ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH CHUYỂN TÍN HIỆU MỨC LOGIC 12V SANG 5V KHÔNG CÁCH LY NGUỒN SỬ DỤNG TRANSISTOR A1013

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁNTên đề tài: Thiết kế và chế tạo mạch chuyển tín hiệu mức logic 12V sang 5V không cách ly nguồn sử dụng transistor A1013 Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Linh Mã SV: 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

⸎⸎⸎⸎⸎

BÀI TẬP LỚN PROJECT MÔN HỌC

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH CHUYỂN TÍN HIỆU MỨC LOGIC

12V SANG 5V KHÔNG CÁCH LY NGUỒN SỬ DỤNG TRANSISTOR A1013

Lớp : Project môn học – 1 – 1 – 22 (N03) Sinh viên thực hiện : Vũ Thị Linh – Mã SV:21010474 Giang Gia Long – Mã SV:21012378 Giảng viên hướng dẫn: TS Lương Văn Sử

ThS Đào Tô Hiệu

Hà Nội 11/2022

PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Linh Mã sinh viên: 21010474 Giang Gia Long 21012378Giảng viên hướng dẫn: Đào Tô Hiệu

Người

ĐG ký

1 13-9-2022 Tìm hiểu mạch,

linh kiện và cáchlàm

- Các sinh viên cần điền đầy đủ

thông tin nội dung công việc đã được phân

công để GV thuận tiện cho việc điểm danh

và đánh giá

- Mỗi khi gặp giáo viên cần mang

theo phiếu đánh giá này

- Nếu mất sẽ không có cơ sở để

đánh giá

- Đánh giá này được đòng kèm

với

cuốn thuyết minh

Hà Nội, ngày tháng năm 2022Cán bộ hướng dẫn

BẢNG TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Không đạt

Làm lại / Sửa chữa

1 Lập kế hoạch đúng yêu cầu

2 Thực hiện tiến độ theo kế hoạch

3 Thực hiện nhiệm vụ được giao

4 Thu thập tài liệu phục vụ nghiên

9 Năng lực chuyển giao

10 Năng lực thiết kế mạch cơ bản

11 Năng lực vận hành khai thác các

thiết bị đo cơ bản

12 Năng lực thực hiện(Lắp ráp, chế

tạo mạch, sản phẩm )

13 Năng lực kiểm tra, khảo sát

mạch và linh kiện cơ bản

14 Năng lực bảo trì các thiết bị và

Hà Nội, ngày tháng năm 20

Người tự đánh giá

II Ý KIẾN NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNGDẪN

Hà Nội, ngày tháng năm 20

Cán bộ hướng dẫn

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mạch chuyển tín hiệu mức logic 12V sang 5V

không cách ly nguồn sử dụng transistor A1013

Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Linh Mã SV: 21010474

Giang Gia Long Mã SV: 21012378

TG T.HIỆN

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

1

Tìm hiểu

- Các sản phẩm đã được ứng dụng

trong thực tế

- Phân tích yêu cầu của đề tài

- Thu thập các thông tin có liên

quan

- Các kiến thức cần có để phục vụ

nghiên cứu đề tài

- Thiết kế sơ đồ khối thiết bị

(Báo cáo giáo viên hướng dẫn

1

Thư viện,PhòngThựchành

Vũ Thị Linh

- Cả nhóm cùngtham gia tìmhiểu và thảoluận nhóm

2 1 Hoàn thiện sơ đồ khối thiết bị Và

phân tích chức năng các khối (viết

2 Chọn lựa giải pháp thực hiện

3 Phương pháp ghép nối giữa các

khối với nhau

4 Thiết kế mạch nguyên lý các khối ,

phân tích chức năng các phần tử trong

mạch và nguyên tắc làm việc của

mạch điện (viết tay)

(Báo cáo giáo viên hướng dẫn)

5 Tính toán và lựa chọn các tham số

của mạch điện (giá trị linh kiện,

loại linh kiện sử dụng, điện áp, dòng

điện, trong các mạch, công suất

mạch, công suất nguồn….)

6 Chọn các linh kiện thực tế gần với

các giá trị đã tính, Tính toán theo giá

Vũ Thị Linh,còn lại GiangGia Long )

3

1 Khảo sát mạch điện của thiết bị

trên chương trình mô phỏng

(Tina, Proteurs…) Viết báo cáo kết

để khảo sát

khối chức năng (Điện áp nguồn

cung cấp, dòng điện, điện áp thành

phần, và các tham số khác )

3 Hiệu chỉnh các tham số theo các

giá trị tính toán

4 Viết thuyết minh báo cáo kết

quả sau khi khảo sát tực tế

(Báo cáo và giáo viên hướng dẫn tư

4 Kiểm tra mạch + Hiệu chỉnh

5 Viết báo cáo sau khi kiểm tra

hiệu chỉnh mạch

(Báo cáo và giáo viên

hướng dẫn tư vấn kỹ thuật)

tư vấn)

Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 20…

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Người lập Linh Vũ Thị Linh MỤC LỤC MỤC LỤC -2

DANH MỤC HÌNH ẢNH -3

LỜI NÓI ĐẦU -8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN -10

1.1 Mở đầu -10

1.2 Tổng quan -10

1.2.1 Transistor A1013 -10

1.2.2 Bộ phận nhận biết -13

1.3 Kết luận -14

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG -15

2.1 Sơ đồ khối -15

2.1.1 Sơ đồ -15

2.1.2 Nguyên lý hoạt động -16

2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển -16

2.2.1 Sơ đồ -16

2.2.2 Nguyên lý hoạt động -17

2.2.3 Tính toán, lựa chọn tham số mạch và linh kiện. -17

2.4 Kết luận -17

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN -18

3.1 Kết quả mô phỏng -18

3.2 Kết quả thực nghiệm -18

3.3 Kết luận và hướng phát triển của đề tài -19

3.3.1 Về kiến thức -19

3.3.2 Về thực nghiệm -19

3.3.3 Ưu điểm -19

3.3.4 Nhược điểm -19

3.3.5 Hướng phát triển -19

TÀI LIỆU THAM KHẢO -20

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Sơ đồ chân của transistor A1013 10

Hình 2 Hình ảnh thực của transistor A1013 10

Hình 3 Led đỏ 3mm 13

Hình 4 Một điện trở 220Ω và hai điện trở 10kΩ 13

Hình 5 Dây nối hai cực 14

Hình 6 Arduino 14

Hình 7 Sơ đồ khối hệ thống 15

Hình 8 Mô phỏng trên proteus – khi không ngắt công tắc 15

Hình 9 Mô phỏng trên proteus – Khi đóng công tắc 16

Hình 10 Mô phỏng sơ đồ nguyên lý 16

Hình 11 Mạch mô phỏng trên proteus 17

Hình 12 Kết quả mô phỏng bằng máy tính khi ngắt công tắt (bên trái) và khi bật công tắc (bên phải) 18

Hình 13 Kết quả test thực nghiệm trên mạch cứng (bên phải không cấp nguồn 5V, bên trái cấp nguồn 5V) 18

LỜI NÓI ĐẦU

Với xu hướng phát triển của các thiết bị điện – điện tử gắn liền với cuộc sống,khi nhu cầu căng cao thì càng ngày càng có nhiều những mạch điện tử đáp ứng phùhợp với những nhu cầu thiết yếu của con người Điện có vai trò rất quan trọng và cầnthiết đối với mọi hoạt động Hay nói một cách dễ hình tượng hơn, không có điện thìkhông thể sản xuất, không thể sinh hoạt, buôn bán được Ngành điện rộng lớn đếnmức người ta đã phân ra nhiều chuyên ngành như ngành điện công nghiệp, ngànhđiện lạnh, ngành điện-điện tử…

Ngành nào cũng có vai trò quan trọng cho sự hoạt động chung của toàn hệ thốngđiện.Hiện nay các nhà máy đều hướng đến việc điều khiển các máy móc bằng tín hiệuđiện, và cố gắng tự động điều khiển máy móc Xây dựng nên các hệ thống điều khiển

tự động bằng tín hiệu điện và điều khiển dòng điện đến các thiết bị là công việc củangành điện-điện tử Và xây dựng được một hệ thống đó để điều khiển hầu hết mọithiết bị là cơ sở cho hiện đại hóa nhà máy, hiện đại hóa đời sống và hiện đại hóa nềncông nghiệp.Đặc điểm chung nhất của ngành điện-điện tử là xây dựng hệ thống điềukhiển tự động bằng tín hiệu điện và kiểm soát các thông số điện đến máy móc mộtcách tự động Liên quan đến việc điều khiển tín hiệu điện thì luôn liên quan đến cácmạch điện tử Mạch điện tử là phần chính để một hệ thống điều khiên bằng tín hiệuđiện Vì vậy cho nên khi đã làm ở ngành điện- điện tử thì phải am hiểu về các loạilinh kiện điện tử, mạch điện tử hoặc chi ít về công dụng điều khiển tín hiệu điện củacác mạch điện tử xây dựng sẵn Đặc biệt chúng ta không thể không nhắc tớiTransistor còn được gọi là tranzito, là một loại linh kiện bán dẫn chủ động Chúngthường được sử dụng như một phần khuếch đại hay khóa điện tử Với khả năng đápứng nhanh lẹ và chính xác, nên transistor được ứng dụng nhiều trong ứng dụng sốnhư: điều chỉnh điện áp, mạch khuếch đại, tạo dao động hay điều khiển tín hiệu Vậy nên nhóm chúng em chọn đề tài này để chứng minh được transitor dung đểkhuếch đâị tín hiệu, để tạo song, tạo xung,…

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN

I LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

1.1 Mở đầu

Các mạch điện tử hiện đại bao gồm các vi mạch của các họ logic khác nhau làmviệc cùng nhau để thực hiện nhiệm vụ Thách thức quan trọng nhất khi làm việc vớicác chip thuộc các họ logic khác nhau là sự không tương thích về mặt logic Điều này

có nghĩa là đầu ra logic thấp “0” từ 5V có thể được hiểu là mức logic cao “1” Sự cốnày có thể dẫn đến hỏng mạch nghiêm trọng Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi sửdụng các mạch đặc biệt được gọi là bộ chuyển đổi mức Logic Các mạch này có khảnăng chuyển đổi 12V sang 5Vvà 5V sang 12V thành công Trong bài viết này, chúng

em sẽ giới thiệu một bộ chuyển đổi mức Logic chuyển đổi 12V sang 5V

1.2 Mức logic là gì?

Điện áp được dùng để biểu diễn bởi 1 và 0 được gọi là những mức logic Ta cóthể hiểu đơn giản là có hai mức logic là mức 0 và mức 1 Để tạo ra mức logic thìtrong một số mạch nguồn người ta tạo ra một tín hiệu xung vuông Tín hiệu này cóhai mức rõ rệt là mức cao (Logic 1) và mức thấp (Logic 0) [1]

1.3 Ưu và nhược điểm

Ưu điểm: Mạch nhỏ gọn, dễ dàng chế tạo, chí phí thấp,giá thành rẻ

Nhược điểm: Công suất nhỏ và điện áp đôi khi không được ổn định

Hình 1SƠ ĐỒ MẠCH CHUYỂN TÍN HIỆU MỨC LOGIC 12V SANG 5V KHÔNG CÁCH

LY NGUỒN SỬ DỤNG TRANSISTOR A1013

1.4 Tổng quan

Mạch chuyển tín hiệu mức logic 12V sang 5V không cách ly nguồn sử

dụng transistor A1013

Điều chỉnh dữ liệu thông số linh kiện

sản phẩm

Mô phỏng trên

Proteus

Lỗ hổng là phần tử mang đa số của các bóng bán dẫn PNP tạo thành dòng điệntrong nó Dòng điện bên trong bóng bán dẫn được cấu thành do vị trí thay đổi của các

lỗ và trong các đạo trình của bóng bán dẫn, đó là do dòng điện tử Transitor PNP bậtkhi một dòng điện nhỏ chạy qua đế Hướng của dòng điện trong bóng bán dẫn PNP là

từ bộ phát đến bộ thu

Chữ cái của bóng bán dẫn PNP chỉ ra điện áp được yêu cầu bởi bộ phát, bộ thu và

đế của bóng bán dẫn Cơ sở của bóng bán dẫn PNP luôn luôn âm đối với bộ phát và

bộ thu Trong bóng bán dẫn PNP, các electron được lấy từ thiết bị đầu cuối cơ sở.Dòng điện đi vào cơ sở được khuếch đại vào đầu thu

Cấu trúc của bóng bán dẫn PNP được thể hiện trong hình dưới đây Ngã ba cơ sởemitter được kết nối theo xu hướng thuận và ngã ba cơ sở collector được kết nối theo

xu hướng ngược Bộ phát được kết nối theo xu hướng thuận sẽ thu hút các electron vềphía pin và do đó tạo thành dòng điện chạy từ bộ phát sang bộ thu

Hình 1 Sơ đồ chân của transistor A1013 [2]

Hình 2 Hình ảnh thực của transistor A1013 [3]

1.4.1.1 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý:

Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E Trong đó (-) lànguồn vào cực C, (+) là nguồn vào cực E.

Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B

và E Trong đó cực (-) vào chân B và cực (+) vào chân E

Khi công tắc mở, ta thấy rằng mặc dù hai cực E và C đã được cấp điệnnhưng vẫn không có dòng điện chạy qua Lúc này dòng IC = 0

Khi công tắc đóng, mối P – N được phân cực ngược Khi đó có dòng điệnchạy từ nguồn (+) UBE qua công tắc tới R hạn dòng Sau đó qua mối EB về cực(-) tạo thành dòng IB

Ngay khi dòng IB xuất hiện, lập tức dòng IC chạy qua mối CE làm bóng

đèn phát sáng Khi đó dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB [3]

Dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB, khi đó có công thức

𝑰𝑪 = 𝜷 ∗ 𝑰𝑩

IC là là dòng chạy qua mối CE

IB là dòng chạy qua mối BE

β Là hệ số khuếch đại của transistor

Khi có điện UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mốitiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện Khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn Ptại cực rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp Vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫnnhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB Còn lại phần lớn

số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE tạo thành dòng

ICE chạy qua transistor [4]

1.4.1.2 Thông số kỹ thuật [5]

Kiểu chỉ định: A1013

Vật liệu transitor: Si

Phân cực: PNP

Công suất tiêu tán tối đa Pc: 0,9 W

Điện áp cực đại Collector-Base Vcb: 160 V

Điện áp cực đại Collector-Emitter Vce: 160 V

Điện áp cực đại Emitter-Base Veb: 6 V

Dòng Collector tối đa Ic max: 1 A

Nhiệt độ hoạt động mối nối tối đa (Tj): 150 ° C

Điện trở có thể được cấu tạo từ nhiều thành phần riêng rẽ và có nhiều hình dạng khácnhau, ngoài ra điện trở còn có thể tích hợp trong các vi mạch IC Và được phân loạidựa trên khả năng chống chịu, trở kháng tất cả đều được các nhà sản xuất ký hiệutrên nó [7]

Hình 4 Điện trở [5]

1.5 Kết luận

Cùng với sự tiện ích và công dụng hữu ích mà mạch chuyển đổi logicmang lại Nhiều những kĩ sư đã áp dụng nó vào các hệ thống mạch lớn Để cóthể thiết kế và chế tạo mạch chuyển tín hiệu mức logic 12V sang 5V không cách

ly nguồn sử dụng transistor A1013, chúng ta cần:

+ Nguồn vào input là 12V và 5V và đèn báo tín hiệu

+ Sau khi đã có nguồn 5V cần thiết thì đén báo sáng

2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Sơ đồ nguyên lí hoạt động trên ProteusNguyên lý hoạt động của hệ thống như sau:

Khi cấp một nguồn 12V vào mạch

Trường hợp công tắc đóng thì có dòng điện chạy qua điện trở R2 đến chân B truyềnđến transitor A1013 qua điện trở R1 dòng điện đi qua Transitor A1013 phân cựcngược đóng vai trò giảm tín hiệu đã chuyển từ 12V xuống 5V suy ra Led báo sáng,đồng hồ vôn kế đo được khoảng 4.99V

Trường hợp công tắc mở , thì không có dòng điện 12V đi vào Khi đó nguồn 5V từchân E xuống điện trở R1 và xuống chân GND nên đèn không báo sáng đầu ra củamạch vôn kế đo được là 1.18V

2.2 Kết luận

Nguyên lý hoạt động dựa theo tính chất của transistor PNP Cùng với 3 điện trở, 1 transistor A1013 thì chúng ta đã có thể tạo được một mạch chuyển tínhiệu logic từ 12V sang 5V

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN

Khi công tắc mở, không có dòng 12V truyền vào mạch:

Mô phỏng mạch cứng 3D

3.1.1 Là mạch

Là mạch là một bước rất quan trong quyết định độ thành công của mạch Nên

mở max bàn là là khoảng 20 phút Là càng kĩ càng tốt nên là với lực vừa và là đều tay Tránh trường hợp bóc ra mực không ăn hết vào mạch đồng Sau khi là xong để mạch nguội tự nhiên rồi tiến hành bước tiếp theo là ăn mòn mạch đồng

3.1.2 Cho ăn mòn đồng

Để ăn mòn sử dụng bột sắt FeCl3 pha với nước với tỉ lệ khoảng 1:1 Nếu muốn phản ứng ăn mòn xảy ra nhanh thì nên sử dụng nước nóng nếu không có vẫn có thể thay thế bằng nước lạnh thời gian ăn mòn sẽ mất nhiều thời gian hơn

: Cho ăn mòn đồng

Ăn mòn đến khi phần không được phủ mực trở thành màu vàng kim thì được Tiếp theo là rửa mạch dùng dung dịch axeton để rửa sạch mực in trên mạch Sau khi rửa xong để mạch khô sau đó đến bước tiếp theo là khoan mạch.

3.1.3 Khoan mạch

Mũi khoan chọn loại có mũi 0.8 mm Khi khoan chắc tay với tốc độ vừa phải mũi khoan vuông góc với mạch và để mũi khoan thẳng đứng Khi khoan được một lỗ thì rút ra và thực hiện lại các bước với các lỗ khoan còn lại.

:Khoan mạch bằng máy khoan

3.1.4 Hàn linh kiện

Hàn mạch bằng mỏ hàn ta dùng thiếc nóng chẩy để gắn Để mỏ hàn nóng lên làm nóng chảy thiếc để hàn chân linh kiện Mối hàn tròn vừa đủ bao phủ chân linh kiện Hàn cẩn thận không để dây thiếc sang đường mạch khác có thể gây lên tình trạng chập mạch Đây là bước khá khó và nguy hiểm đòi hỏi người hàn phải cẩn thận, khéo léo, tỉ mỉ không dễ gây ra bỏng rát.

3.3.2 Về thực nghiệm

+ Chế tạo thành công tạo mạch chuyển tín hiệu mức logic 12V sang 5Vkhông cách ly nguồn sử dụng transistor A1013

+ Nâng cao kỹ năng vận hành thiết bị đo, dụng cụ điện tử, lắp mạch, cảithiện những vấn đề về sai số.

Tài liệu tham khảo

[1] [Online] Available: dien-tu-la-gi-lam-gi.

https://huongnghiepviet.com/nganh-nghe/nganh-dien-[2] [Online] Available: https://tktech.vn/transistor-pnp/.

[3] Sawdai, D.J (1999) INP-based NPN and PNP heterojunction bipolar transistor design, technology, and characterization for enhanced high-

frequency power amplification.

[4] Sloby, C (2020) “P,N,P, PNP, PNP,” Catalysis from A to Z [Preprint].

[5] [Online] Available: 160v-1a-dip-5c/.

https://linhkienstem.com/product/transistor-a1013-pnp-[6] [Online] Available: interface-a-5v-output-to-a-3-3v-input/.

https://next-hack.com/index.php/2017/09/15/how-to-[7] [Online] Available: https://thietbicambien.vn/dien-tro-la-gi/.