http://www.ebook.edu.vn 70

Chương 4. Mạch nguồn Bài giảng số 1
 Thời lượng: 5 tiết.
 Tóm tắt nội dung :
¾ Nguồn chỉnh lưu
¾ Nguồn ổn áp 1 chiều tuyến tính

o Ổn áp tham số
o Ổn áp một chiều kiểu bù
o Ổn áp xung

4.1 Nguồn chỉnh lưu
Mạch chỉnh lưu là mạch biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
4.1.1 Mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ:

Hình 4.1.1.1. Mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ.

Các linh kiện trong mạch:
•
V1 là điện áp lưới 220V, 50Hz.
• T1 là biến áp, thực hiện biến đổi dòng xoay chiều thành dòng xoay chiều có biên độ thay
đổi.
•
D1 là diode bán dẫn, nhờ tính chất van dòng điện sẽ chỉnh lưu dòng xoay chiều phía
th
ứ cấp của biến áp thành dòng 1 chiều.
Mạch điện thực hiện biến đổi điện áp lưới thành điện áp một chiều. Dạng sóng tín hiệu vào-ra

•
Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau (giả sử U
2
là điện áp hình sin, có
giá trị hiệu dụng là
U
2
)

2
2
2
0
2
0
2
___
0
45.0
.2
2
)2cos(
.
.2
)sin( 2
1
U
U
f
ft

C1

Hình 4.1.1.3. Mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ có tụ điện.
http://www.ebook.edu.vn 72 Do quá trình phóng và nạp của tụ điện làm cho điện áp ra bằng phẳng hơn. Hình 4.1.1.4. Dạng sóng tín hiệu của mạch chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ có tụ điện.

4.1.2 Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ:
D1
V1
220 V
50 Hz
0Deg
R1
10k
Ω
T1
D2
U
21
U
22

Hình 4.1.2.1. Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ.

Các linh kiện trong mạch:

U
21
<0 => Diode 1 phân cực ngược
U
22
>0 => Diode 2 phân cực thuận

Nhận xét:
• Tại đầu ra, điện áp ra luôn ≥0 nên mạch đã thực hiện việc chỉnh lưu điện áp xoay chiều
thành điện áp 1 chiều. Điện áp ra tồn tại trong cả hai nửa chu kỳ. Vì vậy, mạch được gọi
là mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ.
•
Giá trị trung bình của điện áp ra được tính như sau (giả sử U
21
và U
22
là điện áp hình sin,
có giá trị hiệu dụng là
U
2
). Dễ thấy giá trị trung bình của điện áp ra trong mạch chỉnh
lưu 2 nửa chu kỳ gấp đôi trường hợp chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ, vậy
2
___
0
9.0 UU =

•
Để đánh giá độ bằng phẳng của điện áp ra, thường sử dụng hệ số gợn sóng được định
nghĩa đối với thành phần sóng bậc n:

=> U
0
=U
22http://www.ebook.edu.vn 74

D1
V1
220 V
50 Hz
0Deg
R1
T1
U
D2
21
U
22
C1

Hình 4.1.2.3. Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ có tụ điện.

Do quá trình phóng và nạp của tụ điện làm cho điện áp ra bằng phẳng hơn.

Hình 4.1.2.4. Dạng sóng tín hiệu của mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ có tụ điện.

Khi có thêm tụ điện, giá trị trung bình của điện áp ra sẽ tăng
2

V1 là nguồn điện áp lưới.
•
T1 là biến áp.
http://www.ebook.edu.vn 75

Mạch thực hiện biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp lưới thành dòng điện một chiều như
hình vẽ sau:
Hình 4.1.3.2. Dạng sóng tín hiệu vào-ra của mạch chỉnh lưu cầu.


0 < t < T/2:
U
2
> 0 => D1, D3 phân cực ngược; D2, D4 phân cực thuận => U
0
= U
2 T/2 < t < T:
U
2
< 0 => D1, D3 phân cực thuận; D2, D4 phân cực ngược => U
0
= -U
2


áp nạp có dạng như trên hình vẽ. Từ trên
hình này ta thấy điện áp trên tải bằng tổng
điện áp trên hai tụ điện(2E
0
). Tần số đập
mạch bằng hai lần tần số điện áp nguồn.

http://www.ebook.edu.vn 76

Hình 4.1.4.2a lại có cách mắc nhân đôi điện áp, không phải bằng hai tụ mắc nối tiếp như đã xét,
mà thực hiện như sau. Giả sử trong thời gian nửa chu kỳ thứ nhất điện áp trên cuộn thứ cấp của
biến áp có cực tính sao cho diot D
1
thông, tụ C
1
nạp điện đến giá trị E
0
với cực tính như trên
hình vẽ; ở nửa chu kỳ tiếp theo diot D
2
thông, điện áp
trên tụ C
2
bằng điện áp cuộn thứ cấp cộng với điện áp đã được nạp trên tụ C
1
nên có trị số xấp
xỉ 2E
0
. Tấn số đập mạch bằng tần số nguồn xoay chiều. Tương tự như vậy có thể xây dựng sơ
đồ nhân ba (hình 4.1.4.2b), nhân bốn, nhân năm.

đm
: tần số đập mạchcủa điện áp ra .
Vì vậy thường ở đây người ta tăng giá trị của tụ C. Nếu
tăng giá trị của C đến mức khá lớn mà chưa đủ độ san
bằng thì cần thay điện trở R bằng cuộn cảm L như ở
hình 4.1.5.1.b. Mạch này lọc san bằng tốt nhưng cuộn
cảm có trọng lượng, kích thước đáng kể
, giá thành cao
nên ít được sử dụng trong thực tế.

4.2 Nguồn ổn áp 1 chiều tuyến tính
Một mạch điện tử bất kỳ sẽ làm việc không tốt khi nguồn một chiều cung cấp cho nó không giữ
đúng giá trị danh định. Nguyên nhân của sự thay đổi đó có khá nhiều, nhưng đáng quan tâm
nhất là sự thay đổi của điện lưới xoay chiều và sự thay đổi của tải. Một trong những cách để
khắc phục sự thay đổi điện áp nguồn điện l
ưới là sử dụng các máy ổn áp xoay chiều được sản
xuất công nghiệp. Tuy nhiên như vậy chưa đủ để máy điện tử làm việc bình thường. Vì vậy cần
tạo ra các mạch điện giữ cho điện áp một chiều sau khi chỉnh lưu
có giá trị ổn định trong một
phạm vi nào đó.Ta gọi các mạch đó là các mạch ổn áp một chiều hay thường gọi tắt là ổn áp
R

a)
C C R
t
v
d«
=
Δ
Δ
=

Hệ số ổn áp đường dây:
K
ô.dây
=
%
U
U
r
r
100
Δ
(khi U
V
biến thiên 10%)
Hệ số ổn áp tải:
K
ô.dây
= %
U
U
r
r
100

dựng các mạch ổn áp bù tuyến tính. Ở đó
Tranzisto công suất sẽ hiệu chỉnh điện áp
trên nó để bù lượng thay đổi
điện áp cần ổn
định. Ổn áp bù tuyến tính có thể xây dựng
theo sơ đồ song song hoặc nối tiếp như ở
sơ đồ khối hình 4.2.3.1.Đó là một mạch tự
hiệu chỉnh có hồi tiếp. Có hai cách xây
dựng sơ đồ khối: hình4.2.3.1a-sơ đồ song
song, hình 4.2.3.1b- sơ đồ nối tiếp.
Trong các sơ đồ trên thì 1-phần tử hiệu
chỉnh, 2-phần tử so sánh và khuếch đại, 3-
phần tử lấy mẫu, 4-nguồn chuẩn .
Trong sơ đồ song song phần tử hiệu chỉnh
mắc song song với tải. Sơ đồ này hoạt + +
U
V
U
RA

R
t

_ _ Hình 4.2.1.1 Mạch ổn áp

)
đem so sánh với điện áp chuẩn U
Z
tạo bởi
diot ổn áp D
Z
và điện trở R
3
. Hiệu số của
chúng chính là điện áp bazơ-emitơ của Q
2
(
phần tử so sánh-khuếch đại): U
BE2
=U
B2
-U
Z
.
Điện áp này điều khiển mạch khuếch đại so
sánh Q
2
để lấy ra điện áp ở colectơ điều khiển
Q
1
. Tranzistor Q
1
điều chỉnh mức mở để thay
đổi điện áp điều chỉnh U
ĐC

1
đóng bớt
lại; tức là điện áp U
ĐC
=U
CE1
tăng lên, điện áp đầu ra U
2
giảm về giá trị ban đầu. Tương tự như
vậy, nếu dòng tải tăng làm cho điện áp ra giảm thì quá trình cũng diễn ra như trên. Trường hợp
điện áp vào giảm thì quá trình diễn ra hoàn toàn ngược lại.
Có thể xác định được hệ số ổn định của mạch hình 9.16 theo công thức sau:
K
Ôđ
=
]
)RP.(Rr
αP)P](Rα)(1[R
[1
r
r
Rα.R
R
21b
e
b
4
21
4v
++

Z
; còn
β
1
là hệ số khuếch đại dòng điện của Q
1
.Hệ số ổn định có thể đạt tới vài trăm.
Trong mạch vừa xét tụ điện C
1
,C
2
tăng độ lọc san bằng và khử các dao động ký sinh, C
3
tăng độ
ổn định cho các đại lượng biến đổi chậm theo thời gian.
http://www.ebook.edu.vn 79

Trên cơ sở mạch ổn áp hình 4.2.3.2 có thể xây dựng các mạch phức tạp hơn để tăng độ của
mạch bằng các biện pháp sau đây : •
Tăng độ nhạy của mạch hồi tiếp bằng cách dùng hai hay ba tầng khuếch đại thay cho một
tranzisto T
2
, hoặc thay nó bằng các tranzisto mắc Darlington để tăng hệ số β tới 10
3
÷10
4
.
a) b)
Hình 4.2.3.2 a) ổn áp dùng khuếch đại thuật toán
b) ổn áp có nguồn phụ ổn định

a b

Hình 4.2.3.3 a)ổn áp dùng IC tuyến tính b)ổn áp tạo nguồn đối xứng

T1
+
-
+
Rc
R3
T1 T2
C
R1
P
R2

R7
R8
+U
r
-Ur
+
_
_
+
D1
R1
R2
R3
C5
C3
C2
C1
C4
D2
4
1
3

2
6 7
5
R1
-
U
V

U
r
’=-(9,5÷37)V
e)
U
r
’<250V 10 1 2 3 4 5
9 8 1 6
U
Z
1

2

3

4

5

6

7

8

9

trừơng với giá thành rất thấp, sử dụng rất
tiện lợi.

Họ 78XX cho điện áp ra cực tính dương,
79XX cực tính âm
Hai số cuối chỉ trị số của điện áp ổn định
đầu ra:
7805,7806,7808,7812,7815,7818,7824 có
điện áp ra tương ứng là 5v ,6v ,8v , 12v ,
15v , 18v và 24v
7905,7906,7908,7912,7915,7918,7924 có điện áp ra
tương ứng là -5v, -6v, -8v , -12v , -15v , -18v và -
24v.
Dạng và cách mắc mạch trình bày trên hình 4.2.3.3b.
Các IC này cho dòng tải cực đại khoảng 1 A. Muốn
tăng dòng ta mắc thêm một tranzisto công suất như
ở hình 4.2.3.4.a, lúc này có thể cho dòng tới 5A.
Muốn thay đổi đ
iện áp ra ta mắc thêm diot zener như
ở hình 4.2.3.4.b, lúc này U
r
=xx+U
DZ
.
Trong thực tế cần tạo ra nguồn đối xứng (2 cực tính)
để cấp cho các khuếch đại thuật toán. Sơ đồ bộ
nguồn như vậy trình bày trên hình 4.2.3.5 bao gồm
cả mạch chỉnh lưu và ổn áp.
c. Vi mạch LM317.
Đây cũng là một loại vi mạch thông dụng ba chân với


4.2.4 Nguyên lý ổn áp xung.
Trong các thiết bị điện tử chất lượng cao người ta sử dụng ổn áp xung. Ví dụ các máy thu hình
màu hay các máy tính cá nhân ta sử dụng ngày nay làm việc rất ổn định, ta không cảm thấy có
sợ bất ổn của nguồn khi vận hành chúng. Sở dĩ như vậy vì ổn áp xung có những ưu điểm nổi
bật so với ổn áp bù tuyến tính . Đó là :
•
Trong ổn áp xung phần tử hiệu chỉnh không phải làm việc liên tục mà chỉ thông trong
khoảng thời gian tồn tại của xung nên tổn hao nhiệt trên nó giảm, hiệu suất cũng như độ
bền của mạch tăng.
•
Phạm vi hiệu chỉnh rộng.
•
Mạch nguồn gọn nhẹ vì làm việc ở tần số khá cao.
Xét nguyên lý ổn định khi một khoá cơ điều khiển đóng ngắt nguồn liên tục như ở hình
4.2.4.1a để tạo nên điện áp xung hình 4.2.4.1b
Giá trị trung bình của xung được xác định bằng diện tích xung h.t
x
trên độ dài một chu kỳ
xung:
U
tb
=
T
U.t
T
h.t
xx
=


r
’=U
1
thì khoá
http://www.ebook.edu.vn 83

ngắt, cuộn cảm phóng điện cùng chiều với tải. Quá trình lặp lại có chu kỳ. Độ gợn sóng bằng
hiệu hai điện áp ΔU=U
1
-U
2
( khoảng vài chục mV).
Các mạch ổn áp xung trong thực tế thường được xây dựng theo sơ đồ khối hình 4.2.4.3 .
•
Mạch chỉnh lưu 1 chỉnh lưu điện áp xoay chiều của điện lưới 220V-50Hz thành điện áp
một chiều để cấp cho mạch nghịch lưu và ổn áp.
•
Mạch nghịch lưu biến đổi dòng một chiều thành xung “ngắt-mở” với tần số như trên,
nên có thể coi là dòng xoay chiều hình sin. Năng lượng dòng xoay chiều này sẽ qua biến
áp xung chuyển sang mạch thứ cấp.
•
Mạch chỉnh lưu thứ hai nắn dòng xoay chiều tần số cao, cho tần số đập mạch lớn, lấy ra
các điện áp một chiều cấp cho các mạch trong máy để duy trì chế độ làm việc ổn định
của toàn máy.
•
Mạch ổn áp: điện áp một chiều trên được so sánh điện áp ra với một mức điện áp chuẩn;
Sai số thông qua mạch dò sai được dùng để điều khiển ngắt mở khoá điện tử nhanh hay
chậm (tốc độ ngắt mở-tức điều chế tần số xung) hoặc lâu hay chóng (tức là điều chế độ
rộng của xung) tuỳ theo mức đ
iện áp ra. Ví dụ với phương pháp điều chế độ rộng của

Uch
R3
R2 R1
L C
http://www.ebook.edu.vn 84

Vớ d ta xột mch ngun n ỏp xung trong mt mỏy thu hỡnh mu trỡnh by trờn hỡnh 4.2.4.4.
Mch n ỏp ny duy trỡ ch l vic n nh ca ton mỏy khi in ỏp li bin thiờn trong
di rt rng: 80Vữ260V
Mch nghch lu: in ỏp mt chiu c cu nn trờn 4 diot D
1
-D
4
chnh
lu thnh mt chiu, c lc bng t C
1
ri dn n cun (1)-(2) ri n chõn 3 ca khoỏ T
ch. Nu khoỏ K thụng thỡ mi cú dũng qua nú v in tr R
1
. Chớnh dũng in qua np cho t
C
2
(dũng:+R
2
Baz khoỏ K
(3)Emit(4)R
1
-) m thụng khoỏ K ln u
tiờn, lm cho dũng colet qua cun (1dng +) -
(2õm - ) cm ng sang (3dng+) - (4õm -). m

+15V
-30V
R2 C2
R3 C3
C1
R1
1
2
3
4
5
(1)
(2)
(5)
(6)
(3)
(4)
C4
C5
C6
C7
D1
D2
D4
D3
80-260
V .
K
D5
D6