IC ổn áp

A. Nguyên lý mạch ổn áp điện một chiều

Nguyên lý cơ bản một mạch ổn áp điện một chiều khá đơn giản, chúng bao gồm 4 khâu cơ bản: Hạ áp, Chỉnh lưu, Lọc nguồn, Ổn áp… thường sử dụng trong các mạch điện tử của các thiết bị như: mạch điều khiển, thiết bị điện tử cá nhân, ti vi, tủ lạnh….

I. Mạch chỉnh lưu điện xoay chiều

1. Bộ nguồn trong các mạch điện tử

Trong các mạch điện tử của các thiết bị như Radio -Cassette, Âmlpy, Ti vi mầu, Đầu VCD v v… chúng sử dụng nguồn một chiều DC ở các mức điện áp khác nhau, nhưng ở ngoài zắc cắm của các thiết bị này lại cắm trực tiếp vào nguồn điện AC 220V 50Hz, như vậy các thiết bị điện tử cần có một bộ phận để chuyển đổi từ nguồn xoay chiều ra điện áp một chiều , cung cấp cho các mạch trên, bộ phận chuyển đổi bao gồm:

1. Biến áp nguồn : Hạ thế từ 220V xuống các điện áp thấp hơn như 6V, 9V, 12V, 24V…
2. Mạch chỉnh lưu : Đổi điện AC thành DC.
3. Mạch lọc Lọc gợn xoay chiều sau chỉnh lưu cho nguồn DC phẳng hơn.
4. Mạch ổn áp : Giữ một điện áp cố định cung cấp cho tải tiêu thụ

2. Mạch chỉnh lưu bán chu kỳ

Mạch chỉnh lưu bán chu kỳ sử dụng một Diode mắc nối tiếp với tải tiêu thụ, ở chu kỳ dương => Diode được phân cực thuận do đó có dòng điện đi qua diode và đi qua tải, ở chu kỳ âm , Diode bị phân cực ngược do đó không có dòng qua tải.

3. Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ

Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ thường dùng 4 Diode mắc theo hình cầu (còn gọi là mạch chỉnh lưu cầu) như hình dưới.

1. Ở chu kỳ dương ( đầu dây phía trên dương, phía dưới âm) dòng điện đi qua diode D1 => qua Rtải => qua diode D4 về đầu dây âm
2. Ở chu kỳ âm, điện áp trên cuộn thứ cấp đảo chiều ( đầu dây ở trên âm, ở dưới dương) dòng điện đi qua D2 => qua Rtải => qua D3 về đầu dây âm.
3. Như vậy cả hai chu kỳ đều có dòng điện chạy qua tải.

II. Mạch lọc và mạch chỉnh lưu bội áp

1. Mạch lọc dùng tụ điện

Sau khi chỉnh lưu ta thu được điện áp một chiều nhấp nhô, nếu không có tụ lọc thì điện áp nhấp nhô này chưa thể dùng được vào các mạch điện tử , do đó trong các mạch nguồn, ta phải lắp thêm các tụ lọc có trị số từ vài trăm µF đến vài ngàn µF vào sau cầu Diode chỉnh lưu.

Dạng điện áp DC của mạch chỉnh lưu trong hai trường hợp có tụ và không có tụ

1. Sơ đồ trên minh hoạ các trường hợp mạch nguồn có tụ lọc và không có tụ lọc.
2. Khi công tắc K mở, mạch chỉnh lưu không có tụ lọc tham gia , vì vậy điện áp thu được có dạng nhấp nhô.
3. Khi công tắc K đóng, mạch chỉnh lưu có tụ C1 tham gia lọc nguồn , kết quả là điện áp đầu ra được lọc tương đối phẳng, nếu tụ C1 có điện dung càng lớn thì điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng, tụ C1 trong các bộ nguồn thường có trị số khoảng vài ngàn µF

Minh hoạ : Điện dụng của tụ lọc càng lớn thì điện áp đầu ra càng bằng phẳng.

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

2. Mạch chỉnh lưu nhân 2

Sơ đồ mạch nguồn chỉnh lưu nhân 2

1. Để trở thành mạch chỉnh lưu nhân 2 ta phải dùng hai tụ hoá cùng trị số mắc nối tiếp, sau đó đấu 1 đầu của điện áp xoau chiều vào điểm giữa hai tụ => ta sẽ thu được điện áp tăng gấp 2 lần.
2. Ở mạch trên, khi công tắc K mở, mạch trở về dạng chỉnh lưu thông thường .
3. Khi công tắc K đóng, mạch trở thành mạch chỉnh lưu nhân 2, và kết quả là ta thu được điện áp ra tăng gấp 2 lần.

III. Mạch ổn áp cố định

1. Mạch ổn áp cố định dùng Diode Zener

Mạch ổn áp tạo áp 33V cố định cung cấp cho mạch dò kênh trong Ti vi mầu

1. Từ nguồn 110V không cố định thông qua điện trở hạn dòng R1 và gim trên Dz 33V để lấy ra một điện áp cố định cung cấp cho mạch dò kệnh
2. Khi thiết kế một mạch ổn áp như trên ta cần tính toán điện trở hạn dòng sao cho dòng điện ngược cực đại qua Dz phải nhỏ hơn dòng mà Dz chịu được, dòng cực đại qua Dz là khi dòng qua R2 = 0
3. Như sơ đồ trên thì dòng cực đại qua Dz bằng sụt áp trên R1 chia cho giá trị R1 , gọi dòng điện này là I1 ta có

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

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

2. Mạch ổn áp cố định dùng Transistor, IC ổn áp

Mạch ổn áp dùng Diode Zener như trên có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng điện nhỏ (≤ 20mA). Để
có thể tạo ra một điện áp cố định nhưng cho dòng điện mạnh hơn nhiều lần người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại về dòng như sơ đồ dưới đây.

Mạch ổn áp có Transistor khuyếch đại

1. Ở mạch trên điện áp tại điểm A có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện áp tại điểm B không thay đổi và tương đối phẳng.
2. Nguyên lý ổn áp : 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 => khi đó điện áp UBE tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện áp chân E của đèn tăng , và ngược lại …
3. Mạch ổn áp trên đơn giản và 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 trên, IC LA78.. có sơ đồ mạch như phần mạch có mầu xanh của sơ đồ trên.

      IC ổn áp họ LA78             IC ổn áp LA7805

1. LA7805 IC ổn áp 5V
2. LA7808 IC ổn áp 8V
3. LA7809 IC ổn áp 9V
4. LA7812 IC 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.

3. Ứng dụng của IC ổn áp họ 78..

IC ổn áp họ 78.. được dùng rộng rãi trong các bộ nguồn , như Bộ nguồn của đầu VCD, trong Ti vi mầu, trong máy tính…

Ứng dụng của IC ổn áp LA7805 và LA7808 trong bộ nguồn đầu VCD

IV. Mạch ổn áp tuyến tính (có hồi tiếp)

1. Sơ đồ khối của mạch ổn áp có hồi tiếp

Sơ đồ khối của mạch ổn áp có hồi tiếp .

* Một số đặc điểm của mạch ổn áp có hồi tiếp :

1. 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, tuy nhiên sự thay đổi này phải có giới hạn.
2. Cho điện áp một chiều đầu ra có chất lượng cao, giảm thiểu được hiện tượng gợn xoay chiều.

* Nguyên tắc hoạt động của mạch.

1. Mạch lấy mẫu sẽ theo dõi điện áp đầu ra thông qua một cầu phân áp tạo ra ( Ulm : áp lấy mẫu)
2. Mạch tạo áp chuẩn => gim lấy một mức điện áp cố định (Uc : áp chuẩn )
3. Mạch so sánh sẽ so sánh hai điện áp lấy mẫu Ulm và áp chuẩn Uc để tạo thành điện áp điều khiển.
4. Mạch khuếch đại sửa sai sẽ khuếch đại áp điều khiển, sau đó đưa về điều chỉnh sự hoạt động của đèn công xuất theo hướng ngược lại, nếu điện áp ra tăng => thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn công xuất dẫn giảm =>điện áp ra giảm xuống.  Ngược lại nếu điện áp ra giảm => thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn công xuất lại dẫn tăng => và điện áp ra tăng lên =>> kết quả điện áp đầu ra không thay đổi.

2. Phân tích hoạt động của mạch nguồn có hồi tiếp trong Ti vi đen trắng Samsung

Điện áp đầu vào còn gợn xoay chiều Điện áp đầu ra bằng phẳng

Mạch ổn áp tuyến tính trong Ti vi Samsung đen trắng 

* Ý nghĩa các linh kiện trên sơ đồ.

1. Tụ 2200µF là tụ lọc nguồn chính, lọc điện áp sau chỉnh lưu 18V , đây cũng là điện áp đầu vào của mạch ổn áp, điện áp này có thể tăng giảm khoảng 15%.
2. Q1 là đèn công xuất nguồn cung cấp dòng điện chính cho tải , điện áp đầu ra của mạc ổn áp lấy từ chân C đèn Q1 và có giá trị 12V cố định .
3. R1 là trở phân dòng có công xuất lớn ghánh bớt một phần dòng điện đi qua đèn công xuất.
4. Cầu phân áp R5, VR1 và R6 tạo ra áp lấy mẫu đưa vào chân B đèn Q2.
5. Diode zener Dz và R4 tạo một điện áp chuẩn cố định so với điện áp ra.
6. Q2 là đèn so sánh và khuyếch đại điện áp sai lệch => đưa về điều khiển sự hoạt động của đèn công xuất Q1.
7. R3 liên lạc giữa Q1 và Q2, R2 phân áp cho Q1.

* Nguyên lý hoạt động .

1. Điện áp đầu ra sẽ có xu hướng thay đổi khi Điện áp đầu vào thay đổi, hoặc dòng tiêu thụ thay đổi.
2. 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.
3. Khi điều chỉnh biến trở VR1 , điện áp lấy mẫu thay đổi, độ dẫn đèn Q2 thay đổi , độ dẫn đèn Q1 thay đổi => kết quả là điện áp ra thay đổi, VR1 dùng để điều chỉnh điẹn áp ra theo ý muốn.

4.3 – Mạch nguồn Ti vi nội địa nhật.

Sơ đồ mạch nguồn ổn áp tuyến tính trong Ti vi mầu nội địa Nhật .

1. C1 là tụ lọc nguồn chính sau cầu Diode chỉnh lưu.
2. C2 là tụ lọc đầu ra của mạch nguồn tuyến tính.
3. Cầu phân áp R4, VR1, R5 tạo ra điện áp lấy mẫu ULM.
4. R2 và Dz tạo ra áp chuẩn Uc.
5. R3 liên lạc giữa Q3 và Q2, R1 định thiên cho đèn công xuất Q1.
6. R6 là điện trở phân dòng, là điện trở công xuất lớn .
7. Q3 là đèn so sánh và khuếch đại áp dò sai.
8. Khuếch đại điện áp dò sai.
9. Q1 đèn công xuất nguồn.

B. IC ổn áp

IC ổn áp là một linh kiện điện tử khi mắc vào trong mạch điện có tác dụng ổn định điện áp, tức là dù cho đầu vào có thay đổi điện áp nhưng đầu ra vẫn giữ được mức điện áp ổn định cung cấp cho tải. Thông thường IC ổn áp sẽ có 3 chân. Một số IC ổn áp còn có những ưu điểm vượt trội như tản nhiệt, chống sét, bảo vệ ngắn mạch,..Dưới đây là hình ảnh một số IC ổn áp thông dụng như 7805, 7912, ASM1117, LM317.

Các loại IC ổn áp trong thực tế

IC ổn áp mắc vào mạch là để ổn định điện áp.

Nguyên lý chung của một mạch ổn áp (điều chỉnh điện áp)

Sơ đồ mạch ổn áp cơ bản

Nhìn trên hình vẽ chúng ta có thể thấy IC ổn áp sẽ lấy tín hiệu đầu vào từ nguồn điện (Power Supply), và đầu ra là điện áp ổn định cung cấp cho tải. Nhưng tại sao lại gọi là 7805, 7905, chúng khác nhau ở đâu. Để trả lời cho câu hỏi này chúng ta phải nghiên cứu sâu hơn về các loại IC ổn áp nhé.

Phân loại các IC ổn áp

IC ổn áp dương cố định

IC ổn áp dương cố định cung cấp một điện áp đầu ra dương cố định. Mặc dù có nhiều loại IC điều chỉnh, nhưng dòng IC ổn áp loại 78XX là phổ biến nhất. Hai chữ số cuối cùng trong số bộ phận chỉ ra điện áp đầu ra một chiều. Ví dụ [Xem Bảng bên dưới], 7812 là IC ổn áp + 12V trong khi 7805 là IC ổn áp + 5V. Lưu ý rằng sê-ri này (sê-ri 78XX) cung cấp điện áp quy định cố định từ + 5 V đến + 24V.

Các họ IC 78XX

Dưới đây là ví dụ cụ thể về một mạch điện sử dụng IC 7812, điều chỉnh điện áp ra cố định +12V.

Mạch ổn áp sử dung IC 7812

Trên hình vẽ chúng ta có thể thấy cách mắc hoàn toàn giống với sơ đồ chung của một mạch ổn áp đã được trình bày ở phần đầu của bài viết đúng không nào. Chúng ta cứ nối đúng chân IN của IC 7812 vào nguồn cấp (Lưu ý đầu vào nên lớn hơn đầu ra ít nhất 3V để IC hoạt động tốt nhé).

IC ổn áp âm cố định

IC ổn áp âm này cung cấp một điện áp đầu ra âm cố định. Dòng 79XX của IC ổn áp âm thường được sử dụng cho mục đích này. Loại 79XX là điện áp âm, ngược với 78XX [Xem Bảng bên dưới]. Lưu ý rằng dòng 79XX cung cấp điện áp quy định cố định từ – 5V đến – 24 V.

Các họ IC 79XX

Dưới đây là sơ đồ mạch điện sử dụng IC ổn áp 7912. Điện áp đầu ra ổn định ở mức 12V.

Mạch ổn áp điện áp âm -12V

IC ổn áp có thể điều chỉnh điện áp ra

IC ổn áp có thể điều chỉnh điện áp ra có thể điều chỉnh để cung cấp bất kỳ điện áp đầu ra một chiều nào nằm trong hai giới hạn quy định của nó. IC ổn áp có thể điều chỉnh có 3 chân phổ biến nhất là LM 317.

Mạch ổn áp dùng LM317

IC ổn áp LM 317 là bộ điều chỉnh điện áp 3 chân, có thể cung cấp dòng tải.

1,5 A. Đầu ra có thể điểu chỉnh được điện áp trong phạm vi từ 1,25V đến 37V. Hình trên cho thấy một nguồn điện thay đổi đi qua IC ổn áp LM 317. Bảng dữ liệu của LM 317 đưa ra công thức sau cho điện áp đầu ra:

Công thức này có giá trị từ 1,25 V đến 37V.

IC ổn áp đối xứng

Nói nôm na là cái loại IC ổn áp đối xứng này nó cho điện áp ra đối xứng, có cả âm cả dương nhé.

IC ổn áp đối xứng RC 4195

IC RC 4195 cung cấp đầu ra DC +15V và -15V. INPUT là hai điện áp đầu vào thay đổi. Đầu vào dương có thể từ +18V đến +30V và đầu vào âm từ – 18V đến –30V. Như hình vẽ, hai đầu ra là ± 15V. Nếu tra datasheet của RC 4195, chỉ ra rằng dòng điện đầu ra tối đa là 150 mA cho mỗi nguồn cung cấp và quy định tải là 3mV. Các bộ điều chỉnh này có đầu ra có thể thay đổi giữa hai giới hạn danh định của chúng.