Đề tài nghiên cứu và thiết kế mạch điều khiển đèn chiếu sáng và trạng thái dùng ic4017bc

3 Đặc tính của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều Theo công thức: I= Q T suy ra Q=I.t Đối với tụ điện , điện tích nạp được tính theo công thức : Đối với dòng điện xoay chiều hình sin ,

Như chúng ta đã biết, nền khoa học kỹ thuật phát triển gắn liền với sự phát triển của nhân loại

Xưa kia con người chỉ biết lao động sáng tạo ra những vật liệu và những công

cụ lao động rất thô sơ Thời gian phát triển tích luỹ kinh nghiệm cùng với sự tìm tòi sáng tạo, con người đã sáng tạo những công cụ lao động hiện đại hơn thay hẳn sức lao động của con người (các thiết bị bằng kim loại rồi các thiết bị máy móc hiện đại ), làm cho năng suất lao động tăng cao hơn rất nhiều

Không chỉ dừng lại ở những thành quả đó, con người tiếp tục tìm tòi sáng tạo

ra nhiều cái mới để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt vui chơi giải trí cho bản thânmình Những thành tựu của thế kỷ 21 ngày nay là kết quả của sự không ngừng tìm tòi sáng tạo đó

Những thành tựu đó phải nói đến các ngành khoa học kỹ thuật, nó là ngành mũinhọn của mỗi quốc gia, trong các ngành KHKT phát triển hiện nay:CNTT, Y Học, phải nói đến ngành KT Điện Tử, là ngành quan trọng đóng vai trò tất yếu trong tất cả các ngành CNTT , TTLL, Quân sự và các ngành chế tạo

Kỹ thuật Xung số là một trong những lĩnh vực rất phát triển hiện nay củangành KT Điện Tử

Kỹ thuật là môn học kỹ thuật cơ sở của ngành điện tử và điện tử công nghiệp , trong các trường ĐH,CĐ, Trung Học chuyên nghiệp , có vị trí khá quan trọng trong toàn bộ chương trình học của học sinh sinh viên của các

ngành học nói trên

2 Mục đích và nhiệm vụ :

Mục đích của đề tài là đề xuất một mô hình thích hợp cho ứng dụng mạch điện cơ bản trong nghiên cứu kỹ thuật xung số phục vụ đào tạo cho các khoá học tiếp theo và nghiên cứu cao hơn về ngành kỹ thuật xung số này cũng như tìm tòi sáng tạo nghiên cứu khoa học về ngành KT Xung số.

Để đạt được mục đích trên , đề tài chỉ ra những nhiệm vụ sau:

1.Tìm hiểu về một số linh kiện điện tử cơ bản

2.Xây dựng, thiết kế, tính toán,lắp ráp mô hình mạch điện 3.Thử nghiệm mô hình và đề suất các nghiên cứu tiếp theo

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các tài liệu đã được giảng dạy, từ các ý tưởng thực tế , linh kiện thiết bị có sẵn

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn nghiên cứu mô hình mạch điện kích đếm dùng IC CD4017BC trong kỹ thuật xung số cơ bản

4.Cơ sở tài liệu và trang thiết bị :

Đề tài đã sử dụng :

a.Các tài liệu do nhóm thu thập từ những tài liệu giảng dạy trong quá trình học tập cùng với những tài liệu tham khảo thu thập bên ngoài

b.Các thiết bị :

-các linh kiện điện tử

-Mỏ hàn , đồng hồ đo , và các vật liệu cần thiết trong quá trình lắp ráp và tạo ý tưởng

5 Phương pháp nghiên cứu:

+ý tưởng thiết kế mạch điện kích đếm dùng IC CD4017BC dựng trên mô hình thực tiễn là một hộp quảng cáo nháy sáng những hàng chữ đã thiết kế.+Tính toán thiết kế chính xác thời gian, chu kỳ, tần số của mạch điện

+Sử dụng linh kiện phù hợp với những tính toán thiết kế trên của mạch điện

6 Luận điểm bảo vệ:

Mô hình của đề tài phân thành 3 cấp:

+ở cấp độ nhỏ: Nghiên cứu thiết kế mạch dao động định thì dùng IC NE555

+ở cấp độ trung bình : Nghiên cứu tiết kế mạch kích đếm dùng IC

CD4017BC

+ở cấp độ lớn : Nghiên cứu tiết kế mạch kích đếm dùng IC CD4017BC với các đèn công suất lớn điều khiển ánh sáng những dòng chữ trong hộp quảng cáo.

7 Bố cục của đề tài:

Đề tài gồm các trang , hình, bảng, tài liệu tham khảo & phụ lục.Các phần và các chương của đề tài được sắp xếp như sau:

+Mở đầu

+Chương 1: Linh kiện điện tử cơ bản

+Chương 2: Thiết kế mạch điện , lắp ráp , phân tích mạch điện

+Chương 3: ứng dụng mô hình vào thực tiến

+Kết quả và những diễn biến trong quá trình lắp ráp,bài học kinh

nghiệm

+Kết luận và kiến nghị

Vòng 1

Vòng 3

Vòng 2

Màu nền Vòng 4 Hình dáng điện trở Chương 1: Linh kiện điện tử cơ bản Để có thể nắm vững về kiến thức điện tử cơ bản : về cấu tạo và nguyên lý làm việc của các linh kiện điện tử nhằm mục đích tính toán thiết kế mạch phục vụ đề tài nghiên cứu Ta sẽ tìm hiểu về một số linh kiện điện tử sau: i điện trở 1 : Điện trở than: Là loại điện trở sử dụng nhiều nhất trong các mạch điện Điện trở than là hỗn hợp của bột than và các chất khác , tuỳ tỷ lệ pha trộn mà điện trở có trị số lớn hay nhỏ Bên ngoài điện trở được bọc bằng một lớp cách điện Trị số điện trở được ghi bằng các vòng màu theo quy ước của Hoa Kỳ nên còn được gọi là điện trở Hoa Kỳ Hình dáng của điện trở than và các vòng màu như sau :

bảng quy ước màu sắc điện trở hoa kỳ

1 2 3 4 5

Vòng thứ hai Vòng thứ ba Vòng số 4(Số thứ nhất ) (Số thứ hai) (Số bội ) (Sai số )

Công suất của điện trở là trị số chỉ công suất tiêu tán tối đa của nó, nếu dòng điện đi qua điện trở cho ra công suất lớn hơn trị số này thì điện trở sẽ

bị cháy

Công suất của điện trở thay đổi theo kích thước lớn hay nhỏ với trị số gần đúng như sau :

- Công suất 1/4w có chiều dài khoảng 0,7 cm

- Công suất 1/2Wcó chiều dài khoảng 1 cm

- Công suất 1W có chiều dài khoảng 1,2 cm

- Công suất 2W có chiều dài khoảng 1,6 cm

- Công suất 4 W có chiều dài khoảng 2,4 cm

Những điện trở công suất lớn hơn thường là những điện trở dây quấn

3: Biến trở (Variable Resistor, viết tắt là VR)

Biến trở_ hay còn được gọi là chiết áp_được cấu tạo gồm một điện trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung, góc quay 2700 Có một trục xoay ở giữa nối với một con trượt được làm bằng than (cho biến trở dây quấn ) hay làm bằng kim loại có biến trở than, con trượt sẽ ép lên mặt điện trở để tạo kiểu nối tiếp xúc làm thay đổi trị số điện trở khi xoay trục

Hình dáng của biến trở con trượt

II Tụ điện ( Capacitor_C_)

1 Cấu tạo của tụ điện :

Tụ điện là một loại linh kiện thụ động, tụ điện bao gồm có hai bản cực làm bằng chất dẫn điện đặt song song nhau, ở giữa là một lớp cách điện gọi là điện môi Chất cách điện thông dụng để làm điện môi trong tụ điện là : Giâý, dầu , mica , gốm , không khí

Chất cách điện được lấy làm tên gọi cho tụ điện : Ví dụ tụ gốm , tụ mi ca

2 : Đặc tính của tụ điện với dòng điện một chiều

Giữa hai bản cực của tụ điện là lớp cách điện nên không có dòng điện đi qua tụ điện Do I=0 nên R=

U

I =vô cùng Như vậy tụ điện có sức cản là vô cực Ohm đối với dòng một chiều

Tuy mhiên khi khảo sát hiện tượng tĩnh điện lúc tụ điện được nối vào

nguồn DC, người ta nhận thấy :

- Điện tích âm ở cực âm của nguồn sẽ tích tụ ở bản cực bên dưới

- Điện tích dương ở nguồn sẽ tích tụ ở bản cực bên

Hiện tượng này được gọi là tụ nạp điện

3 Đặc tính của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều

Theo công thức: I=

Q

T suy ra Q=I.t Đối với tụ điện , điện tích nạp được tính theo công thức :

Đối với dòng điện xoay chiều hình sin , trị số tức thời của điện áp là :

u(t)=Um.sin ω t

Hệ thức liên hệ giữa dòng điện i(t)và điện áp uc là:

u(t)=

dq

dt =CUm ω cos ω t (gọi Im=CUm ω )

Linh kiện điện tử

Suy ra : i(t)=Im.sin (ωt + π

2)

Như vậy , dòng điện i(t) trên tụ cũng là một trị số thay đổi theo dòng điện xoay chiều hình sin

Đây là điện áp cực đại nạp được trên tụ

b Sức cản của tụ điện đối với AC

Định luật Ohm áp dụng trên điện trở cho ta công thức :

R=

U I

áp dụng công thức trên tụ điện đối với dòng xoay chiều ta có :

Dung kháng Xc của tụ điện tỉ lệ nghịch với tần số f và điện dung C

Dung kháng cũng có đơn vi tính là Ohm giống như điện trở

III Diod

1.DIOD bãn dẫn:

Khi chất bán dẫn đang trung hoà về điện mà vùng bán dẫn N bị mất

electron ( qua mắt nối sang vùng P) thì vùng bán dẫn N gần mối nối trở thành

có điện tích dương (ion dương), vùng bán dẫn P nhận thêm electron ( từ vùng

N sang) thì vùng bán dẫn P gần mối nối trở thanh có điện tích âm (ion âm) hiện tượng này tiếp diễn tới khi điện tích âm của vùng P đủ lớn đẩy electron không cho electrron từ vùng N sang P nữa

dùng một nguồn điện nối cực âm của nguồn vào chân P và cực dương củanguồn vào chân N của diod lúc đó, điện tích âm của nguồn sẽ hút lỗ trống của vùng P và điện tích dương của nguồn sẽ hút electron của vùng N làm cho lỗ trống và electron hai bên mối nối càng xa nhau hơn nên hiện tượng tái hợp giữaelectron và lỗ trống càng khó khăn tuy nhiên trường hợp này vẫn có một dòng điện rất nhỏ đi qua diod từ vùng N sang vùng P gọi là dòng điện rỉ trị số

khoảng A

dòng điện rỉ còn gọi là dòng điện boã hoà nghịch IS (saturate: bão hoà) dòng điện rỉ có trị rất nhỏ nên trong nhiều trường hợp người ta coi như diod không dẫn điện khi được phân cực ngược

b Phân cực thuận diod

Dùng một nguồn điện DC nối cực dương của nguồn vào chân P và cực âm của nguồn vào chân N của diod sẽ đẩy lỗ trống trong vùng P và điện tích âm của nguồn sẽ đẩy trong vùng N làm cho electron và lỗ trống lại gần mối nối hơn và khi lực đẩy tĩnh điện đủ lớn thì electron từ N sẽ sang mối nối qua P tái hợp với lỗ trống

Khi vùng N mất electron trở thành mang điện tích dương thì vùng N sẽ kéo điện thích âm từ cực âm của nguồn lên thế chỗ, khi vùng P nhận electron trở thành mang điện tích âm thì cực dương của nguồn sẽ kéo điện tích âm từ vùng

P về như vậy, đã có một dòng electron chạy liên tục từ cực âm của nguồn qua diod từ N sang P về cực dương của nguồn, nói cách khác, có dòng điện đi qua diod theo chiều từ P sang N

1.3.Đặc tính kỹ thuật:

Trên mạch thí nghiêm như hình, người ta đo dòng điện ID qua diod và điện

áp VD trên hai chân P và N của diod

đầu tiên phân cực thuận diod rồi tăng điện áp VDC từ 0V lên và khi trên diod đạt trị số điện áp là VD =V thì mới bắt đầu có dòng điện qua diod

ID = IS (e(q.Vd)/K.T –1) <=>ID = IS.(e(Vd / 26mV) –1)

V =0,15V  0,2V; VDmax =0,4V  0,5 V (chất Ge)

một số tài liệu kĩ thuật ghi là: V = 0,6V(Si)và V = 0,2 (Ge) nhưng thực tế thỡ khi VD nhỏ hơn 0,5 V (Si) hay 0,15V (Ge) là đó cú dũng điện đi qua diod sau khi vượt qua điện ỏp thềm V thỡ dũng điện qua diod sẽ tăng lờn theo hàm số

mũ và được tớnh theo cụng thức:

Khi phõn cực thuận:VD > V thỡ eVd /26 mV >> 1n nờn

ID = IS .eVd / 26 mV

Khi phõn cực ngược: VD < 0V thỡ eVd /26 mV <<1 nờn

ID  IS (IS: dũng điện bóo hoà nghịch)

khi phõn cực ngược diod rồi tăng điện ỏp VDC từ 0V lờn theo trị số õm chỉ cú dũng điện rỉ ( hay dũng điện bóo hoà nghịch) IS cú trị số rất nhỏ đi qua diod nếu tăng cao mức điện ỏp nghịch đến một trị số khỏ cao dũng điện qua diod tăng lờn rất lớn sẽ làm hư diod lỳc đú, nhiều electron ở vựng xung quanh mối nối bị bứt ra, đập vào cỏc electron lõn cận tạo hiện tượng thỏc đổ làm tăng mạnh dũng điện qua diod

điện ỏp ngược đủ để tạo dũng điện ngược lớn qua diod phải lớn hơn trị số VGmax

(reverse: ngược ) lỳc đú, diod sẽ bị đỏnh thủng nờn VRmax cũn gọi là điện ỏp đỏnh thủng của diod khi sử dụng diod phải đặc biệt chỳ ý đến trị số này

ngoài ra diod cũn một thụng số kĩ thuật quan trọng khỏc đú là IFmax (forward: thuận) là dũng điện thuận cực đại Khi dẫn điện, diod bị đốt núng bởi cụng thứcP=ID VD nếu dũng ID >trị số IFmax thỡ diod sẽ bị hư do quỏ nhiệt

Như vậy , một diod cú cỏc thụng số kỹ thuật cần biết khi sử dụng là :

Id

Vd Vy

Is

Vr max

Vd max

đặc tính vôn - am pe diod

Ký hiệu

Hình dáng

- chất bán dẫn chế tạo để có V và VDmax

- Dòng điện thuận cực đại IFmax

- Dòng điện bão hoà nghịch IS

- Điện ấp nghịch cực đại VRmax

Bảng tra cứu các diod nắn điện thông dụng :

2.1 cấu tạo – nguyên lý:

quang diod có cấu tạo bán dẫn giống như diod thường nhưng đặt trong vỏcách điện có một mặt là nhựa hay thuỷ tinh trong suốt để nhận ánh sáng bên ngoài chiếu vào mối nối P – N của diod, có loại dùng thấu kính hội tụ để tậptrung ánh sáng

đối với diod khi phân cực thuận thì dòng điện thuận qua diod lớn do dòng hạt tải đa số di chuyển, khi phân cực nghịch thì dòng điện nghịch qua diod rất nhỏ do dòng hạt tải thiểu số di chuyển

qua kinh nghiệm cho thấy khi phôtôn diod được phân cực thuận thì hai trường hợp mối nối P-N được chiếu sáng thì dòng điện nghịch tăng lên lớn hơn nhiều lần so với khi bị che tối do nguyên lý trên quang diod được sử dụng ở trạng thái ngược trong các mạch điều khiển theo ánh sáng

các thông số kĩ thuật của một phôtôn diod với trị số điển hình như sau:

- công suất tiêu tán cực đại: Pmax = 50mw

- dòng diện ngược khi tối: IR = 2A (0 Lux)

- dòng điện ngược khi sáng: IR = 7A (100 Lux)

- độ nhạy: S = 7nA/ Lux

- điện dung ký sinh: CD = 400pF

áp ngõ cộng Vi+) nên ngõ ra có V0= 0V ngược lại khi quang diod được

chiếu sáng thì transistor được phân cực nên dẫn điện, OP – AMP có V+

i >V i

-nên ngõ ra V0= + VCC và LED sáng

3.Các mạch nguồn chỉnh lưu

3.1.Mạch nắn điện bằng diod :

a.mạch nắn điện bán kỳ một pha :

điện áp ngõ vào Vi có giá trị hiệu dụng là VAC do mạch nắn điện bán kỳ nên điện áp ngõ ra là những bán kỳ dương giãn đoạn :

A D1

Vi=VAC IL Vo

B

hình 1điện áp một chiều trung bình ở ngõ ra:

Vo =

Vp

Π =0,318 VpVo=

√2

Π Vac=0,45Vachình trên là sơ đồ mạch và dạng sóng ở ngõ vào , ngõ ra của mạch nắn điện bán

kỳ Trong mạch này tải thuần trở và không có mạch lọc điện

Diod D được chon sao cho các thông số giới hạn là:

Imax>= 4 IL

VP max >= 2 2 VAC

b mạch nắn điện toàn kỳ một pha:

mạch nắn điện toàn kỳ một pha dùng cầu diod D1 đến D4 như sơ đồ hình 2:

khi điểm A có bán kỳ dương so với điểm B thì diod D1 dẫn điện qua tải

R rồi trở về nguồn qua diod D3 ( dòng điện có đường liền nét) Khi điểm B có bán kỳ dương so với điểm A thì diod D2 dẫn điện qua tải R rồi trở về nguồn qua diod D4 ( dòng điện có đường nét rời) như vậy 4 diod chia ra 2 cặp D1- D3

và D2- D4 luân phiên nhau dẫn điện nên điện áp ngõ ra là những bán kỳ dươngliên tục

điện áp trung bình một chiều ở ngõ ra là:

Phần tử điều khiển

V0 =Hằng số Vi

do các diod luân phiên nhau dẫn điện cấp dòng qua tải nên các diod được chon có các thông số giới hạn là:

a.mạch tạo ổn áp chuẩn:

Lấy điện áp từ nguồn chung ra một mức điện áp không đổi ,điện áp này gọi

là điện áp chuẩn VR (Reference) Điện áp chuẩn VR chính là cơ sở cho việc

ổn áp, điện áp ra V0 sẽ bị điều khiển trực tiếp bởi điện áp chuẩn

b.Mạch lấy điện áp mẫu:

Là mạch lấy điện áp ở ngõ ra đổi thành mức điện áp bằng hay gần bằng mức điện áp chuẩn, mức điện áp này gọi là mức điện áp mẫuVS (Sample) hay còn được gọi là điện áp hồi tiếp VF khi ngõ ra có điện áp bị thay đổi sẽ làm cho điện áp hồi tiếp nhỏ hơn hay lớn hơn điện áp chuẩn VR

c Mạch khuếch đại sai biệt :(Error Amplifier)

ISRS

V0

R

Vi

Mạch khuếch đại sai biệt còn được gọi là mạch khuếch đại so sánh mức điện

áp mẫu VS với điện áp chuẩn VR Điện áp ra sau mạch khuếch đại sai biệt dùng để thay đổi trạng thái dẫn điện của phần tử điều khiển

d Phần tử điều khiển:

Phần tử điều khiển thường là linh kiện điện tử công suất coi như một tổngtrở có giá trị tuỳ thuộc ngõ ra của mạch khuếch đại sai biệt Tuỳ thuộc cách thiết kế phần tử điều khiển mà mạch ổn áp được chia ra các loạinhư hình dưới:Trong mạch ổn áp nối tiếp phần tử điều khiển RS được mắc nối tiếp với điện trở tải RL Lúc này điện áp ra V0 :

V0 = Vi – (IL RS)theo công thức này để có V0 ổn định thì Vi tăng mạnh phải điều khiển làm cho

RS tăng và ngược lại

Trong mạch ổn áp song song phần tử điều khiển RS được mắc song song với điện trở RL Khi đó điện áp ra V0 được tính theo công thức :

V0=V0 – (IL + IS ) R (IS=V0/RS)Theo công thức này để có V0 ổn định thì Vi tăng mạnh phải điều khiển làm cho

IS tăng tức là RS giảm và ngược lại

Trong mạch ổn áp xung phần tử điều khiển chính là công tắc S được điều khiểnđóng hay ngắt nhờ mạch dao động tạo xung Khi công tắc S đóng thì điện áp ra

V0 =Vi , khi công tắc S hở thì V0=0 Thời gian công tắc đóng lại là ton , thời gian công tắc hở là toff Như vậy điện áp sẽ có mức trung bình là:

Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bc ết kế mạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ết kế mạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ết kế mạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc

Các chân ra của họ 78

1.GND 2.Output 3.Input

TO-39

1.GND

2 Input 3.Output

Hiện nay người ta còn chế tạp ra ổn áp 3 chân có thể điều chỉnh được điện

áp ra bằng mạch điều chỉnh đặt bên ngoài IC rất tiện dụng, khả năng điều chỉnhđiện áp ở ngõ ra của các loại IC này từ 1,2 đến 25 V

Dòng điện điều chỉnh Iadj có trị số rất nhỏ khoảng 50A đến 100A

Điện áp ra thay đổi được sẽ được tính theo công thức :

V0=1,25 v

IV.transistor cấu tạo và nguyên lý

1 cấu tạo của transistor

transistor là từ ghép của hai từ tranfer + resistor được dịch là điện chuyển” transistor là linh kiện bán dẫn gồm 3 lớp bán dẫn tiếp giáp nhau tạo thành 2 mối nối P-N

tuỳ theo cách sắp xếp thứ tự các vùng bán dẫn người ta chế tạo hai loại

để phân biệt với các loại transistor khác, loại transistor PNP và NPN còn được gọi là transistor lưỡng nối viết tắt là BJT (bipolar Junction transistor)

2 NGUYÊN Lý VậN CHUYểN CủA transistor

xét transistor loại NPN.

a thí nghiệm 1.

cực E nối vào cực âm cực C nối vào cực dương của nguồn D C, cực B để

hở (hình dưới) trường hợp này e trong vùng bán dẫn N của cực E và C, do tác dụng của lực tĩnh điện sẽ bị di chuyển theo hướng từ cực E về cực C Docực B để hở nên e từ vùng bán dẫn N của cực E sẽ không thể sang vùng bán dẫn P của cực nền B nên không có hiện tượng tái hợp giưã e và lỗ trống và

do đó không có dòng điện qua transistor

cực B nối vào điện áp dương của nguồn nên sẽ hút một số e trong vùng bán dẫn P xuống tạo thành dòng điện IB cực C nối vào điện áp dương cao hơn nên hút hầu hết electron trong vùng bán dẫn P sang vùng bán dẫn N củacực C tạo thành dòng điện IC cực E nối vào nguồn điện áp âm nên khi bán dẫn N bị mất electron sẽ bị hút electron từ nguồn âm lên thế chỗ tạo thành dòng điện IE.

hình mũi tên trong transistor chỉ chiều dòng e di chuyển, dòng điện quy ước chạy ngược dòng electrron nên dòng điện IB và I C đi từ ngoài vào

transistor, dòng điện IE đi từ transistor ra

số lượng electron bị hút từ cực E đều chạy sang cực B và cực C nên dòng điện IB và IC đều chạy sang cực E

b Ie

6.2

P N P

c trạng thái phân cực cho hai mối nối

về cấu tạo transistor NPN được xem như hai diod ghép ngược ( hình dưới) transistor sẽ dẫn điện khi được cung cấp điện áp các cực như thí

nghiệm 2 (hình trên) lúc đó, diod BE được phân cực thuận và diod D C được phân cực ngược

Theo hình trên , transistor PNP có cực E nối vào cực dương , cực C nối vào cực âm của nguồn DC, cực B để hở

Trường hợp này lỗ trống trong vùng bán dẫn P của cực E và C, do tác dụng của lực tĩnh điện, sẽ di chuyển theo hướng từ cực E về cực C Do cực

B để hở nên lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sẽ không thể sang vùng bán dẫn N của cực B nên không có hiện tượng tái hợp giữa lỗ trống và

electron, do đó không có dòng điện qua transistor

b thí nghiệm 4:

n

c e

b

ph©n cùc thuËn ph©n cùc nguîc

c

Ic Ib

b Ie

6.2

IC IE

Mạch thí nghiệm giống thí nghiệm 3 nhưng nối cực B vào một điện áp

âm sao cho :

VB <VE và VB>VC (hình dưới)

Trong trường hợp này vùng bán dẫn B và N của cực E và Bgiống như diod(gọi là diod BE) được phân cực thuận nên dẫn điện , lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sẽ sang vùng bán dẫn N của cực B để tái hợp với e Khi vùng bán dẫn N của cực B có thêm lỗ trống nên có điện tích dương Cực B nối vào điện áp âm của nguồn nên sẽ hút một số lỗ trống của vùng bán dẫn N xuống tạo thành dòng điện IB Cực C nối vào điện áp âm cao hơn nên hút hầu hết lỗ trống trong vùng bán dẫn N sang vùng bán dẫn P của cực

C tạo thành dòng điện IC Cực E nối vào nguồn điện áp dương nên khi vùng bán dẫn P bị mất lỗ trống sẽ hút lỗ trống từ nguồn dương lên thế chỗ tạo thành dòng điện IE

Hai mũi tên trong transistor chỉ chiều lỗ trống di chuyển , dòng lỗ trống chạy ngược chiều dòng electron nên dòng lỗ trống có chiều cùng chiều với dòng quy ước, dòng điện IB và IC từ trong transistor đi ra, dòng điện IE đi từ ngoài vào transistor

Số lược lỗ trống bị hút từ cực E đều chạy qua cực B và cực C nên dòng điện IB và IC đều từ cực E chạy qua

Ta có:

IE =IB+ IC

c.Trạng tháiphân cực cho hai mối nối:

Về cấu tạo transistor PNP được xem như hai diod ghép ngược (hình dưới) transistor PNP sẽ dẫn điện khi được cung cấp điện áp các cực như thí

nghiệm 4 (hình trên) lúc đó , diod BE được phân cực thuận và diod BC được phân cực ngược

IE IB

P NPN Đo CE

Hình trên là trường hợp đo điện trở thuận của các cặp chân của transistor đối với loại NPN và PNP Muốn đo điện trở ngược thì đổi đầu hai que đo Lưu ý là trong ohm kế có nguồn điện một chiều thường là pin tiểu 1,5V, đầu dương của pin lại nối ra dây âm và đầu âm của pin lại nối ra dây dương

Transistor Si Transistor Ge

Để phân biệt hai loại NPN và

PNP người ta dùng kí hiệu mũi

tên lên ở cực E để chỉ chiều dòng

điện IE (hình bên)

3.2 hình dạng :

Hình dáng các loại thông dụng :

BE Vài KΩ Vô cực Ω Vài trăm Ω Vài trăm Ω

Bảng kết quả đo trị số điện trở thuận , nghịch các cặp chân của transistor

4 ĐặC TíNH Kĩ THUậT CủA transistor

= 

Đặc tuyến IB/VBE có dạng giống như đặc tuyến của diod, sau khi điện áp của

VBE tăng đến trị số điện áp thềm V thì bắt đầu có dòng điện IB và dòng điện IB cũng tănng lên theo hàm số mũ như dòng ID của diod

ở mỗi điện áp VBE thì dòng điện IB có trị số khác nhau, ví dụ như sau:

(C) 0.65

gọi là độ khuếch đại dòng điện của transistor

độ khuếch đại dòng điện  thường có trị số lớn từ vài chục đến vài trăm lần.trong phần nguyên lý vận chuyển của transistor ta đã có :

IE = IB +IC

thay IC/IB =  hay IC = .IB

vào công thức trên ta có :

Nếu ở cực B không có điện áp phân cực đủ lớn (VB<V) thì dòng điện

IB=0 và I C=0, do đó, đầu tiên phải tạo điện áp phân cực VBE, để tạo dòng IB, sau

đó tăng điện áp VCE để đo dòng điện IC

khi tăng VCE từ 0V lên, dòng điện IC tăng nhanh và sau khi đạt trị số IC=.IB thì gần như ICkhông thay đổi mặc dù VCE tiếp tục tăng cao Muốn dòng điện IC

tăng cao hơn thì phải tăng phân cực ở cực B để có IB tăng cao hơn, khi đó dòng

IB sẽ tăng theo VCE trên đường đặc tuyến cao hơn

hình (d) được gọi là họ đặc tuyến IC/VCEtheo dòng điện IB

4.4 các thông số kĩ thuật của transistor

đặc tính kĩ thuật của transistor, ngoài 3 đặc tính quan trọng vừa xét còn có một số các thông số kĩ thuật có ý nghĩa giới hạn mà cần phải biết khi sử dụng transistor

a độ khuếch đại dòng điện 

độ khuếch đại dòng điện  của transistor thật ra không phải là một hằng

số mà  có trị số thay đổi theo dòng điện IC

hình dưới cho thấy khi dòng điện IC nhỏ thì  thấp, dòng điện IC tăng thì  tăng đến giá trị cực đại max nếu tiếp tục tăng IC đến mức bão hoà thì  giảm



Hình (e)

b biện áp giới hạn

điện áp đánh thủng BV(Breakdown Voltage) là điện áp ngược tối đa đặt vào giữa các cặp cực, nếu quá điện áp này thì transistor sẽ bị hư có 3 loại điện áp giới hạn:

- BV CEO: điện áp đánh thủng giữa C và E khi cực B hở

- BVCEO:: điện áp đánh thủng giữa C và B khi cực E hở

- BVEBO: điện áp đánh thủng giữa E và B khi cực C hở

c điện áp giới hạn:

dòng điện qua transistor phải được giới hạn ở một mức cho phép, nếu quatrị số thì transistor sẽ bị hư

ta có ICmax là dòng điện tối đa ở cực G và IBmax là dòng điện tối đa ở cực B

d công suất giới hạn:

khi có dòng điện qua transistor sẽ sinh ra một công suất nhiệt làm nóng

transistor, công suất sinh ra được tính theo công thức : PT=IC.VCE

Mỗi transistor đều có một công suất giới hạn được gọi là công suất tiêu tántối đa PDmax (Dissolution) Nếu công suất sinh ra trên transistor lớn hơn công suất PDmax thì transistor sẽ bị hư

VI =0v

RC +VCC

RB

V0 IC

Transistor bão hoà

transistor PNP cũng có các đặc tuyến ngõ vào đặc tuyến truyền dẫn, đặc tuyến ngõ ra và các thông số kỹ thuật tương tự như transistor NPN nhưng các giá trị điện áp và dòng điện đều là trị số âm

6 Trạng thái ngưng và dẫn của trasisto

Một transisto có thể làm việc như một khoá điện tử để đóng và ngắt mạch điện Trạng thái đóng hay ngắt của transisto tuỳ thuộc vào mức điện áp phân cực cho B của nó

Trong hình dưới, transistor có điện áp VI =0V nên VB =0V, transistor không được phân cực nên ngưng dẫn Trạng thái này transistor có IB =0 và IC=0

Điện áp ngõ ra ở cực C của transistor là: V0=VC=VCC –IC.RC (với IC=0)

Suy ra : V0=VCC

Như vậy, ngõ vào VI có mức thấp, ngõ ra V0 có mức cao

6.2 Trạng thái dẫn bão hoà

Để transisto chuyển tư trạng thái ngắt, như hình 1-6, sang trạng thái dẫn bão hoà thì ngõ vào phải được cấp 1 điện áp đủ lớn sao cho điện áp VB lớn hơn một mức ngưỡng để transisto được phân cực bão hoà Điện áp này được gọi là

VBesat có trị số tuỳ thuộc chất bán dẫn chế tạo transisto

VCC - VCEsat RC

VI – VBEsat IB

A

Ta có : VBesat0,7V 0,8V (transisto chất silicium)

VBesat0,3V (transisto chất germanium)Trong mạch điện hình trên, điện trở RC được coi là điện trở tải để xác định dòng điện IC qua transisto Như đã biết, khi transisto chạy ở trạng thái bão hoà thi cực C có điện áp là :

VC=VCesat0,1V0,2VNhư vậy dòng điện IC được tính theo công thức :

ICsat=

Khi có dòng điện tải IC, phải tính dòng điện cần thiết cung cấp cho cực B

để chọn trị số RB thích hợp Thông thường ta có :

IB = I C /  ( :độ khuếch đại dòng điện)

Trường hợp cần cho transistor chạy bão hoà vững (bão hoà sâu) thì có thể tính dòng điên IB theo công thức:

IB=k I C /  (k là hệ số bão hoà sâu, k  25.)

Điện trở RB được chọn theo công thức:

Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bc ết kế mạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ết kế mạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ết kế mạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc

K

KCấu tạo của SCR

V.2.nguyên lý vận chuyển của SCR

để phân tích nguyên lí vận chuyển của SCR người ta có thể xem SCR như

2 transistor gồm một transistor PNP và một transistor NPN ghép lại theo kiểu cực C của NPN nối với cực B của PNP và ngược lại cực C của PNP nốicực B của NPN

a trường hợp cực G để hở hay V G = 0V:

khi cực G có VG= 0V có nghĩa là transistor T1 không có phân cực ở cực Bnên T1 ngưng dẫn khi T1 ngưng dẫn, IB1 = 0, IC1=0, nên IB2=0 và T2 cũng ngưng dẫn như vậy trường hợp này SCR không dẫn điện được dòng điện qua SCR là IA=0 và VAK  VCC

tuy nhiên khi tăng điện áp nguồn Vcc lên mức đủ lớn là điện áp VAK tăng theo đến điện áp ngập VB0 ( Break – over) thì điện áp VAK giảm xuống như diodvaf dòng điện IA tăng nhanh lúc này SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện dòng điện ứng với lúc điện áp VAK bị giảm nhanh gọi là dòng điện duy trì IH ( Holoding) Sau đó , đặc tính của SCR giống như một điod nắn điện

VAKVBR

VR

VCC - VAK RL

VCC RL

Tên A

mà không cần có dòng IG liên tục

Ta xó :

IC1=IB2 và IC2=IB1

Theo nguyên lý này dòng điện qua hai transistor sẽ được khuếch đại lớn dần

và hai transisto chạy ở trạng thái bão hoà , khi đó điện áp VAK giảm rất nhỏ (0,7V) và dòng điện qua SCR là:

IA 

Qua thực nghiệm cho thấy khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì điện áp ngập VBOcàng thấp tức là SCR càng dễ dẫn điện Hình trên làđặc tính của SCR với ba trường hợp IG=0 và IG2 > IG1 >0

c.Trường hợp phân cực ngược SCR:

Phân cực ngược SCR là nối cực A vào cực âm và cực K vào cực dương của nguồn VCC Trường hợp này giống như một diod bị phân cực ngược , SCR sẽ không dẫn điện mà chỉ có dòng điện rỉ rát nhỏ đi qua Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn thì SCR sẽ bị đánh thủng và dòng điện qua theo chiềungược Điện áp ngược để đủ đánh thủng SCR là VBR Thông thường trị số VBR

và VBO bằng nhau và ngược dấu

V.3 Kí hiệu và hình dáng của SCR

V.4.Các thông số kĩ thuật của SCR

Khi sử dụng SCR phải biết các thông số kĩ thuật quan trọng để tránh làm hư

SCR do dùng sai khổ chỗ hay do vượt quá các giới hạn cho phép

Đây là trị số lớn nhất của dòng điện qua SCR mà SCR có thể chịu đựng liên tục quá trị số này SCR bị hư khi SCR đã dẫn điện VAK khoảng 0.7V nên dòng điện thuận qua SCR có thể tính theo công thức:

I A =

Vcc−0,7v Rl

b.Điện áp ngược cực đạ i :VBR

Đây nlà điện áp ngược lớn nhất có thể đặt vào giữa A và K mà SCR chưa

bị đánh thủng, nếu vượt qua trị số này SCR sẽ bị phá huỷ Điện áp ngược cực đại của SCR thường khoảng 100V đếnd 1000V

c.Dòng điện kích cực G cực tiểu :IGmin

Để SCR có thể dẫn điện trong trường hợp điện áp VAK thấp thì phải có dòng kích cho cực G của SCR Dòng IGmin là trị số dòng kích nhỏ nhất đủ điều khiển SCR dẫn điện và dòng IGmin có trị số lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào công suất của SCR, nếu SCR có công suất càng lớn thì IGmin phải càng lớn Thông thường

IGmin từ 1mA đến vài trục mA

d.Thời gian mở SCR:

Là thời gian cần thiết hay hay độ rộng của xung kích để SCR có thể

chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn Thời gian mở khoảng vài micrô giây

e.Thời gian tắt :

Theo nguyên lý SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được

kích Muốn SCR đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái ngưng thì phải cho IG = 0 và cho điện áp VAK =0 Để SCR có thể tắt được thì thời gian cho

VAK = 0 phải đủ dài, nếu không khi VAK tăng lên cao thì SCR sẽ dẫn điện trở lại Thời gian tắt của SCR khoảng vài trục microo giây

c khi triac được dùng trong mạch điện xoay chiều công nghiệp thì nguồn

có bán kì dương cực G cần được xung kích dương, khi nguồn có bán kì âm cực G cân được xung kích âm triac cho dòng diện qua cả hai chiều và khi

đã dẫn điện thì điện áp trên hai cực T1 – T2 rất nhỏ nên dược coi như công tắc bán dẫn dùng cho mạch điện xoay chiều (hình3)

theo phần nguyên lý của triac thì triac cần được kích xung dương khi cực

T2 có điện áp dương và cần được kích xung âm khi cực T2 có điện áp âm

thực ra triac có thể kích bằng 4 cách như hình dưới trong đó cách thứ nhất

và cách thứ 2 được coi là cách kích thuận vì đúng theo nguyên lý và chỉ cần dòng điện kích trị số nhỏ hơn so với cách thư 3 và cách thứ 4

vii.opto -COUPLERS

trong các hệ thống tự động điều khiển công suất thường có điện áp cao

khoảng 200V – 380V, có trường hợp 660V hay 1000V, trong khi các mạch điều khiển thường có điện áp thấp như các mạch lôgic, máy tính ha các hệ thống phải tiếp xúc với con người Để tạo sự cách điện người ta chế tạo ra các

bộ ghép quang

1 Cấu tạo – Nguyên lý:

Bộ ghép quang gồm có hai phần gọi là sơ cấp và thứ cấp Phần sơ cấp là một diod loại GaAS phát ra tia hồng ngoại, phần thứ cấp là một quang transistor loại

Si Khi được phân cực thuận, diod phát ra bức xạ hồng ngoại chiếu lên trên mạch của quang transistor

Bộ ghép quang hoạt động theo nguyên lý :Tín hiệu điện được sơ cấp là LEDhồng ngoại (phần phát) đổi thành tín hiệu ánh sáng.Tín hiệu ánh sáng được phần thứ cấp là quang transistor (phân nhận )đổi lại thành tín hiệu điện

- bộ ghép quang có thể làm việc với dòng điện một chiều hay tín hiệu xoay chiều có tần số cao

- điện trở cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp có trị số rất lớn thường khoảng vài chục đến vài trăm mêgaôm đối với dòng điện một chiều

- hệ số truyền đạt dòng điện (current Transfere Ratio) là tỉ số phần trăm của dòng điện ra ở thứ cấp IC với dòng điện vào ở sơ cấp IF Đây là thông số quan trọng nhất của bộ ghép quang thưòng có trị số từ vài trục phần trăm đến vài trăm phần trăm tuỳ loại bộ ghép quang.

3 các loại bộ ghép quang:

a bộ ghép quang transistor (OPTO – Transistor)

thứ cấp của bộ ghép quang này là photo transistor loai Si đối với bộ ghép quang transistor có 4 chân thì transistor không có cực B trường hợp bộ ghép quang transistor có 6 chân cực B được nối ra ngoài như hình

Bộ ghép quang không có cực B có lợi điểm là: có hệ số truyền đạt lớn, tuy nhiên loại này có nhược điểm là độ ổn định nhiệt kém

nếu nối giữa cực B và E một điện trở thì các bộ ghép quang transistor là

bộ ghép quang làm việc khá ổn định với nhiệt độ nhưng hệ số truyền đạt lại

bị giảm sút

b.bộ ghép quang Darlington – transistor:

bộ ghép quang vớ quang Darlington – transistor có nguyên lý như bộ ghép quang với quangtransistor nhưng với hệ số truyền đạt lớn hơn vài trăm lần nhờ tính chất khuếch đại của mạch Darlington

bộ ghép quang loại này có nhược điểm là bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ rất lớn nên thường được chế tạo có điện trở giữa chân B và E của transistor sau để

ổn định nhiệt

5 2

4 3

Quang trở Darlington Transistor

- một vài thông số đặc trưng của các bộ ghép quang transistor :

- loại quang transistor 4N35 có:

IF=10 mA + hệ số truyền đạt dòng điện 100% - BVCE0 = 30 V

- loại quang Darlington transistor ILD 32 có:

IF =10mA – hệ số truyền đạt dòng điện 500% - BVCE0 = 30V

c bộ ghép quang với quang thyristo ( OPTO-thyristo)