thiết kế mạch đo tốc độ động cơ hiển thị tốc độ

Hình dạng : Đặc điểm : Điện trở than là loại điện trở được sử dụng hầu hết trong các mạch điện, trị số của điện trở than thường thay đổi trong khoản 0,1Ω - 1,5MΩ và công suất tối đa l

ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆPTHIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ HIỂN THỊ

( N VÒNG/ PHÚT )

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới đã và đang ngày một văn minh, hiện đại hơn, sự phát triễn của điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết

bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao Từ nhu cầu trên các thiết bị điện tử đã du nhập vào thị trường Việt Nam ngày càng nhiều về số lượng cũng như chất lượng và trở nên phổ biến Điên tử trở nên một ngành khoa học đa nhiệm vụ đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng ở từng công trường, nhà máy, xí nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết cho hoạt động đời sống hàng ngày

Qua thời gian học ngành điện tử tin học , dưới sự chỉ bảo chu đáo và nhiệt tình giảng dậy của các thầy cô trong suốt thời gian qua làm đồ án tốt ngiệp không những là cơ

sở giúp chúng em kết thúc khóa học mà còn chứng tỏ khả năng

tiếp thu kiến thức và năng lực của mỗi người

Sau khi chọn đề tài chúng em cố gắng thực hiện cùng sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy mong sẽ đem lại kết quả tốt đẹp

Vì thời gian thực hiện đề tài có hạn và điều kiện cũng như năng lực còn nhiều hạn chế nên đề tài chắc chắn không thể tránh được những thiếu sót Kính mong sự góp ý của các thầy và các ban để cho đề tài này được hoàn thiện hơn và ngày càng ứng dụng rộng rãi trong thực tế

Đà nẵng, tháng 7 năm 2007Nhóm sinh viên thực hiện

Lê Huy Quang Thái Quốc Hưng

Phan Duy Rin

Hồ Ngọc Thảo

Nguyễn Trưởng

I/ Đặt vấn đề:

Trong thời đại ngày nay việc sử dụng các mạch điện tử nhằm đáp ứng các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hàng ngày Từ nhu cầu cầu trên các thiết bị điện tử không còn xa lạ đối với chúng ta, ở các thành phố việc sử dụng các mạch điện tử đem lại hiệu quả trong việc quản lý và điều hành các thiết bị máy móc , động cơ trong các nhà máy

xí nghiệp

II/Tầm quan trọng:

Về mặt khoa học: Đề tài trình bày những kiến thức cơ bản

Về mặt thực tiễn: Đề tài dễ sử dụng, hữu ích có thể áp dụng rộng rãi

III/ Giới hạn đề tài:

Do thời gian có hạn cũng như hạn chế về nhiều mặt nên đề tài dược hạn chế trong những nội dung sau:

-Cấu tạo, nhiệm vụ của các linh kiện điện tử trong mạch

-Nguyên lý hoạt động của mạch điện

- ứng dụng của mạch trong thực tế

IV/ Phương án lựa chọn

Trong đề tài mạch điện : Đo tốc độ động cơ hiển thị (vòng / phút) hiện nay có nhiều dạng mạch điều khiển.

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

Giới thiệu sơ lược các dặc điểm chính của một số Linh kiện sử dụng trong mạch: Điện trở - Tụ điện - Diod chỉnh lưu - biến áp nguồn - Diod ổn áp-Transistor - IC ổn áp -

Vi mạch khuyếch đại thuật toán – IC 4518 – IC 5411 – IC555 – IC 4093

1/ Điện trở :

Cấu tạo, đặc điểm, trị số, ký hiệu, đơn vị đo :

a Điện trở than :

Đây là loại điện trở mà người ta dùng bột than trộn với một loại keo cách điện theo một

tỉ lệ xác định sau đó ép thành từng thỏi hình trụ tròn hai đầu gắn 2 chân vòng kim loại, sau

đó người ta phủ bên ngoài 1 lớp nhựa tổng hợp có khả năng cách điện và toả nhiệt tốt Cuối cùng người ta dùng phẩm màu vẽ lên điện trở các vòng màu, để giúp được người sử dụng biết được trị số của điện trở

Hình dạng :

Đặc điểm :

Điện trở than là loại điện trở được sử dụng hầu hết trong các mạch điện, trị số của điện trở than thường thay đổi trong khoản 0,1Ω - 1,5MΩ và công suất tối đa là 2w Do công suất tương đối nhỏ cho nên trong các trường hợp mạch điện yêu cầu điện trở có công suất lớn thì điện trở than không đáp ứng được nên người ta phải sử dụng điện trở dây quấn có công suất lớn

đọc được trị số của nó Các vòng màu trên thân điện trở than và đựơc quy ước theo 1 mã màu “color code” quốc tế như sau :

Hai vòng đầu (A,B) chỉ trực tiếp 2 số đầu tiên của trị số Vòng thứ 3 (C) chỉ số zerotheo 2 số đầu

Đối với điện trở 4 vòng màu thì thứ 4(D) thường chỉ có 2 màu vàng kim hoặc bạc kim

b Điện trở dây quấn :

Đây là loại điện trở mà trong cấu tạo người ta dùng dây hợp kim “Ni-Cr” quấn nhiều vòng trên một lỏi hình trụ tròn hai đầu nối với 2 chân vòng kim loại Sau đó người tabọc bên ngoài một lớp sứ hoặc xi măng nhằm mục đích để cách điện và toả nhiệt

Đặc điểm : Đây là loại điện trở có công suất khá lớn khoảng vài chục W Do có

công suất lớn nên kích thước của điện trở dây quấn lớn hơn nhiều so với kích thước của điện trở than, trị số của điện trở dây quấn có thể thay đổi từ 0,1Ω đến vài MΩ

Trị số : Do điện trở dây quấn có kích thước rất lớn cho nên trị số của nó được ghi

trực tiếp lên thân của nó

c/ Biến trở (Variable Resistor) :

Đây là loại điện trở có trị số biến đổi được trong một giới hạn xác định Có cấu tạo gồm 3 chân trong đó có 2 chân nối với vòng bột than và một chân là chỗi tì và quét lên vòng bột than đó để cho ta các giá trị điện trở khác nhau, khi ta thay đổi vị trí của chổi quét

Kí hiệu :

Trị số : Đối với các biến trở có kích thước lớn thì người ta trực tiếp ghi trị số lên

thân của nó, còn đối với các biến trở có kích thước nhỏ thì người ta kí hiệu bằng 3 chữ số trong đó 2 chữ số đầu giữ nguyên còn chữ số thứ 3 là luỹ thừa cơ số 10 nhân thêm vào

d.Điện trở nhiệt (Thermistor):

Đây là loại điện trở có trị số thay đổi theo nhiệt độ, khi nhiệt độ càng tăng thì trị số càng giảm xuống thì trị số điện trở tăng lên

Kí hiệu :

e.Điện trở cầu chì (Fusistor) :

Đây là loại điện trở mà khi chế tạo người ta đã giới hạn dòng điện qua nó nếu vì một

lý do nào đó dòng điện qua điện trở cầu chì tăng quá mức giới hạn cho phép thì trị số của

nó sẽ giảm xuống ∞ lúc này điện điện trở bị đứt

Điện dung :

Khi đặt vào giữa 2 bản cực của tụ điện 1 nguồn điện DC, thì các điện tích từ nguồn

sẽ chảy vào và tích tụ trên 2 bản cực của tụ và hình thành giữa 2 bản cực này một hiệu điện

áp quá trình này gọi là quá trình nạp điện và tụ sẽ nạp cho đến khi điện áp giữa 2 bản cựccủa tụ bằng với điện áp của nguồn DC Lúc đó tụ được xem như một bình chứa điện hay làmột nguồn điện Lúc này nếu ta đặt giữa 2 bản cực của tụ một vật dẫn thì tụ sẽ phóng điện

từ bản cực dương qua vật dẫn về bản cực âm Quá trình này gọi là quá trình xả điện áp và

tụ sẽ xả điện cho đến khi điện áp giữa 2 bản cực bằng o Để đặc trưng cho khả năng nạp và

xả điện của tụ điện người ta dùng một đại lượng gọi là điện dung

Ký hiệu : C Đơn vị của tụ F đọc là Fara

1F = 106mF = 109hF = 1012rF

* Điện dung của tụ tuỳ thuộc vào 4 thông số sau :

- Bề mặt các bản cực : Bề mặt càng rộng thì điện dung càng lớn

- Khoảng cách giữa 2 bản cực là khoảng cách càng gần thì điện dung càng lớn

- Các lớp bản cực : Càng có nhiều lớp chồng lên nhau thì điện dung càng lớn

- Đặc tính của chất điện môi biểu thị bằng hằng số điện môi (K) với chuẩn K =

1 đối với không khí

Khi sử dụng ta cần lưu ý là điện áp đặc vào cực dương của tụ phải lớn hơn điện áp đặc vào cực âm Ngoài ra trên thân tụ hoá nhà sản xuất còn cho biết điện dung, điện áp làmviệc, nhiệt độ bảo quản Điện áp làm việc là điện áp lớn nhất mà ta đặc vào 2 bản cực

và điều hợp cần có tần số chính xác.

Ký hiệu :

Trị số :

Do kích thước của tụ thường rất nhỏ nên người ta không thể ghi trực tiếp lên thân tụ

mà người ta thường ký hiệu bằng các chữ số và cách đọc như sau : Nếu trên thân tụ có ghi

3 chữ số thì hai chữ số đầu giữ nguyên, chữ số thứ 3 là luỹ thừa cơ số 10 nhân thêm vào đơn vị rF

c Tụ xoay (Varialbe Capacistor) :

Đây là loại tụ mà các bản cực kim loại được ghắn xen kẻ nhau lên đế cố định và trụcxoay Khi ta điều chỉnh trục xoay thì một số bản cực sẽ thay đổi vị trí làm cho diện tích tiếp xúc giữa 2 bản cực thay đổi làm điện dung của tụ thay đổi Tụ xoay dùng để chọn đài trong máy thu thanh, có chất điện môi là không khí Khi xoay tụ chọn đài điện dung của tụ thay đổi làm thay đổi tần số thu Điện dung của tụ khoảng vài trăm PF Được dùng nhiều trong các mạch điều hưởng chọn tần số hoặc trong các mạch dao động cũ để thay đổi tần số

Ký hiệu :

3/ Biến áp :

Cấu tạo :

Gồm 2 hay nhiều cuộn dây quấn trên cùng một lõi sắt, các vòng dây được quấn cách

điện với nhau

Đặc điểm :

Biến áp hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng sinh ra dòng điện khi đặt vào 2 đầu cuộn dây sơ cấp một điện áp xoay chiều thì sẽ xuất hiện dòng điện và cuộn dây, cuộn dây sinh ra từ trường Vì chiều dòng điện biến đổi cho nên từ trường do cuộn sơ cấp gâp ra cũng biến đổi từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp và lúc này có thể xem như từ trường qua cuộn thứ cấp đã biến đổi, trong cuộn thứ cấp xuất hiện dòng điện Biến áp có nhiều loại :

a Theo cấu tạo :

- Biến áp tự ngẫu

- Biến áp cách ly

b Theo công dụng :

- Biến áp nguồn

- Biến áp đảo pha

- Biến áp xuất âm

tạo ra từ trường luôn biến đổi tập trung vào lõi sắt để đưa vào thứ cấp cho ra dòng AC để

sử dụng

Mối quan hệ giữa các đại lượng trong biến áp :

Gọi U1; I1;n1 lần lượt là hiệu điện áp, cường độ dòng điện, số vòng dây sơ cấp

U2; I2; n2 lần lượt là hiệu điện áp, cường độ dòng điện, số vòng dây thứ cấp

Ta có : = =

=

Hiệu điện áp 2 đầu cuộn dây tỷ lệ thuận với số vòng dây và tỷ lệ nghịch với cường độ

dòng điện qua cuộn dây

4.Diode

Cấu tạo :

Diode bán dẫn có cấu tạo gồm 2 miền bán dẫn P - N tiếp xúc với nhau và nối với 2

điện cực đưa ra bên ngoài

Điên cực nối với miền P gọi là Anode, Ký hiệu là A

Điên cực nối với miền N gọi là Cathode, Ký hiệu là K

Các loại Diode bán dẫn :

a Diode chỉnh lưu :

Đây là loại diode được chế tạo chủ yếu là phục vụ cho mạch chỉnh lưu điện áp Diode chỉnh lưuthường được cấu tạo tiếp mặt cho nên khả năng chịu đựng dòng điện và điện áp khá lớn Bán dẫn làm ra diode chỉnh lưu thường là silic

b Diode ổ : áp (diode Zener) :

Đây là loại diode mà khi chế tạo người ta ứng dụng hiệu ứng đánh thủng làm cho

Diode có khả năng ổn áp, trên thân của diode có ghi mức điện áp mà nó ổn áp Điều cần

lưu ý dể thực hiện chức năng ổn áp diode Zener phải được đặt ở chế độ phân cực nghịch

c Diode phát quang (Led):

Diode phát quang (Led) : Đây là loại diode mà khi có dòng điện qua nó thì nó sẽ

phát ra ánh sáng Diode phát quang, hện nay với công nghệ bán dẫn phát triển thì led có

nhiều màu sắc khác nhau như : Đỏ, xanh, trắng,vàng…với mức điện áp phân cực cũng

khác nhau như : 1,5v, 2,5v, 3v …

5 transistor : Có nhiều loại Transistor

Loại mối nối PN (BJT : Bipola junction Transistor) , thông thường là PNP và NPN, loại

đơn nối UJT (Unjunction Transistor), loại hiệu ứng điện trường (Fet : Field Effect

Transistor), loại hiệu ứng điện trường Oxide kim loại (Mos Fet : metal Oxide Field Effect

Transistor) Trước hết là loại căn bản và loại công dụng nhất là BJT

a transistor lưỡng cực bjt ( bipotar junction transistor) :

lẫn nhau

Miền E (Emiter) Cực phát : Đây là miền bán dẫn có nồng độ tạp chất cao

nhất, khả năng phát sinh ra các hạt mang điện

Miền C (Colector) Cực thu : Đây là miền bán dẫn nó nồng độ tạp chất trung bình.

Miền B (Bazơ) Cực khiển : Đây là miền có nồng độ tạp chất nhỏ nhất và bề dày rất

- Khi chưa có điện trường :

Vì vậy sẽ không có dòng điện chạy trong Transistor

áp VBE sao cho miền tiếp giáp giữa 2 cực B và E được phân cực thuận Lúc này các lỗ

hỗng mang điện tích dương tại miền E sẽ bị đẩy trần sang miền B tại đây chúng sẽ kết hợp

với các Electron của miền B để tạo ra dòng điện phân cực Ib Vì miền B là miền có nồng

độ tạp chất thấp cho nên giá trị dòng Ib rất nhỏ Do số lượng lỗ hổng mang điện dương tại

miền E rất lớn bề dày của miền B rất mỏng cho nên sau khi tràn qua miền tiếp giáp S1 các

lỗ hổng dư thừa sẽ tập trung tại miền tiếp giáp S2 Bây giờ nếu ta đặt giữa cực B và cực C

một điện áp sao cho miền tiếp giáp S2 được phân cực nghịch thì lúc này các lỗ hổng dư

thừa của miền E sẽ bị điện trường gia tốc đẩy tràn sang miền C và tạo thành dòng điện IC

Vì số lượng loå hổng dư thừa rất lớn cho nên dòng IC có giá trị rất lớn Khi dòng IC đã xuất

hiện thì có nghĩa là Transistor đã hoạt động

Như vậy để cho một Transistor hoạt động thì cần phải có 2 điều kiện :

- Phân cực thuận cho miền tiếp giáp để tạo ra dòng phân cực Ib

B-C để tạo ra dòng IC.

cực

Điện áp VCE gọi là điện áp tiếp tế để thoả mãn điều kiện phân cực nghịch cho miềntiếp giáp thì lVCEl > lVBEl

Khi ta thay đổi dòng Ib thì dòng IC sẽ thay đổi theo nhưng với số lượng lớn hơn chính vìvậy người ta gọi Transistor là bán dẫn có khả năng khuếch đại để biểu diễn mức độ khuếchđại của Transistor người ta dùng hệ số khuếch đại và giá trị này có thể biểu diễn theo côngthức sau : IC = .Ib

Hệ số khuếch đại của Transistor được nhà sản xuất qui định và đây là hệ số khuếch đạilớn nhất mà Transistor có thể khuếch đại

Vì dòng Ib và dòng IC đều xuất phát từ cực E của Transistor cho nên ta có Công thức : IE

Phân cực và ổn định nhiệt độ :

Phân cực là cách dùng điện trở ghép từ nguồn cực C để cách cho cực B thay thế nguồn

Vb Còn ổn định nhiệt là cách làm cho Transistor không nóng thêm khi nhiệt độ tăng.Nguyên tắc ổn định nhiệt là phải nối mạch phân cực Transistor sao cho khi nhiệt độ tănglên thì phân cực giảm để kéo theo dòng IC (Dòng IC giảm thì Transistor không còn nóngthêm nữa)

Đặc tuyến của Transistor :

a Đặc tuyến truyền đạt :

Đặc tuyến truyền đạt của Transistor là đồ thị nói lên mối quan hệ giữa điện áp ngõ

vào VBE và dòng ngỏ ra IC Từ đặc tuyến này ta có thể chia hoạt động của Transistor làm

3 vùng :

- Vùng ngưng dẫn : Đây là lúc điện áp VBE còn quá nhỏ dòng Ib xem như bằng 0, dòng

IC xem như bằng 0 Transistor không dẫn điện

IC sẽ thay đổi theo nhưng số lượng lớn hơn rất

nhiều Vì vậy ta gọi đây là vùng khuếch đại

- Vùng bão hoà : Đây là lúc dòng IC đã đạt giá trị cực đại Trong vùng này nếu ta tăng

dòng Ib thì dòng IC vẫn không thay đổi Khi Transistor dẫn bảo hoà thì cực C và cực E xem

như bị nối tắc

b Đặc tuyến ngỏ ra :

Đặc tuyến ngỏ ra là đồ thị nói lên mối

quan hệ giữa điện áp ngỏ ra VCE và dòng

điện ngỏ ra IC Tuy đặc tuyến ngỏ ra có vô số

điểm bất kì ta chỉ chọn được một trong vô số nhánh đó

Từ đồ thị mỗi nhánh ta thấy dòng IC chỉ xuất hiện khi điện áp ngỏ ra VCE >0 và dòng IC

phụ thuộc vào điện áp VCE

trong một khoảng thời gian rất ngắn sau đó dòng IC hầu như không thay đổi theo

điện áp VCE

- Vùng đánh thủng : Đây là lớp điện áp VDS đạt giá trị quá lớn kênh dẫn bị đánh

thủng do dòng điện quá lớn

Vài dạng transistor thực tế :

cách thay đổi mật độ các chất pha trộn và thể tích khối các cực : C,B,E sẽ cho ra những

Transistor cĩ các đặc tính khác nhau cĩ loại cho độ khuếch đại lớn hơn gấp 800 lần Cĩ

loại thích hợp với điệnn thế cao nhưng loại phổ biến và nhiều cơng dụng thường cĩ dịng

cực thu tối đa chỉ vài trăm mA Với Transistor khuếch đại cơng suất dịng cực thu cĩ thể

lên 30A Ngồi ra cịn cĩ lõi Transistor được chế tạo đặc biệt dùng với cao tần hoặc dùng

như loại contact điện tử đĩng mở đột ngột (dạng số)

lại với nhau để tăng cường hệ số khuếch đại và cơng suất

6.IC ổn áp:

Họ IC 78XX cung cấp điện áp ra cố định từ +5V đến +24V Ký hiệu XX để chỉ điện

áp ra Ví dụ 7805 là ổn áp 5V, 7824 là ổn áp 24V Sơ đồ mắc mạch trong thực tế:

C 2

-

-C 1

Uv

LM 7812 1

-Chân3 được nối với tải-Tụ C=0,1uF để cải thiện quá trình quá độ và lọc nhiễu tần số caoDịng điện đưa ra của họ 78XX thường < 1A

Họ 79XX tương tự như họ 78XX nhưng cho điện áp cố định từ -5V đến -24V

7.Khuếch đại thuật tốn (Op-Amp)

a) kí hiệu và các thông số cơ bản

Khuếch đại thuật toán là mạch khuếch đại tổ hợp có hệ số khuếch đại rất lớn, trở khángvào lớn và trở kháng ra nhỏ

Khuếch đại thuật toán đóng vai trò quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật khuếch đại, tạo tín hiệu sin, xung, trong bộ ổn áp và bộ lọc…Kí hiệu của Op-Amp như hình (7.1)

Hình 7.1: Ký hiệu của Op-Amp.

Ta có điện áp ngõ ra của Op-Amp là: Ur = Kd.Ud

Trong đó: - Kd: hệ số khuếch đại của Op-Amp

Op-Amp có thể cấp nguồn đối xứng hoặc có thể cấp nguồn đơn

Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng có các tính chất sau:

 Trở kháng vào ZV = ¥

 Trở kháng ra Zr = 0

 Hệ số khuếch đại Kd = ¥

b.Đặc tuyến truyền đạt:

Đặc tuyến quan trọng nhất của KĐTT là đặc tuyến truyền đạt, Theo đặc tuyến này

Ur chỉ tỉ lệ với Uv trong dải điện áp (Umin-Umax) nào đó Dãi điện áp này gọi là dãi biến đổi điện áp ra của KĐTT (hay miền tuyến tính) Ngoài dãi này, điện áp ra không thay đổi

và được xác định bằng các trị số Ur min, Ur max gọi là điện áp bão hoà, giá trị điện áp này không phụ thuộc vào điện áp vào và gần bằng trị số nguồn cung cấp (điện áp bão hoà này thường thấp hơn trị số nguồn từ 1V đến 3V về giá trị)

Ec