Đồ án môn Điện tử cơ bản

Đồ án môn Điện tử cơ bản

Lời nói đầu

Ngày nay, với sự phát triển mạch mẽ của nền khoa học công nghệ đời sống con người ngày càng được cải thiện và nâng cao NhỮng ưng dụng của công nghệ

không chỉ vào công nghiệp mà còn trong cả đời sống hàng ngày của con người TỪ những ứng dụng của các hệ thống thì cần cung cấp một điện năng để vận hành dưới dạng điện áp và dòng điện Do đó, điện cung cấp trên các mạch phải được

điểu chỉnh và chuyển đổi thành các đại lượng điện áp và dòng điện sao cho phù

hợp với các mạch điện tử và số

Là sinh viên kỹ thuật nói chung và ngàng kỹ thuật điện tử nói riêng, việc nắm bắt

công nghệ và ứng dụng của chúng vào đời sống là vô cùng quan trọng để theo kịp

công nghệ mới ra Do đó, việc nghiên cứu, tìm tòi và nắm bắt chúng là một điều tất

yêu

Xuất phát từ thực tế và yêu cầu của thầy cô giao cho , chúng em đã bắt tay sưu tầm và tìm hiểu về đề tài thầy cô giao cho là “ thiết kế nguồn một chiều biến đổi

từ 0v đến 15v”.Do trình độ hạn chế và nhận thức còn kém nên sản phẩm của chúng

em còn nhiều thiếu sót nên mong được sự đóng góp và quan tâm giúp của thầy cô và bạn bè Để sản phẩm của chúng em được hoàn thiện và được ứng dụng nhiều vào đời sống

Xin chân thành cảm ơn thầy cô chú ý và quan tâm dé tài của chúng em!

Sinh viên thực hiện

1.Mục tiêu, phân tích yêu cầu và phương án thực hiện

Hoàn thành được đề tài được giao theo đúng yêu cầu và thời gian quy định, sản

phẩn phải gọn nhẹ, hiệu quả ứng dụng cao và kinh tế, dễ lắp ráp và thay thế Qua

đó có thể hiểu biết thêm về các linh kiện cũng như ứng dụng của chúng vào thực tế

1.2 Yêu cầu của đề tài

'Yêu cầu của đề tài là:

Thiết kế mạch điện một chiều biến đổi từ 0v đến 15v sử dụng các linh kiện có sẵn trên thị trường, thi công phân tích nguyên lý hoạt động của mạch Từ đó đưa vào

thực tế

1.3 Phương án thực hiện

Trước hết, phải phân tích yêu cầu của đề tài được giao Nắm bắt dð được mục đích và yêu cầu của đề tài Để từ đó có sở để bắt tay vào công việc sưu tầm, tìm tòi mạch của một số anh chị khóa trước cũng như tìm trên mạng internet để từ đó làm

cơ sở cho việc xây đựng và thiết kế để tài cho nhóm

Khi đó có cơ sở để thực hiện nhóm sẽ bắt tay vào công việc xây dựng mạch trên

mô hìnhvừa chọn lọc và thiết kế theo nhiều phương án để tìm ra phương án tối tối

ưu nhất cho việc thiết kế và thi công mạch sau nay

Sau khi đã xây dựng được mạch chạy trên mô hình thì nhóm sẽ bắt tay vào việc

xây dựng và hoàn mạch sao cho hiệu quả kinh tế nhất

1I.Cơ sở lý thuyết

2.1 Tổng quan về một linh kiện có trong mạch

2.1.1 Máy biến áp

thế, cục xạc, dùng cho các thiết bị điện với hiệu điện thế nhỏ (230 V sang 24 V, 12

V2ah2DiGmtiGay hướng dẫn các pác tự quấn lấy 1 cái máy biến áp phù hợp với mục

đích sử dụng của mình Không cần phải đi mua cho dù nó rẻ hơn

Hình ảnh minh họa máy biến áp được quấn xong

Để quấn được máy biến áp thì chúng ta cần phải lưu ý mấy vấn đề cơ bản sau

đây :

+ Công suất biến áp

+ Điện áp đầu vào

+ Điện áp đầu ra

+ Tổn hao của máy biến áp

+ Quan trọng hơn nữa cần để ý đến vật tư quấn máy biến áp

a Máy biến áp

Máy biến áp có cấu tạo rất đơn giản nó gồm những phần sau :

Cuộn

L là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện của dây dẫn

b) Điện trở trong thực tế và trong các mạch điện tử

* Hình dáng và ký hiệu: Trong thực tế điện trở là một loại linh kiện điện tử không phân cực, nó là một linh kiện quan trỌng trong các mạch điện tử, chúng được

làm từ hợp chất của cacbon và kim loại và được pha theo tỷ lệ mà tạo ra các con

điện trở có điện dung khác nhau

Bàng 1.3 màu sắc điện trở theo quy ước quốc tế

Chú ý: điện trở là linh kiện không phân cực nên khi mắc vào mạch điện ta

không cần để ý đến đầu âm dương làm gì (đầu nào cũng như đầu nào)

c Xác định chất lượng của điện trở

* Để xác định chất lượng của điện trở chúng ta có những phương pháp sau:

- Quan sat bang mat: Kiểm tra xem màu sắc thân điện trở có chỗ nào bị đổi màu hay không Nếu có thì giá trị của điện có thể bị thay đổi khi làm việc

- Dùng đồng hồ vạn năng và kết hợp với chỉ số ghi trên thân của điện trở để xác định chất lượng của điện trở

* Những hư hỏng thường gặp ở điện trở:

-_ Tăng trị số: Thường xảy ra ở các điện trở bột than, do lâu ngày hoạt tính của lớp bột than bị biến chất làm tăng trị số của điện trở

-_ Giảm trị số: ThƯờng xảy ra ở các loại điện trở dây quấn là do bị chạm

một số vòng dây(sự cố này ít xảy ra nhất)

d Các loại điện trở đặc biệt

a) Điện trở nhiệt (Thermitor)

Loại này được chế tạo từ chất bán dẫn, nên có khả năng nhạy cảm với nhiệt độ

- _ Nhiệt đỘ tăng làm tăng giá trị của điện trở (Nhiệt trở dương)

- _ Nhiệt đỘ tăng làm giảm giá trị của điện trở (Nhiệt trở âm)

b) Điện trở cảm nhận độ ẩm

- ĐỘ ẩm tăng làm tăng giá trị của điện trở (dương)

- _ Độ ẩm tăng làm giảm giá trị của điện trở (âm)

©) Quang trở (Light Dependent Resistor): Được chế tạo có đặc điểm là khi ánh

sáng chiếu vào sé lam thay đổi giá trị điện trở

d) Biến trở (Variable Resister)

- Công dụng: Dùng để biến đổi(thay đổi) giá trị điện trở, qua đó làm thay đổi

điện áp hoặc dòng điện ra trên biến trở

- Loại thông thường đòi hỏi sự điều chỉnh với độ chính xác không cao

- _ Loại vi chỉnh được dùng để hiệu chỉnh độ chính xác của mạch điện

*Lưu ý:

Đối với VR loại than, thực tế có 2 loại: A và B

-_ Loại A: Chỉnh thay đổi chậm đều, được sử dụng để thay đổi âm lượng lớn nhỏ trong Ampli, Cassette, Radio, TV, hoặc chỉnh độ tương phản (Contrass), chỉnh độ sáng (Brightness) ở TV, Biến trở loại A còn có tên gọi là biến trở tuyến tính

- _ Loại B: Chỉnh thay đổi đột biến nhanh, sử dụng chỉnh âm sắc trầm bổng ở Ampli Biến trở loại B còn có tên gọi là biến trở phi tuyến hay biến trở

- _ Văn đồng hồ về thang do Ohm

- _ Đo cặp chân 1-3 rồi đối chiếu với giá trị ghi trên thân biến trở

- _ Đo tiếp cặp chân 1-2 rồi dùng tay chỉnh thử xem kim đồng hồ thay đổi:

+ Nếu thay đổi chậm ta xác định VR là loại A

GVHD: Đỗ Tuấn Anh

SVTH : Phạm Thị Thủy Phạm Văn Tiên_ Trương Văn Tiến Page 7

+ Nếu thay đổi nhanh ta xác định VR là loại B

+ Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển hẳn về œ là biến bị trở đứt

+ Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển về œ rồi lại trở lại vị trí gần đó là biến trở bị bẩn, rỗ mặt

2.1.3 Tụ điện

Tụ điện là một linh kiện thụ động và được sử dụng rộng rãi trong các mạch

điện tử, được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu mạch truyền tín hiệu, mạch dao động

Tụ không phân cực là tụ có hai cực như nhau và giá trị thường nhỏ (pF)

Tụ phân cực là tụ có hai cực tính âm và dương không thể dũng lẫn lộn nhau

được Có giá trị lớn hơn so với tụ không phân cực

Bản cực kim loại

Chắt điện môi

Hình 1.10 Cấu tạo của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực song song, ở giỮa có một lớp cách điện gọi là điện môi như tụ hóa, tụ gốm, tụ giấy Hình dạng tụ trong thực tế

c Xác định chất lượng của tụ điện

dụng thang đo Ohm của đồng hồ vạn năng chỉ thị kim

- Khidotu >100pF Chon thang do x1

GVHD: D6 Tuan Anh

SVTH : Pham Thj Thuy_Pham Van Tién_Truong Van Tién Page 9

- Khi đo tụ 10àF đến 100 HE Chọn thang đo x10

- Khi do tu 104 dén 10 pF Chon thang do x1K

- Khidotu 102 dén104 Chọn thang do x10K

- Khi đo tụ 100pF dén 102 Chon thang do x1M

Đo 2 lần có đảo chiều que đo:

- _ Nếu kim vọt lên rồi trả về hết: Khả năng nạp xả của tụ còn tốt

- _ Nếu kim vọt lên 0© : Tụ bị nối tắt (Bị đánh thủng, bị chạm, chập)

- _ Nếu kim vọt lên trả về không hết: Tụ bị rò rÏ

- _ Nếu kim vọt lên trả về lờ đờ: Tụ bị khô

- _ Nếu kim không lên: Tụ bị đứt (Chú ý: Kiểm tra tụ không đúng thang

đo, không đủ kích thích cho tụ nạp xả được)

2.1.4 Điôt

a ĐiỐt

Được cấu tạo từ hai lớp bán dẫn tiếp xúc nhau Diode có hai cực là Anot (A) và Katot (K) Nó chỉ cho dòng một chiều từ A sang K và nó được coi như van một chiều trong mạch điện và được ứng dụng rộng rãi trong các máy thu thanh thu hình, các mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp

light emitting zener

Hình 1.15 Kí hiệu diode trong các mạch nguyên lý

GVHD: Đỗ Tuấn Anh

SVTH : Phạm Thị Thủy Phạm Văn Tiên_ Trương Văn Tiến Page 11

Nguyên tắc hoạt động của diode: chỉ cho dòng một chiều từ A đến K chứ không cho dòng chạy ngược lại

b LED

LED là viết tat cUla Light Emitting Diode,( có nghĩa là điốt phát quang) là

các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại , tử ngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại

N

Tinh chat

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán

dẫn

LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5V đến 3V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

c phân loại

Điốt được chia ra nhiều thể loại tùy theo vùng hoạt động của Điốt

Phân loại theo sự phân cực:

« _ Điốt phân cực thuận : Chỉ cần một điện áp dương đủ để cho Điốt dẫn điện Điốt sẽ cho dòng điện đi qua theo một chiều từ Cực Âm đến Cực Dương và

sẽ cản dòng điện đi theo chiều ngược lại Thí dụ : Điốt Bán dan, LED

« _ Điốt phân cực nghịch :Chỉ cần một điện áp âm đủ để cho Điốt dẫn điện Dit sé cho dòng điện đi qua theo 2 chiều Thông thường, dẫn điện tốt hơn

trong chiều nghịch Thí dụ : Điốt Zener, Điốt biến dung

Một số loại điết thông dụng (Riêng hình dưới cùng là một cầu nắm điện được tích

hợp tỪ bốn đi ốt để nắn điện xoay chiều thành một chiều)

Các Điốt thường thấy:

Điốt bán dẫn: cấu tạo bởi chất bán dẫn Silic hoặc Gecmani có pha thêm mỘt

số chất để tăng thêm electron tự do Loại này dùng chủ yếu để chỉnh lưu dòng điện hoặc trong mạch tách sóng

Điốt Schottky: Ở tần số thấp, điốt thông thường có thể dễ dàng khóa lại (ngưng dẫn) khi chiều phân cực thay đổi từ thuận sang nghịch, nhưng khi tần

số tăng đến một ngưỡng nào đó, sự ngưng dẫn không thé dU nhanh để ngăn

chặn dòng điện suốt một phần của bán kỳ ngược Điốt Schottky khắc phục

được hiện tượng này

Điốt Zener: còn gọi là "điốt đánh thủng" hay "điốt ổn áp": là loại điốt được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng Khi sử dụng điỐt này

mắc ngược chiều lại, nếu điện áp tại mạch lớn hơn điện áp định mức của

điốt thì điốt sẽ cho dòng điện đi qua đến khi điện áp mạch mắc bằng điện áp

định mức của điốt - Đây là cốt lõi của mạch ổn áp

Điốt phát quang hay còn gọi là LED (Light Emitting Diode) :là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt bán dẫn, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

Điốt quang (photodiode): là loại nhạy với ánh sáng, có thể biến đổi ánh sáng vào thành đại lượng điện, thường sử dụng Ởcác máy ảnh (đo cường độ sáng),

sử dụng trong các mạch điều khiển (kết hợp một điốt phát quang và một điốt quang thành một cặp), các modul đầu ra của các PLC

Điốt biến dung (varicap): Có tính chất đặc biệt, đó là khi phận cực nghịch, điốt giống như một tụ điện, loại này được dùng nhiều cho máy thu hình, máy thu sóng EM và nhiều thiết bị truyền thông khác

Điốt ổn định dòng điện: là loại điốt hoạt động ngược với Điốt Zener Trong

mạch điện điốt này có tác dụng duy trì dòng điện không đổi

d Một số mạch ứng dụng của diot

d.a Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ:

Đặc điểm của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ là trong cả hai nửa chu kì của

điện áp xoay chiều đều có dòng điện chạy qua tải Có hai loại sơ đồ chỉnh lưu hai

nửa chu kỳ: sơ đồ cân bằng và sơ đồ cầu

b Đồ thị thời gian của điện áp ra

Hình 1.3: Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

Điện áp cực đại khi không tải: _ Ủ=Ú,-U,

Trong đó U; là điện áp ngưỡng của diode, U; điện áp trên cuộn thứ cấp của biến áp

Điện áp ngược đặt lên diode (trong trường hợp C,# 0): Ung = V2 Una

d.b Mạch chỉnh lưu cầu:

GVHD: Đỗ Tuấn Anh

SVTH : Phạm Thị Thủy Phạm Văn Tiên_ Trương Văn Tiến Page 15

Sơ đồ cầu thường được dùng trong trường hợp điện áp xoay chiều tương đối lớn

Tuy cùng là sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ nhưng nó ưu việt hơn sơ đồ cân bằng ở chỗ cuộn thứ cấp được sử dụng toàn bộ trong hai nửa chu kỳ của điện áp vào và

điện áp ngược đặt lên điôt trong trường hợp này chỉ bằng một nửa điện áp ngược đặt lên trong sơ đồ cân bằng Điện áp ra cực đại khi không tải: Ứ, =Ú; -2U,„ nghĩa là nhỏ hơn chút ít so với điện áp ra trong sơ đồ cân bằng, vì ở đây luôn luôn có hai điỐt

Ta thấy rằng trong từng nửa chu kỳ của điện áp thứ cấp U;, một cặp điốt có

anôt dương nhất và katốt âm nhất mở, cho dòng một chiều qua R,, cặp điốt còn lại khóa và chịu một điện áp ngược cực đại bằng biên độ U„„ Ví dụ tương ứng với

nửa chu kỳ dương của U;, cặp điốt Đ;Ð; mở, Đ;п khóa Rõ ràng điện áp ngược đặt lên van lúc khóa có giá trị bằng một nửa so với trường hợp sơ đồ chỉnh lưu cân bằng

đã xét trên, đây là ưu điểm quan trọng nhất của sơ đồ cầu Ngoài ra, kết cấu thứ cấp

của biến áp nguồn đơn giản hơn

Trong sơ đồ 1.4, nếu nối đất điểm giữa biến áp và mắc thêm tải ta có mạch chỉnh lưu có điện áp ra hai cực tính Đây thực chất là hai mạch chỉnh lưu cân bằng

- HỌ 79xx: Ổn định điện áp âm, xx là giá trị điện áp đầu ra chẳng hạn 7905:-5V,

7909:-9V,

- Kết hợp của 78xx + 79xx sẽ tạo ra được bộ nguồn đối xứng GND,

78xx để ổn định điện áp dương đầu ra với điện áp đầu vào luôn luôn

Nguyên lý mạch: Mạch ổn áp dùng Diode Zener có ưu điểm là đơn giản nhưng

nhược điểm là cho dòng điện bé ( < 20mA ) Để có thể tạo ra một điện áp ổn định

nhưng cho dòng điện lớn hơn người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại dòng

như sơ đồ hình dưới

Ở mạch trên điện áp tại điểm 3 có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện

áp tại điểm Rt không thay đổi và tương đối phẳng Thông qua điện trở R2 và D1 gim

cố định điện áp chân Rt của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân E transistor Q1 giảm => khi đó điện áp UBE tăng => dòng qua transistor Q1 tăng => làm điện áp chân

E của transtor Q1 tăng , và ngược lại

GVHD: Đỗ Tuấn Anh

SVTH : Phạm Thị Thủy Phạm Văn Tiên_ Trương Văn Tiến Page 19

Mạch ổn áp trên đơn giản và hiệu quả nên được sử dụng rất rộng rãi và người ta đã sản xuất các loại IC họ LA78 để thay thế cho mạch Ổn áp trên, IC LA78 sé thay

thế cho phần mạch đánh dấu bằng nét đứt của sơ đồ trên

0 9~16 V 7806 ¬ 10 Ohm

1W 6V (0 mA)

4V (200 mA)

rr eee

* Seri 78XX: LA7805, LA7808, LA7809, LA7812 1a dòng cho điện áp ra tương Ứng

với dòng là 1A Ngoài ra còn các seri khác chịu được dòng

78Lxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V > +24V Dòng 0.1A

78Mxx Chuyển đổi điện áp dương tỪ +5V > +24V Dòng 0.5A

78Sxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V > +24V Dong 0.24

2.1.5.2.IC79xx

Cũng như họ 78xx, họ 79xx hoạt động tương tự nhưng điện áp đầu ra là âm (-)

Chân của 79xx thì khác với 78xx, được xác định như hình bên dưới