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
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 N
P
, U
P

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).
1.2.1 Chỉnh lưu bán sóng (Half-wave rectification)

Trong mạch này ta dùng kiểu mẫu lý tưởng hoặc gần đúng của diode
trong việc phân tích mạch.
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 5
Diode chỉ dẫn điện khi bán kỳ dương của v
i
(t) đưa vào mạch.
Ta có:
Biên độ đỉnh của v
o
(t)
V
dcm
= V
m

max
.
- Tần số cực đại cho phép của tín hiệu xoay chiều f
max.

Mạch có dạng sau:

ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 7
 Hoạt động và điện áp ra trên tải vL (Chỉnh lưu toàn sóng)

- Ở bán kỳ âm của nguồn điện, D
1
và D
3
phân cực thuận và dẫn điện trong
lúc D
2
, D
4
phân cực nghịch xem như hở mạch.
- Ở bán kỳ dương của nguồn điện, D
2
và D
4
phân cực thuận và dẫn điện
trong lúc D
1

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 8 Điện áp hay dòng điện sau chỉnh lưu tuy có cực tính không đổi nhưng
dạng sóng của nó vẫn còn thay đổi một cách có chu kỳ.
Nhiệm vụ của mach lọc là cách lọc các sóng có hài bậc cao để điện áp ra
bằng phẳng hơn.
Nguyên lý hoạt động:
Ban đầu khi cung cấp nguồn trong nửa chu kỳ đầu tụ C được lạp tới một
giá trị là V
max
khi điện áp vào giảm tụ C bắt đầu phóng điện khi tới giá trị
V
min
tới nửa chu kỳ tiếp theo có điên áp cao hơn và tụ C bắt đầu nạp điện tới
giá trị V
max
hoạt động tiếp tục diễn ra như vậy.
Chú ý: trong thiết kế mạch khi tụ điện có điện dung càng lớn áp ra càng ít
thay đổi sự nhấp nhô của sóng xẽ ít hơn.

1.3 Diode zenner
Diode Zener: Hoạt động chủ yếu trong vùng phân cực nghịch
Ký hiệu và Đặc tuyến VA
- Phân cực thuận: Như Diode thông thường
- Phân cực nghịch: I
Z max
i
Z
I

: Công suất tối đa tiêu tán trên Diode Zener
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 9
Ứng dụng trong thiết kế mach
chúng ta chủ yếu thường dùng để
tạo điện áp chuẩn (reference
voltage) 1.3.1 Mạch ổn áp dùng Diode Zener (Zener regulator)
(Sau đây là sơ đồ minh họa và đi sâu vào phân tích.)

Mục đích: Thiết kế mạch sao cho Diode Zener hoạt động trong vùng ổn
áp (vùng gãy – breakdown region): I
Zmax
i
Z
I
Zmin
, v
Z
= V
Z
.
Phân tích
R
i
=

max min
sZ
LZ
i
VV
II
R

Ở đây giả sử v
S
và i
L
:
Không ổn định
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 10
Và
min
max min
ax( )
sZ
Z L Z
i
VV
m i I I
R



I
V V V

min max
max min min max
S Z S Z
L Z L Z
V V V V
I I I I
, thường chọn I
Zmin
=0.1I
Zmax

 Chọn Diode Zener sao cho:
max max min min
max
min max
( ) ( )
0.9 0.1
L S Z L S Z
Z
S Z S
I V V I V V
I
V V V

Và: I
Zmax
I


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 Z
in
(giữa 2 chân đầu vào) = R
1
+ R
2

 Hệ số khuếch đại vi sai
Nếu R
1
= R
2
và R
f
= R
g
,
Vout = A(V
2
− V
1
) và A = R
(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 V
in
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
.Ki
F
, với


.
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

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:
U
out
= U
in
(1+ ) (trong đó U
in
:áp vào từ chân V
+
, U
out
: 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 U
in
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.
 Phân tích tính toán
Ta có: V
cc

 V
cc
= V
CE2
+ ( R
8 +
R
33
)I
C2

 DCLL: I
C2
= - V
CE2
+
Để đúng như thiết kế dòng ra là I
out
= I
c2
= 3A tại R
33
= 0 Ω
Trong đó có : V
cc
= 16V
V
ce2
= 4V


=1.4V
Vậy => U
out
- 1,4 - U
R9
- 12V = 0
Trong mạch có I
c1
= = =60mA
U
R9
= I
c1
.R
9
=6.10
-3
.R
9
=15 – U
RA
- 1,4
Chọn U
out
= 15V =>R
9
=
3
15 1,4 12
6.10

cho phép hay sự cố ngắn mạch. Sau đây là sơ đồ thiết kế:
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 18
Trong mạch điểm A được nối từ ngõ vào của ổn áp. Ngõ ra được nối với
relay RL1.
Khối này gồm 2 mạch vi sai gép liên tầng với nhau, mạch vi sai thứ nhất
dung để so sánh giá trị điện áp rơi trên điện trở R
8
(là điện trở ra của relay).
Mạch vi sai thứ 2 gồm có một diode zener để tạo ra điện áp chuẩn,VR1 dùng
để điều chỉnh điện áp cố định trên chân V- của opam và thông qua biến trở này
ta có thể điều chỉnh được công suất cho phép của mạch bằng cách điều chỉnh
điện áp rơi trên chân V
Phân tích mạch visai thứ nhất:

Trên lý thuyết V
out
= ∞ nhưng thực tế V
out
≤ Vcc giá trị đầu vào khi qua
chỉnh lưu.
 Khi cường độ dòng điện đạt max 3 ampe thì ta có
IMAX = 3A.R
8
= 0,5.3 =1.5v (cho R

,R
5
mục đích tăng trở kháng đầu vào của mạch vi sai va ta
chọn R4

= R
5
=15kΩ.
 Diode D
6
dùng đê cho dòng chạy theo một chiều, và không ảnh hưởng
đến các khối bảo vệ khác.
Ở đây sử dụng rơ le loại 12V-100Ω nên ta thiết kế điện áp Vout2=12V
(ngõ ra đến relay).
 VE3 = 12 + VD6 = 12+0.7=12.7V
VB3 = VE3+VBE3 = 12.7+0.7= 13.4V
IRL1 =IC3= = 0.12 A = 120 mA
IB3=  Theo như thiết kế điều kiện I
cmax
>120mA ta chon transistor 2N3904
( I
cmax
= 200mA tai Ic =100mA
Vce =1.0v, và H
FE
= β = 30 )
 IB3 = = = 4mA

Khối này có nhiệm vụ khi áp cung cấp từ nguồn ngoài vào có giá trị
vượt mức cho phép thì mạch xẽ bị đóng để bảo vệ thiết bị.
Trong mạch bao gồm hai phần, phần thứ nhất là một mạch khuếch đại
không đảo.
 Được tính bởi công thức
16
21
(1 )
out in
R
VV
R

Phần thứ hai là một mạch khuếch đại visai có độ khuếch đại ∞ (theo lý
thuyết) thực tế độ khuếch đại luôn luôn V
out
≤ V
CC
thường coi V
out
V
CC
 Nguyên tắc hoạt động của mạch:
- Xét phần thứ nhất trong mạch này tại ngõ ra một điện áp tùy ý sao cho

Xét mạch vi sai thứ hai:
Trong mạch thứ hai này ta có thể quy định đặt cho mạch bảo vệ ơ mức
quá áp là bao nhiêu vol giả sử khi áp ngõ vào V
cc
tăng lên thêm 1 vol khi đó
V
cc
= 17 v thì ta xẽ định áp cho zenner là V
zenner
= 17 v.
Khi tại tại mạch vi sai thứ hai V
+
V
-
=> ngõ ra U
out2
= 0 v.
Trong board mạch ta sử dụng cho tất cả các khối bảo vệ chung một relay
có: 12V-100Ω lên ta phải thiết kế cho ngõ ra cuối cùng là 12v. và có dòng
I
RL1
= = 120mA.
 VE4 = 12 + VD7 = 12+0.7=12.7V
VB4 = VE4+VBE4 = 12.7+0.7= 13.4V
IRL1 =IC4= = 0.12 A = 120 mA
IB4=
 Theo như thiết kế điều kiện I
cmax
>120mA ta chon transistor 2N3904
( I

+
được nối với zenner
D4 định thiên áp sao cho áp vào tại chân V
+
luôn nhỏ hơn chân V
-
môt điên áp
nhất định do ta cho phép. Khi điện Vcc đủ nhỏ dẫn đến ngõ ra của mạch
khuếch đại vi sai thứ nhất U
out1
< V
+
khi đó ngõ ra của mạch KĐ visai thứ hai
U
out2
= áp vào tại chân V
+
khi đó relay xẽ ngắt mạch.
 Phân tích mạch:
Xét mạch vi sai thứ nhất:
Trong mạch vi sai khuếch đại đảo thứ nhất ta có ngõ ra U
out1
V
cc
và ta
chọn R26 = 100k mục đích tăng trở kháng ngõ vào. Chọn R25 = 100kΩ ,
R24 =4,7kΩ
Xét mạch vi sai thứ hai:
Trong mạch thứ hai này ta có thể quy định đặt cho mạch bảo vệ ơ mức
quá áp là bao nhiêu vol giả sử khi áp ngõ vào V

( I
cmax
= 200mA tai Ic =100mA
Vce =1.0v, và H
FE
= β = 30 )
 IB5 = = = 4mA
UR29 = Vcc –VB5 = 15 – 13.4 =1.6V
 R29 = = = 400 Ω
- R31 < = =19.2Ω
Sao cho Ic5 ≤ I
cmax

PHỤ LỤC:
:
ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 24 ĐỒ ÁN THẾT MẠCH ĐIỆN TỬ
2010

SV: LÊ VĂN KIỂM (MSSV: 407190025 | LỚP: D07DTA1) Page 25 Tài liệu tham khảo:
o Wikipedia.com
o Trương Văn Tám (DH cần thơ)