BÁO CÁO MÔN THIẾT KẾ MẠCH TƯƠNG TỰ Đề Tài: Mạch Chỉnh Lưu Cầu 4 Diode Giảng viên hướng dẫn: Ths.Nguyễn Văn Sơn Lời nói đầu Mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều(AC) thành dòng điện một chiều(DC) . Mạch chỉnh lưu có thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến. Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu có thể là các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác Trong bài báo cáo này, với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Sơn em xin được phép trình bày về mạch chỉnh lưu 4 diode.
Điện Trở 5 1.2: Biến Áp
Điện trở (Resistor) là linh kiện điện tử thụ động với hai tiếp điểm, chủ yếu dùng để hạn chế cường độ dòng điện trong mạch, điều chỉnh tín hiệu và chia điện áp Điện trở công suất có khả năng tiêu tán năng lượng lớn thành nhiệt, thường thấy trong bộ điều khiển động cơ và hệ thống phân phối điện Các điện trở thường có trở kháng cố định, ít thay đổi theo nhiệt độ và điện áp, trong khi biến trở cho phép điều chỉnh trở kháng như núm vặn âm lượng Ngoài ra, cảm biến với điện trở biến thiên như cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm và lực tác động cũng rất phổ biến Điện trở có nhiều hình dạng và cấu tạo từ nhiều thành phần, đồng thời có thể tích hợp trong vi mạch IC Phân loại điện trở dựa trên khả năng chống chịu và trở kháng được ghi rõ bởi các nhà sản xuất.
- Điện trở thực tế và trong các mạch điện tử:
Điện trở là một linh kiện điện tử không phân cực, đóng vai trò quan trọng trong các mạch điện với nhiều dung tích khác nhau.
Hình dạng của điện trở trong mạch điện tử
Bảng đọc giá trị điện trở
- Là thiết bị điện thực hiện truyền đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện thông qua cảm ứng điện từ.
- Cấu tạo: 3 bộ phận chính:
Lõi thép của máy biến áp bao gồm hai phần chính: Trụ và Gông Trụ giữ dây quấn, trong khi Gông kết nối các trụ để hình thành mạch từ kín Để chế tạo lõi thép, người ta sử dụng nhiều lá sắt mỏng được ghép cách điện, thường làm từ các vật liệu dẫn từ có tính chất tốt.
Dây quấn của máy biến áp, thường được làm từ đồng hoặc nhôm và bọc cách điện bên ngoài, có chức năng nhận năng lượng đầu vào và truyền năng lượng đầu ra.
Cuộn dây sơ cấp là phần nhận năng lượng từ mạch điện xoay chiều, trong khi cuộn dây thứ cấp có nhiệm vụ truyền năng lượng đến tải tiêu thụ.
Số vòng dây ở hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ của máy mà có thể N1 > N2 hoặc ngược lại
Cuộn dây máy Biến áp
Vỏ máy biến áp được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau như nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, tùy thuộc vào từng loại máy Chức năng chính của vỏ là bảo vệ các thành phần bên trong máy biến áp, bao gồm nắp thùng và thùng, đảm bảo an toàn và độ bền cho thiết bị.
Nắp thùng là bộ phận quan trọng dùng để đậy kín thùng, bao gồm các thành phần như sứ ra của dây quấn cao áp, dây quấn hạ áp, bình dãn dầu (bình dầu phụ) và ống bảo hiểm.
•U1 và N1 là điện áp và số vòng dây cuộn sơ cấp.
•U2 và N2 là điện áp và số vòng dây cuộn thứ cấp.
Công thức cho thấy mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa điện áp và số vòng dây của từng cuộn Điều này cho phép chúng ta nhận xét rõ ràng về sự liên kết giữa hai yếu tố này.
•Nếu hệ số k > 1 (tức là U1 > U2 hoặc N1 > N2) thì chúng ta có máy tăng áp.
•Nếu hệ số k < 1 (tức là U1 < U2 hoặc N1 < N2) thì chúng ta có máy hạ áp.
Tụ Điện 9 1.3.1: Tụ Điện Phân Cực…………………………… 10 1.3.2: Tụ Điện Không Phân Cực
+ Tụ điện là linh kiện cản trở và phóng nạp khi cần thiết và được đặc trưng bởi dung kháng, phụ thuộc vào tần số điện áp:
Tụ điện, ký hiệu C, là một thiết bị điện tử thiết yếu trong các mạch lọc, mạch dao động và mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều Tụ điện có hai chân và có thể là dạng phân cực hoặc không phân cực Đối với tụ điện phân cực, việc cấp đúng điện áp là rất quan trọng để đảm bảo tụ hoạt động hiệu quả, với cực dương cần có hiệu điện thế cao hơn cực âm.
Tụ điện là linh kiện điện tử có hai cực thụ động, có khả năng lưu trữ năng lượng điện bằng cách tích tụ điện tích trên hai bề mặt dẫn điện trong một điện trường Hai bề mặt này được ngăn cách bởi một điện môi, thường là các chất không dẫn điện như giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm và mica.
Khi hai bề mặt có sự chênh lệch điện thế, dòng điện xoay chiều có thể đi qua Các bề mặt này sẽ mang điện tích cùng giá trị nhưng trái dấu.
+ Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi.
Điện môi trong tụ điện là các chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí Những điện môi này giúp tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện bằng cách ngăn cản dòng điện chạy qua.
Tụ điện được phân loại dựa trên chất liệu cách điện giữa các bản cực Cụ thể, nếu lớp cách điện là không khí, thì gọi là tụ không khí; nếu là giấy, gọi là tụ giấy; nếu là gốm, gọi là tụ gốm; và nếu là lớp hóa chất, thì được gọi là tụ hóa.
Cấu tạo của tụ điện
Hầu hết tụ hóa là tụ điện phân cực, tức là nó có cực xác định Khi đấu nối phải đúng cực âm - dương.
Trên tụ điện có kích thước lớn, cực âm được nhận biết bằng dấu "-" trên vạch màu sáng dọc theo thân tụ Khi tụ mới chưa cắt chân, chân dài hơn sẽ là cực dương.
• Các tụ cỡ nhỏ, tụ dành cho hàn dán SMD thì đánh dấu + ở cực dương để đảm bảo tính rõ ràng.
Trị số của tụ phân cực vào khoảng 0,47μF - 4.700μF, thường dùng trong các mạch tần số làm việc thấp, dùng lọc nguồn.
Các loại tụ điện phân cực
1.3.2: Tụ điện không phân cực:
Tụ điện không phân cực thì không xác định cực dương âm, như tụ giấy, tụ gốm, tụ mica,
Các tụ điện có trị số điện dung nhỏ hơn 1 μF thường được sử dụng trong các mạch điện tần số cao và mạch lọc nhiễu Trong khi đó, các tụ điện lớn hơn, từ vài μF đến cỡ Fara, thường được áp dụng trong điện dân dụng, như tụ quạt và mô tơ, cũng như trong các hệ thống tụ bù pha cho lưới điện.
Các loại tụ điện không phân cực
Diode……………………………………………… 13 1.5: Cuộn Cảm
Diode là linh kiện điện tử bán dẫn được chế tạo từ hợp chất Silic, Photpho và Bori Sự pha tạp của ba nguyên tố này tạo ra hai lớp bán dẫn loại khác nhau.
Diode được hình thành khi lớp P và lớp N tiếp xúc với nhau, trong đó cực nối với lớp P được gọi là Anot và cực nối với lớp N là Katot Đặc điểm nổi bật của diode là nó chỉ cho phép dòng điện di chuyển từ Anot sang Katot.
Diode bán dẫn có cấu tạo gồm hai lớp chất bán dãn Lớp chất bán dẫn loại P và chất bán dẫn loại N.
Khi cấp nguồn cho diode, chân dương được kết nối với chân anode và chân âm với chân cathode Diode sẽ dẫn điện, hay còn gọi là phân cực thuận, khi điện áp vượt quá 0.7V đối với chất bán dẫn silicon (Si) hoặc 0.2V đối với chất bán dẫn germanium (Ge) Khi đó, dòng điện sẽ đi qua diode.
Khi chân dương của nguồn cấp vào chân Cathode và chân âm vào chân Anode của diode, diode sẽ không dẫn điện, tức là không cho dòng điện chạy qua Trường hợp này được gọi là phân cực ngược.
+ Diode có cực tính, điốt chỉ dẫn theo chiều thuận cực.
Khác với tụ điện, cuộn cảm là một thành phần ít quen thuộc trong các mạch điện tử nhưng lại rất quan trọng và phức tạp Cuộn cảm có hai chân không phân cực, cho phép cắm theo bất kỳ chiều nào Đây là thiết bị điện tử thụ động, được tạo ra từ một dây dẫn điện quấn thành nhiều vòng, sinh ra từ trường khi có dòng điện chạy qua Độ tự cảm của cuộn cảm, được gọi là từ dung, được đo bằng đơn vị Henry (H).
Dòng điện một chiều (DC) có cường độ và chiều không đổi, với tần số bằng 0 Trong trường hợp này, cuộn dây hoạt động như một điện trở có điện kháng gần bằng không, tương tự như việc cuộn dây được nối đoản mạch Dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra một từ trường (B) có cường độ và chiều không thay đổi.
Khi dòng điện xoay chiều (AC) đi qua cuộn dây, nó tạo ra một từ trường (B) và một điện trường (E) biến thiên, với điện trường luôn vuông góc với từ trường Cảm kháng của cuộn dây sẽ thay đổi tùy thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều.
Cuộn cảm L có khả năng lọc nhiễu hiệu quả cho các mạch nguồn DC, giúp ổn định dòng điện và loại bỏ tạp nhiễu ở nhiều tần số khác nhau Tính năng này phụ thuộc vào đặc tính cụ thể của từng cuộn dây, làm cho nó trở thành một phần quan trọng trong các mạch lọc tần số.
- Cấu tạo của cuộn cảm
Cuộn cảm được phân chia thành ba loại chính dựa trên cấu tạo và phạm vi ứng dụng, bao gồm cuộn cảm âm tần, cuộn cảm trung tần và cuộn cảm cao tần.
Cuộn cảm cao tần và âm tần được cấu tạo từ nhiều vòng dây quấn, được sơn emay cách điện để đảm bảo an toàn Lõi cuộn dây có thể là không khí hoặc sử dụng vật liệu dẫn từ như Ferrite hoặc lõi thép kỹ thuật, giúp tăng cường hiệu suất hoạt động của cuộn cảm.
- Công dụng của cuộn cảm
Cuộn cảm là linh kiện điện tử quan trọng, thường được sử dụng để dẫn dòng điện một chiều Khi kết hợp với tụ điện, nó tạo thành mạch cộng hưởng, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Trong các mạch điện, cuộn cảm còn có tác dụng chặn dòng điện cao tần, bảo vệ các linh kiện khác khỏi sự can thiệp của tín hiệu không mong muốn.
Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm:
Hệ số tự cảm là đại lượng quan trọng thể hiện sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên Nó cho thấy mức độ cản trở mà cuộn dây tác động lên dòng điện xoay chiều, ảnh hưởng đến hiệu suất và tính năng của các mạch điện.
Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở có thể đo được bằng đồng hồ vạn năng, và nếu cuộn dây chất lượng tốt, điện trở này sẽ nhỏ so với cảm kháng Nó cũng được xem là điện trở hao tổn, vì trong quá trình hoạt động, điện trở này sinh ra nhiệt, khiến cuộn dây nóng lên.
Giới thiệu chung về mạch chỉnh lưu
Mạch chỉnh lưu cầu là một phần tử quan trọng trong bộ nguồn điện tử, giúp chuyển đổi nguồn điện xoay chiều (AC) thành nguồn điện một chiều (DC) Nhiều mạch điện tử cần nguồn DC qua chỉnh lưu để cung cấp năng lượng cho các linh kiện điện tử Bộ chỉnh lưu này thường xuất hiện trong nhiều thiết bị điện gia dụng và bộ điều khiển động cơ.
Mạch chỉnh lưu cầu là thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC), giúp điều chỉnh đầu vào AC thành đầu ra DC Nó được sử dụng phổ biến trong các mạch nguồn để cung cấp điện áp DC cần thiết cho các thiết bị và linh kiện điện tử.
Khi lựa chọn bộ chỉnh lưu cho mạch điện tử, cần căn cứ vào yêu cầu của tải hiện tại Các thông số quan trọng cần xem xét bao gồm linh kiện, điện áp sự cố, dải nhiệt độ và dòng điện Những yếu tố này sẽ giúp đảm bảo nguồn cung cấp chỉnh lưu phù hợp và hiệu quả cho hệ thống.
Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1pha chuyển từ AC sang DC
Các loại chỉnh lưu cầu thường gặp:
Chỉnh lưu cầu được phân loại dựa trên nhiều yếu tố như loại cung cấp, khả năng điều khiển và cấu hình mạch Hai loại chính của chỉnh lưu cầu là chỉnh lưu 1 pha và chỉnh lưu 3 pha Mỗi loại này lại được chia thành các nhóm chỉnh lưu không kiểm soát, bán kiểm soát và kiểm soát toàn phần.
• Chỉnh lưu 1 pha và chỉnh lưu 3 pha
Chỉnh lưu cầu 1 pha và 3 pha
Nguồn cung cấp 1 pha hoặc 3 pha sẽ xác định loại bộ chỉnh lưu sử dụng Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha gồm 4 diode để chuyển đổi từ nguồn AC sang DC, trong khi bộ chỉnh lưu 3 pha sử dụng 6 diode.
Có thể sử dụng mạch kiểm soát hoặc không kiểm soát tùy thuộc vào thành phần trong mạch là
• Chỉnh lưu cầu không điều khiển
Cầu chỉnh lưu 1 pha không điều khiển
Bộ chỉnh lưu sử dụng diode để chỉnh lưu đầu vào, cho phép dòng điện chạy theo một chiều duy nhất Sự sắp xếp của diode trong bộ chỉnh lưu ngăn cản sự thay đổi công suất theo yêu cầu của tải, do đó, bộ chỉnh lưu này thường được ứng dụng trong các mạch nguồn cung cấp cố định.
• Chỉnh lưu cầu có điều khiển
Cầu chỉnh lưu 1 pha có điều khiển
Trong bộ chỉnh lưu này, các linh kiện như SCR, Mosfet, và IGBT được sử dụng thay vì diode không điều khiển Những linh kiện này cho phép điều chỉnh công suất đầu ra ở các mức điện áp khác nhau, giúp thay đổi công suất đầu ra một cách linh hoạt và phù hợp với tải.
CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ MẠCH CHỈNH LƯU CẦU DIOD VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG
2.1: Sơ Đồ Mạch Chỉnh Lưu Cầu
Mạch Chỉnh Lưu Dùng 4 Diod
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu từ nguồn điện đầu vào 220V 50Hz, được chuyển đổi qua cục biến áp từ 220V xuống 12V Sau đó, dòng điện xoay chiều 12V này được dẫn qua cầu diod, giúp chuyển đổi thành dòng điện một chiều.
Cầu diod kết nối với tải, trong khi tụ điện và cuộn cảm trong mạch giúp làm phẳng gợn mấp mô của dòng điện sau chỉnh lưu, từ đó duy trì dòng chạy ổn định và giảm thiểu nhiễu trong quá trình hoạt động.
Về nguyên lý hoạt động của cầu Diod ,nhóm em sẽ phân tích ở hình mạch dưới đây
Trong nửa chu kỳ dương của diode trong mạch AC, D1 và D2 được phân cực thuận trong khi D3 và D4 bị phân cực ngược Khi điện áp đạt đến ngưỡng của D1 và D2, dòng tải sẽ bắt đầu chảy qua, như được thể hiện trong hình với đường dẫn màu đỏ.
Trong nửa chu kỳ âm của sóng AC đầu vào, các diode D3 và D4 sẽ được phân cực thuận, trong khi D1 và D2 phân cực ngược Dòng tải sẽ chạy qua D3 và D4, cho phép dòng điện đi theo một chiều duy nhất Nhờ vào bộ chỉnh lưu cầu, dòng điện xoay chiều AC đầu vào được chuyển đổi thành dòng điện một chiều DC.
Diod sẽ kết nối với tụ điện C1, giúp tụ nạp một lượng điện tương ứng với điện từ diod Khi tụ điện được nạp, nó sẽ phóng ra điện liên tục, đảm bảo dòng điện không bị ngắt quãng.
Dòng điện từ Diod cầu sẽ đi qua cuộn cảm và được lọc qua tụ gốm C2, giúp dòng điện trở nên sạch và ổn định Đồng thời, quá trình này cũng giúp tiêu hao bớt năng lượng trên mạch qua các vòng dây, nhằm tránh gây quá tải cho mạch.
- Sau khi lọc sạch ta sẽ có dòng điện DC như hình dưới đây
Dòng sẽ đi qua Led làm led sáng và qua 1 con điện trở rồi quay trở về
Qua thời gian tìm hiểu và làm Báo cáo, được sự chỉ bảo tận tình và giúp đỡ của Thầy, em đã hiểu hơn rất nhiều về đề tài.
Tuy nhiên, thời gian có hạn và kiến thức hạn hẹp, chưa thực tế nên việc tìm hiểu còn có phần hạn chế.
Em rất mong có sự góp ý của thầy để có thể hoàn thiện hơn.
Em xin trân thành cảm ơn Thầy !
