hệ thống tắt mở đèn đường tự động

Trong thời đại công nghiệp hoá và hiện đại hoá ngày nay thì tự động hoá là một trong những nhu cầu tất yếu của cuộc sống Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỉ thuật nhất là trong linh vực tự động đã và đang làm thay đổi bộ mặt đất nước liên tục từng ngày

LỜI CẢM TẠ

Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án chúng em nhận được rất

nhiều sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn, thầy TRẦN ĐỨC A, để hoàn

thành đồ án này

Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả những gì thầy đã giúp đỡ chúng em

trong suốt thời gian hoàn thành đồ án này

Sinh viên thực hiện:PHẠM DUYĐÀO PHƯỚC GIANG

2 khảo sát transistor công suất 6

I/ Sơ đồ khối cơ bản

MỞ ĐẦUI/ ĐẶT VẤN ĐỀ:

Trong thời đại công nghiệp hoá và hiện đại hoá ngày nay thì tự động hoá là một trong những nhu cầu tất yếu của cuộc sống

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỉ thuật nhất là trong linh vực tự động đã và đang làm thay đổi bộ mặt đất nước liên tục từng ngày.trong đó hệ thống tự động tắt mở đèn đường là một nhu cầu tất yếu trong thời đại hiện nay

Nắm bắt nhu cầu thực tế và điều kiện khách quan đó chúng em đã mạnh dạn đưa đề tài “điều khiển hệ thống tắt mở đèn đường” vào đồ án 1 của nhóm.đề tài tuy không phải là mới mẽ nhưng chưa phải là quá phổ biến

ở nhiều thành phố,nhiều tỉnh thành và ở nhiều địa phương đang và đã phát triển

Đề tài này cũng sẽ là một cơ hội chúng em hoàn thiện các kiến thức một cách logic đồng thời cũng sẽ là trải nghiệm cho chúng em về các đò án lớn hơn kế tiếp

II/MỤC ĐÍCH YÊU CẦU:

Thông qua đề tài này thì chúng em muốn rằng trong một tương lai không xa thì hệ thống tắt mở đèn đường tự động sẽ nhanh chóng phát triển sâu rộng vào cuộc sống.Đồng thời qua đồ án này giúp chúng em hoàn thiện các kĩ năng-kỉ thuật trong việc tính toán-lắp ráp mạch điện tử vững vàng hơn.Qua đó giúp chúng em hiểu sâu hơn về bản chất linh kiện.III/GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:

Do thời gian thực hiện và kiến thức còn có hạn nên chúng em chỉ áp dụng trên phạm vi mang tính chất thí nghiệm nhưng chúng em nghĩ việc phát triển và nhận rộng đề tài này rất

có cơ sở

CHƯƠNG IIKHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH

1/ BỘ NGUỒN CHO TOÀN MẠCH

a/ Sơ đồ mạch ổn áp:

b/ Nguồn chuẩn DC:

Bộ nguồn dùng để cung cấp cho toàn mạch hoạt động

Chức năng của bộ nguồn chuẩn DC

 Ổn định điện áp làm việc

 Độ miễn nhiễu cao

 Dùng làm mạch cung cấp cho rơle hoạt động

Nguồn chuẩn DC bao gồm:

Một biến áp: cuộn sơ cấp 110V/220V,cuộn thứ cấp 12V

Một IC ổn áp 12v

Tụ lọc nguồn 1000Uf/16V dùng để lọc sau khi chỉnh lưu

Diôt cầu dùng để chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều

Diốt chỉnh lưu dùng laọi thông dụng trên thị trường là: 1N4007 có các thông số kĩ thuật sau:

 Điện áp ngược lớn nhất Ungược=420V

 Dòng điện cực đại cho phép la 3A

 Dòng xung 300A

c/ Các yêu cầu bộ nguồn phải có

Mạch ổn áp để ổn định điến áp làm việc cho mạch

Mạng điện lưới 110V/220V

d/nguyên lý hoạt động của mạch:

Nguồn điện lưới 110V/220V cung cấp cho cuộn sơ cấp biến thế.Khi đó ở cuộn thứ cấp

sẽ có điện áp ra là 12V AC Sau khi qua cầu diôt cà tụ lọc áp một chiều điện áp này được đưa vào IC ổn áp 7812, ngõ ra qua tụ lọc áp một chiều cuối cùng ta được điện áp một chiều

cố định là 12V

2/Khảo sát linh kiện quang điện trở(cds)

Là điện trở có trị số càng giảm khi được chiếu sáng càng mạnh.điện trở tối khi không được chiếu sáng -ở trong bóng tối)thường trên 1M ,trị số này có thể giảm rất nhỏ có thể dưới 100 khi được chiếu sáng càng mạnh

Nguyên lí làm việc của điện trở quang là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể là cadmium-cds-cadmium selennide-cdse)làm phát sinh các điện tử tự do,tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn.các đặc tính điện và độ nhạy của quang trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu trong chế tạo

Về phương diện năng lượng ta nói ánh sáng đã cung cấp một năng E=hf để

điện tử nhảy từ dãi hóa trị lên dãi dẫn điện.Như vậy năng lượng cần thiết hf

phải lớn hơn năng lượng dãi cấm

3.khảo sát ic555

3.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC BÊN TRONG IC555

3.11 Sơ đồ chân:

 Chân 1: GND (Nối đất)

 Chân 2: Trigger input (Ngõ vào xung nãy)

 Chân 3: Output(Ngõ ra)

 Chân 4: Resest(Hồi phục)

 Chân 5: Control voltage(Điện áp điều khiển)

 Chân 6: Threshold(Thềm-Ngưỡng)

 Chân 7: Dischange( Xả điện)

 Chân 8: +Ucc (nguồn cung cấp)

3.12 Cấu trúc bên trong

Trung tâm hoạt động của vi mạch 555 là Flip-Flop RS Đầu vào R của F/F còn đầu vào của S của F/F là đầu ra của bộ so sánh II.Mạch ra của F/F gồm 2 phần: một phần là bộ đệm đầu ra và một phần gồm 2 transistor T1 và

T2 Trong đó T1 dùng để biền đổi tín hiệu ra đã được ghi giữ,chính điện áp này sẽ được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau(ta sẽ nói ở phần

sau).Thông qua T2 ta có thể điều khiển được trang thái bên trong của bộ đệm đầu ra.Sau đây là cấu trúc bên trong của IC 555:

Cấu trúc IC 555

HOẠT ĐỘNG CỦA VI MẠCH 555

Bên trong vi mạch 555 có hơn 20 transistor và nhiều điện trở thực hiệnnhiều chức năng sau:

Cầu phân áp gồm 3 điện trở nối từ nguồn Vcc xuống mass cho ra hai điện áp chẩun là 1/3 Vcc và 2/3 Vcc.

 OP-AMP 1 là mạch khuyếch đại so sánh ngõ vao (-) nhận diện điện

áp chuẩn 2/3 Vcc ,còn ngõ vào (+) thì nối ra ngoài chân 6.Tùy thuộc điện áp của chân 6 so với điện áp chuẩn 2/3 Vcc mà OP-AMP 1 có điện áp ra mức cao hay mức thấp để làm tín hiệu R(Reset) điều khiển Fip-Flop (F/F)

OP-AMP 2 là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ vào(+) nhận điện

áp chuẩn 1/3 Vcc,còn ngõ vào (-) thì nối với chân 2.Tùy thuộc điện áp chân

2 so với điện áp chuẩn 1/3 Vcc mà OP-AMP 2 có mức cao hay thấp để làm tín hiệu S(Set) điều khiển Flip-Flop(F/F)

Mạch Flip-Flop (F/F) là laọi mạch lưỡng ổn kích một bên Khi chân Set(S) có điện áp cao thì điệp áp này kích đối trạng thái của F/F là ngõ

Q lên mức cao và ngõ Q/ của F/F xuống mức thấp.Khi ngõ Set(S) đang ở mức cao xuống mức thấp thì mạch F/F không đổi trạng thái.Khi chân

Reset(R) có điện áp cao thì điện áp này kích đồi trạng thái của F/F làm ngõ Q/ lên mức cao và ngõ Q xuống mức thấp.Khi ngõ Reset (R) đang ở mức cao xuống mức thấp thì mạch F/F không đổi trạng thái

Mạch OUTPUT là mạch khuyếch đại ngõ ra để tăng độ khuyếch đại dòng cấp cho tải.Đây là mạch khuyếch đại đảo có ngõ vào là chân Q/ của F/F.nên khi Q/ ở mức cao thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có mức điện áp thấp (~0V) và ngược lại khi Q/ ở mức thấp thì ngõ ra chấnố 3 của IC có điện áp cao(~Vcc)

Transistor T1 có chân E nối vào một điện áp chuẩn khoảng 1.4V và

vì là loại transistor PNP nên khi cực B nối ra ngoài bởi chân số 4 có điện áp cao hơn 1.4 V thì T1 ngưng dẫn,dẫn đến T1 không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch.Khi chân 4 có điện trở trị số nhỏ thích hợp nồi mass thì T1 dẫn bảo hòa đồng thời làm mạch OUTPUT cũng dẫn bảo hòa và làm ngõ ra xuống thấp.Chân 4 được gọi là chân Reset có nghĩa là nó Reset IC555 bất chấp tình trạng ơ các ngõ vào khác, do đó chân Reset kết thúc xung ra sớm khi

cần.Nếu không dùng chức năng Reset thì nối chân này lên Vcc để chông nhiễu

Transistor T2 là chân transistor co cực C để hở nối ra chân số 7 (Dischange=xả).Do cực B dược phân cực bởi mức điện áp ra Q/ của F/F nên khi Q/ ở mức cao thì T2 dẫn bảo hòa và cực C của T2 coi như nối mass,lúc đó ngõ ra chân 3 cũng ở mức thấp; Khi Q/ ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn làm cho

cự C của T2 bị hở, lúc đó ngõ ra chân 3 có mức điện áp cao.Theo nguyên lý trên cực C của T2 ra chân 7có thể làm ngõ ra phụ có mức điện áp giống mức điện áp của ngõ ra chân số 4

4.khảo sát transistor

4.1cấu tạo cơ bản của transistor(BJT)

Hình sau đây mô tả cấu trúc của hai loại transistor NPN và PNP

Nồng độ tạp chất của vùng E lớn hơn vùng B và vùng C có nồng độ tạp chất nhỏ nhất.Vùng nền có kích thước hẹp nhất trong ba vùng bán dẫn kế đến là vùng phát và vùng thu là rộng nhất.Transistor NPN có đáp ứng tần số cao tốt hơn transistor PNP.Bây giờ chúng ta chỉ khảo transistor NPN còn transistor PNP cũng tương tự

4.2 transistor ở trạng thái chưa phân cực

Khi pha chất cho (donor) vào thanh bán dẫn tinh khiết ta được chất bán dẫn loại N.Các điện tử tự do(còn thừa của chất cho)có mức năng lượng trung bình gần dãi dẫn điện(mức năng lượng Fermi được năng lên).Tượng tự nếu chất pha tạp là chất nhận(acceptor)thì ta có chất bán dẫn loại P.Các lỗ trống của chất nhận có mức năng lượng trung bình nằm gần dãi hóa trị

hơn(mức năng lượng fermi được giảm xuống)

Khi nối P-N được xác lập,một rào điện thế sẽ tạo ra tại nối Các điện

tử tử tự do trong vùng N sẽ khếch tán sang vùng P và ngược lại các lỗ trống

từ vùng P sẽ khếch tán sang vùng N.Kết quả là tại hai bên mối nối,bên vùng

N các ion dương bên vùng P là các ion âm.chúng đã tại ra hàng rào điện thế

Hiện tượng này cũng thấy ở tại hai mối nối transistor.Quan sát vùng hiếm,ta thấy ta thấy rằng kích thước của hiếm là một hàm số theo nồng độ chất pha.Nó rộng ở vùng chất pha nhẹ và hẹp ở vùng chất pha đậm

4.3cơ chế hoạt động của transistor lưỡng cực

Trong ứng dụng thông thường(khếch đại),nối phát nền phải được phân cực thuận trong lúc nối thu nền phải được phân cực nghịch

Vì nối phát nền phân cực thuận nền vùng hiếm hẹp lại,nối thu nền được phân cực nghịch nên vùng hiếm rộng ra

Nhiều điện tử từ cực âm của nguồn VEE đi vào vùng phát và sang vùng nền.Như ta đã biết,vùng nền pha tạp chất ít và rất hẹp nên lỗ trống không nhiều do đó lượng lỗ trống khếch tán sang vùng phát không đáng kể

Mạch phân cực như sau:

Do vùng nền hẹp và ít lỗ trống nên có một ít điện tử khếch tán sang vùng phát tái hợp với lỗ trống của vùng nền.Hầu hết các điện tử tử từ vùng này khếch tán thẳng qua vùng thu và bị hút về cực dương của nguồn VCC.

Các điện tử tự do vùng phát như vậy tạo nên dòng điện cực phát IE

chạy từ cực phát E.Các điện tử từ vùng thu chạy về cực dương của nguồn

VCC tạo ra dòng điện thu IC chạy vào vùng thu

Mặt khác,một số ít điện tử là hạt thiểu số của vùng nền chạy về cực dương của nguồn VEE tạo nên dòng điện IB rất nhỏ chạy vào cực nền B

Như vậy, theo định luật kirchoff,dòng điện IE bằng tổng dòng IB và IC

Ta có:IE =IB+IC

Vì dòng IB rất nhỏ nên có thể coi IE=IC

4.4cách lắp transistor và độ lợi dòng điện

Khi sử dụng,transistor được ráp theo ba cách căn bản sau:

-ráp theo kiểu cực nền chung(1)-ráp theo kiểu cực thu chung(2)-ráp theo kiểu cực phát chung(3)

Trong ba cách ráp trên,cực chung chính là cực được nối mass và dùng chung cho hai ngõ vào và ngõ ra.

Trong mỗi cách ráp,người ta định nghĩa độ lợi dòng điện một chiều như sau:

Độ lơi dòng điện kí hiêu là K:

K=

I

I

IN OUT

Độ lợi dòng điện của transistor thường được dùng là độ lợi trong cách ráp cực phát chung và cực nền chung.Độ lợi dong điện trong cách ráp cực phát chung cho bởi:

Như vậy IC=βDC⋅IB

Nhưng :IE = IC + IB= βDC⋅IB+IB=IB(βDC+1)

Độ lợi dòng điện trong cách ráp cực nền chung cho bởi

βDC có giá trị từ vài chục đến vài trăm,thậm chí có thể lên đến hàng ngàn.αDC có trị từ 0,95 đến 0,999…tùy theo laoi transistor.Hai thông số

βDC và αDC được nhà sản xuất cho biết

Giải phương trinh này để tìm βDC hay α DC,ta được:

ghi chú:các công thức trên là tổng quát nghĩa là vẫn đúng với transistor PNP

Ta nchú ý rằng dòng điện thực chạy trong hai transistor NPN và PNP có chiều như nhau:

Thí dụ một transistorNPN,được phân cực sau cho

IC=1Ma,IB=10µA.Tính βDC ,IE, α DC

Giải từ phương trình:

Và từ phương trình:

Một transistor PNP(SI)có βDC =50 khi IE=1,5Ma.Xác định IC

Giải:

4.5dòng điện rỉ trong transistor

Vì nối thu nền thường được phân cực nghịch nên cũng có một dòng điện rỉ (bảo hòa ngược)đi qua mối nối như trong trường hợp diod được phân cực nghịch.Dòng điện rỉ ngược này được kí hiệu là

ICBO,được nhà sản xuất cho biết và được mô tả bằng hình vẽ sau:

Đây là dòng điện đi từ cực thu qua cực nền khi cực phát để hở Hình vẽ sau đây cho ta thấy thành phần các dòng điện chạy trong transistor bao gồm cả dòng điện ICBO

Thay vào phương trình trên ta tim được:

Chúng ta đăt I =(β +1)I và phương trình trên được viết lại

Như vậy,ta có thể hiểu dòng điện rỉ ICEO như là dòng điện chạy từ cực C qua cực E của transistỏ khi cực B để hở.Trị số của ICEO cũng được nhà sản xuất cho biết:

Các thông số βDC ,αDC,ICBO,ICEO rất nhạy với nhiệt độ

4.5đặc tuyến V-I của transistor

Người ta thường chú ý đến 3 loại đặc tuyến của transistor:

-đặc tuyến ngõ vào-đặc tuyến ngõ ra-đặc tuyến truyền Mạch tổng quát để biểu 3 đặc tuyến trên được biểu diễn bằng mô hình sau:

Chúng

Chúng ta cần chú ý tùy theo mỗi loai transistỏ và cách lắp ráp mà nguồn

V11,V22 phải mắc đúng cực(sao cho khối thu nền phân cực nghịch và khối phát nền phân cực thuận) các Ampe kế và volt kế phải mắc đúng chiều

Chúng ta khảo sát hai cách mắc cơ bản L:

4.5.1 MẮC THEO CỰC NỀN CHUNG

Mạch điện như sau:

Đặc tuyến ngõ vào(input cusver)

Là đặc tuyến biểu diễn sự thay đổi của dòng điện IE theo điện thế ngõ vào VBE với VCB được chọn làm thông số

Đặc tuyến có dạng như sau:

Nhận xét:

-khi nối thu nền để hở,đặc tuyến có dạng như diode khi phan cực thuận

-điện thế ngưỡng của đặc tuyến giảm khi VCB tăng

đặc tuyến ngõ ra(output cusver)

Là đặc tuyến biểu diễn sự thay đổi dòng điện cực thu IC theo điện thế thu nền VCB với dòng điện phát làm thông số

Đặc tuyến có dạng như sau.Ta chú ý đến ba vùng hoạt động của transistor

Vùng tác độngp:nối nền phát phân cực thuận,nối nền thu phân cực nghịch.Trong vùng này đặc tuyến là những đường thẳng song song và cách đều.Trong các ứng dụng thông thường,transistor được phân cực trong vùng tác động.

Vùng ngưng:nối nền phát phân cực nghịch(IE=0),nối thu nền phân cực nghịch.trong vùng này transistor không hoạt động

Vùng bão hòa:nối phát nền phân cực thuận,nối thu nền phân cực thuận.Trong các ứng dụng đặc biệt ,transistor mới được phân cực trong vùng này

4.5.2mắc theo kiểu cực phát chung.

Đây cách mắc thông dụng nhất trong các ứng dụng của

transistor.mạch điện như sau:

đặc tuyến ngõ vào:biểu diễn sự thay đổi của dong điện IB theo điện thế ngõ vào VBE .Trong đó hiệu điện thế thu phát VCE chọn làm thông số.

đặc tuyến như sau:

đặc tuyến ngõ ra:biểu diễn dòng điện cực thu IC theo điện thế ngõ ra VCE

với dòng điện ngõ vào IB được chon làm thông số

đặc tuyến ra như sau:

-Ta thấy có ba vùng hoạt động của transistor:vùng bão hòa ,vùng tác động và vùng ngưng.

-khi nối tắt VBE (TỨC IB =0)dòng điện cực thu xấp xỉ dòng điện rỉ ICEO

Đặc tuyến truyền(transfer characteristic cusver)

Từ đặc tuyến ngõ vào và đặc tuyến ngõ ra.Ta có thể suy ra đặc tinh truyền của transistor.Đặc tuyến truyền biểu diễn sự thay đổi của dong điện ngõ ra IC theo điện thế ngõ vào VBE với điện thế ngõ ra VCE làm thông số

đặc tuyến ra có dạng như sau:

Đối với transistor silic,vùng hoạt động có VBE nằm trong khoảng 0,8V.Trong hình này đặc tính truyền có dạng hàm mũ,ở vùng bảo hòa ,dòng

0,5-IC tăng nhanh khi VBE thay đổi.Ở vùng ngưng,khi VBE thay đổi.Ở vùng

ngưng,khi VBE còn nhỏ,dòng rỉ qua transistor ICES rất nhỏ,thường xấp xỉ ICBO

Ngay cả trong vùng hoạt động,khi VBE thay đổi một lượng nhỏ(từ dòng IB thay đổi)thì dòng IC thay đổi một lượng khá lớn.Vì thế trong các ứng dụng người ta sử dụng cực nền VBE làm điện thế điều khiển còn cực B còn gọi là cực điều khiển

4.5.3 ảnh hưởng của nhiệt độ lên các đặc tuyến BJT.

Ta biết rằng,các tính chất điện của chất bán dẫn thay đổi theo nhiệt độ.Do đó,các đặc tuyến của BJT đều thay đổi theo nhiệt độ

-khi nhiệt độ tăng,các dòng điện rỉ của cực thu(ICBO,ICEO,ICES)đều tăng.-khi nhiệt độ tăng các độ lợ điện thế cũng tăng (α DC và βDC )cũng tăng

-khi nhiệt độ tăng điện thế phân cực thuận(điện thế ngưỡng)nối nền phát VBE giảm.Thông thường,VBE giảm 2,2mV khi nhiệt độ tăng 10C

-dòng điện rỉ ICBO tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 80C trong transistor silic