TeddyReg

Tháng 05 năm 2013, tôi được giới thiệu một mạch nguồn cho các thiết bị nguồn phát. Tôi bắt đầu nghiên cứu và thử nghiệm với các mạch teddy, rồi super teddy. Khoảng 02 tháng sau, tôi đã bắt đầu kiểm soát được chế độ hoạt động và các phép tính với teddy. Sau đó, tôi có in 10 bản PCB sử dụng mạch super Teddy. Tôi đã gửi cho vài người bạn để cùng chơi nhưng thực sự lúc đó tôi không đủ kiến thức và khả năng truyền đạt để hướng dẫn các bạn khác chơi cùng!

Sau vài năm, tôi có một số anh em khác có nhờ in PCB super teddy. Trước khi in và tái bản, tôi đã đọc lại nội dung và hướng dẫn và nhận thấy rằng bản Teddy regular cũng khá ổn và dễ làm hơn nhiều so với bản supper. Chính vì vậy tôi xin phép dịch lại bản hướng dẫn từ sử dụng từ trang chủ của tác giả Teddy Pardo

Về phần nguồn, tác giả có 02 bản:
– Phiên bản nguồn TeddyReg

– Phiên bản Super TeddyReg

Sau khi thử nghiệm và phát hành bản trải nghiệm, tôi nhận thấy ai cũng có thể làm được, miễn là gắn đúng linh kiện như trên mạch in là có thể hoàn thiện một bộ nguồn cho nguồn phát tiêu chuẩn. Tuy nhiên, nếu có thời gian, các bạn nên đọc qua một vài lần hướng dẫn từ tác giả (ở đây tôi chỉ xin phép dịch lại)

Mạch ổn áp TeddyReg (tạm gọi: nguồn Teddy) là một mạch nguồn ổn áp ultra low noise (nhiễu thấp) được sử dụng trong các mạch tiền khuếch đại, nguồn cho đầu đọc CD, bộ giải mã số DAC … Ưu điểm của mạch này là độ nhiễu rất thấp, lọc một cách thông minh. Mạch rất dễ sử dụng, cho phép lọc song song nhiều ngõ ra hoặc sử dụng nhiều biến áp cùng lúc. Thêm vào đó, để loại bỏ các xung nhiễu, mạch không yêu cầu biến áp công suất lớn và nhiều tụ lọc sau cầu nắn (nếu các bạn có biến áp công suất lớn và nhiều tụ lọc thì cũng không sao cả, thậm chí là tốt hơn).

Nhược điểm mạch này là trở kháng ngõ ra lớn hơn so với các mạch ổn áp nguồn khác (trở kháng ngõ ra cao làm khả năng bơm dòng chậm hơn). Tuy nhiên, nó không phải nhược điểm lớn của hầu hết các mạch ổn áp dòng nhỏ. Vì vậy, đây không phải mạch phù hợp cho các ứng dụng cần dòng cao như máy khuếch đại âm thanh chế độ AB, A. Các ứng dụng dòng nhỏ thì TeddReg sử dụng tốt.

Thêm một nhược điểm nữa, mạch bơm áp ngõ ra rất chậm (áp lên từ từ). Các mạch điện cơ bản lại cần vài giây để đạt đủ điện áp ngõ ra, khi đó vi điều khiển sẽ đồng bộ cho các thiết bị khác khởi động. Chính vì vậy, các bạn nên tham khảo các hướng dẫn được trình bày dưới đây để xử lý các nhược điểm của mạch này (chủ yếu về gia tăng tốc độ bơm áp ngõ ra)

Mạch ổn áp Teddy có thể sử dụng như một mạch ổn áp âm và dương. Các bạn có thể ghép 02 mạch dương thành mạch đối xứng, hoặc dùng các linh kiện ổn áp âm để tạo ra mạch âm.

Nguyên lý hoạt động

Mạch Teddy là mạch kết hợp giữa ổn áp thông thường với một mạch lọc nhiễu ngõ ra. Phần đầu tiên của mạch là một mạch ổn áp hạn chế tối đa nhiễu, đảm bảo điện áp ngõ ra là một hằng số cho dù điện áp ngõ vào có thay đổi hoặc biến động. Phần thứ hai là một mạch lọc bằng cách điều khiển transistor ngăn chặn các nhiễu tần số thấp. Mục đích cuối cùng của mạch là tạo ra một mạch ổn áp độ nhiễu thấp, chỉ cho điện áp một chiều đi qua ( zero Hz = không có nhiễu)

Nguyên lý từ trang chủ:

Phần đầu là một mạch cơ bản bao gồm LM317 ( U1, C1, C2, R1, R2 và C3). Ngoài mạch LM317, các bạn có thể dùng các mạch ổn áp tuyến tính khác nhưng tôi nghĩ không cần thiết (trừ khi các bạn đã có sẵn mạch đó)

Phần mạch lọc là phần thứ hai. Kết hợp với tầng đầu, các bạn nên sử dụng R3 =100K, C4 = 22-33uF Tantalum để khả năng lọc được nhiều tần số nhất. R4 làm việc với R3 tạo thành một mạch định áp, và mắt này gây sụt áp cho mắt lọc ở đây. Việc sụt áp là cần thiết để tạo ra ngưỡng làm việc thích hợp của transistor. Tiếp đến R5 = 100K, C5 = 0.1uF để lọc tần số cao từ 10 đến hàng trăm Mhz. Đến đây, các bạn đừng hỏi tôi tại sao, việc lọc sạch những tần số âm thanh không nghe thấy lại ảnh hưởng quan trọng đến các hiệu ứng âm thanh! (Còn phải bàn luận nhiều về vấn dề này, chỉ biết hiệu quả thực nghiệm thử đã rõ!)

R6 được sử dụng như điện trở chặn dao động, R7 tạo ngưỡng hoạt động cho Q1 ( một các giảm trở kháng ngõ ra)

Hầu hết các mạch lọc điện đều sử dụng transistor ở ngõ ra. Trở kháng bộ lọc thường gần bằng tổng giá trị điện trở định thiên với độ khuếch đại của transistor. Tôi lấy một ví dụ, nếu chúng ta sử dụng D44H11 với hfe=100 và hai điện trở định thiên là 100K (R3, R5) thì trở kháng ngõ ra là 2000 Ohms khá cao (không hiểu tác giả tính đoạn này như nào luôn!). Một số ý kiến cho rằng, mạch lọc nên sử dụng điện trở nhỏ hơn kết hợp với dung lượng tụ lớn. Việc sử dụng này sẽ tạo nhiều bất lợi vì khi sử dụng tụ dung lượng lớn thì chỉ có tụ hóa, mà tụ hóa không thể lọc được tần số cao. Trong các đề xuất, thì mạch Darlington có hfe cao hơn đã được sử dụng để giải quyết các vấn đề ở trên. Vấn đề đầu tiên mạch Darlington sử lý được là đã có thể nâng được hfe lên cao, khả năng truyền đại giữa C và E được cải thiện, dòng điều khiển và suy hao cũng không tổn hảo nhiều. Việc thứ hai mạch darlington xử lý được là trở kháng ngõ ra của mạch.

Giải pháp được sử dụng ở đây là sử dụng JFET kết hợp với BJT công suất. Không giống như BJT, JFET không cần dòng qua G và S, và như thế sẽ không cần dòng qua R5 và R6, vì thế sẽ không cần điện trở cao làm ảnh hưởng đến trở kháng ngõ ra. Thêm vào đó, điện áp Ugs của JFET sẽ triệu tiêu được Ube rơi trên trans công suất. Kết quả là điện áp rơi trên bộ lọc ngõ ra giảm đáng kể.

Tính toán và hoàn thiện mạch lọc

Tổng điện áp ra nên phân bổ đều trên hai phần mạch lọc và mạch ổn áp (ví dụ điện áp chênh lệch giữa ngõ ra và vào là 5V thì điện áp phần ổn áp là 2,5V, phần lọc rơi 2,5V)

Điện áp ổn áp tuyến tính dựa trên công thức Ulr = (R2/R1 + 1) x 1.25 (1)

Điện áp ở sau mạch lọc (thường là ngõ ra) là Ulr x R4 / (R3+R4) (2)

R1 = 250R (các bạn dùng 220R hoặc 240R)

R2 = xem công thức 1

R3, R13 = 100K

R4, R14 = xem công thức 2

R5 = 100-150K

R6 = 200-2000R

R7 = 2-3K (đọc ghi chú ở dưới)

C1 = 0.1uF X7R Ceramic (đọc ghi chú ở dưới)

C2 = 10-20uF Tantalum

C3 = 10-20uF Tantalum

C4 = 22-33uF Tantalum

C5 = 0.1-0.3uF X7R Ceramic

C6 = 10-20uF (đọc ghi chú ở dưới)

C7 = (đọc ghi chú ở dưới)

Q1 = 2SK117GR

Q2 = D44H11

Q3 = ZTX651 hoặc bất kỳ transistor NPN, chú ý chân B,C,E

U1 = LM317/LT1086

R13, R14, và Q3 là mắt lọc tăng tốc độ dòng/áp

Ví dụ: Mình cần điện áp ngõ ra là 24V từ nguồn 33V. Như vậy điện áp rơi là 33-24 = 9V. Mình sẽ chia để cho ổn áp Lm317 4,5V và phần lọc trên D44H11 là 4,5V. Theo bảng tính thì R2 = 5450R (các bạn nên lắp VR 10K mà xoay)

Với mạch lọc sau, để áp rơi 4,5V thì R4= 526V. Do mạch lọc sử dụng nhiều loại JFET khác nhau (Ugs sẽ khác nhau) nên công thức chỉ đúng 90%, áp ra có thể sai số 1V. (tôi tính sơ sơ, rồi lắp con R4= 510K, sau đó tầng trên lắp con VR xoay bao giờ ra áp cần là nhanh!)

Đối với phần mạch âm, các bạn dùng LM337, J74 và transistor PNP (Do J74 hiếm, nến tôi thấy a e thường ghép 02 mạch dương đơn thành nguồn đối xứng).

Xử lý trễ

Với mạch cơ bản, khả năng khởi động mất vài giây. Đó chính là lý do bạn cần chọn giữa 22-33uF và điện trở 100K. Việc khởi động chậm chính là do việc phân áp Q3 R13, R14. Vì vậy, việc lựa chọn hfe, dung lượng tụ sẽ ảnh hưởng đến việc khởi động nhanh hay chậm.

Lựa chọn linh kiện

Việc lựa chọn linh kiện rất quan trọng, đặc biết là phần lọc sau!

Tụ tantalum là một trong những loại tụ tốt, tôi khuyến nghĩ dùng các thương hiệu như Kemet, AVX, Panasonic, Vishay, etc. Tụ tantalum chất lượng kém sẽ làm giảm khả năng phóng nạp và khởi động của mạch (tôi thì gặp vài lần tụ tantalum thủng làm mất nguồn). Tụ tantalum ngon nhất mà tôi từng gặp là tụ tantalum quân sự (loại 2 đầu – wet tantalum 150D) vừa tốt mà lại bền, rất hợp cho mạch này.

Tụ gốm thì tốt nhất là dung môi X7R or NPO/COg. NPO/COg. Trong cùng một giá trị và dung lượng thì tụ định dạng SMT luôn cho chất lượng tốt hơn.

Tụ ngõ ra của mạch lọc là một linh kiện làm cân bằng toàn bộ quá trình xử lý của mạch. Với tantalum 10-20uF sẽ cho âm thanh ấm áp, tụ film từ 1-10uF sẽ cho âm thanh đầy đủ. Tụ 0.01-0.1 sẽ cho âm thanh sạch sẽ và chính xác. Kết hợp tụ tantalum và tụ film sẽ cho hiệu quả của các hiệu ứng kể trên.

D44H11 cũng là sự lựa chọn tốt nhất mà tôi tìm thấy. Nó là một trong những transistor làm việc tốt ở tần số cao. Các transistor darlington với nó nên sử dụng là ZTX651. Nếu các bạn có điều kiện thì dùng jfet như K117 hoặc K170 đều rât tốt. Tất cả các mã của jfet đều sử dụng bình thường.

Chúc các bạn sớm lắp được một mạch nguồn ưng ý!