Đồ án thiết kế môn học: Điện tử tương tự
Đề bài 4:
Thiết kế một bộ nguồn ổn áp bù sử dụng transistor, với các chỉ tiêu kĩ thuật như
sau:
- Điện áp vào từ lưới điện công nghiệp 220V/50Hz
- Điện áp ra ổn áp 12v
- I
r
= 10A
- Các thông số khác của linh kiện sinh viên tự chọn cho phù hợp với yêu cầu
Nội dung:
1. Lý thuyết chinh về chỉnh lưu, ổn áp
- Sơ đồ khối
- Sơ đồ nguyên lý của từng khôi
- Lựa chọn loại mạch để thiết kế
2. Thiết kế bộ nguồn
- Sơ đồ nguyên lý chung của mạch thiết kế
- Tính toán các thông số của bài ra cho các giá trị linh kiện phù hợp
+ Tính toàn mạch chỉnh lưu
+ Tính toán mạch ổn áp
3. Lựa chọn linh kiên có trên thị trường
+ Loại linh kiện
+ Thông số của linh kiện
+ Vẽ và tính lại mạch với các linh kiện đã lựa chọn, và để phù hợp với đề
bài cần thay đỏi những gì
4. Đánh gía kết luận
Tài liệu tham khảo
PHẦN I :LÍ THUYẾT CHUNG VỀ CHỈNH LƯU ỔN ÁP
Mạch nguồn cung cấp có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho
các mạch điện và thiết bị điện tử hoạt động. Điện áp đầu ra một chiều được
biến đổi từ nguồn điện công nghiệp. Hình biểu diễn sơ đồ khối của một bộ

nguồn một chiều hoàn chỉnh với chức năng các khối như sau:

Sơ đồ khối bộ nguồn áp
+ Biến áp: có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới điện U
1
thành điện áp U
2
ở
thứ cấp theo yêu cầu.
+ Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp xoay chiều thành
điện áp một chiều đập mạch. Độ đập mạch này khác nhau tuỳ thuộc vào loại
mạch chỉnh lưu
+ Mạch lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U
0
thành
điện áp một chiều U
01
ít nhấp nhô hơn.
+ Mạch ổn áp một chiều (ổn dòng) có nhiệm vụ ổn định điện áp (dòng
điện) ở đầu ra U
r
(It), khi U
01
thay đổi theo sự mất ổn định của U
1
hay dòng
tải It thay đổi. Mạch ổn áp có thể dùng điôt ổn áp zener
I . BIẾN ÁP
Biến áp là thiết bị làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ dùng để
biến đổi điện áp xoay chiều naỳ thành điện áp xoay chiều khác nhưng tần số

không đổi. Trong thiết bị nguồn biến áp ngoài nhiệm vụ biến đổi điện áp
xoay chiều của mạng điện thành điện áp xoay chiều có trị số cần thiết với
mạch chỉnh lưu còn có tác dụng ngăn cách mạch chỉnh lưu với mạch điện về
một chiều.
Một biến áp cơ bản có hai cuộn dây cuốn trên lõi sắt từ. Cuộn sơ cấp
được nối với mạng điện, cuộn thứ cấp được nối với tải.
.
U
0
Biến áp
Mạch chỉnh
lưu
Mạch
lọc
Mạch ổn áp
(ổn dòng)
U
2
U
1
U
01
U
r
R
t

I
t
Các thông số của máy biến áp:

W
1
Số vòng dây cuộn sơ cấp, W
2
Số vòng dây cuộn thứ cấp
I
1
Dòng điện hiệu dụng sơ cấp, I
2
Dòng điện hiệu dụng thứ cấp
P
1
Công suất hiệu dụng sơ cấp, P
2
Công suất hiệu dụng sơ cấp
Ngoài ra còn có các đại lượng định mức của biến áp:
Điện áp định mức: U
1dm
, U
2dm
Dòng định mức I
1dm
, I
2dm
Công suất định mức P
dm
Nếu bỏ qua tổn hao do điện trở dây cuốn và từ thông tổn hao thì hệ số biến
áp n được tính:
n = U
1

/ U
2
= W
1
/ W
2

II . MẠCH CHỈNH LƯU
1 . Chỉnh lưu một pha toàn sóng
A . Chỉnh lưu 1 pha toàn sóng dùng biến áp thứ cấp có điểm trung tính:
+ Với tải thuần trở
U 1
U 2
Biến áp nguồn.
u
2b
D
1
u
1∼
a
i
2b
i
2a
b
D
2
u
2a

0
U
o
i
0
R
t
a)
I
2M
u
2
ωt
U
0
π
2
π
u
2M
u
2a
i
2
I
o
i
2a
u
0

b)
u
2b
i
2a
ωt
ωt
Trên sơ đồ hình a: biến áp 1 pha có cuộn thứ cấp ra điểm giữa, tạo
thành 2 điện áp u
2a
, u
2b
có biên độ bằng nhau và lệch pha nhau 180
0
đặt vào 2
điốt, khiến chúng thay nhau làm việc trong cả chu kỳ.
Khi u
2a
ở nửa chu kỳ dương (a+;b-), điốt D
1
thông, D
2
khoá có dòng i
2a
(a
→
D
1
→
R

t
→
0) còn dòng i
2b
= 0.
Khi u
2b
ở nửa chu kỳ dương (b+; a-), điốt D
2
thông điốt D
1
khoá, có
dòng i
2b

(b → D
2
→ R
t
→ 0), còn dòng i
2a
= 0. Vậy trong 1 chu kỳ có 2 xung dòng qua
tải cùng chiều, còn trên mỗi nửa cuộn thứ cấp chỉ có 1 xung dòng, m = 2 và
tần số đập mạch f
d
=2f=100Hz.
Dòng qua tải
a b n
n
i i i I i

∞
=
= + = +
∑
0 2 2 0
1
Do đó điện áp trên tải
n
n
u U u
∞
=
= +
∑
0 0
1
Dòng và điện áp trên tải bao gồm thành phần 1 chiều (I
0
, U
0
) và vô số
các thành phần xoay chiều (
Σ
i
∼

;
Σ
u
∼

) thành phần 1 chiều của dòng điện
chỉnh lưu:
MM
I,II
220
6360
2
==
π
r
f
= r
b.a
+r
D
là điện trở thuần tổn hao của 1 pha chỉnh lưu bao gồm điện
trở tổng cuộn dây biến áp r
b.a
và điện trở thuần điốt r
D
, thành phần một chiều
của điện áp nắn:
t
tf
M
t
R
Rr
U
RIU

+
==
2
00
2
π
Nếu bỏ qua tổn hao biến áp và chỉnh lưu (bộ qua r
f
) thì
220
90
2
U,UU
M
==
π
+ Với tải dung tính.
Khi có C// R
t
và
t
c
c
R
m
X <<=
ω
1
thì bộ chỉnh lưu có tải dung tính
Khi tải dung tính thì các điốt chỉ thông khi giá trị dương tức thời của

điện áp thứ cấp, vượt U
C
tức là xuất hiện góc cắt
θ
của dòng điện chỉnh lưu
và điện áp 1 chiều U
0
phụ thuộc
θ
.
θθ
cosUcosUU
M 220
2==
Khi R
t
=
∞
(chế độ hở mạch) →
θ
= 0
220
2UUU
Mhm
==
- Điện áp ngược cực đại đặt trên điốt:
2
222 UUU
MmaxDng
==

+ Với tải cảm tính.
R
t
Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến áp điểm giữa tải dung tính và dạng sóng.
D
1
D
2
a
b
u
2a
u
2b
u
1~
i
2a
i
2b
C
+
_
U
0
I
2
u
2a
u

2b
u
C
i
0
U
o
ωt
u
0
ωt
I
o
Tại đầu ra bộ chỉnh lưu mắc cuộn chặn nối tiếp với tải cuộn dây L
ch
sẽ
chặn tất cả các thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu, với điều
kiện:
X
Lch
=m
ω
L
ch
>>R
t
R
Lch
<<R
t

thì tất cả các thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu sẽ bị chặn
lại trên L
ch
, còn trên tải R
t
là thành phần điện áp, dòng điện 1 chiều U
0
, I
0
.
Dòng điện qua L
ch
và R
t
là liên tục không đổi trong suốt cả chu kỳ (hình b)
- Bỏ qua các tổn hao trên biến áp, điốt và L
ch
thì:
t
R
U
I;U,U
0
020
90 ==
Trong thực tế để loại bỏ tương đối triệt để các thành phần xoay chiều
của dòng điện chỉnh lưu, người ta không chỉ dùng cuộn chặn riêng lẻ mà kết
hợp với tụ C mắc sau nó và song song với R
t
, để giảm nhỏ trở kháng ra của

bộ chỉnh lưu.
* So với sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa sóng, thì sơ đồ này có ưu điểm:
- Điện áp, dòng điện 1 chiều ra lớn
Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến áp giữa với tải cảm và dạng sóng
a)
D
1
D
2
a
b
u
2a
u
2b
u
1~
i
2a
i
2b
L
ch
+
_
U
0
I
0
R

t
u
0
U
2M
u
2a
u
2b
U
C
u
2
u
0
ωt
U
o
i
0
I
0
b)
ωt
ωt
- Tần số đập mạch f
d
= 2f → dễ lọc san bằng
- Dòng trung bình qua điốt nhỏ
* Nhược điểm:

- Điện áp ngược đặt lên điốt lớn
- Bắt buộc phải dùng biến áp
B. Chỉnh lưu cầu một pha
Khi nửa chu kỳ ứng với a+, b- thì D
1
và D
3
thông, thì có dòng i
2a
từ a →
D
1
→ tải → D
3
→ b. Nửa chu kỳ ứng với b+, a- thì D
2
và D
4
thông, có dòng
i
2a
từ b → D
2
→ tải → D
4
→ a.
Trong một chu kỳ của điện áp mạng, sơ đồ làm việc hai lần với tải, có 2
xung dòng qua tải nên f
d
= 2f = 100Hz.

Đối với tải điện trở, điện cảm, điện dung các dạng sóng và trị số
giống như sơ đồ chỉnh lưu toàn sóng 1 pha với biến áp điểm giữa.
- Với tải thuần trở: U
0
≈
0,9 U
2
- Với tải dung tính:





=
=
2
20
2
2
UU
cosUU
ohm
θ
- Với tải cảm tính: U
0
≈
0,9 U
2
,còn điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt
22

2UUU
MmaxDng
==
- Ưu điểm của sơ đồ cầu so với sơ đồ có biến áp thứ cấp ra điểm giữa .
+ Có thể dùng biến áp hoặc không
L
c
h
C
Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha với các tải khác nhau
i
2a
a
_
+
U
0
D
1
D
2
D
3
D
4
U
2
b
U
1

i
2b
R
t
R
t
R
t
+ Nếu dùng biến áp và nếu cùng điện áp thì cuộn thứ cấp có số
vòng giảm một nửa.
2 . CHỈNH LƯU BỘI ÁP
A. Chỉnh lưu bội áp nửa sóng
- C
1
, C
2
có giá trị điện dung đảm bảo
t
,
CC
R
C
X,X <<=
21
21
1
ω
thì sơ đồ
này là tải dung tính.
Giả sử nửa chu kỳ đầu có a+; b- thì D

1
thông, C
1
được nạp nhanh với
giá trị U
C1
≈
U
2M
. Nửa chu kỳ sau b+; a- thì D
2
thông, C
2
được nạp với
U
C2
= 2U
2M
.cos
θ
= U
0

(Điện áp nạp cho C
2
là tổng điện áp cực đại trên cuộn thứ U
2M
nối tiếp
với điện áp U
C1

).
Khi hở tải:
2220
222 UUUU
MmaxChm
===
B . Chỉnh lưu bội áp toàn sóng.

Sơ đồ này có thể xem như 2 sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa sóng mắc nối tiếp
nhau với độ dịch pha giữa chúng là 180
0
và tải dung tính.
Sơ đồ nắn bội áp nửa
sóng
a
b
u
1
u
2
C
2
+ −
D
1
D
2
U
0
R

t
+
_
C
1
− +
Sơ đồ chỉnh lưu bội áp toàn sóng
u
1
+
C
1
_
R
t
D
1
+
C
2
−
D
2
I
0
U
0
U
2
Giả thiết nửa chu kỳ đầu có a+; b- thì D

1
thông, C
1
được nạp với
U
C1
=U
2M
cos
θ
Nửa chu kỳ sau b+; a- có dòng i
2
(D
2
thông), C
2
được nạp:
U
C2
=U
2M
cos
θ
Sau 1 chu kỳ điện áp mạng ta có U
0
=U
C1
+U
C2
=2U

2M
cos
θ
Khi hở tải ta có: U
0hm
= 2U
2M
=2
2
U
2
Sơ đồ này 1 chu kỳ điện áp mạng, sơ đồ làm việc 2 lần với tải f
d
= 2f.
III . BỘ LỌC
1 . Khái niệm chung
Sau chỉnh lưu, nhất thiết phải có bộ lọc để san bằng độ đập mạch (hay
lọc loại bỏ thành phần xoay chiều) của điện áp chỉnh lưu đến mức cần thiết
mà tải yêu cầu.
Để đánh giá tác dụng lọc của bộ lọc, ta coi bộ lọc như một mạng 4 đầu
mà lối vào của nó được cung cấp một điện áp 1 chiều với độ đập mạch:
K
đv
= U
0
∼
v
/U
0v
Tại đầu ra bộ lọc ta nhận được điện áp với độ đập mạch:

K
đr
= U
0
∼
r
/U
0r

U
0
∼
v
; U
0
∼
r
là biên độ của thành phần xoay chiều của điện áp đập mạch
đầu vào và đầu ra được tính với hài bậc 1
U
0v
, U
or
điện áp 1 chiều đầu vào, ra của bộ lọc. Hệ số lọc (hay hệ số san
bằng) của bộ lọc là:
v
r
dr
dv
U

U
.
U
U
K
K
q
0
0
0
0
r
v
==
Nếu coi bộ lọc không tổn hao thành phần 1 chiều thì q
≈
U
0
∼
v
/U
0
∼
r
→
q>1

Bộ lọc
Hệ số lọc nói lên chất lượng của bộ lọc đẫ làm giảm độ đập mạch đi
bao nhiêu lần so với đầu vào.

IV . KHỐI ỔN ÁP
:
Sơ đồ khối của khối ổn áp
Thực chất của bộ ổn áp so sánh là sử dụng biện pháp hồi tiếp âm nên ta có
sơ đồ tương đương sau :
Giả sử vì lý do nào đó mà điện áp ra được nâng lên một lượng ∆U
r
thì
lượng biến thiên này sẽ quay trở lại đầu vào nhờ bộ hôi tiếp âm . Tín hiệu hồi tiếp
âm ngược pha với tín hiệu vào nên sẽ làm yếu tín hiệu vào và ngược lại khi điện
áp ra bị giảm đị một lượng ∆U
r
thì tín hiệu vào sẽ có xu hướng tăng lên để chônhs
lại sự suy giảm này .
Khuếch đại
điều chỉnh
Khuếch đại so
sánh
Tạo điện áp
chuẩn
Phân áp
Khối khuếch đại ( KĐ )
Khối hồi tiếp ( HT )
Bộ khuếch đại phản hồi trong nguồn ổn áp là bộ khuếch đại một chiều .
Nếu ta gọi hệ số khuếch đại của khối khuếch đại là K , của khối hồi tiếp là K
ht
và
của toàn bộ mạch sau khi có hồi tiếp là K’ .
Ta có quan hệ sau :
K’ = =

Trong đó : g = K
ht
. K là độ sâu hồi tiếp ( g > 1 ) .
Vậy khi có khuếch đại thì hệ số khuếch đại giảm đi g lần ,mặt khác với việc
sử dụng mạch này ( hồi tiếp âm ) ta có nhiều hiệu ứng rất có lợi .
- Điện trở vào tăng g lần ,làm hiệh suất từ các tầng khác đưa đến tầng này
tăng lên , đồng thời điện áp cung cấp cho mạch này ít chịu ảnh hưởng của
sự biến đỏi trở kháng ra của các tầng trước .
- Điện trở ra giảm g lần , giúp điện áp ra ít bị biến đổi khi giá trị điện trở tải
thay đổi .
- Độ nhấp nháy giảm g lần .
Tất cả các hiệu ứng trên đều có ảnh hưởng rất tốt trong việc ổn định dòng
điện và điện áp ra .
Ta nhận thấy khi có hồi tiếp âm sâu : K . K
ht
» 1 do đó :
1 + K . K
ht
≈ K . K
ht
=> K’ ≈
Hệ số khuếch đại tổng quát chỉ phụ thuộc vào hệ số K
ht
.
Điều kiện để có hồi tiếp âm là :
+ φ
k
+ φ
ht
= 180

o
+ |K| .|K
ht
| » 1
* Khối phân áp : tạo U
pa
tỉ lệ với điện áp ra dung làm tín hiệu so sánh với tín
hiệu điện áp chuẩn , tạo sự chênh lệch để đưa vào khối khuếch đại điều chỉnh , có
nhiệm vụ trích một phần dòng điện ra , tạo ra mức điện áp một chiều U
pa
tỉ lệ U
Ra
dùng làm thông tin để so sánh với U
chuẩn
, tạo ra một sự chênh lệch để từ đó điều
khiển khối khuếch đại điều chỉnh .
U
pa
tạo ra nhờ bộ phân áp điện trở như sau :
Mạch này chỉ là mạch phân áp thông thường .
Nếu I
ss
« I
pa
do đó : U
pa
= U
r
.
Các điện trở R

3
, VR , R
4
là các điện trở phân áp . Trong đó VR là biến trở và
có thể tách thành hai điện trở VRa và VRb khi đó :
R
I
= R
3
+ VRa và R
II
= R
4
+ VRb
Giá trị của R
3
, VR , R
4
được chọn tùy thuộc vào dòng ra của mạch cung cấp
cho tải là bao nhiêu , dòng phân áp được chọn sao cho I
pa
≈ 0.1 I
r
.
* Khối tạo điện áp chuẩn : dùng mạch ổn áp tham số , mà cung cấp cho mạch
là điện áp ra .
Gọi U
z
là điện áp đánh thủng cảu diode zener → để diode zener làm việc
được thì tối thiểu U

ngược
cung cấp cho diode zener phải lớn hơn U
z
.
R
4
VR
U
r
R
3
U
pa
D
z
U
r
R
2
U
chuẩn
* Khối khuếch đại so sánh : ta có thể dùng khuếch đại thuật toán hoặc
khuếch đại transistor , ta sử dụng bộ transistor .
Với cực B đặt U
pa
, cực E đặt U
chuẩn
, cực C đặt U
ss
Như vậy đây chính là mạch khuếch đại kiểu E chung ( CE ) hay φ

ht
= π
Sơ đồ mạch :
Có thể them biến trở VR để điều chỉnh điện áp ra ,để phục cho việc tính độ
sâu hồi tiếp g , ta cần xác định ( K
pa
) và khối khuếch đại so sánh ( K
ss
) .
K
pa
= ; Kss =
Trong đó : r
e
là điện trở tương đương xoay chiều tại cực C của transistor .
r
e’
là điện trở trong cực E của transistor ( re’ = ) .
Khi biết g ta có thể xác định được điện trở ra ,vào và ổn định nhấp nháy của
mạch ổn áp .
Việc chọn transistor T
1
phụ thuộc vào công suất mà transistor phải chịu đựng
P
D
= U
CE
. I
C
* Khối khuếch đại điều chỉnh : trong trương hợp nàyta cũng sử dụng

transistor để xây dựng nên khối khuếch đại điều chỉnh . Tín hiệu so sánh được đưa
vào chân B của transistor , tín hiệu ra có thể lấy ở chân E hoặc chân C .
Nếu ở chân E thì : φ
k
= 0
o
Nếu ở chân C thì : φ
k
= 180
o
Nhưng φ
ht
= 180o nên tín hiệu lấy ra ở chân E của transistor khuếch đại điều
chỉnh , tức là φ
k
= 0
o
=> điều kiện hồi tiếp âm về pha được thỏa mãn .
T
1
D
z
R
4
VR
R
3
U
r
R

2
U
ss
Mặt khác có cả hai khối khuếch đại điều chỉnh và khối khuếch đại so sánh
đều mắc theo kiểu E chung do đó điều kiện về biên độ |K| . |K
ht
| » 1 cũng thỏa mãn
nên khối ổn áp đã có hồi tiếp âm .
Do yêu cầu kỹ thuật thì dòng vào khuếch đại điều chỉnh nhỏ hơn rất nhiều so
với dòng ra khuếch đại so sánh và cần hệ số khuếch đại dòng lớn vì :
β = ( β là hệ số khuếch đại dòng điện )
Sơ đồ khối thực hiện :
Với R
1
là điện trở nhiệt của transistor T
2
.
V . SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG MẠCH ỔN ÁP
Từ sơ đồ ta có :
U
r
R
1
U
v
T
2
U
B
= (1)

Mặt khác : U
B
= U
BE
+ U
z
(2)
Từ (1) và (2) suy ra : U
BE
+ U
z
=
=> =
hay U
r
= ( U
z
+ U
BE
) . = const
Ta có : U
Ch
– U
CE1
– U
r
= 0  U
Ch
– U
r

= U
CE1
U
Ch
– I
1
.R
1
– U
BE
– U
r
= 0  U
Ch
– U
r
= I
1
R
1
+ U
BE

U
CE1
= I
1
.R
1
+ U

BE
U
C
= U
BE
+ U
r
U
CE
= U
C
–U
E
= U
C
– U
z
Ta có phương trình đường thẳng tải 1 chiều :
U
Ch
– I
1
.R
1
– U
CE2
– U
z
= 0 ( I
1

= I
CT2
)
Hay U
Ch
– I
CT2
.R
1
– U
CE2
– U
z
= 0 ( với U
z
= 6 (V))
Khi : I
CT2
= 0 => U
CEMAX
= U
Ch
– 6
Khi : U
CE2
= 0 => I
CT2MAX
=
Ta có đường đặc truyến tải tĩnh :
Giả sử U

Ch
tăng do U
r
= U
Ch
– U
CE2
nên sẽ làm cho điện áp ra U
r
tăng
dẫn đến điện áp U
B
cũng tăng theo , khi U
BT2
tăng làm cho U
E2
tăng lên tăng
phân cực cho transistor T
2
làm cho transistor này dẫn mạng hơn , dòng I
C1
I
CT2
U
CE2
0 U
Ch
- U
z
qua R

1
tăng làm U
R1
tăng do U
CE1
= U
R1
+ U
BE1
, U
CE1
tăng sẽ làm cho điện áp
ra U
r
giảm trở lại và điện áp ra luôn ổn định,tương tự đối với U
CL
giảm
Do đó điện áp ra U
r
luôn được ổn định
Ý nghĩa của các phần tử trong khối ổn áp :
* Transistor T
1
là phần tử điều khiển ra làm nhiệm vụ khuếch đại công
suất .
* Transistor T
2
làm nhiệm vụ khuếch đại và so sánh , được lắp theo kiểu
E chung có hồi tiếp âm về dòng điện trên điện trở R
z

của diode zener .
* R
3
và R
4
là điện trở phân áp hồi tiếp cho base của T
2
.
* R
1
phân áp cho base của T
1
, R
1
cùng T
2
, Z
D
định thiên dùng cho
transistor T
1
.
* R
2
phân áp cho diode zener , tăng khả năng ổn định cho điện áp chuẩn
, bảo vệ diode zener .
Nguyên lý hoạt động của mạch :
Khi U
r
giảm thì qua bộ phận phân áp R

2
, R
3
điện áp hồi tiếp U
ht
giảm
chính là U
BT2
giảm U
BE2
= U
BT2
– U
z
cũng giảm ( vì U
z
không đổi ) làm cho
U
BT1
= U
CE1
+ U
z
cũng tăng , T
1
thông và tăng lên → U
CE1
giảm nên U
r
tăng

trở lại , khi U
r
tăng lớn hơn trị số định mức thì quá trình diễn biến ngược lại .

PHẦN II : THIẾT KẾ BỘ NGUỒN
Từ những cơ sở lý thuyết trên, để đơn giản cho việc tính toán. Ta xây
dựng được bộ nguồn ổn áp bù sử dụng transistor đáp ứng được yêu cầu :
- Điện áp vào từ lưới điện công nghiệp 220 (V) - 50 (Hz).
- Điện áp ra ổn áp 12 (V).
- I
r
= 10 (A).
Qua đó ta có sơ đồ nguyên lý và phần tính toán cho phương án thiết kế
I . SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ :
II, TÍNH TOÁN CHO BỘ NGUỒN ỔN ÁP :
1, Tính toán cho mạch ổn áp .
Từ sơ đồ mạch ổn áp và theo giả thiết ta có :
U
r
= 12 (V) , I
r
= 10 (A)
Chọn U
Dz
= U
r
= X 12 = 6 (V)
Ta có : U
BET2
= 0,7 (V)

Từ transistor T
2
ta có :
U
BT2
= U
BET2
+ U
ET2
( do U
BET2
= U
BT2
– U
ET2
)
U
ET2
= U
Dz
= 6 (V)
 U
BT2
= 6 + 0,7 = 6,7 (V)
Điện áp cung cấp cho transitor qua các điện trở R
1
, R
2
, R
3

dưới dạng
mạch phân áp :
U
BT2
= U
r

=> =
=> = => 12.R
4
= 6,7.R
3
+ 6,7.R
4
=> 5,3.R
4
= 6,7. R
3
=> = =
Chọn R
3
= 53 (kΩ) , R
4
= 67 (kΩ)
Lúc này ta lại có :
U
CT2
= U
ET2
+ U

CET2
= U
BT1
= U
ET1
+ U
BET1
Mà U
ET1
= U
r
= 12 (V) , U
BET1
= 0,7 (V)
 U
CT2
= 12 + 0,7 = 12,7 (V)
Mặt khác :
U
CET2
= U
CT2
- U
ET2
= U
CT2
– U
Dz
= 12,7 – 6 = 6,7 (V)
( do U

ET2
= U
Dz
= 6 (V) )
Ta có phương trình đường tải một chiều ( đặc tuyến tải tĩnh )
U
CET2
= U
Ch
- U
Dz
– I
CT2
. R
1
=> U
CET2
= ( U
Ch
- 6) - I
CT2
. R
1
(1)
Xét phương trình trên ta có :
+ Khi U
CT2
= 0 => U
CET2
= U

Ch
– 6 .
+ Khi U
CET2
=0 => I
CT2
= .
I
CT2
CT1Q
CT1Q
Q
2
U
Ch
– 6
.
U
CET
2

(V)
0
Ta vẽ được đường đặc tuyến tải tĩnh sau :
Để có điểm làm việc của transistor T
2
(Q
2
) nằm giữa đường đặc tuyến
thì : I

CT2
= (2)
Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình :
U
CET2
= ( U
Ch
- 6) - I
CT2
. R
1
I
CT2
=
=> U
CET2
= U
Ch
- 6 - .R1
=> U
CET2
= U
Ch
- 6 -
=>U
Ch
= 2U
CET2
+ 6 mà U
CET2

= 6,7(V)
=>U
Ch
= 2.6,7 + 6 = 19,4 (V)
Mặt khác : U
Ch
= U
CET1
+ U
ET1
= U
CET1
+ U
r
( U
ET1
= U
r
)
=>U
CET1
= U
Ch
– U
r
= 19,4 – 12 = 7,4 (V)
Ta có đường đặc tuyến tải tĩnh của transistor T
1
:
Để T

1
làm việc ở chính giữa đường đặc tuyến thì :
U
CET1Q
= = 7,4 (V)
 U
CET1min
+ U
CET1max
= 14,8 (V)
Với U
CET1min
= 0,5 (V) => U
CET1max
= 14,8 - 0,5 = 14,3 (V)
Khi đó điện áp ổn áp đầu vào của mạch là :
U
Chmax
= U
r
+ U
CET1max
= 12 + 14,3 = 26,3 (V)
U
Chmin
= U
r
+ U
CET1min
= 12 + 0,5 = 12,5 (V)

 Ta có dải điện áp chỉnh lưu là :
U
Ch
= 12,5 (V) ÷ 26,3 (V)
Theo sơ đồ mạch , để diode zener luôn nằm trong vùng làm việc để có
tác dụng tạo điện áp chuẩn thì dòng qua diode zener luôn phải lớn hơn I
zmin
( I
zmin
= 5 mA) thì diode mới có thể ổn áp được , ta có :
U
R2
= U
r
– U
Dz
= 12 - 6 = 6 (V)
=> R
2
> = = 1200 (Ω) = 1,2 (kΩ)
I
CT1
Q
1
I
CT
1
maX
U
CET

1
max
U
CET1
(V)
0 U
CET
1
Q
I
CTT
1
Q
=> Chọn R
2
=1,5 (kΩ)
Dòng cực đại qua diode có thể nhận được là :
I
Dzmax
= =
3
26,3 6
1,5.10
−
= 13,53 (mA)
Đặc tuyến Vol ampe của diode zener :
Để diode làm việc ở giữa đường đặc tuyến thì dòng qua diode sẽ xắp xỉ
bằng = I
DzQ
 I

ET2
= I
Dzmax
= 13,53 . 10
-3
= 6,77 (mA)
Mặt khác : I
ET2
≈ I
CT2
=
3
6,77.10 .
1
β
β
−
+
Chọn β =50 => I
CT2
= 6.64 (mA)
Từ công thức : U
CET2
= U
Ch
– I
CT2
.R
1
- U

Dz
=> R
1
= =
3
19,4 6 6,7
6,44.10
−
− −
= 1,01 (kΩ)
Chọn R
1
= 1,1 (kΩ)
2 , Tính toán cho mạch lọc :
Ta có điện trở tải của mạch lọc là R
tml
= R
1
+R
T2
U
Dz
I
Dz
I
Dzmax
I
DzQ
I
Dzmin

U
Dzmin
U
DzQ
U
Dzmax
Do R
T2
< R
1
=> R
tml
≈ R
1
= 1,1 (kΩ)
Chọn tụ lọc C = 1000 (μF)
Thời gian phóng nạp của tụ C là :
T = C . R
tml
= 1000 . 10
-6
. 1,1 . 10
3
= 1,1 (s)
Để tụ C làm việc mà không bị hỏng thì điện áp chịu đựng của tụ C là
U
Cmax
>
2
.U

Chmax
=

2
. 26,3 = 37,19 (V)
Chọn U
Cmax
= 40 (V)
3, Tính toán cho mạch chỉnh lưu và biến áp
Ta có :
U
Ch
= U
tm
- = Utm - .( 1 – еxp(

))
Có f = 50 (Hz) => T = = = 0,02 (s)
 T/2 = 0,01 (s)
 U
Ch
= U
tm
( 1- ( 1 – exp(
6
0.01
1000.10 .1,1.103
−
−


) ))
= U
tm
. 0,99
 U
tm
=
0,99
Ch
U
=
19,4
0,99
= 19,56 (V)
Ta có điện áp cực đại trên biến áp :
U
2m
= U
tm
+ U
diode
chọn U
diode
= 0,7 (V)
=> U
2m
= 19,56 + 0,7 = 20,26 (V)
Điện áp trên cuộn thứ cấp của biến áp :
U
2

=
2
2
m
U
=
20,26
2
= 14 (V)
Mặt khác ta có : U
1
= 220 (V)
=> = = =
W
2
là số vòng dây cuộn thứ cấp .
W
1
là số vòng dây cuộn sơ sấp .
Như vậy ta đã tính toán xong các thông số của mạch . Ta có các thông
số của linh kiện :
+ Biến áp có tỉ số : = .
+ Sử dụng diode chỉnh lưu U
diode
= 0,7 (V) .
+ Tụ C = 1000 (μF) ,U
Cmax
= 40 (V) .
+ R1 = 1,1(kΩ) , R2 = 1,5 (kΩ) , R3 = 53 (kΩ) , R4 = 67 (kΩ)
+ Transistor T

1
: U
CEmax
= 30 (V) , I
Cmax
= 15 (A) , hệ số khuếch đại β =
100 .
+ Transistor T
2
: U
CEmax
= 30 (V) , I
Cmax
= 15 (A) , hệ số khuếch đại β =
50 .
Do chọn các thông số như vậy là do :
- Yêu cầu dòng ra : I
r
= 10 (A) .
- Yêu cầu điện áp vào : U
vào
= 220 (V) (50 Hz) .
- Theo tinh toán :
U
Chmax
= 26,3 (V)
U
CET1max
= 14,3 (V)
U

CT2
= 12,7 (V)
U
CET2
= 6,7 (V)
U
BT2
= 6,7 (V)
U
ET2
= 6 (V) .