- Thyristor : dùng khi công suất ra lớn, có thể điều chỉnh điện áp ra tuỳ ý.
Trong chỉnh lưu bằng diode , các mạch chỉnh lưu thường được dùng là:
• Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ.
• Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ:
+Mạch chỉnh lưu cân bằng.
+Mạch chỉnh lưu cầu.
• Mạch chỉnh lưu bội áp (tăng điện áp ra khối chỉnh lưu lên n lần so với
điện áp vào, ở đây n là hệ số bội áp).
Bản thiết kế này dùng chỉnh lưu cầu do nó có nhiều ưu điểm so với các
phương pháp chỉnh lưu khác đó là : Có hiệu suất sử dụng biến áp cao hơn so
với chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ thông thường (do trong chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ
thông thường thì với mỗi nửa chu kỳ 1 trong 2 nửa cuộn dây sẽ không làm
việc), tính ổn định của điện áp ra sau chỉnh lưu, điện áp ngược tối đa mà mỗi
điốt phải chịu đựng chỉ bằng 1/2 so với chỉnh lưu nửa chu kỳ và độ gợn sóng
của phương pháp chỉnh lưu này cũng giảm đi 2 lần so với chỉnh lưu nửa chu
kỳ.
n1 n2
U1 U2
1 3
2 5
+
-
~
~
D3 D1
D4 D2
Uvao
Rtai
Ura
- Nguyên tắc hoạt động của mạch chỉnh lưu cầu như sau:
Khi
10
ttt
<<
: D1 và D4 thông, D2 và D3 tắt, dòng điện chảy từ cực +Uvào
→ D1→ Rtải → D4 → cực - Uvào, Ura ≈ Uvào.
Khi
21
ttt
<<
: D2 và D3 thông, D1 và D4 tắt, dòng điện chảy từ cực +Uvào
→ D2→ Rtải → D3 → cực - Uvào, Ura ≈ Uvào.
5
Như vậy là sau hai nửa chu kì, dòng điện chảy qua Rtải cùng chiều nên ta
có điện áp ra trong 2 nửa chu kỳ đó cùng dấu dương.
Sau đây là giản đồ thời gian thể hiện quá trình trên :
Tuy nhiên do ta sử dụng các diode (trong khối chỉnh lưu cầu) để nắn dòng
mà bản thân các diode là các phần tử phi tuyến, chúng sinh ra các thành phần
hài bậc cao. Để loại bỏ các hài bậc cao nàyngười ta dùng các tụ có chỉ số nhỏ
mắc song song với các diode. Đối với các thành phần hài bậc cao thì trở
kháng của các tụ nhỏ nên chúng được ngắn mạch xuống dưới đất. Các tụ C1 -
C4 là các tụ lọc nguồn.
C3
C1
- +
D3 D1
D4 D2
+
C5BIEN AP
1 3
2 5
C4
C2
III. Khối lọc
Điện áp ra sau khối chỉnh lưu có độ gợn sóng lớn. Giá trị điện áp biến thiên
từ 0 đến √2U
vào
-1,4V một cách chu kỳ gọi là sự gợn sóng của điện áp hay
dòng điện ra khối chỉnh lưu. Sự gợn sóng này là do các sóng hài gây nên, làm
mất mát năng lượng một cách vô ích và gây nhiễu loạn cho sự làm việc của
6
tải. Để giảm độ gợn sóng ta sử dụng các bộ lọc. Các bộ lọc thường được sử
dụng là bộ lọc LC, RC (nối tiếp hoặc song song). Trong thiết kế này ta dùng
một bộ lọc RC phù hợp với chỉ tiêu độ gợn sóng là 5% (theo yêu cầu đề bài).
Ta có công thức tính độ gợn sóng của điện áp ra như sau: K
gs
=
∆Ura /Ura tb
Với ∆Ura = Um = √2U
vào
-1,4V, và Ura tb = 2*Um/ é.
(Um là biên độ điên ra khối chỉnh lưu cầu).
Suy ra: K
gs
= Um / (2*Um/é) = é/2 = 157(%)
Ta thấy K
gs
có giá trị rất lớn. Cần phải giảm nhỏ độ gợn sóng này.
Sơ đồ nguyên lý mạch lọc bằng tụ điện như sau:
khi không có tụ lọc:
Khi có tụ lọc:
Ta có công thức tính giá trị điện dung của tụ thông qua độ gợn sóng như sau:
gst
chl
loc
KR
T
C
3
≈
Trong đó:
• K
GS
: Hệ số gợn sóng (thực tế thường chọn K
GS
=5%).
• R
t
: Điện trở tải ( tức là điện trở đầu vào của khối ổn áp)
7
• T
chl
: Chu kỳ chỉnh lưu, với chỉnh lưu một nửa chu kỳ T
chl
=20ms,
với chỉnh lưu hai nửa chu kỳ T
chl
=10 ms.
IV. Khối ổn áp
khối ổn áp so sánh làm việc dựa trên nguyên lí hồi tiếp âm để ổn định điện
áp ra
Sơ đồ khối:
Uvào Ura
Khối khuếch đại điều chỉnh đóng vai trò khối K(khuếch đại), tất cả các khối
còn lại đóng vai trò hồi tiếp. Nguyên tắc hồi tiếp như sau: Khi điện áp ra tăng
lên một lượng ∆U
r
thì lượng biến thiên này sẽ quay trở lại đầu vào nhờ khối hồi
tiếp âm. Tín hiệu hồi tiếp âm ngược pha với tín hiệu vào do đó sẽ làm suy giảm
tín hiệu ra, ngược lại khi điện áp ra giảm đi một lượng ∆U
r
thì tín hiệu ra khối
hồi tiếp sẽ tăng, tín hiệu này được đưa vào khối khuếch đại điều chỉnh, sẽ bù lại
sự giảm điện áp ra, do vậy điện áp ra luôn ổn định.
Nếu ta gọi hệ số khuếch đại của khối khuếch đại là
K
, của khối hồi tiếp là
ht
K
và của toàn bộ mạch sau khi có hồi tiếp là
'K
.
Ta có quan hệ sau:
g
K
KK
K
K
ht
=
+
=
1
'
Trong đó, g là độ sâu hồi tiếp (g>1). Vậy, khi có hồi tiếp âm, hệ số khuếch
đại giảm đi g lần.
- Một vài ưu điểm của bộ ổn áp so sánh sử dụng nguyên lí hồi tiếp âm:
8
Khuếch đại
điều chinh
Khuếch đại
So sánh
Khối
phân áp
Khối tạo điện
áp chuẩn
+ Điện trở vào tăng g lần, làm hiệu suất từ các tầng trước đưa đến tầng này
tăng lên, đồng thời điện áp cung cấp cho mạch này ít chịu ảnh hưởng của sự
biến đổi trở kháng ra của các tầng trước.
+ Điện trở ra giảm g lần, giúp điện áp ra ít bị biến đổi khi giá trị điện trở tải
thay đổi (tăng độ ổn định ).
+ Độ nhấp nháy giảm g lần.
Tất cả các ưu điểm đều giúp cho việc ổn định điện áp ra.
- Điều kiện để hồi tiếp âm là:
ϕ
K
+ ϕ
HT
= 180
0
- Để đạt được độ ổn định cao thì yêu cầu:
K . K
HT
>>1 ( tức là yêu cầu hồi tiếp âm sâu)
do khi có hồi tiếp âm sâu thì:
htht
KKKK
≈+
1
.
ht
K
K
1
'
≈
Khi đó hệ số KĐ tổng chỉ phụ thuộc vào hệ số khuếch đại
ht
K
, không phụ
thuộc vào K(do khối khuếch đại điều chỉnh là phần tử phi tuyến nên K không
ổn định).
- Sau đây ta sẽ xem xét cụ thể từng khối của mạch ổn áp so sánh
1. Khối tạo điện áp chuẩn
Dùng ổn áp thông số để tạo ra 1 điện áp chuẩn đưa vào so sánh với điện áp
ra của khối phân áp nhằm tạo ra 1 điện áp đi đến khối khuếch đại điều chỉnh
giữ điện áp ra không đổi.
Sơ đồ nguyên lý:
Diode zener làm việc theo hiệu
ứng zener : Hiệu ứng zener là khi ta tăng điện áp phân cực ngược cho diode đến
1 mức nào đấy (Uz), thì diode bị đánh thủng, lúc này dòng điện trong diode tăng
9
đột ngột, và sẽ có độ biến thiên rất lớn mặc dù ta chỉ thay đổi điện áp phân cực
ngược một lượng rất nhỏ. Người ta sử dụng tính chất này để tạo ra 1 mức điện
áp ổn định (Uz) khi dòng điện chảy qua diode thay đổi.
Uz đuợc gọi là điện áp đánh thủng của điôt zener (hay điện áp ngược cho
phép) để điôt zener làm việc được thì điện áp ngược tối thiểu cung cấp cho
điôt zener phải lớn hơn Uz.
2. Khối phân áp
N hiệm vụ: Tạo Tạo U
PA
tỉ lệ với điện áp ra, dùng làm tín hiệu so sánh với
tín hiệu điện áp chuẩn, nhằm tạo ra sự chênh lệch điện áp đưa vào khối
khuếch đại điều chỉnh.
Sơ đồ nguyên lý:
Do Ura là điện áp 1 chiều nên ta sử dụng phân áp điện trở.
Nếu I
SS
<< I
PA
ta có: R
II
U
PA
= U
RA
R
I
+ R
II
R6, R7, R8 là các điện trở phân áp. Trong đó, R7 là biến trở và tách thành 2
điện trở R7a , R7b.
Ta có: R
I
=R6 + R7a và R
II
= R8 + R7b.
Giá trị của R6, R7, R8 được chọn tuỳ thuộc vào giá trị của dòng điện ra
chảy trên tải, dòng phân áp được chọn sao cho Ipa << Ira .
Ipa ≈(1/10 I
ra
).
3. Khối khuếch đại so sánh
Khối này có thể dùng transistor hay dùng mạch khuếch đại thuật toán.
10
Trong bản thiết kế này ta sử dụng transistor, trong đó :
• Cực B đặt U
PA
• Cực E đặt U
CHUẨN
• Cực C lấy ra U
SS
Điện áp vào cực B, ra cực C nên đây là mạch KĐ kiểu E chung ⇒ ϕ
HT
= Π.
Sơ đồ nguyên lý:
Hệ số KĐ_ K
HT
là tích của hệ số phân áp Kpa và hệ số khuếch đại của khối
KĐ so sánh Kss. Với:
III
II
pa
RR
R
K
+
=
;
'
e
c
ss
r
r
K
=
Trong đó,
c
r
: Điện trở tương đương xoay chiều tại cực C của transitor.
'
e
r
: ĐIện trở trong cực E của transistor (
E
e
I
mV
r
25
'
=
).
Khi biết g ta có thể xác định được điện trở ra, vào và độ nhấp nháy của mạch
ổn áp.
Để thoả mãn điều kiện hồi tiếp âm sâu (g lớn), hay K . K
HT
>>1 yêu cầu
Kpa phải lớn.
Việc chọn transitor Q4 phụ thuộc vào công suất mà transitor phải chịu đựng:
CCED
IUP *
=
.
11
4. Khối khuyếch đại điều chỉnh.
Dùng transistor công suất có hệ số khuéch đại lớn được toả nhiệt tốt. Tín hiệu
so sánh được đưa vào chân B của Transistor, tín hiệu ra có thể lấy ở chân
E hoặc chân C
• Nếu lấy ở chân E ⇒ ϕ
K
=0
0
• Nếu lấy ở chân C ⇒ ϕ
K
=180
0
Nhưng do ϕ
HT
= 180
0
nên để đảm bảo điều kiện hồi tiếp âm: ϕ
K
+ϕ
HT
=180
0
thì yêu cầu ϕ
K
=0
0
Mặt khác cả 2 khối KĐ điều chỉnh và khối KĐ so sánh đều mắc theo kiểu
E chung do đó điều kiện về biên độ K. K
HT
>>1 cũng thoả mãn.
Ta có Ic ≈ I tải
U
CE
= U vào - U ra → P
CE
= U
CE
* Ic lớn
Để tầng khuếch đại này làm việc tốt thì dòng vào KĐ điều chỉnh << dòng ra
KĐ so sánh. Giả sử Ic của mạch so sánh = 1mA thì I
B
của tầng điều chỉnh =
0,1mA, nếu dòng Ic của tầng điều chỉnh = 1A thì β = Ic/ I
B
= 10000 rất lớn lúc
này phải chọn cách mắc các Transistor theo kiểu KĐ Darlingtơn.
b
tai
Ι
Ι
=
β
(β- là hệ số KĐ dòng điện)
12
Sơ đồ mắc các Transistor theo kiểu KĐ Darlingtơn như sau:
Từ sơ đồ trên ta thấy : Nếu gọi β
1
, β
2
, β
3
là hệ số KĐ của các đèn T1, T2, T3
thì hệ số KĐ của cả khối KĐ điều chỉnh là : β = β
1
. β
2
. β
3
Các điện trở R1, R2, R3 là dùng để triệt dòng nhiệt (dòng ngược của các mặt
ghép B-C) chảy trong các Transistor).
Sơ đồ ngyên lí của khối ổn áp:
13
Nguyên lý ổn áp như sau:
Nếu điện áp ra (Ura) trên tải tăng, qua mạch phân áp làm U
PA
tăng, do U
PA
đặt vào cực B, còn U
chuẩn
(không đổi) đặt vào cực E của tầng KĐ so sánh (T4)
làm cho Ube
T4
tăng, khiến cho Q4 dẫn điện mạnh, Ic
Q4
tăng, gây sụt áp trên điện
trở R1 nhiều, làm cho Ub
Q3
giảm khiến cho Q3 đẫn điện yếu và kéo theo sự dẫn
điện yếu của Q2, Q1 trong tầng KĐ Darlingtơn, dẫn đến nội trở của tầng KĐ
này tăng → sụt áp Uce
Q1
tăng → Ic
Q1
giảm, tức là Itải giảm, làm Ura giảm để ổn
định ⇒ U ra = const.
Tương tự nếu điện áp ra (Ura) trên tải giảm, qua mạch phân áp làm U
PA
giảm,
U
chuẩn
của tầng kĐ so sánh không đổi → Ube
Q4
giảm → Q4 dẫn điện yếu → Ic
Q4
giảm, gây sụt áp trên điện trở R1 ít, làm cho Ub
Q3
tăng → Q3 dẫn điện mạnh
hơn và kéo theo sự dẫn điện mạnh nên của Q2, Q1 trong tầng KĐ Darlingtơn →
nội trở của tầng KĐ này giảm → Uce
T1
giảm , dòng Ic
Q1
tăng (Itải tăng), làm Ura
tăng để ổn định ⇒ U ra = const.
- Ưu điểm của mạch ổn áp kiểu bù:
+ Ổn áp tốt, phạm vi ổn áp tương đối rộng, có thể điều chỉnh được mức điện áp
Ura bằng cách thay đổi VR7 tương đương với thay đổi
pa
K
. Khi VR7 dịch lên
trên thì mức điện áp Ura (ổn định) giảm và ngược lại khi VR7 dịch xuống dưới
thì mức điện áp Ura (ổn định) tăng.
+ Công suất ra đủ lớn khi chọn Q1 có công suất đủ lớn, do đó mạch điện được
sử dụng phổ biến làm bộ nguồn cho nhiều thiết bị điện tử , máy móc điện tử.
Sơ đồ nguyên lý tổng quát của nguồn ổn áp
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét