Đồ án Thiết kế chế tạo bộ nguồn đa năng điện áp thấp

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : MẠCH VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ Đề tài : Thiết kế bộ nguồn đa năng BỘ NGUỒN ĐA NĂNG 15VDC -5V 0V +5V -12V 0V +12V 0V 30VDC  -15V 0V +15V ĐIỆN ÁP RA 0… 30 VDC – 5A  ĐIỆN ÁP RA - DCV – 0.5A ĐIỆN ÁP RA - ACV - 2A 0V 6V 9V 12V 24V MODEL THP 08.2009 PWR NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. ....................................................................................................................... Giáo viên hướng dẫn Lời nói đầu ùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con C đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Để thúc đẩy nề kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ tréco đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội. Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao. Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Thiết kế chế tạo bộ nguồn đa năng điện áp thấp” nhằm củng cố về mặt kiên thức trong quá trình thực tế. Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn cùng với sự lỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành. Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót. Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cùng với các thầy giáo trong khoa đã giúp chúng em hoàn thành đồ án. Mục lục Nhận xét của giáo viên hướng dẫn. Lời nói đầu. Mục lục. Phần I: Yêu cầu và mục tiêu đề tài. 1. Phân tích yêu cầu của đề tài. 2. Mục tiêu của đề tài. 3. Các phương án thực hiện. 4. Ý nghiã của đề tài Phần II: Cơ sở lý thuyết: Giới thiệu các linh kiện I. Máy biến áp II. Điện trở III. Tụ điện IV. Các linh kiện bán dẫn V. Giới thiệu về IC 1. Họ IC 78XX (7805,7809,7812) 2. Họ IC 79XX (7905,7909,7912) 3. IC LM317. Phần III: Tính toán và thiết kế sản phẩm. 1. Tính toán chọn MBA 2. Tính toán thiết kế mạch ổn áp Phần IV: Tổng kết 1. Kết luận. 2. Hướng phát triển của đề tài. Tài liệu tham khảo Sách điện tử công suất tác giả Nguyễn Bính Website: www.google.com.vn www.dientuvietnam.net www.datasheet4u.com 4. Ý Nghĩa của đề tài: Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên ngành. Đề tài còn thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là các sinh viên khoa Điện - Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập. Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là giúp cho chúng em hiêủ sâu hơn về nguyên lý mạch nguồn, có thể tự thiết kế ra nó. Từ đó tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và ngoài thực tế. Phần I: kế hoạch thực hiện Sau khi nhận đề tài chúng em đã bắt tay ngay vào việc: Thời gian và công việc cụ thể như sau: Tuần 1: gặp thầy giáo hướng dẫn nhận đề tài. Tuần 2: tìm hiểu về đề tài, lĩnh vực ứng dụng, tìm các tài liệu liên quan đến đề tài. Tuần 3: Tìm và thiết kế sơ đồ nguyên lý, tính toán mạch và chọn linh kiện. Tuần 4: test thử trên bo mạch và hiệu chỉnh, xử lý sự cố. Tuần 5: Thiết kế mạch in, lắp ráp sản phẩm, kiểm tra chạy thử sản phẩm. Tuần 6: Hoàn thành lý thuyết. Thời gian đầu nhóm chúng em đã cố gắng gặp thầy liên tục 1 lần trên 1 tuần, qua những lần gặp như vậy chúng em đã được thầy “Nguyễn Đình Hùng” hướng dẫn nhiệt tình, cụ thể phương hướng thực hiện tiếp theo và thầy chỉ rõ những chỗ còn thiếu sót để chúng em khắc phục. PhầnII: Ứng dụng của đề tài Bất cứ đâu, mọi lĩnh vực nào trong cuộc sống cũng cần đến nguồn điện, với bộ nguồn đa năng điện áp thấp có thể cung cấp nguồn cho sinh viên tại các phòng, xưởng thực hành, thí nghiệm tại các trường học. Trong đời sống cũng vậy, nó có thể làm nguồn cung cấp cho các động cơ công suất nhỏ, cấp nguồn cho thiết bị chiếu sáng, nguồn nạp ác quy…. Nhận thấy sự quan trọng của nó nhóm chúng em đã “ thiết kế và chế tạo bộ nguồn đa năng điện áp thấp” . Phần III: Cơ sở lý thuyết GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN I-MÁY BIẾN ÁP 1.Khái niệm, ký hiệu, cấu tạo MBA: a ) Khái niệm. Máy biến áp là thiết bị dùng để tăng hoặc giảm điện áp(hay c ường độ dòng điện) của các dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số. b )Cấu tạo: MBA được cấu tạo gồm 1 cuộn dây sơ cấp và vài cuộn dây thứ cấp cuốn trên cùng 1 khung đỡ bằng giấy cách điện, nhựa hay bekelit, bekelit trong có lõi từ khép kín. Lõi thép của biến áp có thể dùng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại hoặc dùng lõi Feritte đúc. Một số ít trrường hợp dùng biến áp có lõi không khí. cuộn sơ cấp là cuộn người ta đưa dòng điện xoay chiều vào, cuộn thứ cấp là cuộn người ta lấy dòng điện đã biến đổi ra để sử dụng. 1. các hệ thức (tỷ số) của máy biến áp · hệ thức điện áp: Gọi n1, n2, là số vòng của dây cuộn sơ cấp và thứ cấp. U1, I1 là điện áp và dòng điện đưa vào cuộn sơ cấp. U2, I2 là điện áp và dòng điện đưa vào cuộn thứ cấp. Do từ thông qua cuộn n1 và n2 bằng nhau nên điện áp pử hai cuộn tỉ lệ với số vòng dây theo hệ thức : U1 n1 = U 2 n2 Tỷ số điện áp bằng tỷ số vong dây. · Hệ thức dòng điện: Khi cuộn dây thứ cấp có điện trở tải R2 thì có dòng điện I2 chạy từ cuộn thứ cấp qua tải R2 I 2 = U 2 R2 Khi cuộn thứ cấp có mắc tải, dòng I2 trong cuộn sơ cấp sẽ tăng lên. hệ thức dòng điện cho bởi: I1 = n2 I 2 n1 tỷ số dòng điện tỷ lệ nghịch với tỷ số vòng dây. · Hệ thức công suất: Công suất cung cấp cho mạch sơ cấp là: P1= U1.I1.cos α1 Công suất cung cấp cho mạch thứ cấp là: P2= U2.I2.cos α2 Nếu bỏ qua sự tiêu hao trên cuộn dây và lõi từ, công suất cung cấp cho cuộn sơ cấp sẽ nhận được 100% ở cuộn thứ cấp: P1=P2 Æ U1.I1.cos α1=U2.I2.cos α2 Do biên thế có α1=α2 nên: cos α1=cos α2. ÆU1I1=U2I2 Hay U1 = I 2 U 2 I1 · Hệ thức trở kháng(tổng trở) Gọi Z1 và Z2 là tổng trở ngõ vào và ngõ ra của biến áp: I1 }  Z 2 I1 U 2 n2 Z1 = U1 Z 2 = U 2 I 2 Î Z1 = U1 . I 2 = ( n1 )2 Z1 = Z 2 ( n1 )2 n2 1. Nguyên tắc hoạt động máy biến thế Hoạt động của máy biến thế dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Một trong hai cuộn dây của máy biến thế được nối với mạch điện xoay chiều, và gọi là cuộn sơ cấp. Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ và gọi là cuộn thứ cấp. Dòng điện trong cuộn sơ cấp làm phát sinh một từ trường biến thiên trong lõi thép. Từ thông biến thiên của từ trường đó qua cuộn thứ cấu (cũng quấn trên lõi thép) gây ra một dòng điện cảm ứng chạy trong cuộn thứ cấp và trong tải tiêu thụ. 2. Nguyên lí : Khi cho dòng điện xoay chiều điện áp U1 vào cuộn dây sơ cấp , dòng điện I1 sẽ tạo ra từ trường biến thiên chạy trong mạch từ và cảm ứng sang cuộn dây thứ cấp. cuộn dây thứ cấp nhận được từ trường biến thiên sẽ làm từ thông qua cuộn dây biến đổi ,cuộn thứ cấp cảm ứng cho ra dòng điện xoay chiều có điện áp là U2. 3. Các tỉ lệ của biến áp: a)Tỉ lệ về điện áp: do từ thông ở cuộn sơ cấp và thứ cấp bằng nhau nên từ biểu thức tính U1 và U 2 ta có tỉ lệ: b)Tỉ lệ về dòng điện: khi cuộn thứ cấp có điện trở tải R2 sẽ có dòng điện I2 từ cuộn thứ cấp chạy qua tải. từ áp trong mạch từ được tính theo công thức: do từ áp bằng nhau nên: c)Tỉ lệ về công suất: công suất tiêu thụ ở cuộn thứ cấp: P2 =U2.I Công suất của nguồn cung cấp vào sơ cấp: P1=U1.I Một biến áp lí tưởng được coi như không tiêu hao trên hai cuộn dây sơ cấp,thứ cấp và mạch từ nên công suất ở sơ cấp và thứ cấp bằng nhau. P1=P2 ÆU1I1=U2I2 Thực tế công suất tiêu thụ ở cuộn thứ cấp luôn nhỏ hơn công suất tiêu thụ ở cuộn sơ cấp.do các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có điện trở của dây dẫn nên tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt, lõi từ có dòng điện cảm ứng do từ thông thay đổi sẽ tự kín mạch trong lõi (gọi là dòng điện Foucault)cũng tiêu hao một phần năng lượng dưới dạng nhiệt. Khi biến áp có tải lớn nhất theo công suất danh định (gọi là đầy tải) thì hiệu suất cao nhất khoảng 80-90%. 4.Phân loại: Máy biến thế có thể phân làm nhiều loại khác nhau dựa vào: · cấu tạo · chức năng · cách thức cách điện · công suất hay hiệu điện thế II-ĐIỆN TRỞ 1. Khái niệm, ký hiệu biểu tượng và phân loại điện trở. a) Khái niệm. Điện trở là sự cản trở dòng điện chảy trong vật dẫn điện. Ký hiệu là: R Được xác định bằng biểu thức: Đơn vị tính: Ohm (Ω)  R = U I b) Ký hiệu của điện trở trong mạch điện. R R VR R to Chuẩn EU Chuẩn US Biến trở Điện trở nhiệt Quang trở c) Phân loại điện trở. * Phân loại theo cấu tạo có 3 loại cơ bản: - Than ép: Loại này có công suất < 3W và hoạt động ở tần số thấp. - Màng than: Loại này có công suất > 3W và hoạt động ở tần số cao. - Dây quấn: Loại này có công suất > 5W và hoạt động ở tần số thấp. * Phân loại theo công suất: - Công suất nhỏ: Kích thước nhỏ. - Công suất trung bình: Kích thước lớn hơn. - Công suất lớn: Kích thước lớn nhất. * Lưu ý: - Kích thước càng lớn khả năng tàn nhiệt càng nhiều. - Kích thước càng nhỏ khả năng tản nhiệt càng ít. - Khi ghép nối các điện trở nên chọn có cùng công suất. - Khi thay thế điện trở cũng phải chọn loại cùng công suất. d) Hình dạng thực tế một số loại điện trở. 10 5W 6,8 10W Điện trở thường Điện trở công suất Điện trở công suất Biến trở 2. Mã màu của điện trở. a) Bảng mã màu. (Điện trở 4 vạch mầu) Màu Tên màu (ký hiệu) Số thứ 1 Số thứ 2 Hệ số nhân Sai số % Giá trị của điện trở tính bằng Ω - - - - ±20 Ngân nhũ (SR) - - 10-2 ±10 Kim nhũ (GD) - - 10-1 ±5 Đen (BK) - 0 1 - Nâu (BN) 1 1 101 ±1 Đỏ (RD) 2 2 102 ±2 Cam (OG) 3 3 103 - Vàng (YE) 4 4 104 - Xanh lá (GN) 5 5 105 ±0,5 Xanh lơ (BL) 6 6 106 ±0,25 Tím (VT 7 7 107 ±0,1 Xám (GY) 8 8 108 - Trắng (WH) 9 9 109 - c) Bảng mã màu. (Điện trở 5 vạch mầu) Màu Tên màu (ký hiệu) Số thứ 1 Số thứ 2 Số thứ 3 Hệ số nhân Sai số % Giá trị của điện trở tính bằng Ω - - - - - ±20 Ngân nhũ (SR) - - - 10-2 ±10 Kim nhũ (GD) - - - 10-1 ±5 Đen (BK) - 0 0 1 - Nâu (BN) 1 1 1 101 ±1 Đỏ (RD) 2 2 2 102 ±2 Cam (OG) 3 3 3 103 - Vàng (YE) 4 4 4 104 - Xanh lá (GN) 5 5 5 105 ±0,5 Xanh lơ (BL) 6 6 6 106 ±0,25 Tím (VT 7 7 7 107 ±0,1 Xám (GY) 8 8 8 108 - Trắng (WH) 9 9 9 109 - Ký hiệu giá trị điện trở. Giá trị điện trở R33 3R3 33R K33 3K3 33K M33 3M3 33M 0,33Ω 3,3 Ω 33Ω 0.33 kΩ 3,3 kΩ 33kΩ 0,33 MΩ 3,3 MΩ 33 MΩ 3. Xác định chất lượng của điện trở. * Để xác định chất lượng của điện trở chúng ta có những phương pháp sau: - Quan sát bằng mắt: Kiểm tra xem màu sắc thân điện trở có chỗ nào bị đổi màu hay không. Nếu có thì giá trị của điện có thể bị thay đổi khi làm việc. - Dùng đồng hồ vạn năng và kết hợp với chỉ số ghi trên thân của điện trở để xác định chất lượng của điện trở. * Những hư hỏng thường gặp ở điện trở: - Đứt: Đo Ω không lên. - Cháy: do làm việc quá công suất chịu đựng. - Tăng trị số: Thường xảy ra ở các điện trở bột than, do lâu ngày hoạt tính của lớp bột than bị biến chất làm tăng trị số của điện trở. - Giảm trị số: Thường xảy ra ở các loại điện trở dây quấn là do bị chạm một số vòng dây(sự cố này ít xảy ra nhất). - 4. Các loại điện trở đặc biệt. a) Điện trở nhiệt (Thermitor). Loại này được chế tạo từ chất bán dẫn, nên có khả năng nhạy cảm với nhiệt độ. - Nhiệt độ tăng làm tăng giá trị của điện trở (Nhiệt trở dương). - Nhiệt độ tăng làm giảm giá trị của điện trở (Nhiệt trở âm). b) Điện trở cảm nhận độ ẩm. - Độ ẩm tăng làm tăng giá trị của điện trở (dương). - Độ ẩm tăng làm giảm giá trị của điện trở (âm). c) Quang trở (Light Dependent Resistor): Được chế tạo có đặc điểm là khi ánh sáng chiếu vào sẽ làm thay đổi giá trị điện trở. d) Biến trở (Variable Resister). - Công dụng: Dùng để biến đổi(thay đổi) giá trị điện trở, qua đó làm thay đổi điện áp hoặc dòng điện ra trên biến trở. Ký hiệu: VR TVR Loại thông thường Loại vi chỉnh - Loại thông thường đòi hỏi sự điều chỉnh với độ chính xác không cao. - Loại vi chỉnh được dùng để hiệu chỉnh độ chính xác của mạch điện. *Lưu ý: Đối với VR loại than, thực tế có 2 loại: A và B. - Loại A: Chỉnh thay đổi chậm đều, được sử dụng để thay đổi âm lượng lớn nhỏ trong Ampli, Cassette, Radio, TV, hoặc chỉnh độ tương phản (Contrass), chỉnh độ sáng (Brightness) ở TV,... Biến trở loại A còn có tên gọi là biến trở tuyến tính. - Loại B: Chỉnh thay đổi đột biến nhanh, sử dụng chỉnh âm sắc trầm bổng ở Ampli. Biến trở loại B còn có tên gọi là biến trở phi tuyến hay biến trở loga. *Hư hỏng thực tế: - Đối với các VR loại than thường gặp các hư hỏng như: đứt, bẩn, rỗ mặt than. Trường hợp mặt than bị bẩn, rỗ mặt sẽ xảy ra hư hỏng thường gặp trong thực tế ví dụ như ở máy Ampli vặn Volume nghe sột sẹt... Để khắc phục nhanh hỏng hóc trong trường hợp này ta dùng xịt gió thổi sạch các cáu bẩn, rồi nhỏ một ít dầu máy khâu vào biến trở là xong. *Cách đo biến trở: - Vặn đồng hồ về thang đo Ohm. - Đo cặp chân 1-3 rồi đối chiếu với giá trị ghi trên thân biến trở. - Đo tiếp cặp chân 1-2 rồi dùng tay chỉnh thử xem kim đồng hồ thay đổi: + Nếu thay đổi chậm ta xác định VR là loại A . + Nếu thay đổi nhanh ta xác định VR là loại B. + Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển hẳn về ∞ là biến bị trở đứt + Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển về ∞ rồi lại trở lại vị trí gần đó là biến trở bị bẩn, rỗ mặt. III –TỤ ĐIỆN 1. Khái niệm, ký hiệu biểu tượng và phân loại tụ điện. a) Khái niệm. Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng điện trường. Ký hiệu là: C Được xác định bằng biểu thức: Đơn vị tính: Fara (F)  C = 1 2.p .f.X C  I C X = UC C b) Ký hiệu của tụ điện trong mạch điện. EMBED Tụ không Tụ hoá Tụ hoá Tụ hoá Tụ biến phân cực có phân cực có phân cực không phân cực dung và tụ vi chỉnh tụ. c) Phân loại tụ điện. Có rất nhiều phương pháp phân loại nhưng ở đây ta dựa trên cơ sở chất chế tạo bên trong tụ điện thì có các loại sau: o Nhóm tụ Mica, tụ Sêlen, tụ Ceramic nhóm này làm việc ở khu vực tần số cao tần. o Nhóm tụ sứ, sành, giấy, dầu: Nhóm này hoạt động ở khu vực tần số trung bình. o Tụ hoá học hoạt động ở khu vực có tần số thấp. d) Công dụng của tụ điện. - Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăn dòng một chiều. - Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ. - Đơn vị đo điện dung ở mạch điện tử gồm: pF (Pico Fara), nF (nano Fara), µF (Micro Fara) - Khi sử dụng tụ ta phải quan tâm đến 2 thông số: o Điện dung: Cho biết khả năng chứa điện của tụ. o Điện áp: Cho biết khả năng chịu đựng của tụ. e) Ghép tụ: - Ghép nối tiếp làm giảm trị số của tụ, Ghép song song làm tăng trị số của - Ghép tụ hoá nối tiếp thì dương tụ này vào âm tụ kia, song song thì nối cùng cực. 2. Hình dạng thực tế và cách đọc trị số của tụ. 104  H.1 203 25  H.2 .01 50  H.3 1500 1,5KV  H.4 100µF 50V C = 10.104 pF = 0,1 µF  C = 20.103 pF = 20 nF 10µF 16V U = 25V  C = 0,01 µF U = 50V  C = 1500 pF U = 1,5KV 1000µF 25V H.5 C = 100µF U = 50V  H.6 C = 10µF U = 16V H.7 C = 1000 µF U = 25V - Cũng tương tự như điện trở, tuỳ theo kích thước của tụ mà người ta có thể ghi trực tiếp giá trị của tụ và điện áp chịu đựng lên thân tụ. Ví dụ như các hình 4, 5, 6, 7. - Nếu tụ nhỏ người ta có thể quy ước như hình 1, 2, 3: o Với tụ 104 thì tương ứng là 10. 104 đơn vị tính là pF. o Với tụ ký hiệu bằng 2 số thì đọc trực tiếp đơn vị là nF: 68 tương ứng 68nF o Với tụ .01 thì tương ứng là 0,01 và đơn vị tính là µF. 3. Xác định chất lượng của tụ điện. dụng thang đo Ohm của đồng hồ vạn năng chỉ thị kim. - Khi đo tụ >100µF Chọn thang đo x1 - Khi đo tụ 10àF đến 100 µF Chọn thang đo x10 - Khi đo tụ 104 đến 10 µF Chọn thang đo x1K - Khi đo tụ 102 đến 104 Chọn thang đo x10K - Khi đo tụ 100pF đến 102 Chọn thang đo x1M - Khi đo tụ <100pF Chọn thang đo x10M Đo 2 lần có đảo chiều que đo: - Nếu kim vọt lên rồi trả về hết: Khả năng nạp xả của tụ còn tốt. - Nếu kim vọt lên 0Ω : Tụ bị nối tắt (Bị đánh thủng, bị chạm, chập) - Nếu kim vọt lên trả về không hết: Tụ bị rò rỉ. - Nếu kim vọt lên trả về lờ đờ: Tụ bị khô. - Nếu kim không lên: Tụ bị đứt (Chú ý: Kiểm tra tụ không đúng thang đo, không đủ kích thích cho tụ nạp xả được) IV-LINH KIỆN BÁN DẪN 1. Diode bán dẫn. . Tiếp giáp P - N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai