Đồ Án kỹ thuật Điện Điện tử Đề tài thiết kế, chế tạo mạch nguồn Ổn Áp một chiều Đầu ra ± 5vdc và ± 9vdc

Sau quá trình học tập và nghiên cứu, ĐAMH 1 chúng em đã được giao thực hiện đề tài: “Thiết kế chế tạo mạch nguồn ổn áp một chiều, đầu ra ± 5VDC và ± 9 VDC ” nhằm củng cố về mặt kiến thức

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA CƠ KHÍ

***    ***

ĐỒ ÁN: KỸ THUẬT ĐIỆN -ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH NGUỒN ỔN ÁP MỘT CHIỀU ĐẦU RA ± 5VDC và ± 9 VDC

Giảng viên hướng dẫn : Trần Xuân Tiến

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Huy Hùng

Mã sinh viên : 11221146

Lớp : 110213

HƯNG YÊN, NĂM 2024

MỤC LỤC

T

rang

LỜI CẢM ƠN 3

MỞ ĐẦU 5

GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 5

1 Lý do chọn đề tài 5

2 Mục tiêu của đề tài 5

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5

3.1 Đối tượng nghiên cứu: 5

3.2 Phạm vi nghiên cứu: 5

4 Phương pháp nghiên cứu 6

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 6

6 Sản phẩm dự kiến đạt được 7

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH .8 1.1 Điện trở 8

1.2 Diode 10

1.3 Biến áp 12

1.3.1 Khái niệm 12

1.3.2 Cấu tạo 13

1.3.3 Nguyên lý làm việc 14

1.3.4 Ứng dụng 14

1.4 IC ổn áp 15

1.4.1 Họ 78xx 15

1.4.2 Họ 79xx 16

1.4.3 Cách xác định chân của họ 78xx và 79xx 16

1.5 Tụ điện 16

1.5.1 Khái niệm, cấu tạo và phân loại 16

1.5.3 Nguyên lí hoạt động 18

1.5.4 Ứng dụng của tụ điện 19

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ MẠCH 20

2.1 Sơ đồ khối 20

2.2 Sơ đồ nguyên lí 21

2.2.1 Biến áp 21

2.2.2 Mạch chỉnh lưu 21

2.2.3 Bộ lọc nguồn 21

2.2.4 Khối ổn áp 22

2.3 Nguyên lí làm việc của mạch 22

2.3.1 Máy biến áp 22

2.3.2 Mạch chỉnh lưu 22

2.3.3 Mạch lọc 23

2.3.4 IC ổn áp 24

2.4 Tính toán điện áp đầu ra 25

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO MẠCH 27

3.1 Sơ đồ mạch in 27

3.2 Bảng thống kê các linh kiện trong mạch 27

3.3 Lắp mạch chạy thử và hoàn thiện mạch 28

3.4 Kết luận 28

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 30

Tài liệu tham khảo 31

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, Ngày tháng năm 2024

Giảng viên hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Khi bắt đầu chọn một đề tài để làm một bài báo cáo đồ án môn học hoànchỉnh đúng với yêu cầu của giáo viên bộ môn, cũng như đúng với yêu cầu vềkhuôn mẫu chuẩn của một bài báo cáo đồ án môn học, em đã có một sự chuẩn

bị rất chu đáo

Để có được một bài báo cáo không chỉ chuẩn, đẹp, đúng khuôn mẫu mànội dung của bài báo cáo đồ án cũng như đề tài phải phù hợp, thực tế, rõ ràng,đáng tin cậy Do đó em cần phải tham khảo nhiều nguồn tài liệu để hỗ trợ chocông việc thực hiện đồ án của em Vì thế em chân thành cảm ơn các tác giả củanhững trang web điện tử và tác giả kỹ sư đã cung cấp cho em những nguồntài liệu quan trọng để em hoàn thành bài báo cáo đồ án này

Khi đã có được khuôn mẫu của bài báo cáo đồ án và đã chọn được chomình một đề tài phù hợp em đã cố gắng hoàn thành bài đồ án này Nhưngkhông tránh khỏi những thiếu sót trong in ấn cũng như chọn mua linh kiện trênthị trường đã làm cho em gặp không ít những khó khăn trong quá trình thựchiện đồ án và tạo ra sản phẩm Mong thầy cô và các bạn thông cảm, thứ lỗi chonhững thiếu sót trong báo cáo của nhóm em

Trong quá trình thực hiện đề tài em xin chân thành cảm ơn cô NguyễnThị Phương Thảo đã tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đề tài này Do khảnăng kiến thức bản thân còn hạn chế đề tài chắc chắn sẽ không tránh khỏinhững thiếu sót Vì vậy, chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánhgiá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

Chân thành cảm ơn sự quan tâm và tham khảo của thầy cô và các bạn

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, việc ứng dụngcác thành tựu khoa học vào trong sản suất đã từ lâu không con xa lạ với conngười Chính vì thế trong công nghiệp, điều khiển tự động đóng vai trò rất quantrọng; nó nâng dần tính hiện đại hóa của công nghiệp đẩy nên công nghiệp từthô sơ lên một nền công nghiệp mà đỉnh cao của nó là tự động hoàn toàn

Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đại học trútrọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong việcgiảng dạy cũng như trong quá trình giúp sinh viên tăng khả năng tư duy logic,vận dụng vào thực tế Sau quá trình học tập và nghiên cứu, ĐAMH 1 chúng em

đã được giao thực hiện đề tài: “Thiết kế chế tạo mạch nguồn ổn áp một chiều, đầu ra ± 5VDC và ± 9 VDC ” nhằm củng cố về mặt kiến thức trong sách

vở vào quá trình thực tế, và tạo dựng cơ sở vật chất cho xưởng thực hành khoaĐiện

Với đề tài được giao, chúng em đã vận dụng kiến thức của mình để tìmhiểu và nghiên cứu lý thuyết, đặc biệt chúng em tìm hiểu sâu vào tính toán thiết

kế phục vụ cho việc hoàn thiện sản phẩm

Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của cô cùng với sự cố gắng nỗ lựccủa các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong đồ án của mình.Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sótkhi thực hiện đồ án này Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiếnđánh giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để sản phẩm được hoàn thiệnhơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

2 Mục tiêu của đề tài

Tìm hiểu về nguyên lí hoạt động của các mạch nguồn đồng thời củng cốthêm kĩ năng thực hành, rèn luyện kỹ năng thiết kế, lắp đặt, đo đạc thông số Khi đồ án hoàn thiện mạch nguồn sẽ được lắp đặt và sử dụng tại phòng thựchành khoa Điện - Điện tử

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mạch điện (mạch nguồn) thực hiệnnhiệm vụ chuyển đổi dòng từ dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều

ra các giá trị điện áp tiêu chuẩn ổn định (ổn áp) và một giá trị dòng điện mộtchiều có thể thay đổi được Để thực hiện được công việc trên, đối tượng cầnphải quan tâm là những linh kiện điện tử nào sẽ thực hiện nhiệm vụ đó, quátrình thực hiện của chúng như thế nào và thực hiện ra sao

3.2 Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nhiên cứu của đề tài là giá trị điện áp đầu ra là: ± 5VDC và

± 9 VDC phải là điện áp một chiều, ổn định, chính xác Linh kiện điện tử nào

đóng vai trò chủ đạo trong mạch, vai trò của chúng như thế nào và tất cả chúng

sẽ làm việc ra sao

Phạm vi nghiên cứu của đề tài này là toàn bộ những vấn đề được đặt ra

mà đề tài yêu cầu, chỉ tập trung vào những yêu cầu thiết yếu nhất mà đề tài yêucầu không nghiên cứu rộng hơn, chủ yếu phục vụ cho phòng thực hành, trongđời sống

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lí thuyết: Tìm kiếm và tra cứu những tài liệu có liên quan Nghiên cứu thực nghiệm: Kiểm tra sản phẩm đã làm ra về các thông số

kỹ thuật đầu ra theo yêu cầu của dề tài Vì nghiên cứu thực nghiệm trước hếtphải từ việc làm ra sản phẩm rồi cuối cùng mới kiểm tra đáp ứng được yêu cầu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: nguồn điện là thành phần không thể thiếu được trongcác mạch điện tử và đóng thành phần quan trọng ảnh hưởng tới hoạt động củamạch điện tử

Ý nghĩa thực tiễn: Trong tất cả các thiết bị điện tử vấn đề nguồn cung cấp

là một trong những vấn đề quan trọng nhất quyết định đến sự làm việc ổn địnhcủa hệ thống và sẽ được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hầu hết các lĩnhvực kinh tế- xã hội cũng như trong đời sống, học tập và nghiên cứu:

- Trong đời sống: Mạch nguồn được sử dụng phổ biến trong các thiết bịđiện tử trong gia đình như: sạc điện thoại, đầu đĩa, amly, máy vi tính(laptop),loa vi tính,

- Trong sản xuất: mạch nguồn được sử dụng trong các dây chuyền điềukhiển và tự động hoá như các mạch điều khiển thườn sử dụng điện một chiều,các thiết bị cảnh báo an toàn, thiết bị bảo vệ, thiết bị chống trộm, …

- Trong học tập và nghiên cứu: Mạch nguồn được sử dụng thường xuyên

và dường như không thể thiếu được đối với một sinh viên học ngành điện tử vànhững người nghiên cứu về điện tử, nếu không có mạch nguồn thì các mạch

điện khác không thể hoạt động được, mạch nguồn là một phần quan trọng đểbảo vệ và giúp cho thiết bị điện tử hoạt động ổn định, tăng tuổi thọ

6 Sản phẩm dự kiến đạt được

Bài báo cáo thuyết minh trình bày các nội dung của đề tài

Một mạch nguồn ổn áp một chiều, có điện áp đầu ra ra ± 5VDC và± 9 VDC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠCH

1.1 Điện trở

Điện trở là sự cản trở dòng điện chảy trong vật dẫn điện

Kí hiệu là: R

Đơn vị tính: Ohm (Ω)

Kí hiệu của linh kiện trên sơ đồ nguyên lý:

Cấu tạo của điện trở:

Hình 1.1: Cấu tạo của điện trở vạch

Thành phần cấu nên một con điện trở là gồm nhiều thành phần vật liệu chunglại với nhau Nhưng cơ bản sẽ là hỗn hợp của các loại chất dưới đây:

+ Hỗn hợp Carbon: Các vật liệu Carbon được trộn kết dính lại với nhau.Giá trị điện trở của loại này thường từ 5 (Ω) đến 10 (MΩ)

+ Được tổng hợp từ những lá kim loại gắn kết liền kề với nhau Loại lá đểcấu tạo nên điện trở này được làm từ những tấm sứ mỏng dính liền kềnhau Cứ như vậy sẽ cho ra được giá trị điện trở mong muốn Tên gọitiếng anh của loại này là “Bulk metal foil”

+ Còn một dạng điện trở khác được làm bằng gốm hoặc làm bằng sợithủy tinh Sau đó được tráng men thủy tinh hoặc xi măng Nó sẽ được gắn trong một lớp vỏ nhôm có thể kẹp vào bộ tản nhiệt…Tên tiếng anh loạinày gọi là Power wirewound

+ Ngoài ra còn một số loại được làm bằng từ miếng kim loại, miếngcarbon…

Trong thực tế, điện trở là một linh kiện điện tử thụ động gồm 2 tiếp điểm kếtnối, thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch, điềuchỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủđộng như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và có trong rấtnhiều ứng dụng khác

Hình 1.2 Một số điện trở mẫu

Ứng dụng của điện trở:

+ Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từmột điện áp cho trước

+ Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp

+ Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động

+ Tham gia vào các mạch tạo dao động R C

+ Điều chỉnh cường độ dòng điện đi qua các thiết bị điện

+ Tạo ra nhiệt lượng trong các ứng dụng cần thiết

+ Tạo ra sụt áp trên mạch khi mắc nối tiếp

1.2 Diode

Diode bán dẫn là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nótheo một chiều mà không theo chiều ngược lại

Kí hiệu linh kiện trên sơ đồ nguyên lý:

Cấu tạo của Diode bán dẫn là một chuyển tiếp P-N với hai điện cực nối ra, cựcnối với bán dẫn tạp chất loại P gọi là Anốt (A), cực nối ra từ bán dẫn tạp chấtloại N gọi là Catốt (K)

Hình 1.3: Cấu tạo của Diode

Khối bán dẫn P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghépvới khối bán dẫn N thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tánsang khối N Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối

N chuyển sang Khi diode có điện thế Anốt dương hơn so với Katot, ta nóidiode được phân cực thuận đi qua, diode dẫn điện Ngược lại, khi diode có điệnthế Anot âm hơn so với Katot thì diode bị phân cực ngược, diode không códòng điện

Hình 1.4: Một số loại diode thường gặp

- Nguyên lí hoạt động:

+ Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút vàkhi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạothành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóng nănglượng dưới dạng ánh sáng hình thành điện áp tiếp xúc

+ Sự tích điện âm khối N và dương khối P hình thành một điện áp gọi làđiện áp tiếp xúc (UTX) Điện trường sinh ra bởi điện áp có hướng từkhối P đến khối N nên cản trở chuyển động khuếch tán và như vậy saumột thời gian kể từ lúc ghép 2 khối bán dẫn với nhau thì quá trìnhchuyển động khuếch tán chấm dứt và tồn tại điện áp tiếp xúc Lúc này tanói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng Điện áp tiếp xúc ở trạng thái cânbằng khoảng 0.6V đối với điốt làm bằng bán dẫn Si và khoảng 0.3V đối

với điốt làm bằng bán dẫn Ge Điện áp ngoài ngược chiều điện áp tiếpxúc tạo ra dòng điện.

+ Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhấtnên quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên

tử trung hòa Vì vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm cáchạt dẫn điện tự do nên được gọi là vùng nghèo Vùng này không dẫnđiện tốt, trừ khi điện áp tiếp xúc được cân bằng bởi điện áp bên ngoài.Đây chính là cốt lõi hoạt động của điốt Điệp áp ngoài cùng chiều điện

áp tiếp xúc ngăn dòng điện

+ Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch táncủa các điện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa vàvùng tiếp giáp dẫn điện tốt Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều vớiđiện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các điện tử và lỗ trống càng bị ngănlại và vùng nghèo càng trở nên nghèo hạt dẫn điện tự do Nói cách khácđiốt chỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện áp theo một hướng nhấtđịnh Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ anode sang cathode Theonguyên lý dòng điện chảy từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thếthấp, muốn có dòng điện qua điốt theo chiều từ nơi có điện thế cao đếnnơi có điện thế thấp, cần phải đặt ở anode một điện thế cao hơn ởcathode

Ứng dụng: Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụngtrong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch táchsóng, mạch ghim áp phân cực cho transistor hoạt động

1.3 Biến áp

1.3.1 Khái niệm

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, hoạt động theo nguyên lí cảm ứngđiện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều, với tần số không đổi

Kí hiệu:

Hình 1.5.1 Máy biển áp có điểm giữa

Hình 1.5.2 Máy biến áp không có điểm giữa

áp được chế tạo từ nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện với nhau

+ Dây quấn: thường dược chế tạo bằng đồng hoặc nhôm bên ngoài bọccách điện

+ Vỏ: tùy thuộc theo từng loại máy biến áp mà vỏ thường được dùng từnhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các phần tử củamáy biến áp ở bên trong nó

1.3.3 Nguyên lý làm việc

Hình 1.6: Cấu tạo của máy biến áp

Dây quấn 1 có N1 vòng dây và dây quấn 2 có N2 vòng dây được quấn trên lõithép.Khi đặt một điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn 1 sẽ có dòng điện I1chạy trong dây quấn 1.Trong lõi sinh ra từ thông Φ móc vòng với cả hai dâyquấn 1 và 2, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2.Dây quấn 2 có sức điệnđộng e2, sẽ sinh ra dòng điện I2 đưa ra tải với điện áp xoay chiều U2

Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được chuyển từ dây quấn 1sang dây quấn 2

Nếu N2 > N1 thì U2 > U1, I2 < I1: máy tăng áp Nếu N2 < N1 thì U2 < U1, I2 > I1: máy giảm áp

1.3.4 Ứng dụng

Máy biến áp dùng để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dây tải điện đi

xa, và giảm điện áp ở cuối con đường dây để cung cấp cho tải

Ngoài ra chúng còn được dùng trong các lò nung, hàn điện, đo lường hoặc làmnguồn điện cho các thiết bị điện, điện tử

Những loại máy biến áp nhỏ mà chúng ta thường dễ thấy nhất đó là sạc củađiện thoại hạ áp từ 220V xuống 5V và chỉnh lưu sang nguồn một chiều để sạc

1.4 IC ổn áp

1.4.1 Họ 78xx

78xx là loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu ra với điều kiện đầuvào luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V

Tuỳ loại IC 78 mà nó ổn áp đầu ra bao nhiêu

Ví dụ: 7805,7809, 7812… cho đầu ra lần lượt là +5VDC, +9VDC, +12VDC …

- IC 78xx có cấu tạo gồm:

 Vin – Chân nguồn đầu vào.

 GND – Chân nối đất

 Vout – Chân nguồn đầu ra.

Chú ý: Điện áp đặt trước IC 78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 2V- 3V

Những dạng seri của 78xx:

1.5.1 Khái niệm, cấu tạo và phân loại

a) Khái niệm: Tụ điện (Capacitor) là một loại linh kiện điện tử thụ động tạo bởi

hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi

Kí hiệu linh kiện trên sơ đồ nguyên lý: