Vo-tuyen-dien

BỘ NGUỒN CUNG CẤP
BÀI THUYẾT TRÌNH
Nguồn cung cấp (power supply) có nhiệm vụ cung cấp điện áp một chiều (DC Volt) cho các thiết bị điện tử hoạt động. Dùng nguồn điện một chiều như pin, accu, máy phát điện một chiều... rất tốn kém và cồng kềnh, vì vậy ta thường cung cấp cho các thiết bị điện tử bằng nguồn điện lưới, bằng cách dùng các bộ chỉnh lưu và lọc điện. Nó có sơ đồ khối như hình 4.1
1.Khái niệm cơ bản
Hình 4.1.1: Sơ đồ khối bộ nguồn cung cấp
Điện áp lưới được khối biến áp biến đổi thành các mức điện áp cần cho thiết bị. Khối chỉnh lưu gồm các diode chỉnh lưu sẽ chỉnh lưu dòng điện xoay chiều này thành một chiều. Khối lọc gồm tụ điện C và có thể có thêm các cuộn dây L để tăng hiệu quả lọc sẽ san bằng dòng điện nhấp nhô sau khi chỉnh lưu. Do điện áp lưới không được ổn định, khối ổn áp sẽ ổn định điện áp lấy ra từ khối lọc. Tải là các thiết bị điện tử mà ta cần cung cấp năng lượng điện.
1.Khái niệm cơ bản
2. Bộ nguồn chỉnh lưu bán kỳ (Half Wave Rectifier)
Hình 4.2.1 : Sơ đồ nguyên lý bộ nguồn chỉnh lưu bán kỳ
BA: Biến áp hạ áp, nó đưa điện áp lưới 220 VAC xuống điện áp cần dùng.
D1 : Diode chỉnh lưu
C : Tụ lọc
RT  : Điện trở tải, đây chính là thiết bị điện tử cần cung cấp nguồn.
Ta thấy khuyết điểm của bộ nguồn cung cấp chỉnh lưu bán kỳ là chỉ sử dụng được một nửa công suất của biến áp, nên các bộ nguồn cung cấp không dùng kiểu chỉnh lưu bán kỳ.
Hình 4.2.2 : Dạng sóng chỉnh lưu bán kỳ
2. Bộ nguồn chỉnh lưu bán kỳ (Half Wave Rectifier)
3.Bộ nguồn chỉnh lưu toàn kỳ (full Wave Rectifier)
3.1.Chỉnh lưu toàn kỳ loại dùng 2 diode
BA1 là biến áp hạ áp, nó nhận điện áp lưới ở cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp cho ra điện áp tùy theo yêu cầu của từng máy. Cuộn thứ cấp có điểm giữa, chia điện áp nhận được thành 2 điện áp bằng nhau. Điểm giữa nối vào điểm đất của máy.
Hình 4.3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu toàn kỳ dùng 2 Diode.
Giả sử bán kỳ đầu A dương nên D1 thông, D2 tắt. Dòng diện qua D1 cung cấp cho tải sau đó trở về đất. Bán kỳ sau B dương nên D2 thông, D1 tắt. Dòng điện qua D2 cung cấp cho tải sau đó trở về đất.
Như vậy trong cả hai bán kỳ, trên tải đều có dòng điện chạy qua, đó là dòng điện một chiều, nó gây sụt áp một chiều trên tải.
Hình 4.3.2: Dạng sóng chỉnh lưu toàn kỳ
3.Bộ nguồn chỉnh lưu toàn kỳ (full Wave Rectifier)
3.1.Chỉnh lưu toàn kỳ loại dùng 2 diode
3.2.Chỉnh lưu toàn kỳ kiểu cầu (Bridge Type Rectifier)
Đây là kiểu chỉnh lưu thông dụng nhất, được dùng trong hầu hết các bộ nguồn cung cấp hiện nay. Nó có sơ đồ nguyên lý như hình
Hình 4.3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu toàn kỳ kiểu cầu
Giả sử bán kỳ đầu A dương nên D1 và D3 thông. Dòng điện qua D1 đến tải theo D3 đi đến điểm B. Bán kỳ sau B dưong nên D2 và D4 thông. Dòng điện qua D2 đến tải theo D4 đi đến điểm A
Như vậy, trong cả 2 bán kỳ đều có dòng điện chạy qua, đó là dòng điện một chiều. Nó gây sụt áp một chiều trên tải
3.3.Bộ nguồn chỉnh lưu đối xứng
Trong các máy tăng âm không dùng biến áp ra, không dùng tụ điện để ngăn dòng một chiều ở tầng công suất, một số sơ đồ dùng vi mạch..., ta phải dùng bộ nguồn đối xứng. Bộ nguồn này cho ta điện áp +VCC và -VCC so với đất. Nó có sơ đồ nguyên lý như hình
Hình 4.3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu toàn kỳ đối xứng
BA là biến áp hạ áp, cuộn thứ cấp có điểm giữa nối đất. Mạch chỉnh lưu vẫn dùng mạch cầu.
Giả sử bán kỳ đầu A dương B âm, dòng điện qua D1 qua tải rồi trở về đất. Ngõ ra của D1 có điện áp dương.Trong lúc đó do B âm, nên dòng điện qua D3 qua tải rồi trở về đất. Ngõ ra của D3 có điện áp âm.Ta có 2 điện áp một chiều có cùng biên độ nhưng khác cực tính so với đất.
4.Bộ nguồn chỉnh lưu nhân đôi điện áp
Bộ nguồn chỉnh lưu nhân đôi điện áp cho ta điện áp DC ở ngõ ra gấp hai lần điện áp AC ở ngõ vào
4.1.Chỉnh lưu nhân đôi điện áp bán kỳ
Hình 4.4.1: Sơ đồ nguyên lý bộ nguồn chỉnh lưu nhân đôi điện áp bán kỳ.
Giả sử bán kỳ đầu B dương. D1 thông, dòng điện qua D1 nạp cho tụ C1 và về A. Bán kỳ sau A dương, điện áp tại A tổng hợp với điện áp đang phóng của tụ C1 thành ra điện áp gấp đôi, điện áp này qua D2 cung cấp cho RT. Tụ C2 phải có điện áp hoạt động gấp hai lần điện áp hoạt động của tụ C1.
4.2.Chỉnh lưu nhân đôi điện áp toàn kỳ
Hình 4.9 là sơ đồ nguyên lý bộ nguồn chỉnh lưu nhân đôi điện áp toàn kỳ. Giả sử bán kỳ đầu A dương, D1 thông, dòng điện qua D1 nạp cho tụ C1 và về B. Bán kỳ sau A âm, D2 thông, dòng điện qua D2 nạp cho tụ C2 và về B. Sau hai bán kỳ tụ C1 và C2 cùng phóng qua RT, cho ta điện áp một chiều cao gấp hai lần trị số điện áp xoay chiều ở đầu vào.
Hình 4.4.2: Sơ đồ nguyên lý bộ nguồn chỉnh lưu nhân đôi điện áp toàn kỳ
5.Bộ lọc điện
Dòng điện sau khi chỉnh lưu có trị số thay đổi và gợn sóng (ripple voltage) của dòng điện lưới, có chu kỳ và tần số xác định là nf. Trong đó n = 1 nếu chỉnh lưu bán kỳ, n = 2 nếu chỉnh lưu toàn kỳ, f là tần số điện áp lưới.
Dòng điện nhấp nhô này chưa thể cung cấp cho các thiết bị điện tử được, muốn cung cấp được ta phải thực hiện việc san bằng các gợn sóng của dòng điện sau khi nắn
5.1.Lọc bằng tụ điện
Tụ điện là linh kiện chính dùng để lọc điện, người ta ứng dụng hiện tượng nạp điện và phóng điện để thực hiện việc lọc điện
Hình 4.5.1: Tụ lọc dòng nhấp nhô
Tụ điện C có điện dung lớn được đấu song song với tải. Ở bán kỳ dương, diode dẫn điện, mạch điện kín nên tụ C nạp điện. UC tăng dần đồng thời trên tải có dòng điện của nguồn chạy qua. Ở bán kỳ âm diode không dẫn điện mạch điện hở nên không có dòng điện của nguồn cung cấp cho tải. Nhưng lúc này tụ C lại phóng điện qua tải nên trên tải lại có dòng điện. Thời gian phóng của tụ điện phụ thuộc vào hằng số thời gian  là tích số của điện dung C và điện trở tải R
 = RC
Để tụ C dễ dàng dẫn điện áp nhấp nhô xuống đất, ta phải tính sao cho XC xấp xỉ 0Ω. C càng lớn XC càng nhỏ, điện áp cung cấp cho tải càng ít gợn sóng. Nếu nắn điện bán kỳ thành phần gợn sóng có tần số băng tần số điện lưới (50Hz).
Trong mạch nắn toàn kỳ thành phần gờn sóng có tần số gấp đôi tần số điện lưới (100Hz). Muốn lọc được tần số thấp như vậy tụ C phải có điện dung lớn. Do đó tụ C là tụ hóa.
Áp dụng công thức tính dung kháng, ta tính điện dung như thế nào đó để dung kháng XC ≈ 0Ω.
5.2.Bộ lọc LC
Nếu dùng riêng tụ điện để lọc điện thì điện dung phải rất lớn. Khi mới đóng mạch điện, dòng điện nạp lớn quá mức có thể hỏng các diode nắn điện. Vì vậy để tăng hiệu quả lọc điện người ta dùng thêm cuộn cảm L tạo thành bộ lọc hình 
Hình 4.12: Bộ lọc hình 
Cảm kháng XL= 2fL sẽ cản dòng gợn sóng không cho đến tải. Còn dung kháng XC sẽ dẫn dòng điện gợn sóng xuống đất. Kết quả tại ngõ ra chỉ còn dòng điện một chiều.
Một số sơ đồ thay cuộn cảm L bằng điện trở R.
Hình 4.13 là sơ đồ nguyên lý bộ nguồn cung cấp của một máy tăng âm. Nó cung cấp nhiều cấp điện áp khác nhau cho các khối trong máy tăng âm.
6. Sơ đồ nguyên lý bộ nguồn cung cấp
Hình 4.5.3: Sơ đồ nguyên lý bộ nguồn cung cấp của một máy tăng âm
Khối khuếch đại công suất cần điện áp và công suất lớn nhất nên được lấy trực tiếp từ bộ nguồn cung cấp (điểm B+ + +). Nhờ các điện trở ta gây sụt áp cần thiết cho khối đảo pha (B+ +) và khối khuếch đại điện áp, khuếch đại micro (B+).
7.Bộ nguồn cung cấp có ổn áp
7.1 Mạch ổn áp đơn giản
Hình 4.14 là sơ đồ nguyên lý một mạch ổn áp đơn giản dùng diode Zener. Diode Zener DZ có ổn áp ở 9V. Theo đặc tuyến Volt Ampere của diode zener, ở đoạn này điện áp không thay đổi (xem đặc tuyến Volt Ampere của diode Zener) dù ta tăng điện áp phân cực nghịch, nên điện áp một chiều ra không đổi ở 9VDC.
Hình 4.7.1: Sơ đồ nguyên lý bộ ổn áp đơn giản
7.2.Bộ ổn áp tham số
Hình 4.7.2: Sơ đồ nguyên lý bộ ổn áp tham số với transistor Q mắc nối tiếp với tải
Bộ ổn áp ở hình 4.15 là bộ ổn áp tham số với transistor Q1 mắc nối tiếp với tải (Transistor series voltage regulator). Q1 được mắc B chung, tải là cực E. Điện áp ở cực B được ổn định bởi Diode zener DZ khoảng 5,6V. Điện trở R1 có hai nhiệm vụ: hạn chế dòng điện cho Zener và định thiên cho Q1.
Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy:
Điện áp lấy ra ở E của Q1 luôn luôn bằng điện áp ở cực B trừ cho UBE của transistor, ở đây, điện áp ở B đã được Dz ổn định, còn UBE cũng thấp khoảng 0,5V đến 0,75V nên điện áp ra luôn ổn định
7.3.Mạch ổn áp tuyến tính (có hồi tiếp)
Mạch ổn áp có hồi tiếp cho điện áp một chiều đầu ra có chất lượng cao, giảm thiểu gợn sóng xoay chiều, cung cấp điện áp một chiều ở đầu ra không đổi trong hai trường hợp điện áp đầu vào thay đổi hoặc dòng tiêu thụ của tải thay đổi trong một giới hạn nào đó.
7.3.1. Sơ đồ khối
*Khối lấy mẫu: Theo dõi điện áp đầu ra thông qua cầu phân áp, cho ta một điện áp lấy mẫu (Ulm)
*Khối tạo điện áp chuẩn: Gim lấy một mức điện áp cố định Uc
*Khối so sánh: So sánh hai điện áp lấy mẫu Ulm và áp chuẩn Uc để tạo thành điện áp điều khiển.
*Khối khuếch đại sửa sai: Khuếch đại điện áp điều khiển, sau đó đưa về điều chỉnh sự hoạt động của transistor công suất theo hướng ngược lại.
Nếu điện áp ra tăng, thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh transistor công suất dẫn giảm làm cho RCE tăng, điện áp ra giảm xuống. Ngược lại, nếu điện áp ra giảm, thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh transistor công suất dẫn tăng làm cho RCE giảm, điện áp ra tăng lên. Nhờ vậy điện áp đầu ra không thay đổi.
7.3.2. Sơ đồ nguyên lý
Hình 4.7.4: Sơ đồ nguyên lý một mạch ổn áp hồi tiếp.
Tụ C: Tụ lọc nguồn chính, lọc điện áp sau chỉnh lưu chưa ổn định, điện áp này có thể tăng giảm khoảng 15%.
Q1: Transistor công suất mắc nối tiếp với tải, điện áp đã ổn áp được lấy ra ở cực E của Q1.
R1: Điện trở phân dòng mắc song song với REC có công suất lớn để gánh bớt một phần dòng điện đi qua Q1.
Cầu phân áp R5, VR, R4: Tạo ra điện áp lấy mẫu đưa vào cực B của Q2
Diode zener Dz và R3: Tạo một điện áp chuẩn cố định so với điện áp ra.
Q2: Transistor so sánh và khuếch đại điện áp sai lệch, đưa về điều khiển sự hoạt động của transistor công suất Q1.
R2 : Định thiên cho Q1
Mạch hoạt động như sau:
Nếu không được ổn áp, khi điện áp đầu vào thay đổi kéo theo điện áp đầu ra thay đổi. Nhờ mạch ổn áp việc này không xảy ra. Giả sử điện áp vào tăng làm cho điện áp ra tăng, điện áp ở hai đâu biến trở VR1 tăng theo. Vì điện áp hai đầu diode zener Dz không đổi, nên UBE của Q2 tăng, dòng IC của Q2 tăng, điện áp UB1giảm làm cho Q1 thông ít hơn, RCE của Q1 tăng lên làm điện áp ra giảm xuông
Khi điều chỉnh biến trở VR, điện áp lấy mẫu thay đổi, độ dẫn của Q2 thay đổi, độ dẫn của Q1 thay đổi theo, kết quả là điện áp ra thay đổi. VR dùng để điều chỉnh điện áp ra theo ý muốn.
Đối với bộ nguồn cung cấp có đất âm, ta thay thế Q1 và Q2 bằng loại NPN, xoay lại cực tính của DZ và tụ C.
8. Bộ nguồn ổn áp dùng vi mạch
Vi mạch 78XX là vi mạch họ ổn áp, thường được sử dụng trong các bộ nguồn công suất bé. Nó có sơ đồ nguyên lý như hình
Hình 4.8.1: Sơ đồ nguyên lý bộ nguồn cung cấp có ổn áp dùng vi mạch 89XX

Xin chân thành cảm ơn
sự theo dõi của thầy cô và các bạn!
Bài thuyết trình của nhóm mình đến đây là kết thúc