Đồ án Môn học ổn áp

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1.Yêu cầu : - Nghiên cứu các mạch ổn áp. - Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch tương ứng. 2.Nội dung : Sử dụng các linh kiện : + Diot Zener . + Transitor . + Opamp . + Ic723 . Trong thiết kế mạch ổn áp. LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay khi nền kinh tế phát triển ,nhu cầu của con người ngày càng tăng , thì nhu cầu sử dụng điện cũng tăng theo.Chất lượng mạng lưới điện áp khó kiểm soát và ổn định, chính thế mà tuổi thọ các thiết bị sẽ giảm đi rất nhiều.Mạch điện tử khi hoạt động phải được bảo vệ an toàn khi có nguồn DC ổn định ,nếu không mạch hoạt động không còn độ chính xác cao nữa.Do đó có nhiều mạch ổn áp ra đời : mạch dùng BJT hay IC và cả vi mạch điện tử.Ngày nay các thiết bị điện tử hầu như không thể thiếu trong mọi gia đình ,và vì thế ngành điện tử phát triển song song với việc sử dụng chúng cần một nguồn ổn áp cố định là cần thiết. Đề tài “ ỔN ÁP “ được sự hướng dẫn của thầy Tống Văn On .Có rất nhiều cách đặt vấn đề , phương pháp nghiên cứu cho đề tài này .Chúng em chỉ nghiên cứu trên cở sở lý thuyết của mạch ổn áp. Được sự chỉ dẫn tận tình của thầy , chúng em đã hoàn thành đồ án .Tuy nhiên do thời gian có hạn nên trong đồ án không thể tránh sai lầm và thiếu sót .Em mong sự góp ý và sửa đổi của các thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cám ơn. MẠCH ỔN ÁP I. Khái niệm : Ổn định điện áp : là mạch điều khiển điện tử để duy trì một điện áp đầu ra Vout không đổi ,bất kể việc thay đổi điện áp đầu vào Vin hay thay đổi dòng . Thời gian đáp ứng : là khoảng thời gian mà mạch ổn áp thay đổi khi có sự thay đổi điện áp đầu vào . Mạch ổn định điện áp phải thoả mãn hai tiêu chuẩn : điện áp ra ổn định và thời gian đáp ứng nhanh. II :Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động : 1.Diot Zener :
 Hình 1: Diot Zener
Hình 2 : mạch ổn áp dùng Zener Tác dụng linh kiện : DZ : Diot Zener làm nhiệm vụ ổn áp . Ri :điện trở dùng để điều chỉnh sự thay đổi điện áp đầu vào. Rt : điện trở tải. Nguyên lý hoạt động : Ta có : Ii+ = IZ + It (định luật Kirchhop I). Vv = VRi + VZ (định luật Kirchhop II). Nếu Vv thay đổi thì dòng Iz cũng thay đổi nhưng nếu thiết kế sao cho thì Vz =const. Khi tải tiêu thụ dòng thấp IL = ILmin ,dòng Ii chủ yếu chảy qua DZ .Ngược lại ,khi tải tiêu thụ dòng cực đại IL =ILmax ,dòng qua DZ sẽ tối thiểu . Như vậy khi chọn Ri phải đảm đảo hai điều kiện sau: Khi dòng tải cực đại IL = ILmax ,dòng qua Dz là Iz> Imin để Dz vẫn ổn định Vz. Khi dòng tải cực tiểu IL = ILmin , dòng qua DZ là Iz < Imax để Dz không bị phá hỏng vì vượt quá công suất tiêu tán cho phép. Khi hở tải, IL =0, nghĩa là lúc đó Dz tiêu thụ dòng cực đại.Do đó linh kiện ổn áp Dz phải gánh hầu như toàn bộ dòng vào trong trường hợp này.
 Hình 3: mạch bảo vệ tải . Ưu điểm : mạch lắp đặt đơn giản . Hạn chế : dòng điện tương đối nhỏ (<= 20mA ). 2. Mạch ổn áp cố định dùng Transistor. Mạch ổn áp dùng Diode Zener như trên có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng điện nhỏ ( ≤ 20mA ) . Để có thể tạo ra một điện áp cố định nhưng cho dòng điện mạnh hơn nhiều lần người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại về dòng như sơ đồ dưới đây.
Hình 4: Mạch ổn áp có Transistor khuyếch đại Ở mạch trên điện áp tại điểm A có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện áp tại điểm B không thay đổi và tương đối phẳng. Nguyên lý ổn áp : Thông qua điện trở R1 và Dz gimcố định điện áp chân B của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chânE đèn Q1 giảm => khi đó điện áp UBE tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện áp chân E của đèn tăng , và ngược lại … Mạch ổn áp trên đơn giản và hiệu quả nên được sử dụng rất rộng rãi và người ta đã sản xuất các loại IC họ LA78.. để thay thế cho mạch ổn áp trên, IC LA78.. có sơ đồ mạch như phần mạch có màu xanhcủa sơ đồ trên.

IC ổn áp họ LM78… LA7805 IC ổn áp 5V LA7808 IC ổn áp 8V LA7809 IC ổn áp 9V LA7812 IC ổn áp 12V Lưu ý :Họ IC78.. chỉ cho dòng tiêu thụ khoảng 1A trở xuống, khi ráp IC trongmạch thì Uin > Uout từ 3 đến 5V khi đó IC mới phát huy tác dụng. Ổn áp tuyến tính :có bốn 4 phần chính: 1.”Phần tử chuẩn “ để cung cấp một mức điện áp ra ổn định biết trước .( Vref ). 2.”Phần tử lấy mẫu” để lấy mẫu điện áp ra. 3. “Phần tử khuếch đại sai biệt” để so sánh mẫu điện áp ra chuẩn và tạo ra tín hiệu sai biệt. 4.”Phần tử điều khiển” để biến đổi điện áp ra thành điện áp ra mong muốn khi điều kiện tải thay đổi và được điều khiển bằng tín hiệu sai biệt. Mặc dù mạch thật sự thay đổi ,nhưng chúng đều có 4 phần tử chính này.
Hình 5: mô hình ổn áp tuyến tính. Ta sẽ quan tâm đến hai mô hình :opamp và ic723 : 3.Opamp
Hình 6: Opamp ổn áp Tác dụng linh kiện : + Diot zener :.tạo Vref. + Transitor : điều khiển dòng ra,phụ thuộc vào sự thay dổi của op-amp. + Opamp : khuếch đại sai biệt khi có sự sai lệch ở đầu điện áp ra và điều chỉnh điện áp Vb của transitor. Nguyên lý hoạt động : Vin tăng tức thời Vout cũng tăng . Chính vì vậy VF1 =RF1 *Vout /(RF! + RF2 ) cũng tăng. V3 = A(V+ - V- ) giảm -> dòng qua transitor giảm ->. Cuối cùng Vout =I*Rload giảm. Đánh giá đầu ra : +Vout = Vz (1+ RF2 /RF1 ). Luôn mang giá trị dương. + Iout <150mA . Ưu điểm : rất nhạy với sự thay đổi điện áp ra. Hạn chế : Iout bé , Vout dương. Mạch ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ. 4. ICs ổn áp: a.LM723
Hình 7 : IC723 Các thông số kỹ thuật : Iout max 150 mA Vin từ 9.5V -37V 0.01% line và 0.03% load regulator Chú thích :+line regulator là hệ số ổn áp đầu vào. Về nguyên tắc “ổn áp” nghĩa là mọi sự thay đổi đầu vào không ảnh hưởng tới đầu ra.nhưng thực tế không lý tưởng như vậy.Người ta định nghĩa Line ragulator là tỷ số ssộ thay đổi điện áp ra trên một đơn vị điện áp thay đổi ở đầu vào. Line regulator = (Vin-Vin’ )/(Vout-Vout’ ). V’ giá trị khi Vin thay đổi. +load regulator là hệ số ổn áp đầu ra.Xác định bằng tỷ số thay đổi điện áp ra trên sự thay đổi cường đọ dòng điện. Load regulator = (Vnl- Vfl )/(Inl-Ifl) Vnl,Inl giá trị xác định ở thí nghiệm không tải. Vfl,Ifl giá trị xác định ở thí nghiệm đủ tải.
Mạch tương đương : IC 723 gồm : Temperature – compensated reference amplifier : chức năng hạn chế việc thay đổi giá trị mạch khi nhiệt độ thay đổi,đẻ thực hiện chức năng nay chúng có các transitor hệ số nhiệt âm,còn diot zener hệ số nhiệt âm,tổng hệ số nhiệt xấp xỉ bằng không. Error amplifier : khuếch đại sai lệch .nhờ hai transitor Q11,Q12. Series pass transitor : bộ transitor. Current limiter : dòng giới hạn qua transitor. IC723 tạo ra một nguồn áp chuẩn Vref -Nguyên lý hoạt động : khi điện áp Vin tăng thì tức thời Vout cũng tăng.VR2 cũng tăng, do vậy đầu vào đảo của error amplifier tăng trong khi nguồn chuẩn Vref gắn vào đầu không đảo-> error sẽ khuyếch đại sai số giữa hai đầu của nó->khiến V tại cực B giảm ->VBE giảm -> dòng qua transitor cũng giảm tương ứng, Vout=I*R giảm. Kết quả điện áp Vout giảm .
Hình 8: Mạch tương của IC723 Đánh giá đầu ra : + Vout = (R1+ R2 )Vref /R2. nhận thấy Vout > Vref . + Iout =VBE /R4 . Ưu điểm : tạo ra một nguồn áp chuẩn ổn định ,không phụ thuộc vào sự tăng giảm của nguồn vào ,và nhiệt dộ . Hạn chế : các giá trị dòng sử dụng bé , điện áp đầu ra chỉ mang điện áp dương. Biên pháp cải tiến : Đối với dòng Iout ta mắc thêm các transitor nối tiếp thành hệ Darlington .
Hình 9: Mạch hoạt động của IC723 + 2N3055 Lưu ý : Khi dòng qua tăng lên đồng nghĩa với việc các transitor tiêu thụ công suất càng lớn,nhiệt độ càng cao.Vì vậy cần chọn con transitor có bộ tỏa nhiệt tốt. Tạo điện áp Vout âm :
Hình 10 : Mạch tạo điện áp ra âm. III . MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG THỰC TẾ : Mạch ổn áp được ứng dụng rộng rãi trong các bộ nguồn, như Bộ nguồn của đàu VCD ,trong tivi màu ,trong máy tính…
Hình 11 : mạch ổn áp tuyến tính trong tivi Sámung đen trắng.
Hình 12: mạch ổn áp tuyến tính trong tivi màu nội địa Nhật . Lưu ý : điện áp vào phải lớn hơn điện áp ra khoảng 2-3V để nuôi các transitor và để phong trừ độ gợn của điện áp vào. Các tụ C1,C2, giảm độ gợn của mạch,nó có khả năng dự trữ năng lương.Vì vậy khi điện áp vòa giảm thì tụ C có khả năng phóng điện năng để làm ổn định mạch. Ổn áp chỉ hoạt động ở điện áp một chiều,vì vậy cần có bộ phận chỉnh lưu trước khi đi qua bộ ổn áp. Bảng các thiết bị kèm theo :
Bảng : Datasheet ic723.
Bảng : Diot Zener. Tài liệu tham khảo : The Art Of Electronics Ocr by Horowitz Hill. ……