THIẾT kế MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG TIA HỒNG NGOẠI

Điện trở a- Khái niệm Điện trở là linh kiện thụ động không thể thiếu trong các mạch điện và điệntử,chúng có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp để thực hiện chức năng tuỳtheo vị

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

GVHD: ĐẶNG ĐỨC MINH

TR ẦN Đ ỨC C Ư ỜNG

LỚP: 11CĐ-ĐT2 MSSV : 0751040025

TRƯỜNG CAO ĐẴNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

NGUY ỄN QUANG SA

LỚP: 11CĐ-ĐT2 MSSV : 0751040025

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

LỜI MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

1.1 Linh kiện điện tử thụ động 8

1.1.1 Điện trở 8

a- Khái niệm 8

b- Phân loại 8

c- Đặc điểm của điện trở 8

d- Hình dạng thực tế một số loại điện trở 9

1.1.2 Tụ điện 9

a- Khái niệm 9

b- Phân loại tụ điện 10

c- Đặc điểm tụ điện 10

d- Hình dạng và trị số của tụ điện 11

1.1.3 Loa điện động 11

a- Khái niệm 11

b- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 12

c- Phân loại và các thông số của loa 13

+ Loa thông dụng 13

d-Thông số của loa 14

1.2 Linh kiện điện tử tích cực 14

1.2.1 Điode 14

a- Khái niệm: 15

b-Đặc tuyến vol-ampe của diode 15

c-Diode phát quang (Led) 17

d-Ứng dụng của diode : 17

1.2.2 Transitor lưỡng cực 18

a- Cấu tạo : 18

b- Phân cực cho transitor 19

c- Các cách mắc và chế độ làm việc của transitor 19

- Cách mắc: 19

- Chế độ làm việc: 20

1.3 Một số linh kiện quan trọng sử dụng trong đề tài 21

1.3.1 IC NE555 21

1.3.3 LED thu phát hồng ngoại 24

1.4 Khái niệm về tia hồng ngoại 25

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG & TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ LINH KIỆN 26

CHƯƠNG III:THIẾT KẾ MẠCH VÀ THỰC NGHIỆM 34

1 Nguyên lý hoạt động của mạch thu phát hồng ngoại 34

1.1 nguyên lý hoạt động của mạch phát hồng ngoại 34

1.2 Nguyên lý hoạt động của mạch thu tín hiệu 36

2 Thiết kế mạch chống trộm 38

2.1.Khối phát 38

2.2 Khối thu 38

2.3 Loa phát tín hiệu 39

Chương IV: KẾT LUẬN CHUNG 40

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP HCM, ngày… tháng … năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP HCM, ngày… tháng … năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay,sự phát trển mạnh mẽ của khoa học công nghệ,cuộc sống của conngười có những thay đổi ngày càng tốt hơn với nhưng trang thiết bị hiện đại phục

vụ công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Để có được thành công đóphải kể đến thành tựu của ngành kĩ thuật điện, được phát triển mạnh dựa trên nhữngtiến bộ của ngành vật liệu điện tử và máy tính điện tử

Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế chúng emsau một thời gian học tập được các thầy cô giáo trong khoa giảng dạy về các kiến

thức chuyên ngành được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Đặng Văn Khanh chúng

em đã thiết kế đựơc “ mạch chống trộm sử dụng ánh sáng hồng ngoại”

Trong thực tế, nhu cầu sử dụng các sản phẩm tự động của con người ngàycàng lớn Các thiết bị trong gia đình cần phải được bảo vệ Với mạch điều khiểnthu phát bằng ánh sáng hồng ngoại,chung ta có thể biết được khi trộm lại gần đồvật của chúng ta

Cùng với sự nỗ lực của bản thân nhưng do thời gian kiến thức và kinh nghiệmcòn có hạn nên sẽ không tránh khỏi những thiếu xót Chúng em rất mong được sựgiúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp và phát triểnthêm đề tài

CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Linh kiện điện tử thụ động

1.1.1 Điện trở

a- Khái niệm

Điện trở là linh kiện thụ động không thể thiếu trong các mạch điện và điệntử,chúng có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp để thực hiện chức năng tuỳtheo vị trí của điện trở trong mạch

 Điện trở oxit kim loại

c- Đặc điểm của điện trở

- Điện trở làm việc phụ thuộc vào nhiệt độ của nó, do đó trị số thay đổi khi

có dòng chảy qua do có hiện tượng biến đổi năng lượng điện thành năng lượngnhiệt trên thân điện trở

- Giá trị điện trở còn thay đổi theo thời gian hay trong những điều kiện đặcbiệt theo tần số tín hiệu xoay chiều tác động lên nó

- Khi có hai hay nhiều điện trở R1, R2, , Rn mắc nối tiếp nhau thì giá trịđiện trở tổng cộng bằng tổng các điện trở riêng rẽ:

2

1 1

1 1

Biểu thức xác định: Zc = j.21f.C = j.1Xc

Đơn vị tính: Fara (F)

b- Phân loại tụ điện

Có rất nhiều phương pháp phân loại, ở đây ta phân loại dựa trên cơ sở chấtchế tạo bên trong tụ diện thì có các loại sau :

- Nhóm tụ mica, tụ selen, tụ cemamic nhóm này làm việc ở khu vực tần sốcao tần

- Nhóm tụ sứ, sành.giấy dầu: nhóm này hoạt động ở khu vực tần số trungbình

- Tụ hóa làm việc ở khu vực tần số thấp

c- Đặc điểm tụ điện

- Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăndòng một chiều

- Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ

- Đơn vị đo điện dung của tụ ở mạch: pF(picro Fara),nF(nano Fara),(micro Fara) điện tử gồm

- Khi sử dụng tụ phải quan tâm đến hai thông số :

Điện dung: Cho biết khả năng chứa điên của tụ

Điện áp: cho biết khả năng chịu đựng của tụ

- Ghép nối tiếp: Các tụ C1, C2, , Cn ghép nối tiếp thì điện dung tươngđương C của bộ tụ có giá trị xác định bởi :

n

C C

C

C

1

Loa điện động là một thiết bị có thể biến đổi tín hiệu điện thành chuyển động

cơ học để tái tạo âm thanh nằm trong dải tần số từ 16Hz đến 20.000Hz mà conngười nghe được

Hình 1.3 : Mô phỏng sơ đồ mạch điện và cấu tạo loa tĩnh điện

b- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Loa điện động hoạt động dựa trên nguyên tắc một cuộn dây đặt trong một từtrường mạnh của nam châm Khi có dòng điện âm tần chạy qua, cuộn dây sẽ daođộng Do cuộn dây được nối với màng loa nên các dao động này được truyền rakhông khí, tác động vào người nghe

Dù thuộc thể loại nào thì loa cũng phải có một bộ phận quan trọng gọi là màng

rung (hoặc màng loa) Màng rung là nơi âm thanh được phát ra để đến với tai người

nghe Tuỳ từng loại loa khác nhau mà nguyên lý làm rung màng rung là khác nhau

Đa số các loa màng rung được gắn với một cuộn dây, cuộn dây này được định vị trong khe hẹp có từ trường mạnh được sinh ra giữa hai cực của một nam châm vĩnh cửu Khi cho dòng điện tín hiệu đi qua cuộn dây thì cuộn dây xuất hiện lực từ làm rung nó, sự rung động của cuộn dây sẽ làm chuyển động màng loa

Do hạn chế riêng về cấu tạo, mỗi loại loa điện động theo nguyên lý sử dụng namchâm điện vĩnh cửu thường chỉ phát được âm thanh tốt nhất ở một dải tần nhất địnhnào đó mà không thể phát toàn dải âm nghe được (16 Hz đến 20.000 Hz)

màng loa phải có cấu tạo kích thước rộng, các cuộn dây có biên động giaođộng lớn trong khe từ

 Ở dải tần cao, để đáp ứng sự giao động nhanh và liên tục, màng loa phải đủnhỏ, mềm để không cản trở.

 Ở dải tần trung bình hoặc từng dải tần nhất định, màng loa cần được tínhtoán để phù hợp nhất với tần số phát thiết kế

Như vậy, để có thể truyền tải âm thanh ở đủ mọi dải tần nghe được, một bộ loacần sử dụng nhiều loa với đường kính và cấu tạo khác nhau (thông thường mộtthùng loa có chất lượng tốt thường bao gồm bốn đến năm loa, trong đó: một loatrầm, hai loa trung và một đến hai loa phát tần số cao)

Các bộ phận khác rất khác nhau tùy thuộc vào từng loại loa, sẽ được trình bày tạitừng loại loa riêng biệt

c- Phân loại và các thông số của loa

Loa nén thường được sử dụng nhiều nhất trong việc truyền thông tin đại chúng(như các đài phát thanh phường, xã), dùng trong các xe cứu thương, cảnh sát, dùng cầm tay hoặc trang bị trên các xe mô tô cảnh sát

+ Loa thông dụng

Loa thông dụng là các loa dùng phát âm thanh thuộc thể loại âm nhạc Chúnggồm nhiều thể loại phục vụ riêng cho từng dải tần số khác nhau.Loa thông dụng thường có các loại màng loa có hình dạng và kích thước khác nhaucho các dải tần số phát khác nhau Màng loa có đường kính lớn thường cho loa trầm

và siêu trầm (bass), các màng loa đường kính trung bình cho dải tần số mức trungbình và các màng loa nhỏ cho các loa có tần số cao (loa treble).

d-Thông số của loa

Loa điện động thường có các thông số cơ bản sau:

 Điện trở loa: Thường ký hiệu bằng ôm (Ω) xác định bằng ) xác định bằng điện trở của loa khi

đo ở tần số 1 Khz

 Dải tần tái tạo

Diode bán dẫn có cấu tạo là một chuyển tiếp p-n với hai điện cực nối ra, cực nối

ra từ miền p gọi là Anôt (A), cực nối ra từ miền n gọi là katôt (K)

b-Đặc tuyến vol-ampe của diode

Nối tiếp diode bán dẫn với một nguồn điện áp ngoài qua một điện trở hạn dòng

theo sơ đồ sau: (diode được phân cực thuận)

10 15

20 40 60 80

Hình 1.6 : Đặc tuyến Von-Ampe của diode bán dẫn

Đặc tuyến Von-Ampe của diode được chia làm 3 vùng:

 Vùng 1: Ứng với trường hợp phân cực thuận, điện áp nhỏ, dòng điện lớn,điện trở nhỏ ().

dòng điện nhỏ và điện trở lớn (K)

tăng Nguyên nhân do nhiệt độ quá cao hoặc điện áp ngược quá lớn dẫn đếndiode mất tính chất van dẫn điện theo hai chiều

Các tham số giới hạn của diode :

thủng): Ungcmax( thường giá trị Ungcmax chọn khoảng 80% giá trị điện ápđánh thủng Udt

 Công suất tiêu hao cực đại cho phép trên van để chưa bị hỏng vì nhiệt: P

Khi một diode được phân cực thuận, các điện tử từ bán dẫn loại n sang lấp đầy

lỗ trống trong bán dẫn loại p tạo ra dòng điện thuận Đối với diode bình thường chếtạo từ Ge và Si thì sự tái hợp giữa điện tử và lỗ trống tạo ra năng lượng dưới dạngnhiệt

Diode phát quang (LED) là loại diode dùng các chất bán dẫn đặc biệt nhưGa,As Với các chất này sự tái hộ điện tử và lỗ trống sẽ tạo ra ánh sáng

Tuỳ theo chất bán dẫn mà LED phát ra ánh sáng có màu khác nhau như vàng, xanh lá, đỏ, Điện áp ngưỡng của LED: Vz=1,72,2V Dòng điện: ID = 5mA

 Dùng để tách sóng tín hiệu ra khỏi sóng mang cao tần

1.2.2 Transitor lưỡng cực

Hình 1.7 : Một số loại Transitor

a- Cấu tạo :

Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau, hình thành hai lớp tiếp giáp

p-n p-nằm p-ngược chiều p-nhau, vì thế Trap-nsistor giốp-ng p-như hai Diode p-nối p-ngược chiềunhau (Diode BE và Diode BC).Nếu 2 diode có chung nhau vùng bán dẫn loại p thì

ta có Trasistor nghịch NPN, nếu chúng có chung nhau vùng bán dẫn loại n thì ta cóTrasistor thuận PNP

Ba vùng bán dẫn được nối ra ba chân gọi là ba cực :

- Cực nối với vùng bán dẫn chung được gọi là cực gốc (Base) viết tắt là B

Vùng này rất mỏng (10Ao m) và nồng độ tạp chất rất thấp

- Hai cực nối với hai vùng bán dẫn ở hai bìa là cực phát Emitter (E) và cựcthu (còn gọi là cực góp) Collector (C) Hai vùng này có cùng loại bán dẫn

nhưng có nồng độ tạp chất khác nhau nên không thể hoán vị cho nhau Vùng E có nồng độ tạp chất rất cao còn vùng C có nồng độ tạp chất lớn hơnvùng B nhưng nhỏ hơn vùng E

Hình 1.8: Cấu tạo của Transitor b- Phân cực cho transitor

Muốn BJT làm việc như một phần tử tích cực thì phải đưa tới các cựccủa Transistor các mức điện áp một chiều có giá trị khác nhau gọi là phân cực Quátrình phân cực phải thoả mãn các điều kiện sau :

 Chuyển tiếp Collector-Base luôn phân cực ngược.

Nếu gọi UE , UB, UC lần lượt là điện thế của các cực Emitter, Base,Collector, căn cứ vào điều kiện phân cực thì giữa các điện thế này phải thoả mãnđiều kiện:

UE< UB< UC

Các phương pháp phân cực cho Transistor :

 Phân cực theo kiểu điện áp phản hồi

c- Các cách mắc và chế độ làm việc của transitor

- Cách mắc:

Tuỳ theo việc chọn cực nào làm điểm chung – tức là điểm có điện thế 0V

về xoay chiều cho cổng vào và cổng ra sẽ có 3 kiểu mắc Trasistor trong mạch:

- Kiểu base chung (BC): IE là dòng vào, IC là dòng ra, UEB là điện áp vào,

transistor có 4 chế độ làm việc khác nhau:

- Chế độ khuếch đại khi D BE phân cực thuận (mở), DBC phân cực ngược(khoá).

- Chế độ khuếch đại đảo khi DBE khoá và DBC mở

- Chế độ bão hoà khi cả hai diode đều mở

- Chế độ cắt dòng khi cả hai diode đều khoá

Chế độ khuếch đại là điển hình nhất khi sử dụng BJT như một phần tử tuyếntính để khuếch đại tín hiệu xoay chiều trong khi chế độ bão hoà và cắt dòng là haitrường hợp giới hạn, BJT làm việc như một khoá điện tử với hai trạng thái phânbiệt: dòng nhỏ, áp lớn thì cắt dòng còn khi dòng lón, áp nhỏ thì bão hoà

Ở chế độ khuếch đại yêu cầu cơ bản nhất là diode D BE phải mở với điện áprơi trên nó là 0,7V (Si) hay 0,3V (Ge), diode DBC phải khoá

1.3 Một số linh kiện quan trọng sử dụng trong đề tài

1.3.1 IC NE555

Hình 1.9 : Hình dạng thực tế và sơ đồ chan IC NE555a-Cấu tạo:

IC NE555 N gồm có 8 chân

-Chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC

- Chân số 2(TRIGGER): ngõ vào của 1 tần so áp.mạch so áp dùng cáctransistor PNP Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3

- Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức voltcao(gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1)

- Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số

4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thìtrạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6

- Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong

IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mase.Tuy nhiên trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối masse qua 1 tụ từ0.01uF - 0.1uF, các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổnđịnh

- Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác mạch so sánhdùng các transistor NPN mức chuẩn là Vcc/3

- Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem như 1 khóa điện và chịu điều khiểnbỡi tầng logic khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó

mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng daođộng

- Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấpcho IC 555 trong khoảng từ +5v đến +15v và mức tối đa là +18v

b-Nguyên lý hoạt động:

Hình 1.10: Nguyên lý hoạt động của IC NE555N

Ký hiệu 0 là mức thấp(L) bằng 0V, 1 là mức cao(H) gần bằng VCC Mạch FF làloại RS Flip-flop,

Khi S = [1] thì Q = [1] và = [ 0]

Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và = [0] Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0]

Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì

= [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C,điện áp ở chân 6 không vượt quá V2 Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF khôngreset

Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra +Rb)C

- /Q = 0 > Transistor hồi tiếp không dẫn.

- /Q = 1 > Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V !

- Tụ C xả qua Rb Với thời hằng Rb.C

- Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ C

nhảy xuống dưới 2Vcc/3

* Quá trình lại lặp lại

Kết quả: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn

1.3.3 LED thu phát hồng ngoại

Led phát hồng ngoại bác có thể hoàn toàn đối xử với nó như led thường Với điện

áp 5V thì điện trở hạn dòng xài 330 hoặc 470

Với led thu hồng ngoại bác nên xài loại vỏ hộp sắt giá khoảng 6000 đồng/cái loại này chống nhiễu tốt Điện áp sử dụng là 5V

Led hồng ngoại có 2 loại: Thu và phát

- Loại phát có 2 chân, bạn thường thấy trong các loại Remote TV, đầu máy Loại này đơn giản chỉ cần cấp nguồn (phân cực thuận), hoặc cấp xung là nó phát ra tia hồng ngoại (màu trắng trong hình dưới)

- Loại thu (2 chân hoặc 3 chân) Hoạt động của nó: Khi nhận được tín hiệu hồng ngoại thì nó dẫn (giống như 1 công tắc đóng mở mạch điện)

1.4 Khái niệm về tia hồng ngoại

- Ánh sáng hồng ngoại (tia hòng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằngmắt thường ,có bước sóng khoảng từ 0.86 đến 0.98micromet tia hồng ngoại có vậntốc truyền như vận tốc ánh sáng

- Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu Nó được úng dụng rộngrãi trong công nghiệp lượng thông tin có thể đạt 3 megabit/1s Lượng thông tindược truyền đi với anh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ màngười ta vẫn thường dùng

-Tia hồng ngoài có khả năng suyên thấu kém trong điều khiển từ xa bằng ánh sánghồng ngoại , trùm tia hồng ngoại phát đi hẹp.,có hướng , dó đó khi thu phải dúnghướng

- Sóng hống ngoại có nhứng đặc tính quan trong như ánh sáng thông thường ( sựhội tụ qua thấu kính , tiêu cự …)

- Ánh sáng hồng ngoại và ánh sáng thông thường khác nhau trong sự suyên suốt quavật chất Có nhứng vật ta có thể thấy nó dưới một máu sám đụcnhứng với ánhsáng hồng ngoại nó trở nên suyên suốt.vì vậy vật liệu bán dấn “trong suốt” đối