Mạch chỉnh lưu và ổn áp là gì? Các loại mạch phổ biến

Mạch chỉnh lưu và ổn áp là gì? Mạch chỉnh lưu và ổn áp là một loại mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Mạch chỉnh lưu được sử dụng trong bộ nguồn DC hoặc bộ dò tín hiệu vô tuyến trong thiết bị vô tuyến. Các phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu có thể là điốt bán dẫn, đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.

Mạch chỉnh lưu điện xoay chiều

Bộ nguồn trong mạch điện tử

Các mạch điện tử của các thiết bị như đài - cassette, amply, tivi, đầu đĩa VCD … chúng đều sử dụng nguồn điện một chiều. Ở các mức điện áp khác nhau nhưng ngoài giắc cắm của các thiết bị này đều cắm trực tiếp vào nguồn điện xoay chiều 220V 50Hz. Các thiết bị điện tử yêu cầu bộ chuyển đổi AC sang DC, cung ứng cho các mạch trên bộ phận quy đổi gồm có như sau :

• Biến áp nguồn: Nguồn điện áp thấp từ 220V sẽ được chuyển đổi sang điện áp thấp hơn như 6V, 9V, 12V, 24V, v.v.
• Mạch chỉnh lưu: Bo mạch chuyển đổi nguồn AC thành DC.
• Mạch lọc gợn sóng AC sau khi chỉnh lưu cho nguồn DC phẳng hơn.
• Mạch ổn áp: Để giữ cố định một đường dây hoặc nhiều đường dây điện áp và siết chặt phân phối cho thiết bị phụ tải tiêu thụ

Mạch chỉnh lưu bán chu kỳ

Đây là loại mạch sử dụng một diode chống dòng ngược mắc nối tiếp với tải tiêu thụ, theo chu kỳ dương. Và nó được phân cực thuần nên dòng điện chạy qua diode và qua tải ở chu kỳ điện tích âm và diode được phân cực ngược vì không có dòng điện qua tải.

Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ

Trong mạch chỉnh lưu cả chu kỳ thường sẽ có mạch chỉnh lưu cầu 4 diode mắc theo hình cầu (hay còn gọi là mạch chỉnh lưu cầu).

Theo chu kỳ dương (dây trên cùng là cực dương, dưới cùng là cực âm) dòng điện đi qua diode Đ1 => qua tải R => qua diode D4 đến cực âm.

Ở chu kỳ âm, điện áp trên cuộn thứ cấp sẽ ngược chiều (đầu dây âm, cuối dây dương) dòng điện đi qua D2 => qua R tải => qua D3 đến đầu dây sẽ là âm. Do đó, trong cả hai chu kỳ hoạt động, dòng điện chạy qua tải. Mạch này cũng có thể được áp dụng cho các inverter năng lượng mặt trời được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.

Mạch lọc và mạch chỉnh lưu bội áp

Mạch lọc dùng tụ điện

Nếu đã xử lý qua mạch chỉnh lưu, sẽ nhận được một điện áp một chiều thay đổi được. Nếu không có bộ lọc, điện áp tăng này không thể được sử dụng cho mạch điện tử. Trong các mạch nguồn cần lắp các tụ lọc có giá trị từ vài trăm µF đến vài nghìn µF ở phía sau của cầu điốt chỉnh lưu.

Khi mở công tắc K thì dòng điện trong mạch chỉnh lưu không có tụ lọc tham gia. Do đó, điện áp sẽ có dạng hình sin nhấp nhô.

Công tắc K đóng, mạch chỉnh lưu trong tụ C1 sẽ tham gia vào mạch lọc một chiều. Bạn sẽ nhận được một điện áp đầu ra được lọc tương đối bằng phẳng. Nếu tụ C1 có điện dung lớn hơn thì có thể hiệu điện thế ở đầu ra sẽ phẳng hơn, với tụ C1 trong các bộ nguồn thông thường có giá trị vài nghìn µF.

Trong các mạch chỉnh lưu, nếu có tụ lọc mà không có tải hoặc dòng tải tiêu thụ một lượng công suất không đáng kể. Thì khi so sánh với công suất của máy biến áp dòng thì hiệu điện thế một chiều thu được là DC = 1,4.AC.

Mạch chỉnh lưu nhân 2

Muốn biến đổi thành mạch chỉnh lưu nhân 2 ta phải dùng hai tụ điện có cùng giá trị mắc nối tiếp. Tiếp theo, mắc một đầu điện áp xoay chiều vào điểm giữa hai bản tụ điện. Cuối cùng ta sẽ được hiệu điện thế tăng gấp 2 lần trạng thái đầu. Khi công tắc K mở, mạch trở về chế độ chỉnh lưu bình thường. Khi đóng công tắc K, mạch trở thành chỉnh lưu 2 và điện áp ra tăng gấp đôi.

Mạch ổn áp cố định

Mạch ổn áp cố định dùng Diode Zener

Mạch ổn áp cố định sẽ tạo ra nguồn điện 33V và nó thường được sử dụng cho các thiết bị chỉnh kênh ở tivi trước đây. Từ nguồn không cố định 110Volt qua biến trở giới hạn R1 và gim DZ 33V, để có thể mắc được một điện áp cố định cung cấp cho mạch chỉnh kênh.

Khi thiết kế mạch ổn áp phải tính toán điện trở hạn dòng sao cho dòng ngược cực đại đi qua Dz phải nhỏ hơn dòng mà nó chịu được. Cường độ dòng điện chịu được cực đại qua Dz là khi qua đường dây R2 = 0. Ta sẽ có cường độ dòng điện cực đại qua Dz bằng hiệu điện thế qua R1 chia cho giá trị của R1, gọi dòng điện này là I1:

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

Thông thường chúng ta nên cho dòng điện ngược qua Dz ≤ 25 mA.

>>> Có thểm tham khảo thêm bài viết: Dòng điện xoay chiều là gì? Tác dụng và Công thức tính điện xoay chiều

Mạch ổn áp cố định dùng Transistor, IC ổn áp

Đối với mạch ổn áp sử dụng Diode Zener sẽ có ưu điểm là thiết kế đơn giản nhưng nhược điểm là dòng nhỏ chỉ dưới 20mA. Do đó nếu muốn một điện áp cố định và cho ra dòng điện gấp nhiều lần thì cần sử dụng thêm mạch khuếch đại điện áp sử dụng transistor để có thể khuếch đại dòng điện.

Trong mạch điều khiển, điện áp tại điểm A có thể thay đổi và vẫn là điện xoay chiều, nhưng điện áp tại điểm B sẽ không đổi và tương đối bằng 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 thì hiệu điện thế UBE càng tăng và cường độ dòng điện qua đèn Q1 tăng => hiệu điện thế chân E của đèn tăng, và ngược lại …

Mạch ổn áp sử dụng khá đơn giản nhưng mang lại hiệu quả cao nên được sử dụng rộng rãi và còn được sản xuất ra các IC thuộc họ LA78.

Ứng dụng của IC ổn áp họ 78xx

IC ổn áp họ 78xx được sử dụng rộng rãi trong các bộ nguồn, như bộ nguồn của đầu đĩa VCD, trong tivi màu, trong máy tính …

Mạch ổn áp tuyến tính (có hồi tiếp)

Sơ đồ khối của mạch ổn áp có hồi tiếp

Đặc điểm của mạch ổn áp có hồi tiếp

Cung cấp đầu ra điện một chiều với hiệu điện thế không đổi trong trường hợp điện áp thay đổi. Việc cung cấp điện áp một chiều ở đầu ra không đổi sẽ có hai trường hợp là điện áp đầu vào thay đổi hoặc dòng tải thay đổi. Tuy nhiên, sự thay đổi này cần phải có giới hạn. Với điện áp DC đầu ra chất lượng cao, độ gợn sóng AC sẽ được giảm thiểu trong quá trình chuyển đổi.

Nguyên lý làm việc

Về mạch lấy mẫu sẽ giám sát điện áp đầu ra thông qua cầu phân áp sẽ tạo ra (Ulm: điện áp lấy mẫu)

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

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

Các mạch khuếch đại hiệu chỉnh khuếch đại điện áp điều khiển. Sau đó trả về để có thể điều chỉnh hoạt động của đèn với nguồn theo chiều ngược lại.

Mạch nguồn có hồi tiếp trong Ti vi đen trắng Samsung

Nếu hiệu điện thế đầu ra tăng => chúng qua mạch hồi tiếp điều chỉnh được => đèn có công suất giảm dẫn đến hiệu điện thế đầu ra giảm.

Ngược lại, nếu điện áp ra giảm => mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn ra tăng => và điện áp ra tăng => điện áp ra không thay đổi.

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

Với thiết bị này, điện áp đầu vào vẫn gợn sóng và điện áp đầu ra bằng phẳng.

Ý nghĩa của các thành phần trên sơ đồ

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

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

R1 là một loại điện trở có công suất lớn, có thể hút được một phần dòng điện đi qua đèn.

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

Điốt zener Dz và R4 tạo ra điện áp tham chiếu cố định so với điện áp đầu ra.

Q2 là đèn so sánh và khuếch đại sai điện áp => đưa vào điều khiển hoạt động của đèn công suất Q1.

R3 giao tiếp giữa Q1 và Q2, R2 phân chia điện áp cho Q1

Nguyên lý làm việc

Khi điện áp đầu vào thay đổi sẽ kéo theo điện áp đầu ra cũng có xu hướng thay đổi, hoặc dòng tiêu thụ thay đổi.

Giả sử

Khi điện áp vào tăng => điện áp ra tăng => điện áp chân E của đèn Q2 tăng hơn chân B (do Dz gim từ chân E của đèn Q2 thành Ura; và Ulm chỉ lấy một phần Ura ). Do đó, UBE giảm => đèn LED Q2 giảm => đèn LED Q1 giảm => điện áp đầu ra giảm.

Tương tự khi U in giảm thì qua mạch điều chỉnh => ta 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 ảnh hưởng đến chất lượng của điện áp một chiều => dẫn đến điện áp ra tương đối bằng phẳng.

Khi điều chỉnh bộ lưu biến VR1, điện áp lấy mẫu thay đổi, có nghĩa là độ dẫn điện của đèn Q2 thay đổi, độ dẫn điện của đèn Q1 cũng sẽ thay đổi => Kết quả là điện áp đầu ra sẽ thay đổi, VR1 được sử dụng để điều chỉnh đầu ra điện áp như mong muốn.

Mạch nguồn Tivi nội địa nhật

• C1 là tụ lọc của nguồn chính sau cầu diode chỉnh lưu.
• C2 là tụ lọc 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 tiêu chuẩn Uc.
• R3 giao tiếp giữa Q3 và Q2, R1 được phân cực cho đèn đầu ra Q1.
• R6 là thiết bị điện trở chia dòng, điện trở công suất lớn.
• Q3 là đèn được so sánh và khuếch đại khi phát hiện sai.
• Khuếch đại dòng điện áp đầu dò sai.
• Q1 là đèn phát công suất.

=> Nguồn hoạt động trong dải điện áp đầu vào nó có thể thay đổi 10%, và điện áp đầu ra sẽ luôn cố định.

Như vậy, chúng tôi đã vừa trình bày xong Mạch chỉnh lưu và ổn áp là gì? và những thông tin liên quan đến mạch chỉnh lưu. Hy vọng đã mang lại các thông tin bổ ích cho bạn đọc. Cảm ơn đã quan tâm theo dõi!