Nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu và ổn áp

Là một loại mạch điện sẽ bao gồm các linh kiện điện – điện tử, dùng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Mạch chỉnh lưu được dùng ở các bộ nguồn điện một chiều hoặc các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong thiết bị vô tuyến. Phần tử, tích cực trong mạch chỉnh lưu có thể là các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.

Mục lục

Mạch chỉnh lưu điện xoay chiều

Bộ nguồn trong mạch điện tử

Các mạch điện tử của các thiết bị như máy radio – cassette, amlpy, tivi, đầu VCD… chúng đều sử dụng nguồn điện một chiều DC. Ở các mức điện áp khác nhau, nhưng ở ngoài giắc cắm của các thiết bị này lại cắm trực tiếp vào nguồn điện AC 220V 50Hz. Các thiết vị điện tử cần có một bộ phận chuyển đổi nguồn xoay chiều ra điện áp một chiều, cung cấp cho các mạch trên bộ phận chuyển đổi bao gồm như sau:

Biến áp nguồn điện: Nguồn điện hạ thế từ 220V sẽ được chuyển xuống các điện áp thấp hơn như 6V, 9V, 12V, 24V v v …
Mạch chỉnh lưu: Bô chuyển đổi nguồn điện AC thành DC.
Mạch lọc gợn xoay chiều sau chỉnh lưu cho nguồn DC phẳng hơn.
Mạch ổn áp: Để giữ một dòng hoặc nhiều dòng điện áp cố định cung cấp cho thiết bị tải tiêu thụ

Mạch chỉnh lưu bán chu kỳ

Với mạch chỉnh lưu này có thể nói là một loại mạch sử dụng một diode chống dòng ngược mắc nối tiếp với tải tiêu thụ, ở chu kỳ dương. Và nó được phân cực thuân do vậy dòng điện đi qua diode và đi qua tải ở chu kỳ điện tích âm, và diode bị phân cực ngược do không có dòng quá tải.

Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ

Ở mạch chỉnh lưu của cả chu kỳ thường sẽ có mạch chỉnh lưu cầu 4 diode mắc theo hình cầu (còn được gọi là mạch chỉnh lưu cầu)

Ở chu kỳ dương ( thì đầu dây phía trên là cực dương, phía dưới cực âm) dòng điện đi qua diode D1 => qua R tải => qua diode D4 về đầu dây cực âm.

Ở chu kỳ âm, thì điện áp trên cuộn thứ cấp sẽ đảo chiều ( đầu dây ở trên âm, còn ở dưới dương) dòng điện đi qua D2 => qua Rtải => qua D3 về đầu dây sẽ là âm.

Như vậy, thì hoạt động cả hai chu kỳ đều có dòng điện chạy qua tải. Mạch chiể lưu này còn có thể áp dụng cho các inverter điện năng lượng mặt trời được sử dụng nhiều hiện nay.

Mạch lọc và mạch chỉnh lưu bội áp

Mạch lọc dùng tụ điện

Nếu như đã xử lý qua mạch chỉnh lưu thì ta sẽ thu được điện áp một chiều biến đổi. Nếu không lọc thì điện áp nhấp nhô này không thể dùng được vào cho cách mạch điện tử. Ở trong các mạch nguồn cần phải lắp thêm các tụ lọc có trị số từ vài trăm µF đến vài ngàn µF vào sau của cầu Diode chỉnh lưu. Khi thực hiện công tắc K mở, dòng mạch chỉnh lưu không có tụ lọc tham gia.

Do đó, điện áp có dạng hình sin biến đổi nhấp nhô. Việc công tắc K đóng, mạch chỉnh lưu ở những tụ C1 sẽ tham gia mạch lọc nguồn dc. Bạn sẽ nhận được điện áp đầu ra đã lọc tương đối phẳng. Nếu tụ C1 có điện dung càng lớn thì có thể điện áp ở đầu ra sẽ càng bằng phẳng, với tụ C1 trong các bộ nguồn thông thường có trị số khoảng vài ngàn µF.

Ở trong các mạch chỉnh lưu, nếu như có tụ lọc mà không có tải hoặc dòng tải tiêu thụ một công xuất không đáng kể. Khi so với công xuất của biến áp dòng điện thì điện áp DC thu được là DC = 1,4.AC.

Mạch chỉnh lưu nhân 2

Việc chuyển đổi thành thành mạch chỉnh lưu nhân 2 ta phải dùng hai tụ hoá cùng trị số mắc nối tiếp. Tiếp theo sau đó, là đấu 1 đầu của điện áp xoau chiều vào điểm giữa hai tụ. Cuối cùng ta sẽ thu được điện áp tăng gấp 2 lần bang đầu.

Ở hình ảnh trên khi công tắc K mở, thì mạch trỏe về dạng chỉnh lưu thông thường. Còn khi công tắt K đóng, mạch điện trở thành mạch chỉnh lưu 2 và điện áp đầu ra tăng gấp 2 lần.

Nguyên lý làm việc của ổn áp cố định

Mạch ổn áp cố định dùng Diode Zener

Các mạch ổn áp cố định sẽ tạo ra nguồn điện 33V và nó thường sử dụng cho các thiết bị mạch dò kênh trong những chiecs tivi trước đây. Từ nguồn 110Volt không cố định thongo qua điện rở hạn R1 và gim DZ 33V, để có thể lấy được điện áp cố định cung cấp cho mạch dò kênh.

Khi thiết kế mạch ổn áp cần phải tính toán đện trở hạn dòng sao cho dòng diện ngược cực đại qua Dz phải nhở hợn dòng chính nó chịu được. Dòng chịu cực đại qua Dz là khi qua dòng R2 = 0. Như sơ đồ ta sẽ có dòng cực đại qua Dz bằng sụt áp trên R1 chia cho giá trị R1, gọi dòng điện này là I1:

I1 = (110 – 33 ) / 7500 = 77 / 7500 ~ 10mA

Thông thường ta nên để dòng ngược qua Dz ≤ 25 mA.

Mạch ổn áp cố định dùng Transistor, IC ổn áp

Đối với mạch ổn áp dùng Diode Zener sẽ có ưu điểm là đơn giản về thiết kế, tuy nhiên nhược điểm là cho dòng điện nhỏ (≤ 20mA). Với một điện áp cố định cho dòng điện mạch hơn nhiều lần, và việc dùng thêm mạch khuếch đại điện áp dùng transistor để có thể khuếch đại về dòng.

Ở một mạch điều khiển điện áp tại điểm A có thể thay đổi và còn gọn xoay chiều nhưng điện áp tại điểm B sẽ không thay đổi và tương đối phẳng. Về nguyên lý ổn áp: Thì thông qua điện trở R1 và Dz gim cố định điện áp chân B của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân.

E đèn Q1 giảm dẫn đến khi đó điện áp UBE sẽ tăng tiếp đến còn dòng qua đèn Q1 tăng => điện áp chân E của đèn tăng, và ngược lại với những gì xảy ra…

Mạch ổn áp trên đơn giản hiệu quả nên được sử dụng rất rộng dãi và người ta đã sản xuất các loại IC họ LA78. Để thay thế cho mạch ổn áp ở trên, IC LA78. Có sơ đồ mạch như phần mạch có mầu xanh của sơ đồ trên.

LA7805 IC cho ổn áp 5V
LA7808 IC cho ổn áp 8V
LA7809 IC cho ổn áp 9V
LA7812 IC cho ổn áp 12V

Lưu ý :

Họ IC78.. chỉ cho dòng tiêu thụ khoảng 1A trở xuống, khi ráp IC trong mạch thì U in > Uout từ 3 đến 5V khi đó IC mới phát huy tác dụng.

Ứng dụng của IC ổn áp họ 78

Với các IC ổn áp họ 78.. thường được dùng rộng rãi trong các bộ nguồn hiện nay. Bộ nguồn có thể thấy nhiều nhấ như của đầu VCD, trong Ti vi mầu, trong máy tính…

Mạch ổn áp tuyến tính (có hồi tiếp)

Sơ đồ khối của mạch ổn áp có hồi tiếp

Đặc điểm mạch ổn áp có hồi tiếp

Việc cung cấp điện áp một chiều đầu ra sao cho không đổi ở trường hợp điện áp bị thay đổi. Thì việc cung cấp điện áp một chiều ở đầu ra không đổi sẽ có trong hai trường hợp điện áp đầu vào thay đổi hoặc dòng tiêu thụ của tải thay đổi. Tuy nhiên sự thay đổi này bắt buộc phải có giới hạn. Với điện áp một chiều đầu ra có chất lượng cao sẽ giảm thiểu được hiện tượng gợn xoay chiều trong quá trình chuyển đổi.

Nguyên tắc hoạt động

Về mạch lấy mẫu sẽ theo dõi điện áp của đầu ra thông qua một cầu phân áp sẽ tạo ra ( Ulm : áp lấy mẫu)

Mạch tạo áp chuẩn => gim lấy một mức điện áp lúc cố định (Uc : áp chuẩn )

Và mạch so sánh sẽ so sánh hai điện áp lấy mẫu Ulm và áp chuẩn Uc. Để tạo thành điện áp điều khiển của dòng điện sử sụng.

Các mạch khuếch đại sửa sai sẽ khuếch đại điện áp điều khiển. Sau đó đưa về để có thể điều chỉnh sự hoạt động của đèn với công xuất theo hướng ngược lại.

Nếu như điện áp ra tăng => chúng thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn có công xuất dẫn giảm dẫn đến điện áp ra giảm xuống.

Ngược lại nếu như điện áp ra giảm => các thông qua mạch hồi tiếp được điều chỉnh => thì đèn công xuất lại dẫn tăng => và điện áp ra tăng lên => kết quả điện áp đầu ra không thay đổi.

Phân tích mạch nguồn có hồi tiếp trong Ti vi

Với thiết bị này thì điện áp đầu vào vẫn còn gợn xoay chiều còn đầu diện áp đầu ra bằng phẳng.

Ý nghĩa các linh kiện trên sơ đồ

Tụ 2200µF là tụ lọc nguồn chính, khi lọc điện áp sau chỉnh lưu 18V. Đây cũng chính là điện áp đầu vào của mạch ổn áp, điện áp này có thể tăng giảm khoảng 15%.

Q1 là đèn công xuất nguồn cung cấp dòng điện chính cho tải, điện áp đầu ra của mạch ổn áp được lấy từ chân C đèn Q1 và có trị giá 12V cố định.

R1 là loại trở phân dòng có công xuất lớn nó ghánh bớt một phần dòng điện đi qua đèn công xuất.

Cầu phân áp R5, VR1 và R6 tạo ra áp lấy mẫu đưa vào chân B đèn Q2.

Diode zener Dz và R4 tạo một điện áp chuẩn cố định so với điện áp ra.

Q2 là đèn so sánh và khuyếch đại điện áp sai lệch => đưa về điều khiển sự hoạt động của đèn công xuất Q1.

R3 liên lạc giữa Q1 và Q2, R2 phân áp cho Q1

Nguyên lý hoạt động

Điện áp đầu ra sẽ có xu hướng thay đổi khi điện áp đầu vào thay đổi, hoặc dòng tiêu thụ thay đổi.

Giả sử

Khi điện áp vào tăng => điện áp ra tăng => điện áp chân E đèn Q2 tăng nhiều hơn chân B ( do có Dz gim từ chân E đèn Q2 lên Ura; còn Ulm chỉ lấy một phần Ura ). Do đó UBE giảm => đèn Q2 dẫn giảm => đèn Q1 dẫn giảm => điện áp ra giảm xuống.

Tương tự khi Uvào giảm, thông qua mạch điều chỉnh => ta lại thu được Ura tăng. Thời gian điều chỉnh của vòng hồi tiếp rất nhanh khoảng vài µ giây và được các tụ lọc đầu ra loại bỏ, không làm ảnh hưởng đến chất lượng của điện áp một chiều => kết quả là điện áp đầu ra tương đối phẳng.

Khi điều chỉnh biến trở VR1, thì điện áp lấy mẫu thay đổi, đồng nghĩ với độ dẫn đèn Q2 thay đổi, độ dẫn đèn Q1 cũng sẽ thay đổi => Dẫn đến kết quả là điện áp ra sẽ thay đổi, VR1 dùng để điều chỉnh điện áp ra theo ý muốn.

Mạch nguồn Ti vi nội địa nhật.

C1 là tụ lọc của nguồn chính sau của cầu Diode chỉnh lưu.
C2 là tụ lọc của đầu ra của mạch nguồn tuyến tính.

Cầu phân áp R4, VR1, R5 tạo ra điện áp lấy mẫu ULM.

R2 và Dz sẽ tạo ra điện áp chuẩn Uc.

R3 liên lạc giữa Q3 và Q2, R1 là định thiên cho đèn công xuất Q1.

R6 là thiết bị điện trở phân dòng, là điện trở có công xuất lớn.

Q3 là đèn được so sánh và khuếch đại áp khi dò sai.

Khuếch đại dòng điện áp dò sai.

Q1 là đèn công xuất nguồn.

=> Nguồn làm việc trong dải điện áp vào nó có thể thay đổi 10%, còn điện áp ra sẽ luôn cố định.