Báo cáo bài tập lớn Vật lý bán dẫn nội dung "Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt ộng, ứng dụng mạch chỉnh lưu AC/DC"

lOMoARcPSD| 36782889
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MÔN: VẬT LÍ BÁN DẪN NỘI DUNG ĐỀ TÀI
▪ Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt ộng, ứng dụng mạch chỉnh lưu AC/DC.
▪ Phân tích ví dụ 1 sơ ồ mạch chuyển ổi từ iện áp 220VAC về 12VDC. Cho
biết sơ ồ khối. Vai trò của từng linh kiện, IC dùng trong mạch. Mô phỏng
dùng proteus và lắp mạch MỤC LỤC
I. Giới thiệu về mạch chỉnh lưu: ........................................................ 3 II.
Cấu tạo và nguyên lí hoạt ộng của mạch chỉnh lưu: ....................
1. Mạch chỉnh lưu bán chu kỳ (chỉnh lưu nửa sóng): ....................... 3 lOMoARcPSD| 36782889
2. Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ ( chỉnh lưu toàn sóng): ....................... 4
III. Ứng dụng: ....................................................................................... 5 IV.
Mạch chuyển ổi iện áp 220 VAC sang 12 VDC: ........................ 7 V.
Mô phỏng mạch trong PROTEUS:................................................ 8 VI.
Lắp mạch: ......................................................................................10 VII.
Tài liệu tham khảo:........................................................................14 LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp ỡ và ủng hộ tận tình của
thầy Trần Hoàng Linh là giảng viên hướng dẫn cho ề tài này. Nhờ có sự giúp
ỡ của thầy, nhóm em mới có thể hoàn thành ề tài kịp tiến ộ và úng theo những
gì yêu cầu, học thêm ược nhiều kiến thức mới cũng như kĩ năng làm việc
nhóm. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn ến thầy ã bỏ thời gian ra theo dõi.
Đó chính là nguồn ộng lực ể nhóm có thể hoàn thành công việc và tiếp tục i
tiếp trên quãng ường học tập sau này. I.
Giới thiệu về mạch chỉnh lưu:
_ Là một loại mạch iện sẽ bao gồm các linh kiện iện – iện tử, dùng ể chuyển ổi
dòng iện xoay chiều thành dòng iện một chiều. Mạch chỉnh lưu ược dùng ở các bộ
nguồn iện một chiều hoặc các mạch tách sóng tín hiệu vô tuyến iện trong thiết bị
vô tuyến. Phần tử, tích cực trong mạch chỉnh lưu có thể là các iốt bán dẫn, các èn
chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác. Khi chỉ dùng một diode ơn lẻ ể chỉnh
lưu dòng iện xoay chiều, bằng cách khóa không cho phần dương hoặc phần âm của
dạng sóng i qua mạch iện, thì mạch chỉnh lưu ược gọi là chỉnh lưu nửa chu kỳ hay
chỉnh lưu nửa sóng. Trong các bộ nguồn một chiều người ta hay sử dụng các mạch lOMoARcPSD| 36782889
chỉnh lưu nhiều diode (2 hoặc 4 diode) với các cách sắp xếp khác nhau ể có thể
biến ổi từ xoay chiều thành một chiều bằng phẳng hơn trường hợp sử dụng một
diode riêng lẻ. Trước khi các diode bán dẫn phát triển, người ta còn dùng các mạch
chỉnh lưu sử dụng èn iện từ chân không, èn chỉnh lưu thủy ngân, các dãy bán dẫn a tinh thể seleni.
_ Các máy thu thanh vô tuyến ầu tiên, người ta gọi là các máy tinh thể, dùng một
sợi "râu mèo" hoặc một kim nhọn tiếp xúc nhẹ vào một iểm trên một khối tinh thể
galena (sunphát chì) ể tạo ra một diode tiếp iểm, hoặc một bộ tách sóng tinh thể.
Trong hệ thống sấy ốt khí, các bộ phát hiện lửa có thể dùng. Hai iện cực trong một
vỏ bọc kín có thể sản sinh ra dòng iện và có thể chỉnh lưu ược một dòng iện xoay
chiều, nhưng chỉ khi chúng nhìn thấy ngọn lửa.
II. Cấu tạo và nguyên lí hoạt ộng của mạch chỉnh lưu: 1. Mạch chỉnh lưu bán chu
kỳ (chỉnh lưu nửa sóng):
_Mạch sử dụng một diode chống dòng ngược mắc nối tiếp với tải tiêu thụ, ở chu
kỳ dương. Và nó ược phân cực thuân do vậy dòng iện i qua diode và i qua tải ở chu
kỳ iện tích âm, và diode bị phân cực ngược do không có dòng quá tải.
_ Một mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể dễ
dàng i ngang qua diode, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp ặt của
diode. Vì chỉ có một nửa chu kỳ ược chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa sóng có
hiệu suất truyền công suất rất thấp. Mạch chỉnh lưu nửa sóng có thể lắp bằng chỉ
một diode bán dẫn trong các mạch nguồn một pha. lOMoARcPSD| 36782889
Sơ ồ mạch chỉnh lưu nửa sóng
2. Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ (chỉnh lưu toàn sóng):
Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến ổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng ầu vào
thành một chiều. Do ó nó có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên trong mạch iện không
có iểm giữa của biến áp người ta sẽ cần ến 4 diode mắc theo hình cầu thay vì một
như trong mạch chỉnh lưu nửa sóng. Điều này có nghĩa là ầu cực của iện áp ra sẽ
cần ến 2 diode ể chỉnh lưu, thí dụ như 1 cho trường hợp iểm X dương, và 1 cho
trường hợp iểm X âm. Đầu ra còn lại cũng cần chính xác như thế, kết quả là phải
cần ến 4 diode. Các diode dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu.
Sơ ồ mạch chỉnh lưu toàn sóng
_ Ở chu kỳ dương ( ầu dây phía trên dương, phía dưới âm) dòng iện i qua diode
D1 => qua Rtải => qua diode D4 về ầu dây âm
_ Ở chu kỳ âm, iện áp trên cuộn thā cấp ảo chiều ( ầu dây á trên âm, ở dưới dương)
dòng iện i qua D2 => qua Rtải => qua D3 về ầu dây âm. lOMoARcPSD| 36782889
 Như vậy, hoạt ộng cả hai chu kỳ ều có dòng iện chạy qua tải. Mạch chiể lưu này
còn có thể áp dụng cho các inverter iện năng lượng mặt trời ược sử dụng nhiều hiện nay III. Ứng dụng:
_ Ứng dụng cơ bản nhất của mạch chỉnh lưu là trích xuất thành phần iện một chiều
hữu dụng từ nguuồn xoay chiều. Thực ra hầu hết các ứng dụng iện tử sử dụng
nguồn iện một chiều, nhưng nguồn cung cấp lại là dòng iện xoay chiều. Vì thế các
mạch chỉnh lưu ược sử dụng bên trong mạch cấp nguồn của hầu hết các thiết bị iện tử.
Diode cầu Mạch chỉnh lưu có tụ lọc
_ Mạch biến ổi iện một chiều từ iện áp này sang iện áp khác sẽ phức tạp hơn. Một
trong những phương pháp ổi từ iện một chiều ở iện áp này sang iện một chiều ở
iện áp khác là: ầu tiên chuyển từ một chiều thành xoay chiều, (dùng một mạch
nghịch lưu) sau ó ưa qua máy biến áp ể thay ổi iện áp, và cuối cùng là chỉnh lưu lại thành iện một chiều. lOMoARcPSD| 36782889
Mạch BOOST DC-DC XL6009 Mạch BUCK DC-DC
_ Với các mạch biến ổi iện một chiều công suất nhỏ và vừa, bộ phận nghịch lưu và
chỉnh lưu ược tích hợp trong 1 IC
_ Các mạch chỉnh lưu cũng ược ứng dụng trong mạch tách sóng các tín hiệu vô
tuyến iều biến biên ộ. Tín hiệu có thể cần hoặc không cần khuếch ại trước khi tách
sóng. Nếu tín hiệu nhỏ quá, phải sử dụng các diode có iện áp rơi rất thấp. Trong
trường hợp này các tụ và iện trá tải phải lựa chọn cẩn thận cho phù hợp. Trị số tụ
iện thấp quá sẽ làm cho sóng cao tần lọt sang ầu ra. Chọn cao quá, nó có thể nạp ầy
và giữ nguyên iện áp ã ược nạp. Các mạch chỉnh lưu cũng ược sử dụng ể cấp iện
có cực tính cho máy hàn iện. Các mạch như thế này ôi khi thay thế các diode trong
cầu chỉnh lưu bằng các Thyristor. Các mạch này sẽ có iện áp ra phụ thuộc vào góc kích mồi IV.
Mạch chuyển ổi iện áp 220 VAC sang 12 VDC:
Trong các mạch iện tử cÿa các thiết bị như máy tính, iện thoại, TV,… chúng sử
dụng nguồn một chiều DC ở các mức iện áp khác nhau, nhưng phần jack cắm iện
cấp nguồn của các thiết bị này lại cắm trực tiếp vào nguồn iện AC 220V 50Hz.
Như vậy các thiết bị iện tử cần có một bộ phận ể chuyển ổi từ dòng iện xoay chiều
thành dòng iện một chiều và có iện áp phù hợp cho từng thiết bị. Có nhiều loại bộ lOMoARcPSD| 36782889
chuyển ổi iện áp AC-DC (bộ nguồn) khác nhau về cấu tạo cũng như khả năng cung cấp dòng áp.
 Mạch chuyển ổi iện áp 220 VAC sang 12 VDC
Các mạch iện tử của các thiết bị như máy radio – cassette, amlpy, tivi, ầu
VCD… chúng ều sử dụng nguồn iện một chiều DC. Ở các mức iện áp khác nhau,
nhưng ở ngoài giắc cắm của các thiết bị này lại cắm trực tiếp vào nguồn iện AC
220V 50Hz. Các thiết vị iện tử cần có một bộ phận chuyển ổi nguồn xoay chiều ra
iện áp một chiều, cung cấp cho các mạch trên bộ phận chuyển ổi bao gồm như sau:
Sơ ồ khối của một bộ chuyển ổi nguồn AC – DC
_ Biến áp nguồn iện: Nguồn iện hạ thế từ 220V sẽ ược chuyển xuống các iện áp
thấp hơn như 6V, 9V, 12V, 24V, …
_ Mạch chỉnh lưu: Bô chuyển ổi nguồn iện 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 iện áp cố ịnh cung cấp cho thiết bị tải tiêu thụ V.
Mô phỏng mạch trong PROTEUS:
Đa số các bộ chuyển ổi iện áp hiện nay ều sử dụng nguồn dạng xung, iều khiển
bằng IC với nhiều linh kiện hiện ại và phức tạp với ưu iểm iểm là nhỏ gọn và an lOMoARcPSD| 36782889
toàn hơn các loại sử dụng nguồn máy biến áp. Tuy nhiên, ể ơn giản hóa việc mô
phỏng mạch iện cũng như khảo sát, nhóm sử dụng nguồn máy biến áp.
Mạch chuyển ổi AC-DC 220V-12V sử dụng IC án áp 7812
_ Trước tiên, ta sử dụng iện áp xoay chiều 12V và tần số 50Hz. Điện áp này có thể
tạo ra bằng cách sử dụng biến áp 12V (TRAN-2P2S) ể biến ổi iện áp xoay chiều
220V thành 12V và không làm thay ổi tần số.Ta dùng mạch chỉnh lưu với cầu 4
diode chuyển iện áp xoay chiều thành iện một chiều, sử dụng tụ lọc 1000uF sau ó
dùng IC 7812 ể án áp mức 12V cho ầu ra. lOMoARcPSD| 36782889
_ Tín hiệu nguồn xoay chiều trước và sau máy biến áp có dạng sóng sine. Tín hiệu
sóng sau cầu diode chỉ mang giá trị dương và có các gợn sóng nhỏ khi lắp tụ lọc 10uF.
_ Khi thay ổi iện dụng của tụ thành 1000uF, tín hiệu sóng ầu ra gần như là ường thẳng. lOMoARcPSD| 36782889 VI. Lắp mạch:
Mạch chuyển ổi 220VAC-12VDC sử dụng IC ổn áp 7812.
 Linh kiện gồm: (chúng em ã quên chụp hình linh kiện iện tử lúc mới mua nên
chỉ có hình ảnh minh họa - thầy thông cảm) _ Mạch in
_ 1 máy biến áp 220/12V 50-60Hz
_ 4 diode 1N4007 1A - 1 IC L7812CV (12V_ 1 tụ hóa phân cực 1000uF 35V lOMoARcPSD| 36782889
 Mạch sau khi lắp và do số liệu: _ Mạch sau khi lắp:
_ Điện áp AC sau khi biến áp là 12V: lOMoARcPSD| 36782889
_ Điện áp DC sau cầu diode là 15,88V:
_ Điện áp DC sau IC ổn áp 7812 là 11,85V: lOMoARcPSD| 36782889
VII. Tài liệu tham khảo: lOMoARcPSD| 36782889
[1] https://tudonghoacantho.com/mach-chinh-luu-cau-1-pha
[2] Mạch chỉnh lưu là gì? Công dụng và ứng dụng mạch chỉnh lưu trong thực tế mới nhất 2021 | LADIGI
[3] Nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu và ổn áp – Phukienmattroi (phukiendienmattroi.net)
[4] Mạch chỉnh lưu – Wikipedia tiếng Việt
[5] Nguyên Lý Cơ bản Mạch Chỉnh Lưu Và Ổn Áp (dammedientu.vn)
[6] 7812 Datasheet, PDF - Alldatasheet