BÁO cáo môn học môn học đồ án thiết kế mạch điện tử đề tài mạch điều khiển động cơ DC sử dụng IC555

Ứng dụng trong thực tế………..….14 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,xã hội ngày càng văn minh hiện đại và nhu cầu về điện-điện tử được đẩy mạnh và đánh giá

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-BÁO CÁO MÔN HỌC MÔN HỌC: Đồ án thiết kế mạch điện tử

Đề tài: Mạch điều khiển động cơ DC sử dụng IC555

Giảng viên: Lê Đức Toàn

Họ và tên: Lê Tân Việt

Mã SV: B19DCDT251

Lớp: D19CQDT03-B

Năm học: 2021-2022

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU………2

Phần 1:Cơ sở lý thuyết………3

I.Giới thiệu về IC555……… 3

1 Tổng quan về IC555……… 3

2 Thông số……….3

3 Chức năng của IC555……….…3

4 Chức năng của từng chân……… 4

5 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động……… 5

6 Một số mạch điện tử ứng dụng dùng IC555……… 6

II.Tìm hiểu về động cơ 1 chiều………7

1 Giới thiệu về động cơ 1 chiều……….7

2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động……… ……8

3 Ứng dụng……….9

Phần 2: Thiết kế mạch……… ……9

I.Sơ đồ mạch……….……9

1 Schematic……… 9

2 PCB………10

3 Mạch thực tế………

….11 II.Nguyên lý hoạt động……… …

12 Phần 3:Kết luận……….… 13

1 Ưu điểm……… 13

2 Nhược điểm………13

3 Ứng dụng trong thực tế………

….14

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,xã hội ngày càng văn minh hiện đại và nhu cầu về điện-điện tử được đẩy mạnh và đánh giá cao.Việc sử dụng động

cơ 1 chiều trong thực tế ngày càng rộng rãi,phổ biến hơn

Từ thực tế đó,em quyết định chọn đề tài “Mạch điều khiển động cơ DC sử dụng IC555”

để làm đồ án cho môn học “Đồ án thiết kế mạch điện tử”

Sau quá trình nghiên cứu và học hỏi, cùng với sự giúp đỡ của thầy giáo bộ môn, cuối cùng em cũng đã hoàn thành xong đề tài này.Trong quá trình làm đề tài và báo cáo,không thể không tránh khỏi những thiếu sót trong nội dung cũng như cách trình bày nên em mong thầy và các bạn trong lớp sẽ góp ý chân thành để từ đó em có thể rút kinh nghiệm

và có thể vận dụng để hoàn thành tốt các đồ án khác và quan trọng hơn là công việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn !

PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I.Giới thiệu IC555

1.Tổng quan về IC555

IC 555 là một trong những dòng sản phẩm của công ty Signetics Corporation với 2 dòng sản phẩm là SE555/NE555 IC 555 là một vi mạch dùng để tạo thời gian trễ (Time

Delays) và tạo xung (Oscillation) với mức độ ổn định và tỷ lệ chính xác cao Ở bài viết này, hãy cùng chúng tôi đi tìm hiểu sâu hơn về thông số, sơ đồ nguyên lý, chức năng hoạt động và một số mạch ứng dụng của IC 555

2.Thông số

+ Nguồn điện áp đầu vào nằm trong dải từ 2 – 18V

+ Dòng điện tiêu thụ: 6 – 15mA

+ Công suất tiêu thụ lớn nhất (Pmax): 600mW

+ Điện áp logic đầu ra ở mức cao (mức 1): 0.5 – 15V

+ Điện áp logic đầu ra ở mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06V

3.Chức năng của IC555

- PWM-Điều chế độ rộng xung

- PPM- Điều chế vị trí xung

- Tạo xung,dạng sóng,sóng vuông

- Có thể sử dụng như đa hài đơn ổn không ổn định

4.Chức năng của từng chân

Chân 1 (GND-0V): Chân nối GND để giúp cung cấp dòng cho IC hay còn được gọi là mass chung

Chân số 2 (TRIGGER): Được biết đến là chân đầu vào thấp hơn so với điện áp so sánh và được sử dụng giống như 1 chân chốt của một tần số áp Mạch so sánh ở đây được sử dụng là các Transistor PNP với điện áp chuẩn là ⅔ Vcc

Chân số 3 (OUTPUT): Đây là chân được lấy tín hiệu logic đầu ra Trạng thái tín hiệu ở chân số 3 này được xác định ở mức thấp (mức 0) và mức cao (mức 1)

Chân số 4 (RESET): Dùng để lập định trạng thái đầu ra của IC 555 Khi chân 4 được nối với Mass thì OUTPUT sẽ ở mức 0 Còn khi chân 4 ở mức cao thì trạng thái đầu ra sẽ phụ thuộc theo mức áp trên chân số 2 và chân số 6 Trong trường hợp, muốn tạo dao động thường chân này sẽ được nối trực tiếp với nguồn Vcc

Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Chân này được sử dụng để làm thay đổi mức điện

áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng ở các điện trở ngoài nối với chân số 1 GND

Chân số 6 (THRESHOLD): Là một trong những chân đầu vào để so sánh điện áp và cũng được dùng như một chân chốt

Chân số 7 (DISCHAGER): Đây được coi như một khóa điện tử và chịu tác động điều khiển từ tầng logic của chân 3 Khi đầu ra là chân OUTPUT ở mức 0 thì khóa này sẽ được đóng và ngược lại Chân số 7 có nhiệm vụ tự nạp và xả điện cho mạch R-C

Chân số 8 (Vcc): Đây chính là nguồn cấp cho IC 555 hoạt động Chân 8 có thể được cung cấp với mức điện áp dao động từ 2 – 18V

5.Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo trong IC555 có 3 điện trở để phân thành 2 mức điện áp 2/3Vcc và 1/3Vcc để làm điện áp tham chiếu cho 2 bộ so sánh điện áp Khi bắt đầu cấp nguồn,dòng điện đi qua R1

và R2 để nạp cho tụ

Khi tụ nạp từ 0 đến 1/3Vcc thì điện áp ở chân số 2 và chân số 6 của IC sẽ bé hơn 1/3Vcc

V+opamp2=1/3Vcc nên V+opamp2>V-opamp2 đầu ra của bộ opamp2=1

V-opamp1=2/3Vcc nên V-opamp1>V+opamp1 đầu ra của bộ opamp1=0

theo bảng trạng thái trigger RS thì:

- Q đảo = 0 nên transistor không dẫn

- Q =1 nên đầu ra ở chân 3 của IC là mức 1

Khi tụ nạp đến ngưỡng 2/3Vcc trở lên thì điện áp ở chân số 2 và chân số 6 của IC sẽ lớn hơn 2/3Vcc

V+opamp2=1/3Vcc nên V-opamp2>V+opamp2 đầu ra của bộ opamp2=0

V-opamp1=2/3Vcc nên V+opamp1>V-opamp1 đầu ra của bộ opamp1=1

Theo bảng trạng thái trigger RS thì:

- Q=0 nên đầu ra ở chân 3 IC là mức 0

- Q đảo = 1 kích transistor thông kéo chân số 7 xuống mass từ đó khiến tụ xả điện để đến bước tiếp theo.Tụ xả điện áp xuống dưới 1/3Vcc kéo điện áp chân số 2 và chân số 6 xuống dưới 1/3Vcc thì quá trình được lặp lại.Qúa trình lặp lại như vậy nên mạch sẽ tạo ra chuỗi xung liên tục với:

f=1/ln2[C.(R1+2R2)]

T1=ln2.(R1+R2).C

T2=ln2.(R2.C1)

T=T1+T2

6.Một số mạch điện tử sử dụng IC555

+Mạch đàn piano:

+ Mạch cảm biến mưa:

+ Mạch cảm biến ánh sáng:

II Tìm hiểu về động cơ 1 chiều

1 Giới thiệu về động cơ 1 chiều

Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của “Direct Current Motors”) được điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói cách khác thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC – điện áp 1 chiều

Động cơ một chiều (DC) là động cơ biến năng lượng từ dòng điện một chiều và thành cơ năng

Động cơ 1 chiều ngày nay không chỉ xuất hiện trong dân dụng Mà chúng đang có mặt ngày càng nhiều hơn trong các hệ thống công nghiệp Đơn cử như động cơ servo, động

cơ bước…

2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo:

- Stator: Là phần đứng yên, được chế tạo sử dụng từ 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,

có thể là nam châm điện

- Rotor: Là phần quay được, nó chính là lõi được quấn các cuộn dây nhằm mục đích tạo thành nam châm điện

- Chổi than (brushes): Làm nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho bộ phận cổ góp

- Cổ góp (commutator): Thực hiện nhiệm vụ tiếp xúc và chia điện đều cho các cuộn dây ở trên phần rotor (phần quay)

Cổ góp và chổi than sẽ tạo thành bộ phận chỉnh lưu Bộ phận này làm nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong chuyển động quay của rotor là liên tục

Nguyên lý hoạt động:

với từ trường của nam châm vĩnh cửu (stator) và khi từ trường của rotor và stator cùng cực sẽ tạo ra chuyển động cho động cơ (momen quay) cho đến hết pha 2

Tại pha 3 khi từ trường của rotor và stator khác cực thì bộ chỉnh lưu sẽ đổi chiều dòng điện để từ trường của rotor và stator cùng cực với nhau từ đó sẽ giúp động cơ tiếp tục quay và không bị gián đoạn

3 Ứng dụng

Động cơ điện 1 chiều được ứng dụng rất đa dạng Gần như trong mọi lĩnh vực đời sống của chúng ta đều có sự góp mặt của nó Ở tivi, đài FM, ổ đĩa DC, máy công nghiệp hay các thiết bị khác…

Nó cũng được ứng dụng trong những loại máy công cụ lớn Có thể kể đến như máy cán thép, đầu máy điện

PHẦN 2: THIẾT KẾ MẠCH I.Sơ đồ mạch

1.Schematic

2.PCB

Mạch ở dạng 2D:

Mạch ở dạng 3D:

3.Mạch thực tế

II Nguyên lý hoạt động

Khi bắt đầu cấp nguồn, tụ được nạp thông qua R1 đến D1 đến biến trở VR rồi đến tụ Khi

đó điện áp ở chân số 2 và chân số 6 của IC ở mức bé hơn 1/3Vcc nên đầu ra bộ

opamp1=0, bộ opamp2=1 Theo bảng trạng thái trigger RS thì Q đảo =0 nên transistor không dẫn, Q=1 nên đầu ra ở chân 3 IC là mức 1( khi tụ nạp từ 0 đến 1/3Vcc) kích trans tip41C thông nên dòng đi từ nguồn 5V đến động cơ rồi qua tip41 rồi đến đất Động cơ sẽ hoạt động

Khi tụ nạp đến mức 2/3Vcc trở lên thì bộ opamp1=1,opamp2=0 nên ta có Q=0 nên đầu ra chân 3 IC là mức 0, Q đảo bằng 1 nên kích transistor trong IC555 thông kéo chân 7 xuống mass từ đó khiến tụ C1 xả điện để đến bước tiếp theo.Tụ C1 xả điện theo biến trở VR-diode D2-chân 7-mass xuống dưới 2/3Vcc sẽ kéo điện áp chân số 2 và chân số 6 xuống bé hơn 1/3Vcc thì quá trình trên được lặp lại

Điều chỉnh biến trở để tăng tốc độ động cơ.Khi giá trị biến trở càng lớn thời gian hoạt động Ton càng lâu dòng ra càng nhiều nên động cơ sẽ quay mạnh hơn và ngược lại khi thời gian hoạt động Ton bé, thời gian mạch ngừng hoạt động Toff lớn thì dòng ra ít do đó

Ton=0,69 (R1+VRnạp ).C1

Toff=0,69.VRphóng.C1

Hình ảnh dạng xung ra

PHẦN 3: ỨNG DỤNG I.Ưu điểm

Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có momen mở máy lớn, do đó sẽ kéo được tải nặng khi khởi động

Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt

Tiết kiệm điện năng

Bền bỉ, tuổi thọ lớn

II.Nhược điểm

Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng dễ bị hư hỏng trong quá trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa cẩn thận, thường xuyên

Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than có thể sẽ gây nguy hiểm, nhất là trong điều kiện môi trường dễ cháy nổ

Giá thành đắt nhưng công suất không cao

III.Ứng dụng trong thực tế

Ngày nay, ứng dụng của động cơ điện 1 chiều rất đa dạng và đôi khi không thể thay thế bởi nguyên lý đặc biệt chỉ có ở động cơ điện 1 chiều Nó được có mặt trong mọi lĩnh vực sản xuất công nghiệp và đời sống: dùng trong đài FM, ổ đĩa DC, trong tivi, máy công nghiệp, các loại máy in, máy photo,

Ngoài ra, động cơ điện 1 chiều được sử dụng thông dụng trong ngành công nghiệp giao thông vận tải, trong các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay thường xuyên, liên tục trong một phạm vi lớn