Bài giảng Mạch điện tử & BTL IC tương tự - Chương 5: Mạch nguồn một chiều

CHƯƠNG 5: MẠCH NGUỒN MỘT CHIỀU 5.1 Khái niệm chung 5.2 Biến áp nguồn và mạch chỉnh lưu 5.3 Bộ lọc nguồn 5.4 Mạch ổn áp 1 CHƯƠNG 5: MẠCH NGUỒN MỘT CHIỀU 5.1 Khái niệm chung 5.2 Biến áp nguồn và mạch chỉnh lưu 5.3 Bộ lọc nguồn 5.4 Mạch ổn áp 2 MẠCH KHÁI NIỆM CHUNG • Mạch nguồn một chiều cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch điện và thiết bị điện tử hoạt động. • Bộ nguồn một chiều lấy năng lượng từ nguồn xoay chiều của lưới điện CHƯƠNG 5: MẠCH NGUỒN MỘT CHIỀU 5.1 Khái niệm chung 5.2 Biến áp nguồn và mạch chỉnh lưu 5.3 Bộ lọc nguồn 5.4 Mạch ổn áp 4 BIẾN ÁP NGUỒN • Biến đổi điện áp xoay chiều đặt vào cuộn sơ cấp thành điện áp xoay chiều theo yêu cầu trên cuộn thứ cấp. • Đa số các biến áp dùng trong thiết bị điện tử là biến thế hạ áp. CHỈNH LƯU NỬA CHU KỲ + Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ: - Nửa chu kỳ dương của U2, D dẫn, kín mạch - Nửa chu kỳ âm của U2, D tắt, hở mạch CHỈNH LƯU HAI NỬA CHU KỲ + Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ dùng biến áp thứ cấp có điểm giữa: - Trong hai nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều đều có dòng điện qua tải CHỈNH LƯU HAI NỬA CHU KỲ + Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ dùng mạch chỉnh lưu cầu: - Trong hai nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều đều có dòng điện qua tải MẠCH CHỈNH LƯU BỘI ÁP + Được sử dụng khi yêu cầu điện áp ra lớn nhưng dòng nhỏ: - Mạch nhân đôi điện áp - Nửa chu kỳ dương, D1 dẫn, C1 nạp đầy tới giá trị - Nửa chu kỳ âm, D2 dẫn, C2 nạp đầy tới giá trị - Vậy trên tải sẽ có điện áp bằng 2 lần MẠCH CHỈNH LƯU BỘI ÁP + Mạch nhân điện áp có n tầng - Nửa chu kỳ âm D1 dẫn, C1 nạp đầy tới giá trị - Nửa chu kỳ dương D2 dẫn, C2 được nạp đầy với giá trị - Nếu có n tầng thì trên tải sẽ có điện áp bằng CHƯƠNG 5: MẠCH NGUỒN MỘT CHIỀU 5.1 Khái niệm chung 5.2 Biến áp nguồn và mạch chỉnh lưu 5.3 Bộ lọc nguồn 5.4 Mạch ổn áp 11 BỘ LỌC NGUỒN + Đầu ra của bộ chỉnh lưu ta thu được điện áp một chiều + Tuy nhiên điện áp này không ổn định do có còn các thành phần xoay chiều + Vì vậy để có điện áp một chiều ổn định hơn phải cho qua bộ lọc + Tín hiệu sau khi qua bộ lọc gồm -Thành phần một chiều có giá trị UDC -Thành phần thay đổi có giá trị Ur (có giá trị nhỏ) BỘ LỌC NGUỒN + Đầu ra của bộ chỉnh lưu ta thu được điện áp một chiều + Tuy nhiên điện áp này không ổn định do có còn các thành phần xoay chiều + Vì vậy để có điện áp một chiều ổn định hơn phải cho qua bộ lọc + Tín hiệu sau khi qua bộ lọc gồm -Thành phần một chiều có giá trị UDC -Thành phần thay đổi có giá trị Ur (có giá trị nhỏ) BỘ LỌC NGUỒN + Độ gợn sóng được xác định theo công thức + Điện áp ra của nguồn khi không tải và khi có tải là khác nhau (khi có tải sẽ nhỏ hơn) + Lượng chênh lệch này được gọi là hệ số ổn định điện áp + Hệ số này càng tiến tới gần không thì bộ nguồn càng lý tưởng. VÍ DỤ VÍ DỤ BỘ LỌC DÙNG TỤ ĐIỆN + Mạch lọc thông dụng hiện nay là dùng tụ điện + Tụ sẽ ngắn mạch thành phần xoay chiều làm độ gợn sóng trên tải ít hơn nhưng vẫn còn nhấp nhô BỘ LỌC DÙNG TỤ ĐIỆN + Mạch chỉnh lưu không có lọc nguồn BỘ LỌC DÙNG TỤ ĐIỆN + Điện áp gợn sóng UAC sau lọc được tính theo công thức: + Điện áp gợn sóng UDC sau lọc được tính theo công thức: BỘ LỌC DÙNG TỤ ĐIỆN + Điện áp gợn sóng UAC sau lọc được tính theo công thức + Điện áp gợn sóng UDC sau lọc được tính theo công thức BỘ LỌC RC + Để giảm nhỏ độ gợn sóng, ở đầu ra bộ lọc tụ điện ta mắc thêm khâu lọc RC + Điện áp một chiều trước và sau điện trở R là và được tính như sau: BỘ LỌC RC + Với mạch lọc RC, gợn sóng sau R là khá nhỏ, tuy nhiên mạch này chỉ dùng khi dòng tải nhỏ + Khi dòng tải lớn công suất tổn hao trên R là lớn, để tránh điều này người ta thay điện trở R bằng cuộn cảm + Điện trở thuần cuộn cảm là rất nhỏ nên tổn hao công suất trên nó là nhỏ, còn điện áp xoay chiều sẽ bị chặn lại không cho ra tải. BỘ LỌC LC + Mạch chỉnh lưu có khâu lọc LC CHƯƠNG 5: MẠCH NGUỒN MỘT CHIỀU 5.1 Khái niệm chung 5.2 Biến áp nguồn và mạch chỉnh lưu 5.3 Bộ lọc nguồn 5.4 Mạch ổn áp 24 MẠCH ỔN ÁP • Mạch ổn áp có nhiệm vụ ổn định điện áp ra khi điện áp trên U2 thay đổi hoặc khi tải thay đổi. ỔN ÁP DÙNG DIODE ZENER • Mạch ổn áp có nhiệm vụ ổn định điện áp ra khi điện áp trên U2 thay đổi hoặc khi tải thay đổi. Bài tập Zener Bài 1 : Cho Vi = 18V, RL = 50Ω,VZ = 12V. Ri = 10 Ω. a) Tính giá trị các dòng điện Iz, Ii, IL. b) Tính công suất trên Ri, RL Bài tập Zener Bài 2 : Cho Vi = 20V, RL = 5KΩ,VZ = 15V. Ri = 1KΩ. a) Tính giá trị các dòng điện Iz, Ii, IL. b) Tính công suất trên Ri, RL Bài tập Zener Bài 3 : Cho E =30V, VZ = 10V, R1=1KΩ Pzmin = 30mW. a)Tính dòng qua Dz khi công suất trên Dz bằng Pzmin và 5Pzmin. b)Cho dòng qua Dz bằng 15mA. Tính dòng I1,I2 và R2, P2 Bài tập Zener Bài 4 : Cho Vi =15V, RL = 50Ω,VZ = 12V. Pzmax= 1W, Pzmin = 240mW. a)Tính Ri để Vz = 12V không đổi. b)Cho Vi = 18V, bỏ RL. Tính Ri và dòng qua diode Zener để Vz=12V. ỔN ÁP DÙNG TRANSISTOR • Có hai loại ổn áp dùng transistor -Ổn áp nối tiếp -Ổn áp song song. • Ổn áp nối tiếp là transistor được mắc nối tiếp với tải, ổn áp song song là transistor được mắc song song với tải. ỔN ÁP NỐI TIẾP ỔN ÁP VẮNG KHUYẾCH ĐẠI ỔN ÁP VẮNG KHUYẾCH ĐẠI • Giả sử UR tăng tức là UE tăng nên UBE giảm (do điện áp UB được giữ cố định bởi Z) làm cho transistor thông yếu hơn làm cho UR giảm, do đó UR được duy trì ổn định. ỔN ÁP VẮNG KHUYẾCH ĐẠI • Ngược lại nếu UR giảm tức là UE giảm nên UBE tăng (do điện áp UB được giữcố định bởi Z) làm cho transistor thông mạnh hơn làm cho UR tăng, do đó UR được duy trì ổn định Bài tập Zener Bài 5: Cho mạch điện ổn áp như hình Biết UDz = 6,6V, Rt = 100, R1 = 470,  = 59. a. Giải thích hoạt động của mạch. b.Biết ID = 10mA.Tính UV. c.Tính công suất tổn hao trên Q. ỔN ÁP CÓ KHUYẾCH ĐẠI ỔN ÁP CÓ KHUYẾCH ĐẠI • Giả sử UR tăng lên→ UB2 tăng lên, do đó UBE2 = UB2 -UZ tăng lên → T2 thông mạnh hơn làm cho UCE2 giảm tức là UB1 • Do đó UR giảm xuống giảm làm cho T1 nên duy trì ổn định UR. giảm thông Nếu UR giảm chúng ta giải thích ngược lại. ỔN ÁP CÓ KHUYẾCH ĐẠI MẠCH ỔN ÁP DÙNG BỘ KĐTT • Giả sử UR tăng làm cho điện áp tại cửa đảo của bộ KĐTT tăng theo nên điện áp ra sẽ giảm xuống, do đó duy trì ổn định điện áp ra. Nếu UR giảm ta giải thích ngược lại. MẠCH HẠN CHẾ DÒNG • Khi dòng tải tăng quá giới hạn thì sụt áp trên R4 tăng lên, làm cho T2 thông, làm giảm dòng IB1 do đó giảm dòng qua T1 tránh quá dòng trên tải. ỔN ÁP SONG SONG • Mạch ổn áp song song chỉ khác với mạch ổn áp nối tiếp ở chỗ phần tử hiệu chỉnh được mắc song song với tải, nó có tác dụng tăng hoặc giảm dòng khi điện áp vào tăng hoặc giảm do đó làm cho sụt áp trên R tăng hoặc giảm theo nên UR được ổn định ỔN ÁP VẮNG KHUYẾCH ĐẠI • Giả sử UR tăng lên sẽ làm cho UBE = UR-UZ tăng lên, do đó T sẽ thông mạnh hơn, dòng qua T sẽ tăng làm cho sụt áp trên R tăng, kéo UR giảm xuống, nên UR được duy trì ổn định. Nếu UR giảm ta giải thích ngược lại. ỔN ÁP CÓ KHUYẾCH ĐẠI • Giả sử UR tăng lên sẽ làm cho UB2 tăng lên, do đó T2 sẽ thông mạnh hơn, dòng qua T2 sẽ tăng tức là dòng IB1 tăng, làm cho dòng qua T1 tăng, do đó sụt áp trên T tăng, kéo UR giảm xuống, nên UR được duy trì ổn định. Nếu UR giảm ta giải thích ngược lại. ỔN ÁP DÙNG KĐTT • Giả sử UR tăng làm cho điện áp tại cửa thuận của bộ KĐTT tăng theo nên điện áp ra của bộ KĐTT tăng lên, do đó transistor thông mạnh hơn làm cho sụt áptrên R2 tăng → UR giảm xuống, do đó duy trì ổn định điện áp ra. Nếu UR giảm ta giải thích ngược lại. Bài tập Zener Bài 6: Cho mạch điện ổn áp song song hình. Biết R1 = 10Ω, Vz = 4,4V, Tranzitor Q có ℬ= 40, Rt = 100 Ω, dòng ID = 10mA. a. Xác định điện áp UR. b. Tính UV, công suất của R1. Bài tập Zener Bài 7: Cho mạch điện như hình. Biết UV = 15V, UDz = 5V, UBE1 = UBE2 = 0,6V, R1 = R2 = 100Ω. Tìm Ur và cường độ dòng điện qua điện trở R1, R2.