ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ NGUỒN ỔN ÁP TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH
LỜI GIỚI THIỆU
**********
Như ta đã biết mạch điện tử muốn làm việc được cần phải có nguồn 1 chiều
cung cấp cho nó, nguồn 1 chiều có thể được lấy từ Pin, Acquy hay có thể được
lấy từ điện lưới sau khi đã đi qua 1 bộ biến đổi phù hợp để lấy ra được mức điện
áp 1 chiều mong muốn. Tuỳ thuộc vào yêu cầu của mạch điện tử mà ta có các bộ
biến đổi khác nhau, các yêu cầu này có thể là cần độ lớn điện áp ra với 1 độ gợn
sóng nào đó hay mức độ ổn định của mức điện áp ra... Trong bản thiết kế này ta
sẽ nghiên cứu mạch ổn áp tự động điều chỉnh để giữ giá trị của điện áp luôn ổn
định và phải đảm bảo 1 vài chỉ tiêu kĩ thuật. Để có thể thực hiện được điều này
yêu cầu chúng ta phải nắm được và thực hiện đầy đủ các bước sau: Phân tích đề
bài; phương án thiết kế; tính toán thiết kế; thử lại, kiểm tra kết quả; phương án
thi công. Sau khi hoàn thành bài thiết kế này em nhận thấy rằng giữa lí thuyết và
thực hành có mối liên hệ rất chặt chẽ. Những kết quả đo đạc được ở trên mạch
thực tế có sự sai khác nhỏ không đáng kể so với lí thuyết. Sở dĩ như vậy là do
việc lựa chọn linh kiện trên thị trường bị giới hạn (trên thị trường chỉ có các linh
kiện đã được quy chuẩn bởi nhà sản xuất) nên nhiều linh kiện chỉ được lắp với
những giá trị xấp xỉ, mặt khác là do kĩ năng lắp ráp của chúng em còn nhiều
hạn chế. Để có thể hoàn thành được bản thiết kế này em đã tham khảo 1 vài tài
liệu như giáo trình kĩ thuật mạch điện tử 1, 2, 3, giáo trình truyền hình, giáo
trình về máy biến áp, sử dụng một số phần mềm trợ giúp như: Electronic
WorkBench, Orcad và đặc biệt là được sự hướng dẫn tận tình của thày giáo
Phạm Minh Việt.
1
PHẦN 1: PHÂN TÍCH ĐỀ BÀI.
Đề bài: Thiết kế bộ nguồn ổn áp tự động điều chỉnh với các chỉ tiêu
sau:
U vào
220V
U ra

đưa vào khối chỉnh lưu. Nó bao gồm 1 cuộn dây sơ cấp và 1cuộn dây thứ cấp
được quấn trên một lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được dát mỏng ghép
lại với nhau. Sở dĩ phải được cấu tạo từ các lá thép mà không phải là một khối
thép đặc là vì để tránh dòng Fucô chạy trên đó, gây toả nhiệt.
Trong đó:
n1

: là số vòng dây của cuộn sơ cấp.
3
Khối
Biến áp
Khối
chỉnh lưu
Khối lọc
Khối
ổn áp
n2

: là số vòng dây của cuộn thứ cấp.
U1

: Điện áp xoay chiều đặt ở đầu vào cuộn sơ cấp.
U2 : Điện áp xoay chiều ở đầu ra của cuộn thứ cấp.
Nguyên tắc làm việc của biến áp như sau:
Khi đầu vào sơ cấp của biến áp ta đặt một điện áp xoay chiều U1 = Ulưới có
dạng hình sin (f=50Hz), trong lõi thép xuất hiện một từ trường biến thiên theo
quy luật hình sin giống như đầu vào (f=50Hz). Từ thông biến thiên này cảm ứng
sang bên cuộn dây thứ cấp một điện áp xoay chiều cũng ở dạng hình sin với f=
50Hz nhưng có biên độ nhỏ hơn. Ta có quan hệ giữa biên độ điện áp ra và điện
áp vào tỷ lệ thuận với tỷ số vòng dây n1 và n2:

4
- Thyristor : dùng khi công suất ra lớn, có thể điều chỉnh điện áp ra tuỳ ý.
Trong chỉnh lưu bằng diode , các mạch chỉnh lưu thường được dùng là:
• Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ.
• Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ:
+Mạch chỉnh lưu cân bằng.
+Mạch chỉnh lưu cầu.
• Mạch chỉnh lưu bội áp (tăng điện áp ra khối chỉnh lưu lên n lần so với
điện áp vào, ở đây n là hệ số bội áp).
Bản thiết kế này dùng chỉnh lưu cầu do nó có nhiều ưu điểm so với các
phương pháp chỉnh lưu khác đó là : Có hiệu suất sử dụng biến áp cao hơn so
với chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ thông thường (do trong chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ
thông thường thì với mỗi nửa chu kỳ 1 trong 2 nửa cuộn dây sẽ không làm
việc), tính ổn định của điện áp ra sau chỉnh lưu, điện áp ngược tối đa mà mỗi
điốt phải chịu đựng chỉ bằng 1/2 so với chỉnh lưu nửa chu kỳ và độ gợn sóng
của phương pháp chỉnh lưu này cũng giảm đi 2 lần so với chỉnh lưu nửa chu
kỳ.n1 n2
U1 U2
1 3
2 5
+
-
~
~
D3 D1
D4 D2
Uvao

D3 D1
D4 D2
+
C5BIEN AP
1 3
2 5
C4
C2
III. Khối lọc
Điện áp ra sau khối chỉnh lưu có độ gợn sóng lớn. Giá trị điện áp biến thiên
từ 0 đến √2U
vào
-1,4V một cách chu kỳ gọi là sự gợn sóng của điện áp hay
dòng điện ra khối chỉnh lưu. Sự gợn sóng này là do các sóng hài gây nên, làm
mất mát năng lượng một cách vô ích và gây nhiễu loạn cho sự làm việc của
6
tải. Để giảm độ gợn sóng ta sử dụng các bộ lọc. Các bộ lọc thường được sử
dụng là bộ lọc LC, RC (nối tiếp hoặc song song). Trong thiết kế này ta dùng
một bộ lọc RC phù hợp với chỉ tiêu độ gợn sóng là 5% (theo yêu cầu đề bài).
Ta có công thức tính độ gợn sóng của điện áp ra như sau: K
gs
=
∆Ura /Ura tb
Với ∆Ura = Um = √2U
vào
-1,4V, và Ura tb = 2*Um/ é.
(Um là biên độ điên ra khối chỉnh lưu cầu).
Suy ra: K
gs
= Um / (2*Um/é) = é/2 = 157(%)

• T
chl
: Chu kỳ chỉnh lưu, với chỉnh lưu một nửa chu kỳ T
chl
=20ms,
với chỉnh lưu hai nửa chu kỳ T
chl
=10 ms.
IV. Khối ổn áp
khối ổn áp so sánh làm việc dựa trên nguyên lí hồi tiếp âm để ổn định điện
áp ra
Sơ đồ khối:
Uvào Ura
Khối khuếch đại điều chỉnh đóng vai trò khối K(khuếch đại), tất cả các khối
còn lại đóng vai trò hồi tiếp. Nguyên tắc hồi tiếp như sau: Khi điện áp ra tăng
lên một lượng ∆U
r
thì lượng biến thiên này sẽ quay trở lại đầu vào nhờ khối hồi
tiếp âm. Tín hiệu hồi tiếp âm ngược pha với tín hiệu vào do đó sẽ làm suy giảm
tín hiệu ra, ngược lại khi điện áp ra giảm đi một lượng ∆U
r
thì tín hiệu ra khối
hồi tiếp sẽ tăng, tín hiệu này được đưa vào khối khuếch đại điều chỉnh, sẽ bù lại
sự giảm điện áp ra, do vậy điện áp ra luôn ổn định.
Nếu ta gọi hệ số khuếch đại của khối khuếch đại là
K
, của khối hồi tiếp là
ht
K
và của toàn bộ mạch sau khi có hồi tiếp là

thay đổi (tăng độ ổn định ).
+ Độ nhấp nháy giảm g lần.
Tất cả các ưu điểm đều giúp cho việc ổn định điện áp ra.
- Điều kiện để hồi tiếp âm là:
ϕ
K
+ ϕ
HT
= 180
0
- Để đạt được độ ổn định cao thì yêu cầu:
K . K
HT
 >>1 ( tức là yêu cầu hồi tiếp âm sâu)
do khi có hồi tiếp âm sâu thì:
htht
KKKK
≈+
1
.

ht
K
K
1
'
≈
Khi đó hệ số KĐ tổng chỉ phụ thuộc vào hệ số khuếch đại
ht
K

PA
ta có: R
II
U
PA
= U
RA
R
I
+ R
II
R6, R7, R8 là các điện trở phân áp. Trong đó, R7 là biến trở và tách thành 2
điện trở R7a , R7b.
Ta có: R
I
=R6 + R7a và R
II
= R8 + R7b.
Giá trị của R6, R7, R8 được chọn tuỳ thuộc vào giá trị của dòng điện ra
chảy trên tải, dòng phân áp được chọn sao cho Ipa << Ira .
Ipa ≈(1/10 I
ra
).
3. Khối khuếch đại so sánh
Khối này có thể dùng transistor hay dùng mạch khuếch đại thuật toán.
10