Cơ điện tử tự thiết kế lắp ráp 23 mạch điện thông minh chuyên về điều khiển tự động trần thế san, châu ngọc

Nguyên lí và cồng cụ của cơ điện tử Nếu bạn muốn thực hiện các mạch điện được nêu trong cuốn sách này, bạn cần nắm vững một sô nguyên lí và các công cụ thông dụng.. Một tranzito Darl

TRẦN THẾ SAN - CHÂU NGỌC THẠCH

CHUYÊN VỀ ĐIỀU KHIỂN T ự ĐỘNG

TRẦN THẾ SAN - CHÂU NGỌC THẠCH

C ơ Đ IỆ N TỬ

Tự Thiết K ế- Lắp Ráp

Mạd tíỊi nia na

CHUYÊN VỀ ĐIỀU KHIỂN Tự ĐỘNG

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỶ THUẬT

Tự THIẾT KẼ LÁP RÁP 23 MẠCH BIỆN THÔNG MINH

Liên kết xuât bân.

CTY TNHH VĂN HÓA TRÍ DÂN

96/15 Duy Tân - Phú Nhuộn - Tp.HCM

ĐT : 08 39901846 - Fax : 08 39971765

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC v à KỶ THUẬT

70 Trân Hưng Đạo - Hà Nội

In 2000 cuôh khổ (ỉó X 24 Cm) tợi xưởng in c ty c ổ phàn vởn hóa Vợn Xuớn.Theo s ố đ ở n g kỷ 149 - 2011 / CXB/460 -11/KHKT ngày 14/02/201 l.s ố ỉ ỈÓ/QĐXB - NXBKHKT.Cđp ng ày 02/08/201 ỉ

In xong n ộp lưu chiểu th á n g 09 nởm 2011.

Cơ nghiên cứu điện tử ngày nai/ bao khoa học, quát công nghệ, nhiều dụng rộng sống hàng 71/ hứng

tạo.

• Công nghệ tien tiến dược áp dụng tro trang từ diện

Giới thiều

cơ điện tử

Trước khi bắt đầu với các mạch

điện và thiết bị cơ học, bạn cần

biết đôi điều về một ngành khoa

học mới: co' điện tử Ngành này chi

mới xuất hiện vào cuối thê kỷ 20,

nhưng đã có những bước phát triển

mạnh mẽ, kết hợp nhiều ngành

khoa học - công nghệ khác nhau,

tích hợp giữa cơ khí, điện tử, và

điều khiến học Hầu như mọi

trang thiết bị hiện đại kế cả máy

tính điện tử, tàu vũ trụ, đều là

sản phẩm của cơ điện tử Thế kỷ

21 sẽ chứng kiến sự bùng nố của

công nghệ thông tin, công nghệ

Nano, đó là kết quả từ sự phát

triển của cơ điện tử

Cơ điện tử không chi là ngành

khoa học hiện đại, mà còn là lĩnh

vực rất thú vị đê mọi người có thế

tìm hiểu, tự sáng chế, tự lắp ráp

các mạch điện điều khiên mang

tính giải trí nhưng có khả năng

phục vụ cho các mục đích đơn giản

hàng ngày.

Nguyên lí và

cồng cụ của cơ điện tử

Nếu bạn muốn thực hiện các mạch

điện được nêu trong cuốn sách

này, bạn cần nắm vững một sô

nguyên lí và các công cụ thông

dụng Các linh kiện điện dễ tìm và

có giá rẻ kế cả các bộ phận của

nhCng đồ chơi hoặc thiết bị điện

tử gia dụng cũ đều có ích cho bạn,

chi cần một chút khéo tay và tính sáng tạo Các mạch điện dựa trên nguyên lí cơ điện tử được trình bày

ở đây sẽ theo từng cấp độ từ dễ đến khó dần

Một trong các lợi ích của các mạch điện trong cuốn sách này là

sự phát triển tư duy sáng tạo, chí cần ứng dụng kiến thức cơ bản trong trường phổ thông Do đó các

em học sinh từ trung học cơ sở đến các trường dạy nghề đều hoàn toàn có thể ứng dụng kiến thức đã học đế lắp ráp các mạch điện được

trình bày ở đây, cải tiến và tạo ra

các mạch điện mới Công nghệ bắt đầu từ bóng đèn chiếu sáng đơn giản đến các thiết bị cơ điện tử gia dụng nhưTV, điện thoại, máv tính

đế bàn, cho tới các thiết bị công nghệ cao như robot, radar, nhưng đều sử dụng các linh kiện đơn giản nối kết với nhau theo sơ đồ được gọi là mạch điện

Cơ điện tử hoàn toàn không phải là lĩnh vực cao siêu, đơn giản chi là các hệ thống cơ học được điều khiến bằng điện tử Với phương pháp khoa học bạn hoàn toàn có thể nắm vững lĩnh vực này Để thực hiện nghiên cứu thực nghiệm cần áp dụng các bước sau:

• Chuẩn bị vật liệu và trang

thiết bị

• Thực hiện thí nghiệm và ghi

dữ liệu

• Phân tích kết quả

• Đề xuât các hướng cải tiến

Trong cơ điện tử, giữa lí thuyết và

thực nghiệm có quan hệ rất chặt chẽ,

tuy nhiên bạn có thể thực hiện các mạch

điện mà không cần hiểu sâu về lí

thuyết Các mạch điện trong cuốn sách

này có tính thực tiễn rất cao, hoàn toàn

không khó thực hiện

cơ sở ban đầu

Hầu hết các mạch điện trong cuốn

sách này đều có thể sử dụng một

cách riêng rẽ Tuy nhiên, mỗi khi

có thể, các mạch đuợc thiết kế

theo từng nhóm, bằng cách thay

một vài linh kiện, chúng có thể

thay thê cho nhau hoặc thực hiện

Các linh kiện được đưa vào

mạch điện bằng cách nối kết các đầu dây hoặc hàn với nhau

Phương pháp này là rất đơn giản không đòi hỏi các dụng cụ đặc biệt Ớ mức độ cao hơn bạm có thể sử dụng mạch in

Bạn cũng có thế sử dụng ốc vít

để nối kết các đầu dây Sử dụng

phương pháp này tuy không phải

hàn nhưng cần cẩn thận đế nối

kết chắc chắn Các chân linh kiện

được đưa vào lỗ trên bản mạch

Các vệt đồng dẫn điện được xác định theo chức năng của mạch điện Các linh kiện nhỏ được hàn trên bản mạch với chân linh kiện tiếp xúc với vệt đồng

Chì hàn là hợp kim 6 phần thiếc và 4 phần chì, trong lõi có nhựa thông Mỏ hàn có công suất

- 40W, công suất lớn dùng để tẩy sạch các mối hàn cũ, công suất nhỏ dùng để hàn

Linh kiên

Ạ

Bản - mạch

Hàn linh kiện lẽn đê kim loại.

Hàn chì là phương pháp tương

đối đơn giản nhưng rất thông

dụng Khi thực hiện chỉ cần kiên

nhẫn và khéo tay Các bước hàn

linh kiện điện tử (tháo bỏ hoặc lắp

linh kiện điện tử lên mạch in):

1 Cắm đầu dây mỏ hàn vào ổ

4 Đưa đầu mỏ hàn ra xa, không

chạm vào mối nối cho đến khi

lí vận hành của mạch điện này.Với kiến thức sơ bộ nêu trên, bạn hoàn toàn có thế bắt tay thực hiện các mạch điện được lần lược trình bày theo thứ tự từ dễ đến khó, trong các phần kế tiếp

1 MV

Mạch điện đơn giản

Điện áp tại các điểm trên

mạch điện.

tạo xe đua làm đồ chơi Xe có cấu

tạo đơn gián, được làm bằng vật

liệu dề tìm như bìa các-tông, các

bộ phận trong các đồ chơi khác và

xe được điều khiển bằng ánh sáng

Bạn có thế dùng đèn pin đê điều

khiển động cơ một chiều công suất

bé, động cơ là nguồn động lực làm

cho xe chuyên động

Có thế’ tổ chức cuộc đua xe, mỗi

đội có 6 đến 8 xe Đường đua thẳng

và có cự ly từ 10 đến 20 m Qua

mạch điện này, học sinh sẽ học

được nhiều điều về lĩnh vực vật lý,

điện đơn giản

• Tìm hiếu tế bào quang điện và

ở dạng cánh quạt, quạt có thể được làm từ đĩa compact (CD), cắt

và nung nóng rồi uốn cong Đây là

Hình 1-1 Xe sử dụng cánh quạt

Hình 1-2 Xe có các bánh răng

cách chê tạo đơn giản nhất, nhung

CD rất dễ vỡ nên có nhiều cánh

quạt bị gãy trong khi đua hoặc

ngay cả khi bạn cắt và uốn đế định

dạng Nếu chọn dạng này bạn nên

sao thích họp để xe chạy nhanh và

chiến thắng trong cuộc đua Các

yếu tô bạn cần xem xét khi chọn

quạt là: diện tích, đường kính, khối

lượng, tốc độ động cơ

Thông thường, xe đua dùng

bánh răng chạy nhanh hơn, có

hiệu quả cao hơn Tuy nhiên, việc

tìm được các bánh răng ăn khớp

với nhau là tương đối khó Tốt

nhất là bạn hãy chọn các bánh

răng từ đồ chơi hay thiết bị điện

không còn sử dụng trong gia đình

Mạch điện được chia thành hai

phần:

• Mạch điện tử

• Các bộ phận cơ (phần xe)

Nếu chưa có kinh nghiệm trong

việc chế tạo đồ chơi, bạn phải mất

ít nhất 4 giờ đế thực hiện mỗi

phần nêu trên Đế công việc được

nhanh chóng bạn nên chuẩn bị

đầy đủ các vật liệu và dụng cụ cần

thiết trước khi bắt đầu thực hiện

Mạch điện tử

Mạch điện tử của hai dạng xe đều

giống nhau, vì vậy, phần này

không nói riêng cho từng dạng mà

nói chung cho cả hai dạng xe

Bộ phận cảm biến là một quang điện trở (LDR) điều khiến dòng cực gốc (I|ị) của tranzito Một tranzito Darlington, hoặc tranzito

có hệ số khuếch đại lớn, được dùng như một công tắc tự động đế điều khiển dòng chạy qua động cơ điện.Khi LDR tiếp nhận ánh sáng, điện trở của nó giảm xuống sẽ làm tranzito chuyển từ trạng thái ngắt sang trạng thái dẫn và dòng điện

sẽ chạy qua động cơ D C M l ,

tranzito đóng vai trò công tắc tự động, sự chuyển mạch đóng/ngắt phụ thuộc vào ánh sáng

Cần lưu ý rằng tranzito sẽ dẫn

ở trạng thái bão hòa tương ứng với mức cường độ sáng mà LDR tiếp nhận, điều này được minh họa bằng đường khử trong Hình 1-3.Một điều quan trọng cần làm

rõ là cường độ ánh sáng rọi vào LDR không ảnh hưởng lớn đến tốc

độ của xe bằng yếu tố cơ học khác Trong trường hợp này, ánh sáng rọi vào LDR có tác dụng đóng/ngắt mạch Nó có chức năng điều khiển

từ xa chứ không phải là nguồn động lực (công suất)

Đê LDR chỉ nhận sự điều khiển bằng ánh sáng đèn pin, bạn cần đặt LDR bên trong ống các-tông nhỏ Có thể dùng một dạng nắp

che thích hợp đế tránh tác động

của á n h sáng môi trường làm xe

chạy trước khi điều khiến Cũng có

ý tưởng sử dụng ánh sáng môi

trường để điều khiển xe, khi đó,

lúc b ắ t đầu cuộc đua, người điều

khiến mở nắp che LDR, ánh sáng

mói trường sẽ tác động vào LDR

và xe chạy

Nguồn điện cung cấp cho xe

hoạt động là 4 pin AA Không nên

dùng <các loại pin lớn (loại c hoặc

D), vì như thế sẽ tăng khối lượng

và làm giảm tốc độ xe Ngoài ra,

dòng điện lớn có thể làm tranzito

quá nóng, thậm chí bị cháy, cần

lưu ý là phải luôn luôn dùng tấm

tản nlhiệt cho tranzito

Các bộ phận ctf khí

Hai dạng xe có chassis (khung xe)

giống nhau, chỉ có điểm khác biệt

nhỏ là hệ thống phản lực Bìa

cứng, nhựa và gỗ nhẹ đều có thể

dùng làm khung xe, nơi đặt mạch

điện tử, động cơ điện và quạt phản

Trong dạng xe kiểu quạt phản

lực, động cơ điện được đặt trên 1

hộp cứng, rỗng

Mạch điện

Hình 1-4 là sơ đồ mạch điện của

xe đua điều khiển từ xa cho cả hai

dạng xe Sơ đồ lắp ráp như Hình

1 M il

Hình 1-4.

( U D — OI

1-5 Khi lắp ráp mạch bạn phải lưu ý các vấn đề sau:

sự cô ngắn mạch

Q1 là tranzito Darlington có dòng lớn hơn hoặc bằng 2Ạ Nếu tranzito có triệu chứng quá nhiệt, bạn nên lắp Q l trên tấm tản nhiệt bằng nhôm như trên Hình 1-6 Ghi nhớ, thêm tấm tản nhiệt, trọng lượng xe sẽ tăng lên, và tốc

độ xe sẽ giảm

Có thể dùng các loại LDR thông thường, LDR dạng tròn là

lý tưởng nhất, do có thế lắp vào

trong ống các-tông, thuận tiện cho

việc điều khiển xe

Danh mục linh kiện

Q1 TIP 122 hay tương đương,

thường như các-tông, bìa hồ sơ

bằng nhựa, gỗ nhẹ hoặc kim loại

(nhôm, chì, ) làm khung xe Hình

1-7 là một kiểu khung xe đua loại

dùng quạt phản lực

Hình 1-11 cho thấy kích thước

thân xe tiêu biểu Bạn có thể thay

đổi kích thước này theo ý muốn,

tùy thuộc kích cỡ bánh xe Điều

quan trọng là phù hợp với kích

thước giới hạn của nhà tổ chức

cuộc đua xe

Hình 1-9 trình bày cách làm cánh quạt từ CD c ắ t, ho nóng rồi uốn cong các cánh quạt, cẩn thận, nhẹ nhàng để khỏi làm cháy hoặc gãy cánh quạt

Như đã nói ở phần trtóc, cánh

quạt làm từ CD thường cễ gãy Vì vậy bạn cần làm vài cái đế có thế thay thê khi tham dự cuộc đua.Dùng một bánh xe nhỏ bằng nhựa (lấy từ đồ chơi khác) dán vào

Hình 1-10

ngay tâm cánh quạt, nhờ bánh xe

nhỏ này mà có thế lắp cánh quạt

vào trục động cơ Công việc này

phải thực hiện chính xác để quạt

quay không bị rung, không làm xe

chạy lệch khỏi đường đua thẳng

Hộp pin và mạch điện tử được

dặt trên thân xe như Hình 1-10

Cho xe chạy thử, nếu xe chạy

lùi về phía sau, bạn tráo 2 dây điện

nối vào động cơ

Loại xe dùng bánh năng

Thân xe của loại xe này tương tự

với xe dùng cánh quạt Điểm khác

nhau cơ bản là cách truyền động

từ động cơ điện đến các bánh xe

Hình 1-11 minh họa thân xe và

các kích thước cơ bản Trên thân

xe có khoét lỗ hình chữ nhật, đó là nơi lắp các bánh răng

Đầu tiên, chuẩn bị thân xe, tìm hai cặp bánh xe và các trục như Hình 1-12 Trên một trục đặt một bánh răng bằng nhựa ở giữa trục, đường kính bánh răng khoảng 2 đến 4 cm Đường kính bánh răng phải nhỏ hơn đường kính bánh xe, nếu không bánh răng sẽ chạm vào mặt đường

Lắp một bánh răng nhỏ vào trục của động cơ điện như Hình 1-12 Hai bánh ràng này phải ăn khớp với nhau Bạn có thể thay đổi các thông số của cặp bánh răng này (tức là chọn cặp bánh răng khác) tùy theo đường kính bánh

xe và khối lượng của xe

Bánh xe, trục bánh xe được lắp vào thân xe như Hình 1-13 Bạn phải chú ý lắp các bánh xe trước

và sau thẳng hàng để xe có thế

Hình 1-13.

Hình 3-14

chạy theo đường thẳng và đạt được

tốc độ cao nhất có thể

Bước kế tiếp là lắp động cơ

điện, bạn có thể dùng dây cao su

buộc chặt động cơ như Hình 1-14

Bạn có thế cô định động cơ

điện vào thân xe bằng cách khác,

nhưng dây cao su có un điểm là có

bút để làm việc này Sau khi lắp

mạch điện xong, phải kiểm tra

xem xe có chạy đúng chiều không,

nếu không, bạn tráo hai dây điện

nối vào động cơ

Thử nghiệm xe

Các bước

1 Che kín LDR rồi lắp pin vào hộp đựng pin Chú ý lắp đúng cực tính của pin

2 Nếu ánh sáng môi trường đủ mạnh, khi bạn mở nắp che LDR, động cơ điện sẽ hcoạt động và xe chạy Nếu khôrng, bạn dùng đèn pin rọi vào LD>R

3 Nếu động cơ không hoạt độmg, bạn cần kiểm tra sự tiếp xúc của các pin trong hộp pin

4 Nếu xe chạy lùi, bạn hoán vị hai dây điện nối vào động c:ơ

Tổ chức cuộc đua

Bạn có thế tổ chức cuộc đua với

những quy định riêng và thống

n h ất với nhau Nhưng đây là một

số kinh nghiệm tổ chức cuộc đua,

chia sẻ cùng các bạn

• Chia thành từng đội đua, mỗi

đội từ 2 đến 4 thành viên, mỗi

đội có một hoặc hai xe đua

Nêu có hai xe, một xe sẽ đua

chính, một xe dự phòng

• Các xe tham dự cuộc đua phải

có động cơ giống nhau và kích

thước xe giống nhau, có thể là:

dài 15-25 cm, rộng 4-6 cm

• Đối với cuộc đua trong trường

học, nên đánh giá theo 2 tiêu

chí: quá trình chê tạo xe và kết

quả cuộc đua

• Nếu có nhiều hơn 8 xe tham dự,

bạn nên tố chức đấu loại, vòng

chung kết chi nên có 2 hoặc 3

xe

• Sau khi đặt xe vào vị trí xuất

phát, người tham gia cuộc đua

không được chạm vào xe Nếu

• Khi dùng đèn pin điều khiển từ

xa, phải đặt đèn pin cách LDR

ít nhất 30 cm

• Các xe chạy ra khỏi đường đua quy định sẽ bị phạt trừ điểm hoặc bị loại

• T ru y ề n đ ộ n g trự c tiếp Bạn

có thể chế tạo dạng xe đua rất đơn giản Dạng xe đua mới này không dùng cách điều khiển từ

xa Nguồn điện được nối với động cơ điện như Hình 1-16 Khi lắp pin vào hộp pin, động

cơ sẽ hoạt động Người tham dự cuộc đua dùng tay giữ xe đứng yên tại vị trí xuất phát và buông tay cho xe chạy khi có tín hiệu xuất phát

• M ạch d ù n g MOSFET Mộtdạng xe đua khác có mạch điện tương tự, nhưng dùng MOSFET thay cho tranzito Darlington

thông thường, dòng lớn hơn hoặc

bằng 2A như IRF720 hay IRF640

Danh mục linh kiện

Q1 IRF640, IRF720 hoặc tương đương

LDR Quang điện trở thông thường

M Động cơ DC 6 V/500 mA

R1 100 kí2/1/8 w

B1 Nguồn 6 Vdc (4 pin AA)

Khi cảm biến XI được kích bởi một nam châm nhỏ, mạch sẽ hoạt động và động cơ DC sẽ quay trong thời gian được xác định bởi C l và

sự điều chỉnh trên biến trở R3 Bạn điều chỉnh R3 sao cho thời gian hoạt động đủ dài để xe vượt qua hết đoạn đường đua

Trong cuộc đua, người tham dự dùng nam châm nhỏ để kích cho

xe mình xuất phát

Danh mục linh kiện

IC-1 IC 555 Q1 Tranzito Darlington NPN

TIP122 hoặc tương đương

X1 Công tắc lưỡi gà R1 R2 10 kQ X 1/8W R3 Chiết áp 1M R4 1 kỉ2 X 1/8 £2

XI loo pF X 12-16 Vdc B1 Nguồn 6 Vdc (4 pin AA)

Xe đua trên đường ray

Dạng xe đua nêu trên là xe đua theo đường thẳng Để xe chạy theo đường thẳng, các bánh xe trước và sau phải thẳng hàng, nếu không

Banh xe tu (Jn

xe sẽ đổi hướng và va chạm vào

nhau hoặc lệnh khỏi đường đua

quy định Đối với xe dùng bánh

răng có thể tạo đường ray đế dẫn

hướng cho xe Bạn dùng dây cáp

đế làm đường ray và bánh xe tự do

phía trước cua xe sẽ chạy trên

đường ray này (Hình 1-19)

Cõng nghệ hiện nay

Nguyên lý hoạt động cùa xe đua

dùng quạt phản lực giống như máy

bay trực thăng còn sự truyền động

công suất bằng các bánh răng

tương tự như trên ô tô, xe gắn máy

và một số thiết bị điện gia dụng.Công suất từ động cơ truyền tới các bánh xe thông qua các bánh răng Tốc độ xe tùy thuộc vào tỉ sô truyền của hộp số Một sô thiết bị điện gia dụng dùng động

cơ điện với các bánh răng bằng kim loại hoặc nhựa để truyền chuyến động, chẳng hạn, máy xay sinh tố

Đế đạt được các tính năng kỹ thuật tốt hơn hoặc đế’ học hỏi nhiều hơn từ việc chế tạo xe đua, bạn hãy thử thực hiện các điều sau đẩy

• Dùng các bánh răng đề giảm tốc độ của quạt và tăng côngsuất

• Dùng ống điều khiển hướng gió của cánh quạt như một tua bin

• Tăng hoặc giảm đường kính của các bánh răng để tăng công suất hoặc tăng tốc độ

M ạ cVi ồ í ệ n 2

ROBCOM: ROBOT ĐẤU sĩ

Giới thiệu

Robcom trong mạch điện này là

robot có thể chạy trên 3 bánh xe

Hai bánh sau và một bánh trước,

bánh xe trước là bánh xe tự do,

còn hai bánh xe sau sẽ điều khiến

robot chạy theo hướng mong muốn

Hai động cơ DC nhỏ được gắn

trực tiếp vào các bánh xe sau Các

bánh xe này được làm từ đĩa CD

hoặc vật liệu khác tùy sự lựa chọn

của bạn

Các động cơ được điều khiến từ

xe thông qua dây cáp nối tới robot

Sự điều khiển thòng qua dây cáp

làm cho việc chế tạo Robcom dễ

dàng và rẻ tiền và không dùng vật

liệu gì đặc biệt Bạn sẽ sử dụng 2

công tắc để điều khiên Robcom

chạy tới, lui và đổi hướng

Thân Robcom có thề làm bằng

bìa các-tông, hộp CD, nhựa, gỗ

Điều quan trọng là Robcom phải

có trọng lượng nhẹ, chạy nhanh,

bô trí đặc biệt của 2 công tắc 3 chấu, ơ vị trí giữa, các công tăc này hở mạch

S l, S2 xác định chiều quay của các động cơ Từ các công tắc nối tới động cơ bằng cáp 4 sợi, 4x26 AWG, dài khoảng 3 m Hãy dùng cáp với các sợi có màu khác nhau để tiện lắp ráp

Bạn hãy lắp các công tắc trong hộp nhỏ bằng nhựa, đây chính là hộp điều khiến Robcom Hình 2-2

là sơ đồ lắp đặt mạch điện

Hình 2-2.

Danh mục linh kiện

Dùng các tấm bìa cứng để làm giá lắp trục bánh xe Trục bánh xe được lắp vào các ống hút và phần ống hút này được gắn vào tấm bìa như Hình 2-8

Các động cơ được dán vào hộp

CD, chú ý, trục động cơ phải song song với trục bánh xe và gắn chặt với đĩa CD, bạn hãy dùng băng cao su đế giữ trục động cơ bám vào

CD như Hình 2-4 và Hình 2.9

Hình 2-7.

Dùng các cây kim gắn vào tấm

bìa cứng để làm vũ khí cho Robcom

như Hình 2-10 Cuối cùng bạn lắp

quả bóng cao su vào Robcom Khi

chơi, nếu bóng cao su của Robcom

nào bị nổ thì Robcom đó thua

Đặt Robcom trên m ặt đất, nhấn nút điều khiển để kiểm tra xem Robcom có thể chạy theo mọi hướng hay không Nếu động cơ vẫn quay nhưng bánh xe không quay, hãy kiểm tra sự tiếp xúc giữa trục động cơ và bánh xe Nếu tấ t cả đều hoàn chỉnh, Robcom đã sẵn sàng cho cuộc chơi

Luật chơi

Các bạn có thế đặt ra luật chơi tùy theo ý thích của mình, nhưng sau đây là một số gợi ý:

phải đấu lại đề xác định người chiến thắng

động cơ giống nhau

• Nguồn điện phải là 6 Vdc (4

• Sàn đấu có kích thước khoảng

3x3 m hoặc 4x4 m, xung quanh

có khung gỗ (Hình 2-12).

Luật chơi

• Người điều khiển robot không

được vào bên trong sàn đấu.

• Người điều khiển robot không

được kéo robot bằng sợi cáp

điều khiển.

• Các robot phải xuất phát từ hai

góc đối diện của sàn đấu.

• Các robot chỉ xuất phát khi có

hiệu lệnh của trọng tài.

• Cuộc đấu kết thúc khi bóng cao

su của một robot bị nổ.

• Nếu bóng cao su của hai đấu

thủ nổ cùng lúc, hai robot này

Mở rộng mạch điện

Bạn có thể cải tiến vài đặc tính của robot để có sản phẩm thú vị hơn Sau đây là cải tiến đơn giản

mà bạn có thế thực hiện dễ dàng

• Dùng các thanh gỗ thay thế khung xe bằng nhựa

• Có thế' dùng nhiều dạng khung khác nhau

Bạn có thể tạo một robot đi bộ như Hình 2-13

Các mạch diện cải tiến

Mạch điện dùng trong Robcom khá đơn giản, không dùng linh kiện điện tử Bạn có thế dùng các mạch điện tử sau đây để thay thê nhằm tạo ra robot thú vị hơn

Dùng cẩn điều khiển

Hình 2-14 là sơ đồ mạch dùng cần điều khiển (như trong trò chơi điện tử - video game) để điều khiển Robcom

Mạch dùng 4 relay điều khiển

2 động cơ điện Bốn công tắc của cần điều khiển dùng đề đóng/ngắt nguồn điện đến động cơ hoặc đảo

Động co phải'

Hình 2-14

chiều dòng điện chạy qua động cơ

Vị trí các công tắc ảnh hưởng tới

hoạt động của động cơ như sau:

Vị trí cần

điều khiển

Động cơ bên trái

Động cơ bên phải

Giữa Ngừng Ngừng

Trên Quay thuận Quay thuận

Dưới Quay ngược Quay ngược

Phải Quay thuận Quay ngược

Trái Quay ngược Quay thuận

Trên phải Quay thuận Ngừng

Trên trái Ngừng Quay thuận

Dưới phải Ngừng Quay ngược

Dưới trái Quay ngược Ngừng

Danh mục linh kiện

D 1 - D 8 1N914 hoặc

điôt Silicon tương đương

K1 - K4 relay đảo chiều 6 Vdc, 50 mA.

Dùng mạch điểu khiển PWM

Khi dùng mạch điều khiển PWM

bạn có thể thay đổi tốc độ của

Robcom Điều khiến PWM sẽ được

mô tả chi tiết trong mạch sô 3

S1

Hình 2-15 cho thấy cách lắp

thêm PWM 1 và 2 vào mạch ờ sơ

đồ Hình 2-1 Lưu ý rằng chỉ cẩn 1 PWM là có thể điều khiển tốc độ của cả hai động cơ, nhưng nếu muốn, có thế dùng mỗi PWM điều khiển một động cơ

Lắp VŨ khí cho Robcom

Bạn có thể thay đổi vũ khí của Robcom nhưng phải phù hợp với luật chơi

Hình 2-16 cho thấy cách dùng động cơ DC nhỏ làm cho vũ khí của Robcom chuyển động, gây nguy hiểm hơn cho đối phương

Một ý tưởng khác là chê tạo vũ

Đòng co

khí gồm các quả cầu “gai” quay

tròn như Hình 2-17 Trong trường

Đề cuộc chơi thêm phần thú vị,

bạn có thể cải tiến để Robcom có

đặc tính là khi quả bóng cao su bị

nổ hoặc xì hơi, Robcom đứng yên

tại chỗ, không thể di chuyển Mạch

điện được cải tiến bằng cách lắp nối tiếp với mỗi động cơ 1 công tắc

“lưỡi gà” và trên quả bóng cao su gắn một nam châm như Hình 2-18.Nam châm sẽ hút làm cho công tắc “lưỡi gà” đóng lại, cho phép động cơ hoạt động Nếu quả bóng cao su bị xì hơi hay nổ, nam châm rời xa công tắc và công tắc “lưỡi gà” hở mạch, ngắt dòng điện khỏi các động cơ, Robcom ngừng chuyển động

Tạo âm thanh cho Robcom

Mạch tạo âm thanh cho Robcom

có sơ đồ như Hình 2-19 Nếu dùng

tụ C2 (47 nF), mạch sẽ tạo ra tiếng còi báo động khi các động cơ hoạt động Nếu dùng tụ C1 (10 pF), âm thanh phát ra như tiếng súng máy

Mạch điện dùng cẩu H

Sơ đồ mạch cầu H như trên Hình 2-20 Mạch này dùng 4 tranzito Darlington Mạch điện Robcom dùng cầu H có hai ưu điểm

• Dòng điện đi qua dây cáp sẽ giảm nhỏ

điều khiển Robcom, nghĩa là có thể dùng máy tính điều khiến

Đến

Hình 2-19.

Hoạt động của mạch như sau:

Khi điện áp ở ngõ A (FW) cao

(tương ứng mức logic 1), Q1 và Q4

dẫn, dòng điện sẽ chạy qua động

cơ M theo chiều mũi tên 1 Khi

điện áp ở ngõ B (RW) cao, Q2 và

Q3 dẫn, dòng điện chạy qua động

cơ M theo chiều mũi tên 2

Chú ý, các cặp tranzito Q l, Q4

và Q2, Q3 không thể dẫn đồng

thời, sẽ gây ngắn mạch giữa +12V

và mát, lúc đó các tranzito sẽ cháy Đây là trạng thái cấm

Mạch điện được điều khiến như sau:

N g õ v à o A

N g õ v à o B

Đ ộ n g cơ

Thấp Thấp Ngừng Cao Thấp Chạy thuận Thấp Cao Chạy ngược Cao Cao Trạng thái cấm

Sơ đồ mạch ở Hình 2-21 được

bổ sung tranzito Q5 để ngăn mạch rơi vào trạng thái cấm

Danh mục linh kiện

IC1 cổng NAND 4011-4 họ CMOS Q1 tới Q5 Tranzito Darlington

Hoạt động của mạch

N g õ v à o

c

N g õ v à o D

2-22 với việc dùng các tranzito

BI)135 (500 mA) hoạc TIP31 (2A)

Hình 2-22

Robcom dùng hộp sỗ

Bạn có thể cải tiến phần co' khí

của Robcom bằng cách lắp thêm

các hộp sô như Hình 2-23 Hộp sô

sẽ làm thay đối tốc độ của Robcom

do thay đổi tỉ sô truyền từ động cơ tới bánh xe

Điểu khiển từ xa

Bạn có thể cải tiến đế có 1 Robcom được điều khiển từ xa, không cần dùng dây cáp Muốn thế, bạn cần lắp thêm các mô-đun phát và thu tín hiệu như Hình 2-24

Khi sử dụng Robcom kiểu này, các Robcom tham gia cuộc chơi phải chọn tần sô tín hiệu điều khiển khác nhau Nếu sử dụng tín hiệu giống nhau, hiện tượng nhiễu

sẽ xảy ra, khi đó, các Robcom sẽ không hoạt động đúng theo sự điều khiển của bạn

ửng dụng trong

kỹ thuật hiện đại

Ngày nay, robot được sử dụng trong nhiều lĩnh vực Trong quân

sự, robot có thề được dùng như 1 chiên binh để vận chuyên vũ khí, lương thực, cứu hộ, hoặc đi đến những nơi nhiều nguy hiểm đối với con người

Mạch &iệr\ 3

CÁC MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÙNG

MÔ-ĐUN PWM

Giới thiệu chung

PWM (puise width modulation) là

biến điệu độ rộng xung Trong các

thiết bị cơ điện tử, việc dùng PWM

để điều khiển tốc độ, mô-men của

động cơ DC tỏ ra rất hiệu quả

Mầu cơ bản của mạch điện này là

dùng PWM để điều khiển động cơ

DC có điện áp 3-12 V, dòng lên đến

500 mA, nhung có thể mở rộng với

các điện áp và dòng điện cao hơn

Mục tiêu

Mục tiêu chính của mạch điện này

là cung cấp cho bạn những hiểu

biết cơ bản về phương pháp điều

khiển động cơ DC công suất nhỏ,

thường dùng trong các thiết bị cơ

Có hai phương pháp điều khiển

động cơ DC công suất nhỏ Phương

pháp đơn giản nhất là mắc biến trở nối tiếp với động cơ (Hình 3-1) Phương pháp này được gọi là điều khiển tuyến tính

Hình 3-1.

Khi điều chỉnh biến trở, điện

áp đặt vào động cơ sẽ thay đối, vì thế, tốc độ và mômen của động cơ cũng thay đổi

Nhược điểm chính của phương pháp này là biến trớ tiêu thụ điện năng và phát ra dưới dạng nhiệt Ngoài ra, động cơ làm việc không

Ổn định ở tốc độ thấp, và khi

mômen cản trên trục động cơ không đổi, động cơ khó khởi động.Trong thực tế, để loại bỏ các nhược điểm trên, biến trở không được mắc nối tiếp với động cơ ( để thay đối dòng đi vào động cơ), biến trở được dùng để điều chỉnh dòng

đi vào cực gốc của tranzito, thoo sư

đồ Hình 3-2

Phương pháp thứ hai đế điều khiển tốc độ động cơ là sử dụng

Ghiẻu dong điện

PWM Phương pháp này cũng được

dùng ở các mạch cấp nguồn có các

ứng dụng khác, ví dụ: máy tính,

tivi, máy quay phim

Ý tưởng cơ bản của PWM bắt

đầu từ việc sử dụng điện áp dạng

xung vuông (Hình 3-3)

Độ lớn cua công suất nguồn đặt

vào động cơ phụ thuộc vào độ rộng

của mỗi xung điện áp điều khiển

Nêu độ rộng của mỗi xung bằng

khoảng cách giữa các xung, độ lấp

đầy xung là 50% và giá trị trung

bình của nguồn là 50%

Nếu tăng độ rộng xung, giá trị

trung bình của nguồn sẽ tăng theo

tí lệ tương ứng

Bạn dễ dàng thấy rằng, sự điều

khiến độ rộng xung sẽ điều khiến

được công suất trung bình đặt vào

động cơ hoặc vào phụ tai khác Sự

điều khiển độ rộng xung được gọi

là biến điệu dộ rộng xung (PWM)

Xung điều khiển được đưa vào cực gốc (B) của tranzito, tranzito

sẽ dẫn và ngắt cùng tần sô với xung nhập, tạo ra dãy xung vuông đưa vào động cơ Chú ý, khi tranzito dẫn, điện trở giữa cực phát (E) và cực góp (C) của tranzito gần như bằng 0 Khi tranzito ngắt, dòng qua E-C sẽ bằng 0 Như vậy, trong

cả hai trường hợp, công suất tiêu tán trên tranzit,0 đều bằng 0

Trong thực tế, tranzito không chuyến từ trạng thái dẫn sang ngắt (hoặc ngược lại) một cách tức thời Cần có thời gian nhất định cho sự chuyến trạng thái đó, và quá trình này sẽ làm tiêu hao một lượng điện năng dưới dạng nhiệt, nhưng thường rất nhỏ

Một ưu điếm khác của mạch điều khiển động cơ DC bằng PWM

là có thể duy trì mômen của động

cơ trên toàn dãy tốc độ

Mạch điện cơ bản

Điều khiển động cơ DC công suất nhỏ bằng PWM có thế thực hiện theo nhiều cách Mạch điện cơ bản

ở đây sử dụng IC 555 điều khiển sự

đóng/ngắt tranzito PNP công suất

trung bình Trên Hình 3-5 là sơ đồ

khối của mạch điện cơ bản

cơ trong khoảng 0 - 90% giá trị cực đại

Tần sô do tụ C1 xác định Tụ C1 phải được chọn phù hợp với đặc tính của động cơ Tụ C l có giá trị quá nhỏ có thế tạo ra tần sô quá cao, động cơ không đáp ứng với tín hiệu như vậy và có thế không khởi động được

Trái lại, giá trị của tụ C1 quá nhỏ, động cơ sẽ bị rung khi vận hành ở tốc độ thấp Bạn cần thử nghiệm đế chọn giá trị của tụ phù hợp nhất (dựa vào giá trị tụ đã giới thiệu trong sơ đồ), tương ứng với đặc tính của động cơ sử dụng.Mạch này có thế làm việc với dãy điện áp nguồn từ 5-12 V, và dòng của động cơ lên tới 500 nrA

Trong mạch điện dùng IC định

thì 555 để tạo ra xung vuông, với

tần số được thay đổi bằng cách

thay đối độ rộng xung (Hình 3-6)

Với mạch này, bạn có thể điều

khiển tốc độ và mômen của động

Chê tạo mạch điểu khiển dùng PWM

Hình 3-7 là sơ đồ mạch điều khiên PWM dùng IC 555 Bạn có thế lắp các linh kiện lên bảng mạch in

Hình 3-7.

(PCB) theo mẫu giới thiệu trên

Hình 3-8

Tranzito cần được lắp trên tấm

tản nhiệt, và chiết áp có thế được

nối với mạch điện bằng các dây

chộn dài Nếu phải đặt động cơ xa

thiết bị điều khiển, phương án đặt

mach điện ở gần động cơ và không

gần chiết áp thì tốt hơn

Kiểm tra

Nối mạch điều khiển với động cơ

và nguồn điện Nguồn điện một

chiều là nguồn 6V, dùng 4 pin AA

hoặc 1 pin D

Điều chỉnh chiết áp, tốc độ của

động cơ sẽ thay đổi Chú ý, ở tốc

độ thấp động cơ sẽ có mômen quay

lớn

Nếu ở tốc độ thấp, động cơ bị

rung hoặc không đạt được tốc độ

cực đại, bạn hãy thay đổi giá trị

của tụ C l, thử nghiệm nhiều lần

cho đến khi có được giá trị C1 mà

81 Chiết áp 100 kQ, loại xoay/trượt C1 200 nF đến 1 pF

C2 470 pF/16WVDC B1 Nguồn 5-12 Vdc M1 Động cơ DC, 5-12 V/500 mA 8CB, tấm tản nhiệt, dây nối

Các mạch điện khác

Bạn có thể thực hiện nhiều mạch điện thú vị khác với mạch điều khiển dùng PWM Với các mạch điện khác trong sách này bạn cũng có thế thêm PWM vào Sau đây là một số ví dụ:

Máy nâng dơn giản

Hình 3-9 là sơ đồ của một máy nâng đơn giản Trong đó, SI là công tắc dùng đế đảo chiều quay của động cơ

Muốn giảm tốc độ và tăng mômen của cơ cấu nâng, bạn có

ON/OFF

thể dùng cơ cấu puli dây đai như

được điều chinh trong dải rộng, tùy

thuộc lượng gió bạn cần

Tranzito TIP122 có thể sử dụng với động cơ có dòng đến 2A, và tranzito phải được lắp trên tâm tản nhiệt Nếu dùng tranzito TIP

140, dòng động cơ có thể đến 4A

Có thể dùng MOSFET công suất thay cho tranzito, nhưng cần nguồn 9 V hoặc lớn hơn mới có thể điều khiển tải tốt

Bạn có thế lắp mạch theo sơ đồ trên Hình 3-14 Đây là mạch có

Khi tăng công suất của tải

sử dụng loại PNP, công suất trung bình, chẳng hạn như BD136 hoặc tranzito Darlington

+ 5 (lé n 15V

Ị — <5 Rl

10 kí)

Hình 3-14.

Danh mục linh kiện

Một ý tưởng thú vị khác là chê tạo

robot điều khiển bằng ánh sáng

tụ phía trước như trong Hình 3-17

Điểu khiển bằng m áy tính

Sơ đồ Hình 3-18 trình bày cách đổi tín hiệu logic từ công I/O của máy tính thành tín hiệu điện ápTốc độ động cơ phụ thuộc vào

cường độ ánh sáng chiếu vào LDR

Hướng chuyển động của robot tùy

thuộc vào việc nguồn sáng chiếu

Bộ chuyển đổi số - tương tự (DAC) được dùng để điều khiển tốc

độ động cơ DC khi ghép với điều khiển PWM

c O

Nguồn

sang

ứng dụng vào

kỹ thuật hiện đại

PWM được dùng trong các máy công nghiệp đế duy trì tốc độ dưới mức ấn định Đây là phương pháp điều khiển chính xác, mạch dùng cảm biến hồi tiếp để kiềm soát tốc đô

của bài này là chế tạo động cơ được

gọi là động cơ ion Hiện nay, các

động cơ ion chĩ có công suất nhỏ,

nhưng hi vọng trong tương lai sẽ

chế tạo được động cơ công suất lớn

dùng trên các tàu vũ trụ Nhiều

được thực hiện trên cùng nguyên

lý của mạch điện này

Động cơ ion được dùng trên tàu

vũ trụ hoạt động bên ngoài khí

quyến của trái đất, vì chúng có thể

phát đủ công suất đê sử dụng trong

môi trường chân không Chúng là

động cơ nhanh nhất mà con người

có thể chế tạo Về lý thuyết, luồng

ion được phóng thích bởi động cơ

ion có thế tăng tốc tàu không gian

đến 80.000 km/s

Thật đáng tiếc, các động cơ ion

thực tế rất yếu và cần nhiều tuần

hoặc cả năm để gia tốc tàu vũ trụ

đến tốc độ cao Lực đẩy của động

cơ ion không quá vài Newton

NASA đang nỗ lực chê tạo các

động cơ ion công suất lớn, nhưng

tiến triển rấ t chậm Họ cần nhiều

năm thí nghiệm mới hi vọng chế

tạo được động cơ ion có đủ công suất để làm chuyển động các tàu không gian lớn

dùng để thay đổi vị trí của các vệ tinh trong quỹ đạo và thực hiện các điều chỉnh nhỏ trong đường bay của chúng

Phần này sẽ giới thiệu động cơ ion thí nghiệm mà bạn có thế chế tạo đế' làm bộ phận phản lực cho

mô hình tàu vũ trụ Hình 4-1 minh họa tàu vũ trụ dùng bóng đèn neon chuyển động trên quỹ đạo tròn, và được đẩy bằng luồng ion

Chắc chắn việc chê tạo mô hình tàu vũ trụ với động cơ ion là một công việc thú vị, cho thấy nhơng

kỹ năng cần thiết để chế tạo một thiết bị cơ điện tử Mục tiêu chính của mạch điện này bao gồm:

• Tìm hiểu các chức năng của động cơ ion

• Tìm hiểu về ứng dụng thực tế

của “hiệu ứng điểm”

• Tiến hành thí nghiệm với điện

cao áp (VHV)

• ưng dụng định luật Newton

trong không gian

Động cơ ion

Động cơ ion vận hành dựa vào

Điện tích trên thân vật dẫn rắn có

khuynh hướng tập trung ở bề mặt

vật dẫn Đây là hiện tượng “hiệu

ứng bề m ặt” Nếu vật dần có hình

cầu (Hình 4-2), các điện tích sẽ

phân bố đều quanh bề mặt cua nó

Điện áp làm cho điện tích di

chuyền tới bề m ặt xung quanh của

vật dẫn tùy thuộc vào mật độ diện

tích và điện trường Có thê nói

ràng: điện áp tĩ lệ với bình phương

mật độ điện tích Nghĩa là điện áp

thì không tuyến tính (nếu tăng

gấp đôi điện trường, điện áp sẽ

tàng gấp bốn)

Kết hợp hiện tượng hiệu ứng

bề mặt với sự không tuyến tính

của điện áp, chúng ta có thể giải thích vì sao tại mũi nhọn của vật dẫn, điện trường cao hơn, và hiện tượng đó được gọi là “hiệu ứng mũi nhọn” Hình 4-3 cho thấy điện tích

có khuynh hướng tập trung ớ mũi nhọn của vật dẫn

Hiện tượng vật lý quan trọng khác là “sự đánh thủng” Nếu điện

tích ở mũi nhọn vật dẫn đạt đến

điện áp đủ lớn, “sự đánh thủng” sẽ xảy ra Lúc đó, các điện tích sẽ tách ra khỏi vật dẫn và tạo thành dòng điện tích chuyển động, nghĩa

là không khí sẽ dẫn điện

Nếu sự chuyến động của các điện tích đu mạnh đế gây ra va đập giữa các hạt mang điện tích, nhiệt độ sẽ tăng lên, các electron

ra ánh sáng màu vàng, đỏ, và xanh tùy theo mức năng lượng.Điện tích được truyền tới các hạt khí xung quanh và tạo ra lực đẩy có thể dùng để đẩy con tàu vũ trụ Theo định luật Newton, lực

chiều ngược lại (Hình 4-4).

Mặc dù năng lượng được giải

phóng trong quá trình này rất

thấp, nhưng tốc độ lại cực lớn,

khoảng 80.000 km/s

Dĩ nhiên, khi kết hợp công suất

rất bé với tốc độ rấ t cao chúng ta

có thể chê tạo tàu vũ trụ chịu được

tốc độ cực lớn Tàu vũ trụ ion tiêu

biểu cần nhiều năm đế đạt đến tốc

độ xấp xỉ 10.000 km/s (36.000.000

km/h), tùy thuộc vào trình độ của

chuyên gia chê tạo

thể điều chinh băng tần hẹp bằng cách dùng biến trở, cho phép nguời dùng tìm được tần số tạo ra tính năng tốt nhất Biến trở đóng vai trò như một bộ tăng tốc

Cuộn dây đóng vai trò phụ tải cho mạch dao động chính là cuộn

sơ cấp của máy biến áp cao áp Có thể dùng biến áp flyback trong các

ti vi cũ Bạn có thể xem thông tin

về biến áp flyback trên trang web: www.amazingl.com/transformer htm Tranzito Q1 là tranzito công suất M JE15004, loại PNP, chịu được điện áp cao và dòng phát ra

từ mạch điện Mạch cấp nguồn gồm máy biến áp, điôt, và tụ lọc Máy biến áp sẽ giảm áp xuống còn 12V, được chỉnh lưu bằng các điôt

Dl, D2, và lọc bằng tụ Cl Dòng định mức tại thứ cấp máy biến áp

điện này là mạch dao động công

suất lớn Hartley Mạch này có thế

tạo ra điện áp đến 30 kv Trong

mạch dao động Hartley, cuộn dây

đóng vai trò phụ tải và là mạch

hồi tiếp để duy trì sự dao động của

mạch Hartley (Hình 4-5)

Phụ tải nối song song với tụ C3

tạo thành mạch điện có vai trò ấn

định tần sô dao động Mạch này có

Hình 4-5

Chế tạo phẩn mạch điện tử

Hình 4-6 là sơ đồ mạch điện của động cơ ion Hình 4-7 là sơ đồ nối dây giữa các phần tử mạch Sau khi nối dây, mạch sẽ được lắp vào hộp gỗ (Hình 4-9)

Tranzito Q1 phải được lắp trên tấm tản nhiệt Biến áp flyback T2 phải được bảo vệ bằng vỏ nhựa đế tránh sự tiếp xúc trực tiếp Cuộn

sơ cấp có 2 cuộn dây 8+8 hoặc 12+12 vòng, cỡ dây 20-26AWG, loại có lớp cách điện (Hình 4-8).P1 là biến trở dây quấn vì dòng điện ở cực B của tranzito Q1 tương đối cao Sô vòng của biến trở

dụng Bạn cần thử nghiệm để tim

cực tính của các phần tử như điôt,

tranzito, và tụ hóa Lắp sai cực

tính có thể dẫn đến hư hỏng mạch

Các dây nối có chiều dài vừa đủ,

không được dư thừa Hình 4-10 là

Hình 4-8

Hình 4-9.

cách bố trí các phần tử mạch và cách nối dây giữa chúng

Phải chú ý nối đất mạch điện, dùng dây dẫn điện thông thường,

Hình 4-10.

dài khoảng 3 mét, nối phía cao áp

của biến áp flyback với đất (xem

Hình 4-6 và Hình 4-10).

Kiểm tra mạch cao áp

Sau khi lắp ráp mạch hoàn chỉnh,

bạn đóng công tắc SI để nối mạch

với nguồn điện Bạn sẽ nghe tiếng

ồn rất nhỏ cho biết mạch đang dao

động và điện cao áp được tạo ra.

Đặt bóng đèn neon (5 - 40 W)

gần cực cao áp, bóng đèn sẽ sáng

rực do tác dụng của trường cao áp

Đây là cách tốt nhất để kiểm tra

hoạt động của mạch.

Danh mục lỉnh kiện

Q1 Tranzito MJE 15004, loại NPN

D1, D2 Điôt chình lưu 1N5404

R1 Điện trở dãy quấn 100ÍÌ X 5W

p 1 Biến trở dày quấn 1 kí ỉ

PCB, trạm nối, tấm tản nhiệt, hộp gỗ, dây nối,

Tàu vũ trụ

Hình 4-11 cho thấy cách sử dụng

bóng đèn neon để minh họa một

cách đơn giản về tàu vũ trụ

Ưu điếm của việc dùng bóng đèn neon nhỏ hoặc bóng đèn chớp xeon là cả hai đều phát sáng khi mạch được cấp nguồn và trong khi tàu vũ trụ chuyển động trong quỹ đạo tròn của nó

Một cực của đèn được hàn nối với thanh đỡ và cực kia được nối với cây kim (Hình 4-11) Điều rất quan trọng là mối hàn phải tròn, không được có mũi nhọn Nếu có điểm nhọn trên các bộ phận của

Hình 4-11.

Ỷ' ■ 1

tàu vũ trụ, sự rò ri ion do hiện

tượng hiệu ứng mũi nhọn sẽ xảy

ra Điều này làm giảm tính năng

của động cơ và có thể làm động cơ

ngừng quay nếu từ thông ngược

chiều chuyển động

Dĩ nhiên, bạn có thể chê tạo

tàu vũ trụ theo dạng khác, Hình

4-12 là một dạng của tàu vũ trụ

Nhưng nhớ rằng động cơ ion có

công suất không lớn, tàu vũ trụ

không đủ nhẹ sẽ quay chậm, thậm

chí không quay Bạn hãy chế tạo

tàu vũ trụ càng nhẹ càng tốt

Thanh đỡ tàu vũ trụ là một dây

dẫn cứng, cỡ dây 16 hoặc 14 AWG,

dài 15-20 cm Dây dẫn được đờ

ra Bóng đèn neon sẽ phát sáng.Nếu đang thử nghiệm ở nơi tối, bạn có thể điều chỉnh P1 và sẽ thấy ánh sáng màu xanh hoặc đỏ phát ra ở đầu kim Nếu tàu vũ trụ

đủ nhẹ, nó sẽ bắt đầu chuyển động.Nếu tàu không di chuyến, bạn điều chỉnh P1 cho đến khi thấy đầu kim phát sáng mạnh hơn và tàu chuyển động Tốc độ tàu tùy thuộc vào khối lượng cua tàu và công suất do mạch cao áp tạo ra Nếu tàu vẫn không khởi động, bạn cần giảm trọng lượng và/hoặc ma sát giữa tàu và giá đỡ Nếu cần, bạn hãy sử dụng dây điện nhỏ hơn hoặc ngắn hơn cho giá đỡ

TỔ chức cuộc thỉ

Bạn có thể tổ chức cuộc thi cùng với những người khác để tìm ra

Hình 4-13

người chế tạo tàu vũ trụ bằng động

cơ ion quay nhanh nhất Giới hạn

chiều dài thanh đỡ là 20 cm đối

với tấ t cả các tàu tham dự cuộc

đua Trong thời gian 1 phút, tàu

nào chuyển động trong quỹ đạo

được nhiều vòng nhất sẽ là tàu

chiến thắng

Mở rộng mạch điện

Điện cao áp do mạch điện tử này

tạo ra có thể được dùng trong

Trong thí nghiệm này, bạn trở

thành phù thủy điện tử khi làm

cho bóng đèn neon tỏa sáng trên

tay bằng cách dùng từ trường cao

áp do mạch điện nêu trên tạo ra

Nên tiến hành thí nghiệm trong

không được chạm tay vào cực cao

Ghi nhớ, mặc dù bạn đang

việc với điện áp cao hàng ngàn

vôn, sự phỏng điện ở đây không

làm chết người Nhưng nếu bạn

giát có thểgây_ bỏng hoặc đau đớn.

Bằng cách đưa bàn tay của bạn lên, xuống dọc theo một phía của bóng đèn, đèn chỉ phát sáng ở phần tay bạn đi ngang qua Người xem sẽ cho rằng bạn là một phù thủy thật sự vì có thể điều khiển được dòng diện

Sọc Jacob

Một thí nghiệm cổ điển cho thấy tia lửa phát sinh do điện cao áp được gọi là sọc Jacob Hồ quang điện sẽ phát sinh trong khe hở nhỏ giữa hai điện cực nối với nguồn cao áp

Hai điện cực (dây dẫn cứng) được đặt theo hình chữ V, càng lên cao khoảng cách giữa hai điện cực

càng xa Càng lên cao từ trường

giữa hai cực giảm cường độ và hồ

quang điện càng yếu Khoảng cách

giữa hai điện cực tùy thuộc vào

điện áp tạo ra bởi mạch điện Chú

ý, hồ quang có thể đạt tới 1 cm với

mỗi 10 kV điện áp

Tạo ra sâ'm chớp

Dùng bóng đèn dây tóc thông

thường nối với cực cao áp của mạch

điện Chạm ngón tay vào vỏ thủy

tinh của bóng đèn (Hình 4-17), bạn

sẽ thấy có sự phóng hồ quang điện

từ giá đỡ dây tóc đến ngón tay của

bạn Do thủy tinh cách điện tốt,

tia hồ quang sẽ ở bên trong bóng

đèn và bạn không bị điện giật

Trong thí nghiệm này, bạn nên

Hình 4-17.

T h í nghiệm vể tĩnh diện

Thí nghiệm vật lý với diện cao áp

có thể được tiến hành với điện cao

áp từ động cơ ion Vì nhiều thí

nghiệm cần điện cao áp một chiều,

trong khi động cơ ion tạo ra điện

Các mạch bổ sung

và các ỷ tưởng

Điện cao áp có thể được tạo ra bằng nhiều cách Phần sau đây sẽ trình bày các mạch điện đặc biệt

có thế được dùng trong những thí

nghiệm với động cơ ion.

Mạch công suất cao

Hình 4-19 minh họa mạch tạo ra điện cao áp để phóng hồ quang điện.

Mạch có thành phần cơ bản là mạch dao động dùng IC 4093, họ CMOS, và tranzito công suất loại NPN Tải của mạch dao động là cuộn dây có lõi ferrite, tương tự biến áp flyback trong TV hoặc màn hình máy tính đời cũ Máy biến áp dùng trong mạch cơ bản (đã nêu ở phần đầu mạch điện này) cũng có thể sử dụng được.

Các xung điện áp thấp do mạch dao động tạo ra sẽ cảm ứng trong

cuộn thứ cấp một điện áp rất cao,

có thể đến 10.000 - 30.000 V Mức

điện áp này đủ để tạo ra dòng ion

khi đặt nó vào điện cực thích ứng

Giá trị điện cao áp tạo ra ở

cuộn dây thứ cấp tùy thuộc vào tần

sô của mạch dao động Do vậy, có

thể điều chỉnh tần số dao động để

có các điện áp khác nhau Sự điều

chỉnh này có tác dụng làm tăng

hoặc giảm tốc độ của tàu vũ trụ

Khi điều chinh tần số dao động

dẫn đến sự thay đổi tốc độ của tàu

vũ trụ, tiếng ồn tạo ra bởi dòng ion

sẽ chuyển từ bass tới treble.

Nguồn điện cung cấp cho mạch

là nguồn xoay chiều thông qua

biến áp giảm 15V X 3A, thứ cấp có

điểm giữa Biến áp nguồn còn có

vai trò cách ly nguồn xoay chiều

và các phần tử mạch để tạo sự an

toàn Nếu ví» y chạm vảo các phần

tử mạch sẽ không bị điện giật.

Điện áp tại thứ cấp cua máy

biến áp nguồn được chỉnh lưu và

lọc bởi các điôt và tụ điện IC 7812 được dùng để Ổn định điện áp của nguồn điện cung cấp cho mạch dao đọng

Mạch dao động dùng IC 4093 với 4 cổng NAND Tần sô dao động được quyết định bởi C3, P l va Rl

Khi điều chỉnh P l, tốc độ dộng cơ ion sẽ thay đổi.

Xung vuông do cổng NAND thứ nhất tạo ra, có tần số trong khoảng 100-10.000 Hz, được đưa đến ngõ vào của ba cổng NAND còn lại, ba cổng này đóng vai trò bộ khuếch dại điện Công suất ở ngõ ra của tầng này đủ để điểu khiển các tranzito Q l, Q2.

Tầng ra gồm hai tranzito Ql (TIP31) và Q2 (BUY69A) Tranzito cao áp Q2 thường dùng là loại có

hệ số khuếch đại lớn hơn 20 và Vce (max) lớn hờn 200 V.

Tụ C2 có giá trị trong khoảng 0,01-0,1 |iF và C3 khoảng 0,1 đến 0,560 pF Khi thử nghiệm mạch,