Giáo trình Điện tử ứng dụng (Nghề Điện công nghiệp Trình độ Cao đẳng)

5 Bài 1: LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC THEO NGUYÊN LÝ CẦU H M ục tiêu : - Trình bày được sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển động cơ DC lý theo nguy

LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC THEO NGUYÊN LÝ CẦU H

Phân tích sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ DC theo nguyên lý cầu H 5 1 Sơ đồ mạch điện

Bằng cách điều khiển 4 "công tắc" này đóng mở, ta có thể điều khiển được dòng điện qua động cơ cũng như các thiết bị điện tương tự

1.1.2 Phân tích sơ đồ mạch điện Đây là sơ đồ tổng quát của một mạch cầu H sử dụng transistor BJT

Một động cơ DC có thể quay thuận hoặc quay nghịch tùy thuộc vào cách bạn mắc cực âm và dương cho motor đó Ví dụ, động cơ DC có hai đầu A và B Nếu bạn nối A vào cực dương (+) và B vào cực âm (-) của nguồn thì động cơ quay theo chiều thuận (giả sử cùng chiều kim đồng hồ) Bây giờ bạn nối ngược lại, A vào (-) và B vào (+), động cơ sẽ quay nghịch ( giả sử ngược chiều kim đồng hồ).

Tương tự, khi ta đóng S1 và S4, ta đã cho A nối với cực dương (+) và B nối với cực âm (- ) của nguồn, một dòng điện chạy từ nguồn qua S1 qua động cơ qua S4 về mass làm động cơ quay theo chiều thuận.

Trong sơ đồ này, A và B là 2 cực điều khiển 4 diode có nhiệm vụ triệt tiêu dòng điện cảm ứng sinh ra trong quá trình động cơ làm việc Nếu không có diode bảo vệ, dòng điện cảm ứng trong mạch có thể làm hỏng các transistor

Transistor BJT được sử dụng nên là loại có công suất lớn và hệ số khếch đại lớn

Theo như sơ đồ trên, ta có A và B là 2 cực điều khiển được mắc nối tiếp với 2 điện trở hạn dòng, Tùy vào loại transistor bạn đang dùng mà trị số điện trở này khác nhau Phải đảm bảo rằng dòng điện qua cực Base của các transistor không quá lớn để làm hỏng chúng Trung bình thì dùng điện trở 1k Ohm

Ta điều khiển 2 cực này bằng các mức tín hiệu HIGH , LOW tương ứng là 12V và 0V

 Transistor BJT loại NPN mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng điện áp ở cực Collector, trong mạch đang xét hiện tại là 12V.

 Transistor BJT loại PNP mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng 0V.

Với 2 cực điều khiển và 2 mức tín hiệu HIGH/LOW tương ứng 12V/0V cho mỗi cực, có 4 trường hợp xảy ra như sau:

A ở mức LOW và B ở mức HIGH Ở phía A, transistor Q1 mở, Q3 đóng Ở phía B, transistor Q2 đóng, Q 4 mở Dó đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q1, qua động cơ đến Q4 để về GND Lúc này, động cơ quay theo chiều thuận Bạn để ý các cực (+) và (-) của động cơ là sẽ thấy. dòng điện trong mạch đi theo chiều hình vẽ

A ở mức HIGH và B ở mức LOW

9 Ở phía A, transistor Q1 đóng, Q3 mở Ở phía B, transistor Q2 mở, Q 4 đóng Dó đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q2, qua động cơ đến Q3 để về GND Lúc này, động cơ quay theo chiều ngược dòng điện trong mạch đi theo chiều hình vẽ

Khi đó, transistor Q1 và Q2 mở nhưng Q3 và Q4 đóng Dòng điện không có đường về được GND do đó không có dòng điện qua động cơ - động cơ không hoạt động

Khi đó, transistor Q1 và Q2 đóng nhưng Q3 và Q4 mở Dòng điện không thể chạy từ nguồn 12V ra do đó không có dòng điện qua động cơ - động cơ không hoạt động

Như vậy, để dừng động cơ, điện áp ở 2 cực điều khiển phải bằng nhau. Điều khiển tốc độ động cơ

Chỉ cần thay đổi điện áp đặt vào 2 cực điều khiển của mạch cầu H Để ý rằng:

 Hiệu điện thế giữa 2 cực điều khiển càng lớn thì động cơ chạy càng nhanh

 Động cơ chạy theo chiều thuận khi điện áp ở A nhỏ hơn B và ngược lại

Ngoài ra Sử dụng mạch cầu H trong IC SN754410

IC SN754410 là IC tích hợp mạch cầu H, có thể điều khiển cùng lúc 2 động cơ chạy theo

Một số thông số cơ bản như sau:

 Điện áp hoạt động tối đa: 36V

 Cường độ dòng điện tối đa cấp cho mỗi động cơ: 1.1A

 Cường độ dòng điện tối đa trong toàn mạch: 2A

 Công suất tỏa nhiệt tối đa: 2075mW

 Sơ đồ chân của IC SN754410

 Các chân M1 Forward và M1 Reverse là 2 chân điều khiển động cơ M1 của mạch cầu H

 Các chân M2 Forward và M2 Reverse là 2 chân điều khiển động cơ M2 của mạch cầu H

 M1 Enable và M2 Enable là 2 chân đóng ngắt động cơ M1, M2 Cấp điện áp LOW cho chúng để dừng động cơ và HIGH (5V) để cho phép động cơ hoạt động

 Motor Power IN là chân cấp nguồn cho động cơ hoạt động

 +5V là chân cấp nguồn 5V cho IC.

Nếu không tìm được IC SN754410, có thể sử dụng IC L293D với sơ đồ chân y hệt như vậy.

Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển động cơ DC theo nguyên lý cầu H 11 BÀI 2: L Ắ P RÁP VÀ KH Ả O SÁT M ẠCH TĂNG ÁP TỪ 12VDC – 220VAC DÙNG TRANSISTOR

Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư đúng nội dung bài học

Bước 1: Lựa chọn và kiểm tra linh kiện

Bước 2: Tiến hành lắp mạch

Bước 3: Kiểm tra và hiệu chỉnh

Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch

BÀI 2: LẮP RÁP VÀ KHẢO SÁT MẠCH TĂNG ÁP TỪ 12VDC – 220VAC DÙNG TRANSISTOR

- Trình bày đượ c sơ đồ m ạch điệ n, nguyên lý ho ạt độ ng c ủ a m ạch tăng áp từ 12Vdc – 220Vac dùng transistor

- Lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa được mạch tăng áp từ 12Vdc – 220Vac dùng transistor đúng yêu cầu kỹ thuật

- Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm

Phân tích sơ đồ nguyên lý m ạch tăng áp từ 12VDC – 220VAC dùng

2.1.2 Phân tích sơ đồ mạch điện

L ắ p ráp, kh ả o sát m ạch tăng áp từ 12VDC – 220VAC dùng transistor

 Mạch biến đổi điện áp từ 12VDC – 220VAC dùng Mosfet

M Ạ CH M ẠCH ĐIỀ U KHI Ể N VÀ KH Ố NG CH Ế

M ạ ch khi ển động cơ DC bằ ng LM317

a Phân tích sơ đồ mạch khiển động cơ DC bằng LM317

- Nguyên lý ho ạt độ ng: Mạch này đơn giản dùng để điều khiển động cơ bằng LM317

Tốc độ động cơ phụ thuộc vào R1 Đơn giản dễ lắp đăt b Lắp ráp, khảo sát mạch khiển động cơ DC bằng LM317

M ạch điề u khi ển động cơ DC dùng hồ ng ngo ạ i

a Phân tích sơ đồ mạch khiển động cơ DC dùng hồng ngoại

- Nguyên lý ho ạt độ ng: b Lắp ráp, khảo sát mạch khiển động cơ DC dùng hồng ngoại

M ạch điề u khi ển động cơ DC sử d ụ ng IC 555

a Phân tích sơ đồ mạch khiển động cơ DC sử dụng IC 555

+ Sử dụng 12VDC để cấp nguồn cho IC

+ Vm là nguồn cung cấp năng lượng cho động cơ và giá trị của nó phụ thuộc vào định mức điện áp của động cơ Vceo tối đa cho BD139 là 80V và vì vậy Vm không được vượt quá 80V

+ BD139 có thể xử lý dòng tối đa là 1,5A vì vậy không sử dụng động cơ tiêu thụ dòng điện quá 1,5A

+ BD139 nên có tấm tản nhiệt

Mạch dưới đây là mạch điều khiển động cơ DC đơn giản sử dụng NE555 Ngoài việc kiểm soát tốc độ động cơ, hướng quay của động cơ cũng có thể được thay đổi khi sử dụng mạch này

Mạch PWM hoạt động dựa trên bộ định thời NE555 NE555 được kết nối thành bộ đa hài không ổn định với chu kỳ làm việc có thểđược điều chỉnh bằng cách thay đổi giá trị biến trở R1 Đầu ra của IC1 được ghép nối với cực B của Q1 điều khiển động cơ theo tín hiệu PWM có sẵn ở cực B của nó Chu kỳ làm việc càng cao, điện áp trung bình trên động cơ sẽ cao dẫn đến tốc độ động cơ cao hơn và ngược lại Để thay đổi hướng động cơ DC sử dụng công tắc DPDT S1, trên ứng dụng chỉ thay đổi trang thái phân cực động cơ b Lắp ráp, khảo sát mạch khiển động cơ DC sử dụng IC 555

3.2 Mạch điều khiển và ổn định nhiệt

M ạch đóng mở qu ạ t t ự độ ng theo nhi ệt độ

a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch đóng mở quạt tựđộng theo nhiệt độ

- Nguyên lý ho ạt độ ng:

Mạch điện này sẽ tự động bật/tắt một quạt tản nhiệt 12V DC hoặc quạt tản nhiệt của CPU máy tính khi nhiệt độ quá/dưới mức cho phép Điều chỉnh nhiệt độ phù hợp thông qua biến trở VR1 Cảm biến nhiệt độ là trở nhiệt 10k (NTC-Negative temperature coefficient) IC LM311 có thể thay thế bằng OA tương đương, transistor cũng có thể thay thế loại có sẵn b Lắp ráp, khảo sát mạch đóng mở quạt tựđộng theo nhiệt độ

M ạch điề u khi ể n và ổn đị nh nhi ệt độ dùng LM35 + IC 741

a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và ổn định nhiệt độ dùng LM35 +

(m ạ ch n ầ y m ắc ngượ c chân + và - c ủ a Op-amp LM35 Vout ph ả i n ố i vào V+ và RV1/R1 n ố i vào V- LM35 áp là 10mV/C O 25C s ẽ là 250mV, và 40C là 400mV mu ố n Relay b ậ t lên ở 40C Chĩnh RV1 để V- s ẽ là 400mV.)

 Chức năng của cảm biến nhiệt độ IC LM35

LM35 là cảm biến tiêu hao điện năng thấp sử dụng điện áp 5V Cảm biến gồm có 3 chân,

2 chân nguồn, 1 chân tín hiệu ra dạng Analog

Chân dữ liệu của LM35 là chân ngõ ra điện áp dạng tuyến tính Chân số 2 cảm biến xuất ra cứ 1mV = 0.1°C (10mV = 1°C) Để lấy dữ liệu ở dạng °C chỉ cần lấy điện áp trên chân OUT đem chia cho 10

+ Chân 2: là chân OUTPUT dữ liệu dạng điện áp

 Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V

 Công suất tiêu thụ là 60uA

 Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC

 Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C

 Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải

 Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài khoảng -55°C tới 150°C

 Một số tính chất của cảm biến LM35:

 Đầu ra của cảm biến này thay đổi diễn tả tuyến tính

 Điện áp o / p của cảm biến IC này tỉ lệ với nhiệt độ Celsius

 Điện áp hoạt động từ -55˚ đến + 150˚C

 Được vận hành dưới 4 tới 30 vôn.

+ OPamp trong mạch làm nhiệm vụ so sánh

+ Nếu ap trên LM35 > ap V- thì ngõ ra =0v khi đó Q1 ko dẫn làm cho quạt quay

+ Nếu áp LM35< ap V- thi ngõ ra =vcc và Q1 dẫn làm cho quạt dừng

+ Nếu muốn thay đổi nhiệt độ quạt có thể thay đổi 2 biến trở b Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển và ổn định nhiệt độ dùng LM35 + IC741

Mở rộng: Thực hành đo nhiệt độ với LM35 cùng Arduino

Trước hết, cần chuẩn bị những thứ sau:

 1 cảm biến nhiệt độ LM35

VCC sẽ cắm 5V trên Arduino

 Signal sẽ cắm vào A0 trên Arduino

 Ground đương nhiên sẽ cắm vào Ground trên Arduino

2 Mạch ổn định nhiệt a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch ổn định nhiệt

+ R1 là nhiệt điện trở 15K @ 20 ° C, NTC

+ M1 là động cơ quạt 12V, 700mA

+ Các tụ điện C1có công suất 25V

+ Mạch được cấp nguồn từ pin 12V PP3 hoặc nguồn 12VDC

- Nguyên lý ho ạt độ ng: Đây là một mạch đơn giản hoạt động dựa trên hai transistor có thểđược sử dụng để điều khiển tốc độ của quạt 12V DC tùy thuộc vào nhiệt độ Ở mạch có nhiệt điện trở (R1) được sử dụng để cảm nhận nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng dòng qua cực B của Q1 (BC 547)

23 sẽ tăng, từ đó làm giảm điện áp tại cực C của cùng một transistor Do cực C của Q1 được mắc với cực B của Q2 (BD140), nên việc giảm điện áp cực C của Q1 chuyển tiếp làm sai lệch Q2 nhiều hơn dẫn đến sựthay đổi tốc độ của động cơ Ngoài ra, độ sáng của đèn LED tỷ lệ thuận với tốc độ của động cơ Nghĩa là khi tốc độ động cơ tăng thì led sẽ sáng hơn và ngược lại b Lắp ráp, khảo sát mạch ổn định nhiệt

3.3 Mạch bảo vệ quá áp dùng SCR

 Khái niệm về mạch điều khiển tín hiệu:

- Mạch điện tửdùng để thay đổi trạng thái của các tín hiệu, trạng thái hoạt động, chế độ làm việc của máy móc thiết bị… mạch đó gọi là mạch điều khiển tín hiệu

- Ví dụ: Sự thay đổi tắt, sáng của đèn giao thông, hệ thống báo cháy, màn hình làm việc của máy giặt, nồi cơm điện…

- Thông báo về tình trạng khi gặp sự cố: quá áp, quá tải, quá nhiệt độ, cháy nổ…

- Thông báo về những thông tin cần thiết cho con người thực hiện theo hiệu lệnh: đèn xanh, đèn đỏ, đèn giao thông…

- Làm các thiết bị trang trí điện tử: Bảng quảng cáo, biển hiệu…

- Thông báo về tình trạng hoạt động của máy móc: tín hiệu báo nguồn, âm lượng của âm thanh…

 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:

- Khối 1: Nhận lệnh: nhận tín hiệu từ cảm biến rồi chuyển đến khối xử lý

- Khối 2: Xử lý: điều chế tín hiệu theo một nguyên tắc nào đó rồi phát tín hiệu điều khiển đến khối khuếch đại

- Khối 3: Khuếch đại: khuếch đại tín hiệu này lên đến công suất cần thiết lên khối chấp hành

- Khối 4: Chấp hành: Phát tín hiệu cảnh báo: đèn, chuông… và chấp hành lệnh

- Sau khi nhận lệnh báo hiệu từ một cảnh báo cùa một cảm biến mạch điều khiển sẽ xử lý tín hiệu đã nhận, điều chế theo một nguyên tắc nào đó

- Sau khi xử lý xong tín hiệu được khuếch đại đến công suất hợp lý và đưa tới khối chấp hành

- Khối chấp hành sẽ phát lệnh báo hiệu bằng chuông, đèn, chữ.

M ạ ch báo hi ệ u và b ả o v ệ quá điệ p áp

a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch báo hiệu và bảo vệquá điện áp

- Phân tích sơ đồ m ạch điệ n:

+ BA: biếp áp hạ áp từ 220V xuống 15V để nuôi mạch điều khiển

+ Đ1, C: Điốt và tụ điện biến đổi điện xoay chiều thành một chiều câp cho mạch điều khiển

+ VR, R: chỉnh ngưỡng tác động khi quá áp

+ Đo và R2: Điốt ổn áp đặt ngưỡng tác động cho T1 và T2

+ T1, T2: Transistor điều khiển Rơ le hoạt động

+ K: Rơ le chuyển mạch ( K: cuộn day hút, K1: Tiếp điểm thường mở, K2: tiếp điểm thường đóng), đóng, cắt nguồn

 Trường hợp làm việc bình thường: Bình thường, điện áp bằng 220V, rơ le K không hút, tiếp điểm thường đóng K1 đóng điện cho tải làm việc bình thường

 Trường hợp khi quá điện áp:

+ Khi điện áp tăng cao biến trở VR nhận tín hiệu điện áp vượt ngưỡng làm việc của Đo, Đo cho dòng chạy qua

+ T1, T2 điều khiển Rơ le hoạt động, vì T1,T2 nhận tín hiệu dòng điện chay từ Đo khuếch đại dòng điện lên, cấp điện cho cuộn dây rơ le K, K tác động làm mở tiếp điểm K1, cắt điện tải bảo vệ mạch, đồng thời đóng tiếp điểm thường mở K2 làm đèn sáng, chuông kêu báo hiệu điện áp cao nên bị cắt điện

26 b Lắp ráp, khảo sát mạch báo hiệu và bảo vệ quá điện áp

M ạ ch b ả o v ệ quá áp dùng IC 7812 và Op – Amp

a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ quá áp dùng IC 7812 và Op –Amp

- Nguyên lý ho ạt độ ng: b Lắp ráp, khảo sát mạch bảo vệ quá áp dùng IC 7812 và Op –Amp

3 Mạch cảnh báo điện áp thấp dùng LM 317 a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch cảnh báo điện áp thấp dùng LM 317

Mạch điện giúp cảnh báo khi volt < 6 v Sơ đồ trên, gồm hai khối: một khối tạo nguồn có mức điện thếra điều chỉnh được từ 0-30v sử dụng ic lm317, một khối cảnh báo điện thế thấp hơn 6.2 v (khi điện thế thấp hơn 6.2v led D2 sẽ sáng lên, ở đây có thể lắp thêm một cái loa để cảnh báo bằng âm thanh) Mạch điện hoạt động trong khoảng điện thế 9v-12v b Lắp ráp, khảo sát mạch cảnh báo điện áp thấp dùng LM 317

4 Mạch tựđộng ngắt Ắc qui khi hết điện a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch tựđộng ngắt Ắc qui khi hết điện

29 b Lắp ráp, khảo sát mạch tựđộng ngắt Ắc qui khi hết điện

3.4 Mạch chiếu sáng an toàn

 Cảm biến ánh sáng Quang trở Điện trở quang (Light Dependent Resistor) hay còn gọi là quang trở hoặc pin cađimi sunphua ( CdS) Nó cũng được gọi là chất quang dẫn.

Về cơ bản, nó là một tế bào quang điện hoạt động theo nguyên tắc quang dẫn hay có nghĩa nó là một điện trở có giá trị điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng Nó được sử dụng nhiều trong các mạch cảm biến ánh sáng, mạch chuyển đổi,…

Một số ứng dụng của LDR như đồng hồ đo ánh sáng máy ảnh, đèn đường, radio đồng hồ, báo động ánh sáng, báo khói và đồng hồ ngoài trời.

1 Mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor

+ Khi che ánh sáng chiếu vào quang trở LDR, điện trở của quang trở là rất lớn thì transistor Q1 đóng và transistor Q2 thông, do đó LED D1 được nối đất: LED D1 sáng

+ Ngược lại: Khi có ánh sáng chiếu vào Quang trởLDR thì điện trở của quang trở giảm xuống nên có dòng chạy qua, làm Q1 dẫn, Q2 không dẫn, do đó đèn LED D1 tắt

+ Có thể thay đổi giá trị R3 để thay đổi độ nhạy của mạch b Lắp ráp, khảo sát mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor

 Mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor sử dụng nhiều đèn Led

 Mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor giao tiếp Relay điều khiển đèn 220v

2 Mạch cảm biến ánh sáng dùng Op - Amp a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến ánh sáng dùng Op - Amp

 Chức năng và sơ đồ chân của IC LM358

IC LM358 là bộ khuếch đại thuật toán chân cắm (DIP) kép công suất thấp, bộ khuếch đại này có ưu điểm hơn so với bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồn đơn

IC LM358 có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp 3V hoặc cao lên tới 32V LM358 có công suất cực máng thấp, tuy nhiên có độ lợi cao 100dB Cấu tạo bên trong của IC LM358 gồm 2 bộ khuếch đại thuật toán, tương thích với nhiều loại mạch logic khác nhau.

Các tính năng của khuếch đại thuật toán:

+ Bảo vệ quá áplối ra

+ Tầng khuếch đại vi sai lối vào

+ Dòng cung cấp lối vào thấp

+ Dải tín hiệu cùng pha mở rộng tới nguồn âm

+ Khi không có ánh sáng chiếu vào, quang trở có điện trở rất lớn, khi có ánh sáng chiếu vào, quang trở giảm điện trở đột ngột -> nguyên tắc chia áp có chân 2 và chân 3 + Op-amp so sánh áp tại 2 chân 2 và 3 tính toán áp tại chân 1 -> Trans dẫn và không dẫn -> Led chớp tắt b Lắp ráp, khảo sát mạch cảm biến ánh sáng dùng Op – Amp

 Sơ đồ mạch tựđộng mởđèn dùng Quang trở + OP – Amp giao tiếp với Relay điều khiển đèn 220V

Tiêu đề	Giáo trình Điện tử ứng dụng (Nghề Điện công nghiệp Trình độ Cao đẳng)
Trường học	Trường Cao Đẳng Nghề Cơ Giới Và Thủy Lợi
Chuyên ngành	Điện tử ứng dụng
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Long Nai

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	1,35 MB