MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG
Giới thiệu
1.1 Giới thiệu các loại thiết bị cảm nhận ánh sáng
Cảm biến là thiết bị có khả năng nhận biết và phản ứng kịp thời với các biến đổi trong môi trường Cảm biến ánh sáng, một loại cảm biến đặc biệt, giúp nhận diện sự thay đổi của ánh sáng từ môi trường bên ngoài mà nó có thể cảm ứng được.
-Mạch tự động mở đèn đường
-Mạch báo người ra vào cửa, mạch đếm sản phẩm
Hệ thống đèn điện trên đường cao tốc tự động sáng vào ban đêm nhờ vào công nghệ cảm biến ánh sáng Các đèn này được trang bị công tắc cảm ứng, được cài đặt sẵn để hoạt động theo thời gian và mức độ ánh sáng môi trường xung quanh, giúp tiết kiệm năng lượng và đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông.
Hình 1.1.Ứng dụng cảm biến ánh sáng cho đèn đường
Hình 1.2.Tự động bật đèn khi trời tối, tắt đèn khi trời sáng
Hình 1.3.Công tắc cảm biến ánh sáng
1.2.Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển ánh sáng
Thay đổi độ sáng của đèn dựa vào độ sáng môi trường bên ngoài (VD: Mặt trời, đèn) mà cảm biến quang (quang trở) nhận được
Quang trở là một loại điện trở có khả năng thay đổi giá trị tùy thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào Trong bóng tối, điện trở của quang trở rất lớn và sẽ giảm dần khi nhận được nhiều ánh sáng hơn Để tối ưu hiệu suất, quang trở nên được đặt ở vị trí có thể nhận ánh sáng tốt nhất.
Khi độ sáng môi trường thay đổi, giá trị của quang trở cũng sẽ thay đổi tương ứng Vi điều khiển sẽ đọc các giá trị điện trở này để điều khiển góc kích mở của triac, từ đó điều chỉnh điện áp cung cấp cho bóng đèn.
Để chuyển đổi điện áp từ 220VAC xuống 5VDC cho vi điều khiển, cần sử dụng biến áp hạ điện áp từ 220VAC thành 12VAC, sau đó qua cầu diode để chuyển đổi sang 12VDC Tiếp theo, mạch ổn áp 5VDC sẽ ổn định điện áp xuống 5V Để đảm bảo mạch điều khiển không bị ảnh hưởng bởi điện áp 220VAC, việc sử dụng optor để cách ly là cần thiết.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện
2.1.Khảo sát các linh kiện thụ động
Chọn điện trở có giá trị phù hợp theo sơ đồ nguyên lý và đọc giá trị qua mã màu, với công suất từ 1/4W đến 3W Việc bố trí điện trở đúng giá trị công suất cần dựa vào vị trí của nó trên sơ đồ nguyên lý.
Để chọn đúng giá trị tụ, cần tham khảo sơ đồ nguyên lý và đọc giá trị của từng loại tụ Sử dụng VOM để kiểm tra khả năng nạp, xả của tụ và xác định xem tụ có bị nối tắt mạch hay không.
2.2.Khảo sát các linh kiện quang
Quang trở là loại điện trở có giá trị giảm dần khi ánh sáng chiếu vào mạnh hơn Trong điều kiện tối, điện trở thường vượt quá 1M, nhưng khi được chiếu sáng mạnh, giá trị này có thể giảm xuống dưới 100 ôm.
Hình 1.6 Ký hiệu và hình dạng quang trở
2.3 Khảo sát sơ đồ chân IC
Hình 1.7 Cấu tạo bên trong của MOC 3021
MOC 3021 bao gồm 6 chân với cấu trúc bên trong tích hợp một diode và diac Khi điện áp ở chân 1 lớn hơn điện áp ở chân 2, dòng điện sẽ chạy từ chân 1 qua chân 2, khiến diode phát quang và kích hoạt diac dẫn điện.
Hình 1.8.Sơ đồ chân BT136
Phân tích hoạt động của mạch
Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý mạch
3.2.Chức năng linh kiện Điện trở R5, LDR, R6,VR1 phân cực cho transistor Q2, trong đó LDR1 đóng vai trò như 1 cảm biến ánh sáng, VR1 giúp cho sự phân cực tại chân B Q2 được nhạy hơn
R5 phân cực cho cực C Q2 đồng thời tạo điện áp chân B của Q1.
-MOC 3021 đóng vai trò như phần cách ly giữa phần điện áp 1 chiều cấp cho mạch và phần điều khiển đèn hoạt động ở nguồn 220VAC
-Tụ C1 có tác dụng giãm áp từ nguồn 220VAC xuống còn khoảng 15VAC cấp cho cầu Diode để nắn điện AC thành DC
-Diode zener 12V đóng vai trò ghim áp để bảo vệ cho các linh kiện transistor, MOC 3021,…
3.3.Nguyên lý hoạt động mạch
Khi cấp điện áp cho mạch và ánh sáng chiếu vào LDR, điện áp tại chân B của Q2 không đủ 0,6V, khiến Q2 không dẫn, dẫn đến Q1 cũng không dẫn, làm cho MOC 3021 không hoạt động và triac BT136 không được kích, do đó đèn không sáng Ngược lại, khi không có ánh sáng chiếu vào LDR, Q2 dẫn, kéo theo Q1 dẫn, làm MOC 3021 hoạt động, kích triac BT136 và đèn sáng.
4.Các bước thực hiện mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng
4.1.Chuẩn bị vật liệu dụng cụ và thiết bị a.Vật liệu
Linh kiện: điện trở, biến trở, tụ, đèn, quang trở, diode, transistor, MOC 3021,
BT 136 có giá trị và số lượng theo như sơ đồ nguyên lý b.Dụng cụ:
- Máy đo: VOM, máy hiện sóng…
- Bộ dụng cụ sửa chữa điện tử: kềm cắt, mỏ hàn, chì hàn, vít… c.Thiết bị:
Mô hình thực hành điện tử ứng dụng
Các thiết bị hỗ trợ khác: máy khoan, mỏ hàn…
- Vẽ Mạch in hoặc ủi mạch in có sẳn
- Gắn và hàn linh kiện
- Kiểm tra hoạt động của mạch
MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG
Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng sử dụng IC 555 từ nguồn điện 220VAC yêu cầu lắp đặt hai domino loại lớn màu đen để kết nối dây cấp điện và dây ra đèn.
Dây điện cấp nguồn và dây nối bóng đèn cần có tiết diện đủ lớn để tải dòng điện IC 555 được sử dụng để điều khiển rơ le thông qua quang trở, trong khi diode zener 12V/1A đảm bảo mạch hoạt động ổn định.
Sơ đồ mạch in như sau:
2 Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng sử dụng transistor BC547 và C1815 sử dụng nguồn điện 220VAC và nguồn cấp 12VDC cấp cho rơ le 12V Đặc diểm của các mạch này khi sử dụng nguồn điện 220VAC để cấp thì mạch luôn có sự hiện diện của tụ không cực tính 474j/400v, hay 155/400V đóng vai trò làm giãm áp DC sau khi điện đi qua cầu diode để cấp điện cho mạch
Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng sử dụng nguồn 12VDC
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục:
1 Đèn không sáng -Do hư hỏng bóng đèn
- Do hư transistor Q1 và Q2 hay không phân cực được transistor
-Do hư hỏng Diode zener
- Do hư hỏng diode nắn điện hoặc gắn sai ầu diode trong mạch
-Kiểm tra bóng đèn, nếu hư hỏng thay mới
-Do tiếp xúc giữa bóng đèn và đuôi đèn không tốt
-Do biến trở và quang trở không tiếp xúc tốt
-Kiểm tra bóng đèn và đuôi đèn -Kiểm tra biến trở và quang trở, nếu hư hỏng thay mới
-Do tiếp xúc giữa dây dẫn vào mạch bị hỏng hoặc tiếp xúc giữa nguồn và mạch không tốt
-Do lắp sai đầu diode trong cầu Diode, hoặc 1 trong 4 diode bị hỏng
-Kiểm tra tiếp xúc giữa dây dẫn vào mạch
-Kiểm tra diode và cách lắp diode
5.1.Câu hỏi và bài tập thảo luận
(có thể hỏi trực tiếp cả lớp hoặc thảo luận theo từng nhóm)
1.Hãy cho biết giá trị điện trở của quang trở sẽ như thế nào nếu ta tăng cường độ sáng chiếu vào bề mặt tiếp nhận ánh sáng?
2.Có thể ứng dụng mạch mở đèn đường thay mạch đèn báo thức khi trời sáng được không?
3.Kể tên các mạch điện ứng dụng quang trở mà bạn biết?
- Do quang trở bị hỏng
- Do lắp sai chân transistor C1815, A1015, hoặc transistor bị hỏng
- Kiểm tra transistor,nếu hư hỏng thay mới
MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG NHIỆT ĐỘ
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục
2 Bài 2: Mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ 8 3 5
2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5
3 Phân tích hoạt động mạch khống chế nhiệt độ 1 1
4 Các bước thực hiện mạch 3 0.5 2.5
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 3 0.5 2.5
3 Bài 3: Mạch điều khiển thiết bị bằng âm thanh 8 2 5 1
2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5
3 Phân tích hoạt động mạch điều khiển thiết bị bằng âm thanh 0.5 0.5
4 Các bước thực hiện mạch 2.75 0.25 2.5
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 3 0.5 2.5
4 Bài 4: Mạch điều khiển đóng mở cửa tự động 4 2 2
2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5
3 Phân tích hoạt động mạch mở cửa tự động 0.5 0.5
4 Các bước thực hiện mạch 1.25 0.25 1
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 1.5 0.5 1
5 Bài 5: Mạch điều khiển bơm nước tự động 8 3 5
2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5
3 Phân tích hoạt động mạch bơm nước tự động 1 1
4 Các bước thực hiện mạch 3 0.5 2.5
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 3 0.5 2.5
6 Bài 6: Mạch đếm người ra vào cửa 8 2 5 1
2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5
3 Phân tích hoạt động mạch đếm người ra vào cửa 0.5 0.5
4 Các bước thực hiện mạch 1.75 0.25 1.5
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 4 0.5 3.5
7 Bài 7: Mạch điều khiển động cơ máy giặt 8 2 6
2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5
3 Phân tích hoạt động mạch điều khiển động cơ máy giặt 0.5 0.5
4 Các bước thực hiện mạch 2.75 0.25 2.5
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 4 0.5 3.5
8 Bài 8: Mạch điều khiển đèn giao thông 8 2 5 1
2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5
3 Phân tích hoạt động mạch đèn giao thông 0.5 0.5
4 Các bước thực hiện mạch 2.75 0.25 2.5
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 3 0.5 2.5
9 Bài 9: Mạch đèn quảng cáo dùng IC số 8 3 5
2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5
3 Phân tích hoạt động mạch đèn quảng cáo 1 1
4 Các bước thực hiện mạch 3 0.5 2.5
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 3 0.5 2.5
10 Bài 10: Mạch đồng hồ hiển thị giờ - phút - giây bằng IC số 6 2 4
2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5
3 Phân tích hoạt động mạch đồng hồ số 0.5 0.5
4 Các bước thực hiện mạch 1.75 0.25 1.5
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 3 0.5 2.5
11 Bài 11: Mạch điều khiển quạt dùng
2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5
3 Phân tích hoạt động mạch điều khiển quạt dùng Remote TV 0.5 0.5
4 Các bước thực hiện mạch 3.5 1 2.5
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 3 0.5 2.5
12 Bài 12: Mạch điều khiển nhiều thiết bị dùng hồng ngoại 8 3 4 1
2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5
3 Phân tích hoạt động mạch điều khiển nhiều thiết bị dùng hồng ngoại 0.5 0.5
4 Các bước thực hiện mạch 2.5 1 1.5
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 3 0.5 2.5
BÀI 1: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG
Mã bài: MĐ31-01 Giới thiệu:
Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày, giúp tiết kiệm điện năng và giảm lãng phí Việc sử dụng mạch này đúng cách không chỉ nâng cao hiệu quả sử dụng mà còn kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
VD: Khi trời tối, hoặc khi trời mưa mạch tác động làm đèn sáng bất kề thời gian nào mà chúng ta không cần can thiệp vào mạch
-Ứng dụng được kiến thức kỹ thuật tương tự để thực hiện mạch điều khiển thiết bị cảm nhận bằng ánh sáng;
- Phân tích mạch ứng dụng quang trở điều khiển tự động mở đèn đường;
- Trình bày chính xác về vị trí, cấu tạo, chức năng nhiệm vụ, chỉ tiêu kỹ thuật của các linh kiện trên mạch;
- Ráp, cân chỉnh và sửa chữa mạch mở đèn đường hoạt động tốt;
- Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp;
1.1 Giới thiệu các loại thiết bị cảm nhận ánh sáng
Cảm biến là thiết bị có khả năng nhận biết và phản ứng kịp thời với các biến đổi trong môi trường Cảm biến ánh sáng đặc biệt giúp phát hiện sự thay đổi của ánh sáng từ môi trường xung quanh mà nó có thể cảm nhận.
-Mạch tự động mở đèn đường
-Mạch báo người ra vào cửa, mạch đếm sản phẩm
Hệ thống đèn điện trên đường cao tốc tự động sáng vào ban đêm nhờ vào công nghệ cảm biến ánh sáng Các công tắc cảm ứng được lắp đặt sẵn và được cấu hình theo thời gian và mức độ ánh sáng môi trường, giúp đèn tự động hoạt động mà không cần sự can thiệp của con người.
Hình 1.1.Ứng dụng cảm biến ánh sáng cho đèn đường
Hình 1.2.Tự động bật đèn khi trời tối, tắt đèn khi trời sáng
Hình 1.3.Công tắc cảm biến ánh sáng
1.2.Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển ánh sáng
Thay đổi độ sáng của đèn dựa vào độ sáng môi trường bên ngoài (VD: Mặt trời, đèn) mà cảm biến quang (quang trở) nhận được
Quang trở là một loại điện trở có khả năng thay đổi giá trị dựa trên cường độ ánh sáng chiếu vào Trong bóng tối, điện trở của quang trở rất lớn và sẽ giảm dần khi nhận được nhiều ánh sáng hơn Để tối ưu hiệu suất, quang trở nên được đặt ở vị trí có thể nhận ánh sáng tốt nhất.
Khi độ sáng môi trường thay đổi, quang trở sẽ thay đổi giá trị điện trở Vi điều khiển được sử dụng để đọc các giá trị này, từ đó điều khiển góc kích mở của triac và điều chỉnh điện áp cho bóng đèn.
Để chuyển đổi điện áp từ 220VAC xuống 5VDC cho vi điều khiển, cần sử dụng biến áp hạ điện áp xuống 12VAC, sau đó qua cầu diode để chuyển đổi thành 12VDC Tiếp theo, mạch ổn áp 5VDC sẽ ổn định điện áp thành 5V Để bảo vệ mạch điều khiển khỏi ảnh hưởng của điện áp 220VAC, chúng ta sử dụng optor để cách ly.
2.Khảo sát sơ đồ chân linh kiện
2.1.Khảo sát các linh kiện thụ động
Chọn điện trở với giá trị phù hợp theo sơ đồ nguyên lý và đọc giá trị dựa trên mã màu Công suất của điện trở nên nằm trong khoảng từ 1/4W đến 3W Việc bố trí điện trở đúng giá trị công suất cần dựa vào vị trí của nó trên sơ đồ nguyên lý.
Để chọn giá trị tụ đúng loại, bạn cần tham khảo sơ đồ nguyên lý và đọc giá trị tụ theo từng loại để xác định chính xác Sử dụng VOM để đo kiểm tra tụ, đảm bảo tụ vẫn còn khả năng nạp, xả và không bị nối tắt mạch.
2.2.Khảo sát các linh kiện quang
Quang trở là một loại điện trở có đặc tính giảm giá trị khi được chiếu sáng mạnh Trong bóng tối, điện trở của nó thường trên 1M, nhưng khi có ánh sáng mạnh, trị số này có thể giảm xuống dưới 100 ôm.
Hình 1.6 Ký hiệu và hình dạng quang trở
2.3 Khảo sát sơ đồ chân IC
Hình 1.7 Cấu tạo bên trong của MOC 3021
MOC 3021 được cấu tạo từ 6 chân, trong đó tích hợp một diode và diac Khi điện áp ở chân 1 lớn hơn điện áp ở chân 2, dòng điện sẽ chạy từ chân 1 qua chân 2, khiến diode phát quang và kích hoạt diac dẫn điện.
Hình 1.8.Sơ đồ chân BT136
3 Phân tích hoạt động của mạch
Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý mạch
3.2.Chức năng linh kiện Điện trở R5, LDR, R6,VR1 phân cực cho transistor Q2, trong đó LDR1 đóng vai trò như 1 cảm biến ánh sáng, VR1 giúp cho sự phân cực tại chân B Q2 được nhạy hơn
R5 phân cực cho cực C Q2 đồng thời tạo điện áp chân B của Q1.
-MOC 3021 đóng vai trò như phần cách ly giữa phần điện áp 1 chiều cấp cho mạch và phần điều khiển đèn hoạt động ở nguồn 220VAC
-Tụ C1 có tác dụng giãm áp từ nguồn 220VAC xuống còn khoảng 15VAC cấp cho cầu Diode để nắn điện AC thành DC
-Diode zener 12V đóng vai trò ghim áp để bảo vệ cho các linh kiện transistor, MOC 3021,…
3.3.Nguyên lý hoạt động mạch
Khi cấp điện áp cho mạch và ánh sáng chiếu vào LDR, điện áp tại chân B của Q2 không đạt 0,6V, khiến Q2 không dẫn, dẫn đến Q1 và MOC 3021 cũng không hoạt động, do đó triac BT136 không được kích và đèn không sáng Ngược lại, khi không có ánh sáng chiếu vào LDR, Q2 dẫn, kéo theo Q1 dẫn, làm cho MOC 3021 hoạt động, kích triac BT136 và khiến đèn sáng.
4.Các bước thực hiện mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng
4.1.Chuẩn bị vật liệu dụng cụ và thiết bị a.Vật liệu
Linh kiện: điện trở, biến trở, tụ, đèn, quang trở, diode, transistor, MOC 3021,
BT 136 có giá trị và số lượng theo như sơ đồ nguyên lý b.Dụng cụ:
- Máy đo: VOM, máy hiện sóng…
- Bộ dụng cụ sửa chữa điện tử: kềm cắt, mỏ hàn, chì hàn, vít… c.Thiết bị:
Mô hình thực hành điện tử ứng dụng
Các thiết bị hỗ trợ khác: máy khoan, mỏ hàn…
- Vẽ Mạch in hoặc ủi mạch in có sẳn
- Gắn và hàn linh kiện
- Kiểm tra hoạt động của mạch
MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG
Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng sử dụng IC 555 từ nguồn điện 220VAC được lắp đặt với 2 domino lớn màu đen để kết nối dây cấp điện và dây ra đèn.
Dây điện cấp nguồn và dây nối đến bóng đèn cần có tiết diện đủ lớn để tải dòng điện hiệu quả IC 555 được sử dụng để điều khiển việc đóng mở rơ le thông qua quang trở, trong khi diode zener 12V/1A đảm bảo mạch hoạt động ổn định.
Sơ đồ mạch in như sau:
2 Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng sử dụng transistor BC547 và C1815 sử dụng nguồn điện 220VAC và nguồn cấp 12VDC cấp cho rơ le 12V Đặc diểm của các mạch này khi sử dụng nguồn điện 220VAC để cấp thì mạch luôn có sự hiện diện của tụ không cực tính 474j/400v, hay 155/400V đóng vai trò làm giãm áp DC sau khi điện đi qua cầu diode để cấp điện cho mạch
Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng sử dụng nguồn 12VDC
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục:
1 Đèn không sáng -Do hư hỏng bóng đèn
- Do hư transistor Q1 và Q2 hay không phân cực được transistor
-Do hư hỏng Diode zener
- Do hư hỏng diode nắn điện hoặc gắn sai ầu diode trong mạch
-Kiểm tra bóng đèn, nếu hư hỏng thay mới
-Do tiếp xúc giữa bóng đèn và đuôi đèn không tốt
-Do biến trở và quang trở không tiếp xúc tốt
-Kiểm tra bóng đèn và đuôi đèn -Kiểm tra biến trở và quang trở, nếu hư hỏng thay mới
-Do tiếp xúc giữa dây dẫn vào mạch bị hỏng hoặc tiếp xúc giữa nguồn và mạch không tốt
-Do lắp sai đầu diode trong cầu Diode, hoặc 1 trong 4 diode bị hỏng
-Kiểm tra tiếp xúc giữa dây dẫn vào mạch
-Kiểm tra diode và cách lắp diode
5.1.Câu hỏi và bài tập thảo luận
(có thể hỏi trực tiếp cả lớp hoặc thảo luận theo từng nhóm)
1.Hãy cho biết giá trị điện trở của quang trở sẽ như thế nào nếu ta tăng cường độ sáng chiếu vào bề mặt tiếp nhận ánh sáng?
2.Có thể ứng dụng mạch mở đèn đường thay mạch đèn báo thức khi trời sáng được không?
3.Kể tên các mạch điện ứng dụng quang trở mà bạn biết?
- Do quang trở bị hỏng
- Do lắp sai chân transistor C1815, A1015, hoặc transistor bị hỏng
- Kiểm tra transistor,nếu hư hỏng thay mới
BÀI 2 : MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG NHIỆT ĐỘ
Mã bài: MĐ31-02 Giới thiệu:
MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÂM THANH
Các bước thực hiện mạch điều khiển thiết bị bằng âm thanh
4.1.Chuẩn bị vật liệu dụng cụ và thiết bị a.Vật liệu
Linh kiện: điện trở, biến trở, tụ, đèn, quang trở, diode, transistor, MOC 3021,
BT 136 có giá trị và số lượng theo như sơ đồ nguyên lý b.Dụng cụ:
- Máy đo: VOM, máy hiện sóng…
- Bộ dụng cụ sửa chữa điện tử: kềm cắt, mỏ hàn, chì hàn, vít… c.Thiết bị:
Mô hình thực hành điện tử ứng dụng
Các thiết bị hỗ trợ khác: máy khoan, mỏ hàn…
- Vẽ Mạch in hoặc ủi mạch in có sẳn
- Gắn và hàn linh kiện
- Kiểm tra hoạt động của mạch
MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG
Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng sử dụng IC 555 từ nguồn điện 220VAC có thể được lắp đặt dễ dàng bằng cách sử dụng 2 domino loại lớn màu đen để kết nối dây cấp điện và dây ra đèn.
Dây điện cung cấp nguồn và dây nối đến bóng đèn cần có tiết diện đủ lớn để tải dòng điện IC 555 được sử dụng để điều khiển việc đóng mở rơ le thông qua quang trở, trong khi diode zener 12V/1A đảm bảo mạch hoạt động ổn định.
Sơ đồ mạch in như sau:
2 Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng sử dụng transistor BC547 và C1815 sử dụng nguồn điện 220VAC và nguồn cấp 12VDC cấp cho rơ le 12V Đặc diểm của các mạch này khi sử dụng nguồn điện 220VAC để cấp thì mạch luôn có sự hiện diện của tụ không cực tính 474j/400v, hay 155/400V đóng vai trò làm giãm áp DC sau khi điện đi qua cầu diode để cấp điện cho mạch
Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng sử dụng nguồn 12VDC
5 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục:
1 Đèn không sáng -Do hư hỏng bóng đèn
- Do hư transistor Q1 và Q2 hay không phân cực được transistor
-Do hư hỏng Diode zener
- Do hư hỏng diode nắn điện hoặc gắn sai ầu diode trong mạch
-Kiểm tra bóng đèn, nếu hư hỏng thay mới
-Do tiếp xúc giữa bóng đèn và đuôi đèn không tốt
-Do biến trở và quang trở không tiếp xúc tốt
-Kiểm tra bóng đèn và đuôi đèn -Kiểm tra biến trở và quang trở, nếu hư hỏng thay mới
-Do tiếp xúc giữa dây dẫn vào mạch bị hỏng hoặc tiếp xúc giữa nguồn và mạch không tốt
-Do lắp sai đầu diode trong cầu Diode, hoặc 1 trong 4 diode bị hỏng
-Kiểm tra tiếp xúc giữa dây dẫn vào mạch
-Kiểm tra diode và cách lắp diode
5.1.Câu hỏi và bài tập thảo luận
(có thể hỏi trực tiếp cả lớp hoặc thảo luận theo từng nhóm)
1.Hãy cho biết giá trị điện trở của quang trở sẽ như thế nào nếu ta tăng cường độ sáng chiếu vào bề mặt tiếp nhận ánh sáng?
2.Có thể ứng dụng mạch mở đèn đường thay mạch đèn báo thức khi trời sáng được không?
3.Kể tên các mạch điện ứng dụng quang trở mà bạn biết?
- Do quang trở bị hỏng
- Do lắp sai chân transistor C1815, A1015, hoặc transistor bị hỏng
- Kiểm tra transistor,nếu hư hỏng thay mới
BÀI 2 : MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG NHIỆT ĐỘ
Mã bài: MĐ31-02 Giới thiệu:
Mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ giúp bảo vệ hiệu quả các linh kiện trong mạch và máy hoạt động liên tục, từ đó kéo dài tuổi thọ của chúng và tiết kiệm điện năng.
Ví dụ: Máy ấp trứng, Tủ lạnh, vv
- Ứng dụng được kiến thức kỹ thuật tương tự để thiết kế mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ
- Phân tích được mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ
- Trình bày chính xác về vị trí, cấu tạo, chức năng nhiệm vụ, chỉ tiêu kỹ thuật của các linh kiện trên mạch
- Ráp, cân chỉnh và sửa chữa mạch khống chế nhiệt độ hoạt động tốt
- Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp
1.1 Giới thiệu các loại thiết bị cảm biến nhiệt độ
Hiện nay cảm biến nhiệt độ được chia ra làm các loại sau:
- Nhiệt điện trở (RTD-resitance temperature detector )
- Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc (hỏa kế- Pyrometer)
Dùng hồng ngoại hay lazer
- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu
- Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi (mV)
- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao
- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số Độ nhạy không cao
- Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
Cấu tạo của cảm biến Thermocouples
- Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng (hay đầu đo), Hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh (hay là đầu chuẩn)
Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh, sẽ phát sinh sức điện động V tại đầu lạnh Để ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, chất liệu sử dụng đóng vai trò rất quan trọng.
Có nhiều loại cặp nhiệt độ như E, J, K, R, S, T, mỗi loại tạo ra một sức điện động khác nhau Việc lựa chọn đầu dò và bộ điều khiển phù hợp với từng loại cặp nhiệt độ là rất quan trọng.
Dây của cặp nhiệt điện thường không đủ dài để kết nối với bộ điều khiển, dẫn đến sự không chính xác trong đo lường Để khắc phục vấn đề này, cần thực hiện việc bù trừ (offset) trên bộ điều khiển.
Hình 2.1 cấu tạo của Thermocouples
Khi sử dụng loại cảm biến này, cần lưu ý không nối thêm dây vì tín hiệu đầu ra là mV sẽ bị suy hao đáng kể Dây cảm biến nên được để thông thoáng và không để tiếp xúc với môi trường đo Cuối cùng, việc kiểm tra offset của thiết bị là rất quan trọng.
- Lưu ý:Vì tín hiệu cho ra là điện áp (có cực âm và dương) do vậy cần chú ý kí hiệu để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng
1.1.2.Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector )
- Cấu tạo: gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Niken, Patium,…được quấn theo hình dáng của đầu to
Nguyên lý hoạt động dựa trên sự thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại khi nhiệt độ biến đổi Độ tuyến tính của điện trở phụ thuộc vào loại kim loại và chỉ duy trì trong một khoảng nhiệt độ nhất định.
- Ưu điểm: Độ chính xác cao hơn cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế
Dải đo của cảm biến nhiệt độ này nhỏ hơn so với cặp nhiệt điện, đồng thời giá thành cũng cao hơn Tuy nhiên, nó thường được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường, gia công vật liệu và hóa chất.
Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD
Cảm biến RTD (Resistance Temperature Detector) được cấu tạo từ dây kim loại như đồng, nikel và platinum, quấn theo hình dáng của đầu đo Khi nhiệt độ thay đổi, điện trở giữa hai đầu dây kim loại cũng thay đổi, với độ tuyến tính phụ thuộc vào chất liệu kim loại trong một khoảng nhiệt độ nhất định Cảm biến phổ biến nhất là loại Pt, làm từ platinum, với điện trở suất cao, khả năng chống oxy hóa và độ nhạy cao, cho phép đo nhiệt độ trong dải rộng Các loại RTD thường gặp có điện trở 100, 200, 500 và 1000 ohm tại 0 độ C; điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt càng lớn.
-RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây
Loại cảm biến RTD 4 dây giúp giảm điện trở của dây dẫn xuống 1/2, từ đó hạn chế sai số trong quá trình đo lường So với Thermocouple, cách sử dụng của RTD dễ dàng hơn; người dùng có thể nối thêm dây (đảm bảo hàn kỹ, sử dụng dây chất lượng tốt và có khả năng chống nhiễu) và thực hiện đo kiểm bằng VOM một cách thuận tiện.
- Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây
Hình 2.2 Hình dạng nhiệt trở 1.1.3 Thermistor
- Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,…
- Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi
-Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo
- Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp
-Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử
Thermistor được chế tạo từ hỗn hợp các bột oxit, được trộn theo tỷ lệ và khối lượng cụ thể Sau đó, hỗn hợp này được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao để tạo ra sản phẩm cuối cùng.
Mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi
Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ.Thường dùng nhất là loại NTC
Thermistor chỉ hoạt động tuyến tính trong khoảng nhiệt độ từ 50°C đến 150°C, vì vậy nó ít được sử dụng làm cảm biến đo nhiệt độ Thay vào đó, thermistor thường được áp dụng cho các mục đích bảo vệ và ngắt nhiệt.
Khi chọn Thermistor, cần lưu ý đến nhiệt độ môi trường sử dụng, đặc biệt là hai loại PTC và NTC (thường được gọi là thường đóng và thường hở) Việc kiểm tra chúng có thể thực hiện dễ dàng bằng đồng hồ VOM.
- Nên ép chặt vào bề mặt cần đo
- Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ
- Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm chiều đấu dây
Hình 2.3.Nhiệt điện trở 1.1.4 Bán dẫn
-Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn
-Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ
-Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản -Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền
-Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch điện
-Cảm biến nhiệt bán dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ những chất bán dẫn
