Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 5: Nguồn và mạch ổn áp

Chương 5: NGUỒN VÀ MẠCH ỔN ÁP 5.1 Giới thiệu. 5.2 Mạch ổn áp. 5.2.1 Mạch ổn áp dùng Diode Zenner. 5.2.2 Mạch ổn áp dùng Transistor. 5.2.2.1 Mạch ổn áp nối tiếp. 5.2.2.2 Mạch ổn áp song song. 5.2.3 Mạch ổn áp dùng IC. 5.2.3.1 Mạch ổn áp cố định dùng IC. 5.2.3.2 Mạch ổn áp dùng IC điều chỉnh được áp ra. 1 5.1 Giới thiệu. • Mạch điện của các thiết bị điện tử sử dụng nguồn điện một chiều (DC) nhưng ở ngoài zắc cắm của các thiết bị này lại kết nối trực tiếp với nguồn AC 220V, 50Hz. • Vì vậy, các thiết bị này cần có bộ phận chuyển đổi từ nguồn AC thành nguồn DC cung cấp cho các mạch điện tử. Bộ phận chuyển đổi đó được gọi là mạch nguồn. 2 5.1 Giới thiệu. Mạch nguồn bao gồm: • Biến áp: hạ thế từ điện áp 220V xuống cấp điện áp thấp hơn (6V,9V,12V,24V,). • Mạch chỉnh lưu: chuyển đổi điện áp xoay chiều (AC) thành điện áp một chiều (DC) không bằng phẳng. (xem Chương 1: Diode; mục 1.3.1 Mạch chỉnh lưu và mạch lọc). • Mạch lọc: lọc gợn xoay chiều còn lại sau mạch chỉnh lưu để áp ra phẳng hơn. • Mạch ổn áp: giữ điện áp cố định cung cấp cho tải. 3 5.2 Mạch ổn áp. 3.2.1 Mạch ổn áp dùng Diode Zenner. IR IL Xem lại chương 1, mục 1.3.5 I  Ví dụ: Cho mạch ổn áp dùng R Z VIn RL VOut(t) Zenner như hình. Với R=1kΩ, VZ Z1 Vin=50V, Vz=10V, Izmax=32mA. Hãy xác định khoảng giới hạn của RL để mạch làm việc trong dải ổn áp? ĐS: [0,25kΩ→1,25kΩ] 4 5.2.2 Mạch ổn áp dùng Transistor. Có 2 dạng mạch ổn áp dùng transistor: dạng nối tiếp và song song. Trong các mạch ổn áp dùng BJT thì BJT phải được phân cực để làm việc trong vùng khuếch đại. 3.2.2.1 Mạch ổn áp nối tiếp. • Phần tử điều khiển có tác dụng điều chỉnh điện áp ngõ ra. Điện áp ngõ ra được lấy mẫu và đưa trở lại so sánh với nguồn điện áp chuẩn. • Trường hợp điện áp ngõ ra tăng (/ giảm) thì khối so sánh sẽ cung cấp tín hiệu tương ứng cho bộ điều khiển điều chỉnh giảm (/ tăng) điện áp ngõ ra. BỘ ĐIỀU KHIỂN TẠO ĐIỆN SO LẤY ÁP CHUẨN SÁNH MÃU 5 5.2.2.1 Mạch ổn áp nối tiếp.(tt) a. Mạch ổn áp nối tiếp dùng BJT. • Transistor : điều khiển. • Zenner : tạo điện áp chuẩn. • Khi điên áp ngõ vào Vi thay đổi sẽ làm áp ra Vo thay đổi theo. • Nếu áp ngõ ra Vo tăng → UE tăng → UBE của T1 giảm. Mà UB=UZ cố định nên T1 dẫn yếu đi → giảm áp ngõ ra Vo • Nếu áp ngõ ra Vo giảm → UE giảm → UBE của T1 tăng. Mà UB=UZ cố định nên T1 dẫn mạnh hơn → tăng áp ngõ ra Vo 6 a. Mạch ổn áp nối tiếp dùng BJT. (tt)  Ví dụ: Tính điện áp ngõ ra và dòng qua Zenner cho mạch ổn áp như hình. Biết: RL=1kΩ, UZ=12V, R=220Ω, β=50, Uin=20, UBE=0,7V. ĐS: [11,3V ; 36mA] 7 5.2.2.1 Mạch ổn áp nối tiếp.(tt) b. Mạch ổn áp nối tiếp dùng OpAmp. • T1: điều khiển. • Zenner : tạo áp chuẩn. • OpAmp : so sánh. • OpAmp làm nhiệm vụ so sánh áp chuẩn trên Zenner và áp hồi tiếp về tại điểm B (áp VB). Nếu điện áp ngõ ra thay đổi thì áp ngõ ra của OpAmp cũng thay đổi sẽ làm T1 dẫn mạnh hơn hoặc yếu đi và tác động đến ngõ ra. 8 5.2.2.2 Mạch ổn áp song song. • Điện áp đầu vào cung cấp dòng cho tải và mạch điều khiển. • Nếu điện áp ngõ ra tăng (/giảm), phần tử lấy mẫu cung cấp tín hiệu hồi tiếp tới mạch so sánh (so sánh với điện áp chuẩn). Tín hiệu ngõ ra của bộ so sánh đưa đến khối điều khiển làm tăng dòng Iss → dòng It giảm (/tăng) → ổn định điện áp ngõ ra. BỘ ĐIỀU KHIỂN TẠO ĐIỆN SO LẤY ÁP CHUẨN SÁNH MÃU 9 5.2.2.2 Mạch ổn áp song song.(tt) a. Mạch ổn áp song song dùng BJT. • Transistor: điều khiển. • Zenner: tạo điện áp chuẩn. • Khi điên áp ngõ vào Vi thay đổi sẽ làm áp ra Vo thay đổi theo. • Vo=Vz+VBE. • Nếu áp ra Vo giảm sẽ làm VB giảm → T1 dẫn yếu đi → Dòng cực C của T1 giảm → sụt áp qua R1 giảm → tăng Vo. • Nếu áp ra Vo tăng sẽ làm VB tăng → T1 dẫn mạnh hơn → Dòng cực C của T1 tăng → sụt áp qua R1 tăng → giảm Vo. 10 5.2.2.2 Mạch ổn áp song song.(tt) a. Mạch ổn áp song song dùng OpAmp. • OpAmp làm nhiệm vụ so sánh áp chuẩn trên Zenner và áp hồi tiếp về tại điểm B (áp VB). Nếu điện áp ngõ ra thay đổi thì áp ngõ ra của OpAmp cũng thay đổi sẽ làm T1 dẫn mạnh hơn hoặc yếu đi → điều khiển sụt áp trên RS → tác động đến ngõ ra. 11 5.2.3 Mạch ổn áp dùng IC. • Tất cả các phần tử điều khiển, khuếch đại, so sánh, tạo điện áp chuẩn được tích hợp trong IC. • Dòng tải của các IC từ hàng trăm mA đến hàng chục A nên rất thích hợp với mạch có yêu cầu gọn nhẹ. 12 5.2.3.1 Mạch ổn áp cố định dùng IC. • Họ IC 78xx cung cấp điện áp ngõ ra cố định từ +5V đến +24V. • Ký hiệu xx để chỉ giá trị điện áp ra. Ví dụ 7805 là ổn áp 5V, 7812 là ổn áp 12V. • Dòng ngõ ra của họ 78xx thường ≤ 1A. • Tụ điện C=0,1μF để lọc nhiễu tần số cao. • Họ 79xx tương tự họ 78xx nhưng cung cấp áp ra cố định từ -5V đến -24V. 13 5.2.3.2 Mạch ổn áp dùng IC điều chỉnh được áp ra. • Một số loại IC ổn áp có thể điều chỉnh được áp ra. • Ví dụ LM317 có thể hoạt động trong phạm vi điện áp từ 1,2V đến 37V. 14