp dùng hai transistor:

iii Mạch ổn áp nối tiếp dùng Op-Amp:

V o (Ngõ ra

ổn định)

V i (Ngõ vào không ổn định)

R V

I 

2.Mạch ổn áp dùng IC (Integrated Circuit - mạch tích hợp) ổn áp:

Phân loại IC ổn áp được chia thành hai loại: IC ổn áp âm và IC ổn ápdương Những IC ổn áp này thường được chế tạo chịu được dòng tải từhàng trăm mA đến hàng chục ampe đáp ứng cho tải có công suất từmiliwatts đến hàng chục watts

Điều chỉnh đường dây

a IC ổn áp dương:

Ngõ ra Chân chung Ngõ vào

i IC ổn áp dương có điện áp ra cố định:

Các thông số của IC ổn áp:

• Điện áp giới hạn ngõ vào.

• Điện áp tối thiểu của ngõ vào.

• Công suất giới hạn tiêu tán.

• Điện áp ngõ ra.

• Độ ổn định điện áp ngõ ra.

• Dòng ngõ ra ngắn mạch.

• Dòng ngõ ra cực đại.

• Để IC hoạt động ổn áp (hay điện áp ra đúng yêu cầu) thì

điện áp ngõ vào phải lớn hơn hay bằng điện áp tối thiểu ngõ vào của IC.

ii IC ổn áp dương có điện áp ra điều chỉnh được:

2 ) 1

R

R V

b IC ổn áp âm:

IC ổn áp âm cũng gồm hai loại: IC ổn áp âm có điện áp ra cố định và IC ổn áp âm có điện áp ra thay đổi được: là họ IC 79XX là IC LM337.

Sơ đồ mạch nguồn ổn áp tạo nguồn điện DC thực tế: