Lời nói đầu
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, các
thiết bị điện tử đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực
kinh tế xã hội cũng như trong đời sống. 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 định của hệ thống. Hầu hết các thiết bị điện tử đều sử dụng nguồn
một chiều được ổn áp với độ chính xác và ổn định cao. Hiện nay kỹ thuật chế tạo
các nguồn ổn áp cũng đang là một khía cạnh đang được nghiên cứu phát triển với
mục đích tạo ra các khối nguồn công suất lớn, độ ổn định, chính xác cao, kích
thước nhỏ (các nguồn xung).
Từ tầm quan trọng trong ứng dụng thực tế của nguồn một chiều ổn áp và
dựa vào kiến thức đã học cũng như tự tìm hiểu thêm, nhóm em xin trình bày đề
tài :”Tìm hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)”. Để qua
đó tìm hiểu kỹ hơn về nguyên lý hoạt động của các mạch nguồn đồng thời củng
cố thêm kỹ năng trong thiết kế các mạch điện tương tự.
Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo
TS. Nguyễn Hoàng Nam đã tận tình giúp chúng em hồn thành đề tài này.
Do khả năng kiến thức còn hạn chế, thực hiện đề tài chắc chắn sẽ không
tránh được những thiếu sót, nhóm em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến
của thầy cô và các bạn để đề tài được hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn.
Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

2


Mục lục
Lời nói đầu.....................................................................................................2
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG

1.1

Khái niệm chung về nguồn một chiều............................................4

1.2.

Biến áp nguồn và chỉnh lưu.............................................................4

1.2.1.

Biến áp nguồn..............................................................................4

1.2.2.

Chỉnh lưu.....................................................................................5

1.3.

Bộ lọc một chiều................................................................................6

1.4.

Ổn định điện áp................................................................................8
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN DC
(3,7V; 5V; 12V; 24V)

2.1.

Tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn..............................................9


2.2.

Phương án thiết kế...........................................................................9

2.2.1.

Biến áp và chỉnh lưu....................................................................9

2.2.2.

Lọc nguồn....................................................................................9

2.2.3.

Tạo điện áp 24V........................................................................10

2.2.4.

Tạo điện áp 12V và 5V..............................................................10

2.2.5.

Tạo điện áp 3,7V.......................................................................11

2.2.6.

Danh mục linh kiện....................................................................14
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN

3.1.


Tổng hợp kết quả............................................................................15

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................16

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

3


CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG
1.1

Khái niệm chung về nguồn một chiều

Nguồn một chiều có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các thiết
bị điện tử hoạt động. Năng lượng một chiều của nó tổng quát được lấy từ nguồn
xoay chiều của lưới điện thơng qua một q trình biến đổi được thực hiện trong
nguồn một chiều.
Yêu cầu đối với loại nguồn này là điện áp ra ít phụ thuộc điện áp mạng, của
tải và nhiệt độ. Để đạt được yêu cầu đó cần phải dùng các mạch ổn định điện áp.
Sơ đồ khối của một bộ nguồn hoàn chỉnh được biểu diễn như trên hình 1.1:
U1 Biến áp

Chỉnh lưu
U2

Lọc
UT


Ổn áp1 chiều
U0
1

Hình 1.1: Sơ đồ khối một bộ nguồn ổn áp

Tải
U0
2

Chức năng của các khối:
- Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U 1 thành điện áp xoay chiều U2 có
giá trị thích hợp với u cầu. Trong một số trường hợp có thể khơng cần dùng
biến áp.
- Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U 2 thành điện áp
một chiều UT (có giá trị thay đổi nhấp nhô). Sự thay đổi này tùy thuộc tưng dạng
mạch chỉnh lưu.
- Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U T thành điện
áp một chiều U01 ít nhấp nhơ hơn.
- Bộ ổn áp một chiều có nhiệm vụ ổn định điện áp ở đầu ra của nó U 02 khi
U01 thay đổi. Trong trường hợp khơng có u cầu cao thì khơng cần bộ ổn áp một
chiều.
Tùy theo điều kiện cà yêu cầu cụ thể mà bộ chỉnh lưu có thể mắc theo
những sơ đồ khác nhau và dùng các van chỉnh khác nhau.

1.2. Biến áp nguồn và chỉnh lưu
1.2.1. Biến áp nguồn

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng


4


Biến áp nguồn làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện
thành điện áp xoay chiều có trị số cần thiết đối với mạch chỉnh lưu nguồn và
ngăn cách mạch chỉnh lưu với mạng điện xoay chiều về mạch một chiều.
1.2.2. Chỉnh lưu
Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều thành
năng lượng dòng điện một chiều.
Chỉnh lưu là thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi nhất trong
thực tế. Sơ đồ cấu trúc thường gặp của mạch chỉnh như hình 1.2:

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu

Trong đó:
- BA: Biến áp. Tùy vào yêu cầu mà có thể là tăng áp hay giảm áp.
- MV: Mạch van. Các van ván dẫn được mắc theo nguyên tắc để tiến hành
quá trình chỉnh lưu.
- LSB: Lọc san bằng.
Trên hình 1.3 là một số mạch chỉnh lưu thường gặp trong thực tế:

Hình 1.3: Một số sơ đồ chỉnh lưu trong thực tế
a) tia 1 pha, b) tia 1 pha có điểm giữa
c) tia 3 pha, d) cầu 1 pha
e) cầu 3 pha, g) tia 6 pha

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

5



Bảng 1.1: Tham số chính của các mạch chỉnh lưu cơ bản

1.3. Bộ lọc một chiều
Trong các mạch chỉnh lưu ở trên điện áp ra tải mới có cực tính không đổi,
nhưng giá trị của điện áp ra thay đổi theo chu kỳ, gọi là sự đập mạch (gợn sóng)
của điện áp sau chỉnh lưu.
Người ta định nghĩa hệ số đập mạch Kđm của điện áp.
K đm=

Kđm
v

biên độ sóng hài lớn nhất của ut
giá trị trung bình của u t

Lọc

Kđmr

Hình 1.4: Sơ đồ khối bộ lọc

Hiệu quả của khâu lọc được đánh giá qua hệ số san bằng:
K sb =

K đmv
K đmr

Hệ số san bằng càng lớn thì điện áp ra càng ổn định, càng ít nhấp nhơ, chất
lượng bộ lọc càng tốt.

Một số bộ lọc thường gặp là lọc điện cảm L, lọc điện dung C, lọc LC và lọc
hình π có sơ đồ như trên hình 1.5:
Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

6


Hình 1.5: Các sơ đồ bộ lọc san phẳng cơ bản
a) lọc điện cảm, b) lọc LC
c) lọc điện dung, d) lọc hình π (lọc CLC)

- Lọc điện cảm:
Giá trị điện cảm lọc cần để có hệ số Ksb cần thiết là:

√K
L=

2
sb

−1
∙ Rt [H ]
mđm ω 1

Lọc điện cảm phù hợp với tải cơng suất lớn, vì cơng suất càng lớn thì điện
trở tải Rt càng nhỏ, sẽ càng dễ dàng thực hiện điều kiện lọc tốt nhất là XL>>Rt.
- Lọc điện dung:
Giá trị tụ điện được xác gần đúng theo công thức:
C=


1
[ F]
mđm ω 1 Rt K đmr

Lọc điện dung khó thực hiện với tải cơng suất lớn, vì R t càng nhỏ càng khó
thực hiện điều khiện lọc tốt XC<dùng cho tải cơng suất nhỏ.
- Lọc LC:
Đây thực chất là kết hợp của hai loại lọc trên, do vậy để lọc hiệu quả vẫn
cần tuân theo nguyên tắc: XL>>Rt; XC<
Ta có:
Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

7


L .C=

K sb +1
2

2

m đm ω1

- Lọc hình π (lọc CLC):
Đây là bộ lọc gồm 2 mắt lọc, lọc C và lọc LC mắc nối tiếp nhau.Hệ số san
bằng của bộ lọc bằng tích hệ số san bằng của từng mắt lọc.
K sb =K sbC . K sbLC

Lọc CLC ứng dụng khi cần có Ksb>50.

1.4. Ổn định điện áp
Có một số phương pháp ổn định điện áp một chiều sau:
- Sử dụng đi-ốt Zenner
- Sử dụng IC ổn áp cố định: 78xx, 79xx.
Với IC 78xx, điện áp ra cố định là dương xx.
Với IC 79xx, điện áp ra cố định là âm xx.
- Sử dụng IC ổn áp thay đổi được (mắc điện trở ngoài để thay đổi giá trị
điện áp ra): LM317,…

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

8


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN DC
(3,7V; 5V; 12V; 24V)
2.1. Tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn
Các tiêu chuẩn kỹ thuật của khối nguồn:
- Điện áp vào: 220Vac – 50Hz.
- Điện áp ra: 4 mức 3,7Vdc ; 5Vdc ; 12Vdc ; 24Vdc.
- Dòng điện ra: 2A

2.2. Phương án thiết kế
Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật trên ta lựa chọn phương án thiết kế cho từng
khối của bộ nguồn:
2.2.1. Biến áp và chỉnh lưu
Đầu vào là lưới điện xoay chiều dân dụng (220V – 50Hz) nên sử dụng biến

áp 220-24V, với dịng 3A.
Sử dụng mạch chỉnh lưu cầu, vì chỉnh lưu cầu có hệ số K u lớn và có độ đập
mạch nhỏ.
2.2.2. Lọc nguồn
Bộ lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U T thu được sau
khối chỉnh lưu thành điện áp 1 chiều U01 ít nhấp nhơ hơn.
Vì mạch nguồn này là mạch cơng suất nhỏ nên sử dụng phương pháp lọc
điện dung C (với C=4700 μF).

TR1

BR1

V1

VSINE
VA=220
FREQ=50Hz

C5

4700u
KBU4A
TRAN-2P2S

Hình 2.1: Sơ đồ khối biến áp nguồn, chỉnh lưu cầu và lọc

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

9

2.2.3. Tạo điện áp 24V
Sơ đồ mạch ổn áp 24V được biểu diễn trên hình vẽ 2.2.
Q3

TIP42

U4

7824

R6

1

VI

VO

3

C6

2

GND

2R2

470u

C7
10u

Hình 2.2: Sử dụng IC7824 tạo điện áp ổn định 24V

Điện áp ra sau mạch cầu chỉnh lưu và lọc nguồn có dạng nhấp nhô không
ổn định, ta sử dụng IC ổn áp 7824 để ổn định điện áp ở giá trị 24V.
Tụ điện C6 để lọc điện áp trước khi vào 7824, tụ điện C7 để lọc điện áp sau
khi qua 7824. Dòng vào khơng ổn định nên cần tụ có giá trị lớn C6 = 470 μF,
dòng qua 7824 đã ổn định nên khơng cần tụ giá trị lớn C7=10 μF.
Vì IC7824 chỉ có thể cấp dịng ra đạt giá trị 1A (theo lý thuyết, thực tế thấp
hơn nữa) nên phải khuếch đại dòng ra. Ở đây dùng transistor TIP42 để khuếch
đại dòng điện ra.
Giá trị điện trở R6 quyết định dòng đi qua 7824. Dịng I B của transistor
khơng đáng kể nên dòng qua 7824 xấp xỉ dòng qua R6. Hiệu điện thế hai đầu
điện trở R6 chính là hiệu điện thế UEB giữa hai chân transistor, UEB ≈ 0,7V.
Sử dụng transistor để dẫn dòng, và 7824 để ổn định điện áp ra vì vậy khơng
cần dịng lớn đi qua 7824. Chọn dịng qua 7824 khoảng 0,3A, từ đó xác định giá
trị điện trở R6:
R 6=

U EB 0,7
=
=2,33 Ω
I 7824 0,3

Chọn giá trị điện trở R6=2,2Ω, xác định lại được dòng qua 7824
I 7824=

U EB 0,7
=
=0,32 A
R 6 2,2

2.2.4. Tạo điện áp 12V và 5V
Với điện áp 12V và 5V ta cũng sử dụng phương pháp tương tự như tạo điện
áp 24V, sơ đồ mạch được biểu diễn trên hình 2.3.
Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

10


R7
2R2

Q1

Q2

TIP42

TIP42

U1

U2

7812

3

C1

470u

1

2R2

C2
10u

VI

VO

3

GND

VO

GND

VI

R2

C3

470u

2

1

2R2

7805

2

R1

C4
10u

Hình 2.3: Mạch tạo điện áp ổn định 12V và 5V

Ở đây, tụ điện C1 và C3 lọc điện áp trước khi vào IC, tụ điện C2 và C4 lọc
điện áp sau khi qua IC. Transistor TIP42 để khuếch đại dòng điện. Giá trị điện
trở R1 và R2 quyết định dòng qua IC ổn áp.
C1=C3=470 μF, C2=C4=10 μF, R1=R2=2,2Ω.
2.2.5. Tạo điện áp 3,7V
Theo yêu cầu thiết kế mạch ổn áp có điện áp ra là 3,7V, ta sử dụng IC ổn áp
LM317. Bằng cách điều chỉnh điện trở phụ mắc bên ngồi ta có thể dễ dàng tạo
điện áp ra trong một khoảng mong muốn cho phép.
LM317 là một IC ổn áp thông dụng được ứng dụng nhiều trong thực tế với
các ưu điểm như điện áp ra ổn định cũng như cách điều chỉnh điện áp khá đơn

giản (chỉ cần thêm 2 điện trở bên ngoài để đặt điện áp ra). LM317 là linh kiện ổn
áp bù nối tiếp cho điện áp ra ổn định hơn so với các loại IC ổn áp cố định khác.
Ngồi việc có hiệu suất cao hơn IC ổn áp cố định, loại IC này cịn tích hợp khả
năng hạn dịng khi ngắn mạch, bảo vệ quá tải, quá nhiệt,…
Ký hiệu và hình dạng IC LM317 như hình vẽ 2.4:

Hình 2.4: IC LM317

Một số đặc điểm kỹ thuật cơ bản của LM317:
- 1,2V≤ Uout ≤ 35V
- Ioutmax=1,5A
Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

11


- 3V≤ Uin-Uout≤40V
- Iadj=50÷100uA
- 10mA≤Iout≤Imax
- Tvh=0÷125 oC
LM317 có cấu tạo 3 chân như hình vẽ, 2 chân ngồi là U in và Uout cịn chân
ở giữa là chân ADJ. Ngồi ra muốn điều chỉnh điện áp ra ta mắc nối thêm các
điện trở theo hình 2.5
U3

LM317EMP
VI

VO

2

ADJ

3

R3

1

220R

R4

330R

R5

100R

Hình 2.5:Mạch tạo điện áp ổn định 3,7V

Điện áp ra được tính theo cơng thức

(

U ra=1,25 × 1+

)

R 4+ R 5
+ I adj × ( R 4+ R 5 )
R3

Nhưng do Iadj rất nhỏ (khoảng 50ữ100uA) nờn cú th tớnh gn ỳng

(

U ra =1,25 ì 1+

R 4+ R 5
R3

)

Chọn giá trị điện trở R3=220Ω, R4=330Ω, R5=100Ω ta thu được giá trị Ura

(

U ra=1,25 × 1+

)

330+100
=3,69 V
220

Tổng hợp lại ta thu được toàn bộ sơ đồ mạch theo hình 2.6

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

12


TR1

TRAN-2P2S

BR1

KBU4A

C5
4700u

R6
2R2

Q3
TIP42

1

U4
VI

7824

C6
470u

VO

3

C7
10u

R1
2R2

Q1
TIP42

1

U1

VI

7812

C1

470u

VO

3

C2
10u

R2
2R2

Q2

TIP42

C3

470u

1

U2

VI

7805

GND
2

GND
2

GND
2

VO

3

3

C4

10u

U3

VO

2

R4

330R

R3

220R

100R

R5

13

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

LM317EMP

VI

ADJ

1


2.2.6. Danh mục linh kiện

STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Tên linh kiện
Điện trở

Tụ 4700 uF
Tụ 470 uF
Tụ 10 uF
Transistor TIP42
IC 7824
IC 7812
IC 7805
IC LM317
Biến áp
Cầu chỉnh lưu
Bảng mạch
Cộng

Số lượng
6
1
3
3
3
1
1
1
1
1
1
1
23

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

Đơn giá
10.000
3.000
2.000
5.000
5.000
5.000
5.000
6.000
60.000
3.000
30.000

Thành tiền
3.000
10.000
9.000
6.000
15.000
5.000
5.000
5.000
6.000
60.000
3.000
30.000
157.000

14

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN
3.1. Tổng hợp kết quả
Tổng hợp kết quả tính tốn lý thuyết, mạch mơ phỏng và mạch thực tế ta
thu được bảng 3.1
Lý thuyết

Mạch mô phỏng

Mạch thực tế

Tạo nguồn 24V

24 V

24.1 V

23.9 V

Tạo nguồn 12V

12 V

12 V

12.15 V

Tạo nguồn 5V

5V

5.01 V

4.95 V

Tạo nguồn 3.7V

3.69 V

3.72 V

3.72 V

Bảng 3.1: Tổng hợp kết quả
Sau một thời gian tìm hiểu và thiết kế, nhóm em đã hồn thành đồ án: ”Tìm
hiểu và thiết kế mạch tạo nguồn DC (3,7V; 5V; 12V; 24V)”. Kết quả đã lắp
được mạch điện, kết quả thu được xấp xỉ với điện áp yêu cầu của thiết kế.
Qua đề tài này đã giúp nhóm em có thể áp dụng kiến thức đã học vào thực
tế đồng thời nâng cao khả năng tự tìm hiểu và thiết kế các mạch điện tương tự.
Từ những kiến thức đã thu được trong quá trình thực hiện đồ án này sẽ giúp
chúng em có thêm kinh nghiệm để thiết kế các mạch điện mới có độ phức tạp
hơn.
Cuối cùng nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Hồng
Nam đã tận tình giúp đỡ chúng em hồn thành đồ án này.
Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

15

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh. Điện tử công suất. NXB
Khoa học và kỹ thuật, 2007.
2. Nguyễn Trinh Đường, Lê Hải Sâm, Lương Ngọc Hải, Nguyễn Quốc Cường.
Điện tử tương tự. NXB Giáo dục, 2008.
3. Đỗ Xuân Thụ. Kỹ thuật điện tử. NXB Giáo dục, 2005.
4. Diễn đàn hội quán điện tử: />5. Diễn đàn điện tử Việt Nam: />6. Diễn đàn: />
Nguyễn Ngọc Hợp – Võ Đức Vương – Vũ Huy Hoàng

16