HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN TỬ II ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ NIÊN KHÓA: 2007-2012 CHUYÊN ĐỀ: THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN 12V- 3A GV. hƣớng dẫn: THS. NGUYỄN HỮU PHÚC SV. thực hiện: MSSV : LỚP : SV. LÊ VĂN KIỂM 407190025 D07DTA1 TP.HỒ CHÍ MINH -2010
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN TỬ II
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
NIÊN KHÓA: 2007-2012
CHUYÊN ĐỀ:
THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN 12V- 3A
GV. hƣớng dẫn: THS. NGUYỄN HỮU PHÚC
SV. thực hiện:
MSSV :
LỚP :
SV. LÊ VĂN KIỂM
407190025
D07DTA1
TP.HỒ CHÍ MINH -2010
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010
SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 2
Lời mở đầu
Chúng ta đang sống ở thế kỷ 21, thế kỷ của cách mạng khoa học kỹ thuật. Quanh chúng ta rất nhiều thiết bị điện, trong đó nguồn điện đóng vai trò hết
sức quan trọng để cung cấp năng lượng cho hầu hết các thiết bị quanh chúng
ta. Mỗi loại thiết bị điện lại có một bộ nguồn phù hợp. vấn đề đặt ra là làm sao
cho có được một bộ nguồn ổn đinh và bảo vệ thiết bị khi xảy ra sự cố.phương
tiện tốt nhất
.
Sau đây em xin giới thiệu về một bộ nguồn cơ bản.
Với yêu cầu đặt ra:
- Mạch chạy ra 12 v -3A.
- Bảo vệ quá tải, ngắn mạch ngỏ ra.
- Bảo vệ quá điện áp ngỏ ra.
- Bảo vệ thấp áp ngỏ ra.
Nội dung đồ án được trình bày như sau:
Chƣơng 1: lý thuyết cơ bản
1.1 Máy biến thế. 1.2 Mạch chỉnh lưu.
1.3 Diode zenner
1.4 Cơ bản về op-amp
1.5 Relay điện từ.
Chƣơng 2: Mô phỏng và thiết kế mạch nguồn có bảo vệ.
2.1 Nhiệm vụ các khối của mach nguồn. 2.2 phân tích thiết kế mạch.
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010
SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 3
Chƣơng 1: lý thuyết cơ bản
1.1 Máy biến thế
Thăng .
Hehe.
Máy biến thế hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lí:
Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường)
Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng
(cảm ứng điện)
Dòng điện được tạo ra trong cuộn dây sơ cấp khi nối với hiệu điện thế sơ cấp,
và 1 từ trường biến thiên trong lõi sắt. Từ trường biến thiên này tạo ra trong
mạch điện thứ cấp 1 hiệu điện thế thứ cấp. Như vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể
thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường. Sự biến đổi này có thể
được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt.
Khi NP, UP, IP, ΦP và NS, US, IS, ΦS là số vòng quấn, hiệu điện thế, dòng điện
và từ thông trong mạch điện sơ cấp và thứ cấp (primary và secondary) thì
theo Định luật Faraday ta có:
( Mô hình máy biến thế)
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010
SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 4
( Từ thông cảm ứng trong lõi thép máy biến thế)
và
Nếu ΦS = ΦP thì ,
ngoài ra
Như vậy (máy biến thế lí tưởng).
1.2 Mạch chỉnh lưu (Rectification).
Chỉnh lưu là quá trình chuyển đổi từ tín hiệu xoay chiều (ac) thành tín hiệu một chiều (dc).
Thiết kế làm theo thứ tự ngược lại để xác định IZmax của Diode zener và Ri
1.4 op-amp
Hiện nay, các bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT) đóng vai trò quan trọng và
được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật khuếch đại, tính toán, điều khiển, tạo hàm, tạo
tín hiệu hình sine và xung, sử dụng trong ổn áp và các bộ lọc tích cực...
Ứng dụng mạch tuyến tính:
Trong đồ án này tôi chỉ nêu tóm tắt những ứng dụng cần thiết có trong
đồ án thiết kế mạch điện tử này.
Mạch khuếch đại vi sai:
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010
SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 11
Mạch điện này dùng để tìm ra hiệu số, hoặc sai số giữa 2 điện áp mà mỗi điện áp có thể được nhân với một vài hằng số nào đó. Các hằng số này xác
định nhờ các điện trở.
- Tổng trở vi sai Zin (giữa 2 chân đầu vào) = R1 + R2
Hệ số khuếch đại vi sai
Nếu R1 = R2 và Rf = Rg,
Vout = A(V2 − V1) và A = Rf / R1
Mạch khuếch đại đảo:
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010
SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 12
Dùng để đổi dấu và khuếch đại một điện áp (nhân với một số âm)
Zin = Rin (vì V − là một điểm đất ảo)
Một điện trở thứ ba, có trị số , được thêm vào giữa đầu vào không đảo và đất mặc dù đôi khi không cần thiết lắm, nhưng nó sẽ giảm thiểu sai số do dòng định thiên đầu vào.
Mạch khuếch đại không đảo:
Dùng để khuếch đại một điện áp (nhân với một hằng số lớn hơn 1):
(thực ra, tổng trở bản thân của đầu vào op-amp có giá trị từ 1
MΩ đến 10 TΩ. Trong nhiều trường hợp tổng trở đầu vào có thể được xem như
cao hơn, do ảnh hưởng của mạch hồi tiếp.)
Một điện trở thứ ba, có giá trị bằng , được thêm vào giữa nguồn tín hiệu vào Vin và đầu vào không đảo trong khi thực ra không cần thiết, nhưng
nó sẽ làm giảm thiểu những sai số do dòng điện định thiên đầu vào.
1.5 Relay điện từ
Nguyên lí làm việc
Sự làm việc của loại rơle này dựa trên nguyên lí điện từ. Xét một rơle
như hình bên dưới. Khi cho dòng điện i đi vào cuộn dây của nam châm điện thì
nắp sẽ chịu một lực hút F. Lực hút điện từ đặt vào nắp:
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010
SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 13
2
2
.K iF , với
Khi dòng điện vào cuộn dây i > Itđ (dòng điện tác động) thì lực F hút nắp và
khi lực F tăng thì khe hở giảm (δ giảm) làm đóng tiếp điểm (do tiếp điểm được
gắn với nắp).
Khi dòng điện i ≤ Itv (dòng trở về) thì lực lò xo Flò xo > F (lực điện từ) và rơ
le nhả.
Tỉ số: d
tvtv
t
IK
I được gọi là hệ sô ú trơ í về.
+ Rơle dòng cực đại Ktv < 1.
+ Rơle dòng cực tiểu Ktv > 1.
Rơle càng chính xác thì Ktv càng gần 1.
Với
Rơle càng nhạy Kđk càng lớn.
Khoảng thời gian từ lúc dòng điện i bắt đầu lớn hơn Itđ đến lúc chấm dứt sự hoạt động của rơle gọi là thời gian tác động ttđ.
Số lần tác động trong một đơn vị thời gian (giờ) gọi là tần số tác động.
Chƣơng 2: Mô phỏng và thiết kế mạch nguồn có bảo vệ.
: khe hở i: dòng điện
K : là hệ sô
Pđk : công suất điều khiển.
Ptđ : công suất tác động của rơle.
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010
SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 14
2.1 Nhiệm vụ các khối của mach nguồn.
Sơ đồ tổng quát:
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010
SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 15
- Ghi chú: Trong thực tế các điện trở luôn có sai số và các giá trị điện trở mà
ta tính được không phải cái nào cũng có bán trên thị trường do đó mạch mà
ta thiết kế có một số linh kiện điện tử ta xẽ phải chọn những trị số gần bằng
hay sử dụng các công thức mắc nối tiếp hoặc song song cho các điện trở và
trong thiết kế ta xẽ thay vào một số khôi mạch có biến trở để ta cân chỉnh
mạch cho dễ dàng và chính xác.
2.1.1 thiết kế khối chỉnh lưu:
Theo như thiết kế ta sử dụng nguồn khi qua biến áp Vin = 18v vậy ta có:
VCC = 0,9.18 = 16v.
Trong sơ đồ thiết kế khối chỉnh lưu bao gồm sử dụng 1 diode cầu và hai
tụ điện C1 và C2. Trong mạch diode cầu có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều xang dòng một chiều. Sau khi biến đổi thu được áp ra có dạng nhấp nhô, do
vậy ta phải sử dụng tụ C2 có tác dụng làm giảm độ nhấp nhô theo nguyên tắc
điện dung càng lớn áp ra càng ít thay đổi sự nhấp nhô của sóng xẽ ít hơn. Còn C1 là tụ có tác dụng lọc nhiễu cao tần.
Do khi thiết kế mạch có áp ra lớn 12v và có dòng Imax = 3A nên ta chọn
diode sử dụng chịu dòng lớn hơn 3A, ta chọn điot GBU6B là loại điot cầu mắc
với các thông số 6A-100V. các gia trị tụ ta cho tụ sứ không phân cực C1= 100pf và C2 = 2200µf.
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ 2010
SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 16
2.1.2 Khối ổn áp: Khối ổn áp có nhiệm vụ tạo ra một điện áp ổn định do mình tùy chỉnh
như trong thiết kế mach là từ 3-12V và phải chịu được dòng điên như trong
thiết kế là 3A.
Trong mạch ổn áp này bao gồm hai bộ phận:
Uout = Uin(1+ ) (trong đó Uin :áp vào từ chân V+, Uout : áp ra của opam
- Thứ nhất: là sử dụng mạch op-amp để tạo ra môt điên áp ổn định được thông
qua con diode zener và dùng biến trở RV3 để định áp (đây là áp vào Uin mà
ta muốn cho ra la bao nhiêu vol nhưng chỉ cho phép trong giới hạn áp của
zenner) trên op-amp.
- Thứ hai: sau khi có dòng điện ra nhưng do dong khong dủ lớn lên ta sử dụng
hại con transitor Q1 và Q2 ghép nối theo kiều darlington.