Giáo trình Điện tử ứng dụng trong điều khiển tự động - CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội

(NB) Giáo trình Điện tử ứng dụng trong điều khiển tự động với mục tiêu là giúp các bạn Nắm bắt được kiến thức về điện tử để ứng dụng điều khiển các thiết bị dân dụng. Nắm bắt được đặc tính và bản chất các mạch điều khiển dùng quang trở. Nắm bắt được nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển tự động mở đèn đường. Phân tích được các mạch điều khiển bằng ánh sáng. Xác định được các chân của linh kiện điều khiển mạch tự mở đèn đường. Lắp được các mạch điều khiển tự động đóng mở đèn bằng quang trở.

Trang 1

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chủ biên: NGUYỄN ANH TÚ

-*** -

GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN TỰ

ĐỘNG

( Lưu hành nội bộ)

HÀ NỘI 2012

Trang 2

LỜI NÓI ĐẦU

Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề Điện tử dân dụng thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy

đủ đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế

Nội dung của giáo trình “ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN

TỰ ĐỘNG” đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,

Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới

và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề

Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành

Xin trân trọng cảm ơn!

Trang 3

Tuyên bố bản quyền

Tài liệu này là loại giáo trình nội bộ dùng trong nhà trường với mục đích làm tài liệu giảng dạy cho giáo viên và học sinh, sinh viên nên các nguồn thông tin có thể được tham khảo

Tài liệu phải do trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội in ấn và phát hành Việc sử dụng tài liệu này với mục đích thương mại hoặc khác với mục đích trên đều bị nghiêm cấm và bị coi là vi phạm bản quyền

Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm ơn các thông tin giúp cho nhà trường bảo vệ bản quyền của mình

Trang 4

MỤC LỤC

TRANG

Bài 1: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG 14

1.1 Giới thiệu 14

1.1.1 Giới thiệu các loại thiết bị cảm nhận ánh sáng 14

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của các mạch điều khiển bằng ánh sáng 15

1.2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 16

1.2.1 Khảo sát các linh kiện thụ động 16

1.2.2 Khảo sát linh kiện quang 17

1.2.3 Khảo sát sơ đồ chân IC 18

1.3 Phân tích hoạt động mạch 26

1.3.1 Sơ đồ nguyên lý 26

1.3.2 Mạch cảm nhận ánh sáng 26

1.3.3 Mạch điều khiển thiết bị 27

1.4 Chức năng linh kiện 27

1.4.1 Linh kiện thụ động 27

1.4.2 Linh kiện bán dẫn 28

1.5 Nguyên lý hoạt động mạch 28

1.5.1 Mạch cảm nhận ánh sáng 28

1.5.2 Mạch điều khiển đèn 29

1.6 Các bước thực hiện mạch tự động mở đèn đường 29

1.6.1 Hướng dẫn ban đầu 29

1.6.2 Các bước thực hiện 31

1.6.3 Cân chỉnh sửa mạch 33

1.6.4 Đánh giá kết quả 33

1.7 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 34

1.7.1 Đèn không sáng 34

1.7.2 Đèn đường nhấp nháy 34

1.7.3 Mạch không hoạt động 34

1.8 Câu hỏi và bài tập thảo luận 34

Trang 5

Bài 2: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG NHIỆT ĐỘ 36

1.1.1 Giới thiệu các loại thiết bị cảm biết nhiệt độ 36

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của các mạch điều khiển bằng nhiệt độ 36

1.2.1 Khảo sát cảm biến nhiệt 37

1.3.2 Chức năng linh kiện 42

1.3.3 Nguyên lý hoạt động mạch 43

1.4 Các bước thực hiện mạch khống chế nhiệt độ 44

1.5.1 Mạch hoạt động không đúng nhiệt độ khống chế 49

1.5.2 Mạch hoạt động ngược trạng thái 49

Bài 3: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÂM THANH 51

1.1.1 Tín hiệu âm thanh và các mạch khuếch đại 51

1.1.2 Các mạch điều khiển bằng âm thanh 52

1.2.2 Khảo sát linh kiện bán dẫn 53

1.3.2 Hoạt động của mạch 59

1.4 Các bước thực hiện mạch điều khiển đèn bằng âm thanh 61

Trang 6

1.4.3 Đo kiểm tra mạch 65

1.4.6 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 66

1.5 Gia công mạch 67

1.5.2 Kiến thức kỹ năng thực hiện 68

1.5.3 Các lỗi thường gặp 69

Bài 4: MẠCH ĐÓNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG 71

1.1.1 Các linh kiện cảm quang dùng trong điều khiển đóng mở cửa tự động 71 1.1.2 Các mạch điều khiển đóng mở cửa tự động 73

1.2.1 Khảo sát cảm biến quang 73

1.4 Các bước thực hiện mạch 89

1.5.1 Phần cơ của cửa không chạy tốt 94

1.5.2 Mạch điều khiển không đúng trình tự 94

1.5.3 Mạch không đóng mở cửa khi có người đi qua 94

Trang 7

Bài 5: MẠCH ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG 96

1.1.1 Các loại cảm biến cảm nhận mực nước 96

1.1.2 Các dạng mạch điều khiển bơm nước tự động 97

1.4 Các bước thực hiện mạch bơm nước tự động 105

1.4.2 Kiểm tra mạch 106

1.4.3 Cách đo mạch 107

1.5.1 Động cơ hoạt động không dừng khi bồn đầy nước 110

1.5.2 Bồn hết nước nhưng động cơ không bơm 110

Bài 6: MẠCH ĐẾM NGƯỜI RA VÀO CỬA 112

1.1.1 Mạch đếm lên xuống ứng dụng đếm người ra vào cửa 112

1.1.2 Các mạch điều khiển giám sát người ra vào cửa 113

Trang 8

1.4 Các bước thực hiện mạch tự động đếm người ra vào cửa 121

1.4.6 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 126

1.5.1 Trình tự thực hiện 127

1.5.2 Tiêu chuẩn thực hiện mạch in 127

Bài 7: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MÁY GIẶT 130

1.1.1 Phương pháp điều khiển động cơ máy giặt 130

1.1.2 Các dạng mạch điều khiển động cơ máy giặt 130

1.3 Các bước thực hiện mạch điều khiển động cơ máy giặt 133

Trang 9

1.4.1 Động cơ không đảo chiều 139

1.4.2 Động cơ không dừng trước khi đảo chiều 139

Bài 8: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG 141

1.1.1 Phương pháp điều khiển mạch đèn giao thông 141

1.1.2 Các mạch điều khiển đèn giao thông 141

1.4 Các bước thực hiện mạch điều khiển đèn giao thông tại ngã tư 155

1.5.1 Mạch không chạy đúng thứ tự đèn 159

1.5.2 Mạch chạy một phần 160

1.5.3 Mạch luôn sáng các đèn 160

Bài 9: MẠCH ĐÈN QUẢNG CÁO 164

Trang 10

9.1.1 Phương pháp thực hiện mạch đèn quảng cáo bằng IC số 164

9.1.2 Các mạch đèn quảng cáo 164

9.2.1 IC 74LS164 165

9.4 Các bước thực hiện mạch đèn quảng cáo 172

9.5 Các bước thực hiện 174

9.5.1 Sơ đồ bố trí mạch 174

9.5.2 Sơ đồ nối dây 175

9.5.3 Trình tự các bước thực hiện 175

9.6.1 Mạch đèn chạy không đúng yêu cầu 177

9.6.2 Mạch sáng chập chờn 177

Bài 10: MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 181

Trang 11

10.1.1 Phương pháp thực hiện mạch đồng hồ số 181

10.1.2 Các mạch tạo xung cho đồng hồ số 182

10.4 Chức năng linh kiện 189

10.4.1 Linh kiện thụ động 189

10.4.2 Linh kiện bán dẫn 189

10.5 Nguyên lý hoạt động mạch 189

10.5.1 Mạch đếm 24 giờ 189

10.5.2 Mạch đếm 60 giây 190

10.6 Các bước thực hiện mạch đồng hồ hiển thị giờ - phút - giây bằng IC số 190 10.6.1 Hướng dẫn ban đầu 190

10.7.1 Mạch chạy không đúng thời gian 195

10.7.2 Mạch hoạt động không liên tục số đếm 195

10.7.3 Led sáng không đủ đoạn 196

Bài 11: MẠCH ĐIỀU KHIỂN QUẠT BẰNG REMOTE TV 199

Trang 12

1.1.1 Mạch đếm vòng 199

1.1.2 Mạch điều khiển quạt dùng Remote TV 200

1.2.4 Khảo sát chân IC 201

1.4 Các bước thực hiện mạch điều khiển quạt bằng remote TV 205

1.4.3 Trình tự các bước thực hiện 208

1.5.1 Mạch không nhận được tín hiệu điều khiển 210

1.5.2 Mạch không điều khiển được tải 211

1.5.3 Mạch bị nhiễu 211

Bài 12: MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỀU THIẾT BỊ BẰNG HỒNG NGOẠI 214

12.1.1 Mạch thu phát hồng ngoại dùng IC 9148 – 9149 215

12.1.2 Các mạch ứng dụng dùng IC 9148 – 9149 216

Trang 13

12.2.2 Khảo sát bộ thu phát hồng ngoại 217

12.2.3 Khảo sát chân IC 218

12.4 Các bước thực hiện mạch điều khiển 10 thiết bị gia đình 227

12.5.1 Mạch phát không phát tín hiệu 232

12.5.2 Mạch thu không thu tín hiệu 232

12.5.3 Mạch điều khiển sai thiết bị 233

Trang 14

Bài 1: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG

Mã bài: MĐ21-01 Mục tiêu

- Nắm bắt được kiến thức về điện tử để ứng dụng điều khiển các thiết bị dân dụng

- Nắm bắt được đặc tính và bản chất các mạch điều khiển dùng quang trở

- Nắm bắt được nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển tự động mở đèn đường

- Phân tích được các mạch điều khiển bằng ánh sáng

- Xác định được các chân của linh kiện điều khiển mạch tự mở đèn đường

- Lắp được các mạch điều khiển tự động đóng mở đèn bằng quang trở

- Cân chỉnh được mạch điều khiển bằng quang trở hoạt động đúng yêu cầu

Nội dung chính

1.1 Giới thiệu

Cảm biến ánh sáng thường được sử dụng rất rộng rãi trong đời sống hàng ngày, ứng dụng cảm biến ánh sáng cho mạch điện để điều khiển dựa vào nguyên tắc khi có ánh sáng chiếu vào linh kiện quang, nó sẽ thay đổi tính chất khi đó ta sẽ biến đổi các đặc tính thay đổi của linh kiện quang thành các mức điện áp để điều khiển trong các ứng dụng Có nhiều cách biến đổi trong điều khiển của các linh kiện cảm biến quang để áp dụng trong nhiều ứng dụng

- Mạch tự mở đèn đường

- Mạch báo người hay sản phẩm

- Mạch báo thức

- Mạch điều khiển ROBOT…

1.1.1 Giới thiệu các loại thiết bị cảm nhận ánh sáng

1.1.1.1 Quang trở

Trang 15

Hình 1.1 Ký hiệu và hình dạng quang trở Quang trở là điện trở thay đổi được, giá trị điện trở sẽ giảm khi có ánh sáng chiếu vào bề mặt nhận ánh sáng, trị số điện trở sẽ thay đổi phụ thuộc vào cường

độ sáng chiếu vào Ký hiệu và hình dạng quang trở như hình 1.1

1.1.1.2 Diode quang

PD

Hình 1.2 Ký hiệu và hình dạng diode quang Diode quang còn gọi là photo Diode thường có hai loại, loại cảm nhận ánh sáng thường hay loại cảm nhận ánh sáng hồng ngoại, ở trong các ứng dụng này

ta chỉ chọn loại diode cảm nhận ánh sáng thường Loại này khi đặt áp phân cực thuận vào hai đầu P-N và đồng thời có ánh sáng chiếu vào mới làm diode dẫn điện, tuỳ theo cường độ ánh sáng chiếu vào làm cho diode dẫn mạnh hay yếu

Ký hiệu và hình dạng diode quang như hình 1.2

1.1.1.3 Transistor quang

PT

Hính 1.3 Ký hiệu và hình dạng transistor quang Transistor quang còn gọi là photo transistor (PT) thường cũng có hai loại, loại nhận ánh sáng thường và loại nhận ánh sáng hồng ngoại Khi PT được cấp nguồn nuôi PT chưa dẫn điện được mà đồng thời phải có ánh sáng chiếu vào thì

PT mới dẫn điện, tuỳ theo cường độ ánh sáng chiếu vào làm cho PT dẫn mạnh hay yếu Ký hiệu và hình dạng transistor quang như hình 1.3

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của các mạch điều khiển bằng ánh sáng

1.1.2.1 Nguyên tắc hoạt động mạch điều khiển chuông bằng ánh sáng

Trang 16

- Mạch sẽ hoạt động khi trời tối LEDDO và DEN sẽ sáng và khi trời sáng DEN sẽ tắt và LEDXANH sẽ sáng Opamp trong mạch được thực hiện mạch so sánh điện áp hai ngõ vào V+, V-

- Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở điện trở quang trở sẽ giảm, cầu phân áp giữa VR và LDR làm cho chân 3 của Opamp lớn hơn chân 2 nên ngõ ra chân 6 bão hoà dương, chỉ có LEDXANH sáng

- Khi che tối quang trở giá trị điện trở của quang trở sẽ tăng nên điện áp chân 2 của Opamp sẽ lớn hơn chân 3 ngõ ra sẽ bão hoà âm nên LEDDO sẽ sáng và Q1 sẽ dẫn làm cho RELAY đóng tiếp điểm nên DEN sáng

1.1.2.2 Nguyên tắc hoạt động mạch điều khiển đèn đường

- Mạch này được thiết kế dùng để tự động mở đèn đường: khi trời tối đèn tự sáng và ngược lại khi trời sáng đèn sẽ tắt, tuy nhiên mạch vẫn

có thể chỉnh độ nhạy tức độ sáng tối của trời

- Ngoài ra do ngoài trời có nhiều ánh sáng tự nhiên khác như: sấm chớp, đèn xe hay các dạng ánh sáng của các đèn quảng cáo khác…do

đó mạch có thể hiểu nhầm trời đã sáng, do đó mạch có thiết kế thêm mạch kiểm tra nếu ánh sáng chiếu vào bề mặt bộ cảm nhận hơn 10 xung kích của mạch tạo xung NE555 thì đèn mới thay đổi trạng thái

- Trong mạch này do có thể ứng dụng điều khiển tốt được đèn đường mạch còn thiết kế thêm nút điều khiển đóng ngắt bằng tay

1.2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện

1.2.1 Khảo sát các linh kiện thụ động

Trang 17

tiếp điểm tạo nên hai tiếp xúc đó là bộ tiếp điểm thường đóng và bộ tiếp điểm thường mở, khi sử dụng ta cần chú ý dòng và điện áp mà tiếp điểm

chịu được Hình dạng và sơ đồ chân relay được chỉ ở hình 1.4

12V

RELAY DPDT

Hình 1.4 Relay a) Sơ đồ chân, b) Hình dạng

1.2.2 Khảo sát linh kiện quang

1.2.2.1 Quang trở

- Dùng VOM chọn giai đo điện trở : chọn giai x1K

- Đo giá trị điện trở khi chiếu ánh sáng vào: ánh sáng phòng, điện trở quang trở sẽ nhỏ hơn khi che tối

- Đo giá trị điện trở khi che tối: dùng tay che kín bề mặt nhận ánh sáng của quang trở, điện trở quang trở sẽ lớn hơn khi có ánh sáng

- Đo giá trị điện trở khi ta thay đổi cường độ ánh sáng: tăng dần khoảng cách từ tay đến bề mặt nhận ánh sáng của quang trở, điện trở quang trở sẽ giảm dần

1.2.2.2 Led phát quang

Diode phát quang hay còn gọi là LED có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thường Nhưng điện áp phân cực nghịch thì không cao, tuỳ theo loại led và kích thước của led mà nó có các giá trị khác nhau Ví dụ đối với Led 2 ly hoặc 4 ly ta có các thông số kỹ thuật sau:

- Led đỏ: VLED = 1,4V  1,8V

- Led vàng: VLED =2V  2,5V

- Led xanh lá cây: VLED = 2V  2,8V

- Dòng điện chạy qua led: ID = 10mA 20mA

Thường để tiện lợi trong việc tính toán người ta lấy chung cho các loại led là VLED = 2V, ID = 10mA

RELAY 12VDC

Trang 18

Việc đo kiểm tra xác định cực tính hay đo đánh giá tình trạng tốt xấu cho diode phát quang cũng giống diode thường tuy nhiên lần đo kim lên thì Led sẽ phát ra ánh sáng.

- Dùng VOM chọn giai đo x1 hay x10

- Đo 2 lần đo có một lần led sẽ sáng, ta suy ra cực tính của led như sau, trường hợp đo led sáng thì que đen của VOM sẽ nối vào cực Anot của led còn que đỏ nối vào cực Katot của led Thường led mới mua về chân dài là Anot chân đỏ là Katot

a) b) Hình 1.5 Led phát quang a) phân cực ngược, b) phân cực thuận

a Transistor: Đo xác định chân transistor A1015 và C1815

b Relay: Đo kiểm tra và xác định cuộn dây và các cặp tiếp điểm thường

đóng, thường mở

1.2.3 Khảo sát sơ đồ chân IC

Opamp là linh kiện quan trọng trong việc ứng dụng để biến đổi tín hiệu của các cảm biến ánh sáng thu được sang tín hiệu điều khiển tải, linh kiện này thường được sử dụng rất nhiều trong các mạch cảm biến vì khi thiết kế mạch khuếch đại sẽ cho hệ số khuếch đại rất lớn và độ chính xác cao hơn so với cách sử dụng transistor Ta sẽ khảo sát các sơ đồ chân của các IC Opamp sau



Que đen Que đỏ

Trang 19

+

-LM741

3 2

6

7 1

4 5

+

-OP-07

3 2

- NC (8) chân bỏ trống (No Connect)

IC LM741 và OP-07 có sơ đồ chân và chức năng các chân giống nhau, tuy nhiên IC OP-07 có đặc tính chính xác cao

OFFSET

+_

Trang 20

Bảng sự thật IC CD4017 cho biết chức năng các chân và trạng thái làm việc được trình bày như bảng 1.1

LED LED

R4

1k +5V

U3 4017

LED

U4 NE555 3

2 6

7 OUT

R10 1K LED

C3 10uF C4

104 LED

LED

R9 10k

LED LED

Hình 1.9 Mạch kiểm tra các chân IC CD4017

Trang 21

Ráp mạch như hình 1.9 và ghi lại các trạng thái ngõ ra của IC 4017 vào bảng 1.2: (led sáng ghi 1, led tắt ghi 0) sau đó so sánh lại với bảng 1.1

Bảng 1.2 Kết quả kiểm tra các chân IC CD4017

Sơ đồ chân IC cổng EXNOR được chỉ ra ở hình 1.10

Bảng sự thật của IC 4077 được trình bày như trong bảng 1.3

Trang 22

Ráp mạch kiểm tra IC cổng EXNOR như hình 1.11

KB 9 10

8

D1 LED

KA

+5V

R1 1K R2 1K

R3 330

Hình 1.11 Mạch kiểm tra IC cổng EXNOR

Lần lượt kiểm tra 4 cổng theo sơ đồ mạch, nhận xét kết quả thu được ở bảng 1.4 so với bảng sự thật 1.3

Bảng 1.4: bảng kết quả như sau:

Ngõ vào Ngõ ra

Mở

Mở Đóng Đóng

Mở Đóng

- Chân cấp nguồn nuôi chân VDD nối 3V đến 15V chân VSS nối GND

- Chân Q và Q hai ngõ ra bù nhau

Trang 23

- Chân CP ngõ vào xung nhịp

- Chân CD xóa ngõ ra Q xuống 0 khi nối chân này lên 1

- Chân SD đặt ngõ ra Q lên 1 khi nối chân này lên 1

- Chân J ngõ vào đặt dữ liệu

- Chân K ngõ vào đặt dữ liệu

Bảng sự thật

- Chân điều khiển trực tiếp

Khi cho SD = 1 và CD = 0 thì Q = 1 và Q = 0 Khi cho SD = 0 và CD = 1 thì Q = 0 và Q = 1

- Chân điều khiển đồng bộ được trình bày ở bảng 1.5

D1 LED R3 330

D2 LED

CP Q

Hình 1.13 Sơ đồ kiểm tra các chân điều khiển trực tiếp

Trang 24

Lần lượt kiểm tra 2 FF theo sơ đồ mạch hình 1.13, nhận xét kết quả thu được ở bảng 1.6 so với bảng sự thật 1.5

Bảng 1.6: Bảng kết quả kiểm tra chân điều khiển trực tiếp

Ngõ vào Ngõ ra

Mở Đóng

1K

R1 1K R2 1K

KJ

D1 LED R4 330

D2 LED

CP Q

Hình 1.14 Mạch kiểm tra chân điều khiển đồng bộ

Lần lượt kiểm tra 2 FF theo sơ đồ mạch hình 1.14, nhận xét kết quả thu được ở bảng 1.7 so với bảng sự thật 1.5

Bảng 1.7: Bảng kết quả kiểm tra chân điều khiển đồng bộ

Mở

Mở Đóng Đóng

Mở Đóng

Nhấn Nhấn Nhấn Nhấn

Trang 25

Lắp mạch kiểm tra các chân cho IC 555 như hình 1.16, quan sát các đèn led

để biết các chân IC còn hoạt động không, IC còn hoạt động tốt nếu các led còn nhấp nháy

Hình 1.16 Mạch kiểm tra các chân cho IC 555

Hình 1.15 Sơ đồ chân IC NE555

NE555

Reset Output

DischargeTrigger

Trang 26

DEN +12V

R3 1K

LEDXANH D1

1N4148

+

-UA741 3

RELAY 12VDC

3 5 4 1 2

R6 2,2K

R1 10K

R5 4,7K

Hình 1.17 Sơ đồ mạch đèn điều khiển chuông dùng quang trở

Mạch điều khiển tự mở đèn khi trời tối, đây là dạng mạch mở đèn đường có dùng mạch delay để loại bỏ các ánh sáng không phải do trời sáng mà do các tác nhân khác như: sấm chớp, đèn pha chiếu vào…Mạch được thực hiện như hình 1.18

1k

A1015

ac

1k 1k

+12V

U2B 4077 5 6 4

1k

220 4,7Kk

U2A 4077 1 2 3

11

1k

SOLID STATEA RELAY

TAI

4017 14 13

U4A

4027

6 3 5 1

2

J CLK K Q

1k

33uF

1k 100k

Hình 1.18 Mạch tự mở đèn đường khi trời tối có thời gian delay

1.3.2 Mạch cảm nhận ánh sáng

1.3.2.1 Mạch điều khiển chuông bằng ánh sáng

Cảm biến ánh sáng được mắc dạng cầu phân áp cho vào IC so sánh opamp

741, mạch có:

Trang 27

- Ngõ vào trừ được dùng cầu phân thế dùng điện trở cố định (cầu chia đôi) nên áp vào của ngõ này là 6V:

- Ngõ vào cộng là mạch cầu phân thế thay đổi, giá trị thay đổi sẽ phụ thuộc vào giá trị điện trở của quang trở, khi che bớt ánh sáng chiếu vào giá trị điện trở của quang trở sẽ tăng lên nên điện áp tại đây sẽ giảm ngõ ra opamp sẽ có mức 0 và khi tăng cường độ sáng chiếu vào thì mạch hoạt động ngược lại, còn biến trở dùng để chỉnh độ nhạy cho mạch

- Ngõ ra của opamp được nối với 2 led hoạt động ngược trạng thái nhau

để chỉ trạng thái trời sáng hay tối Khi trời tối led đỏ sẽ sáng và ngược lại

1.3.2.2 Mạch điều khiển tự mở đèn khi trời tối

Mạch nhận ánh sáng trong trường hợp này cũng giống như mạch điều khiển chuông chỉ có khác là khi nhận ánh sáng mạch không ngắt relay ngay mà mạch được kiểm tra bằng bộ đếm 10 xung từ NE555 (loại bỏ trường hợp đèn bị nhấp nháy do sấm sét hay những ánh sáng không mong muốn tác động lên cảm biến), khi mạch đếm đủ 10 xung mà quang trở vẫn nhận ánh sáng thì mạch sẽ qua bộ chốt giữ để ngắt relay, mạch còn lắp 10 led báo mạch đếm 10 xung để biết trường hợp trời đã sáng

1.3.3 Mạch điều khiển thiết bị

Mạch so sánh (ngõ ra opamp) sẽ có hai mức ON (led đỏ sáng) khi ngõ ra này bằng 0V transistor Q1 dẫn làm relay tác động nên tiếp điểm thường hở sẽ đóng lại chuông được cấp điện nên sẽ reo, ngược lại chuông không reo và led xanh sẽ sáng

Mạch được thiết kế dùng để ứng dụng điều khiển tự mở đèn đường nên được dùng van bán dẫn để chuyển mạch nhanh, không đánh lửa tiếp điểm Đồng thời mạch còn thiết kế 2 nút ON và OFF để điều khiển bằng tay khi cần thiết

1.4 Chức năng linh kiện

1.4.1 Linh kiện thụ động

- Điện trở: R1 và R2: điện trở tạo cầu phân áp

- VR: biến trở chỉnh điện áp so sánh

Trang 28

- LDR: quang trở cảm nhận ánh sáng

- R3 và R4: điện trở hạn dòng cho led

- R5 và R6: điện trở phân cực cho transistor Q1

- Relay: làm thành phần trung gian điều khiển đèn 220V

- Chuông điện: chuông báo khi thay đổi ánh sáng

Chức năng linh kiện của mạch này cũng giống mạch điều khiển chuông

bằng ánh sáng xem lại mục 1.4.1.1

1.4.2 Linh kiện bán dẫn

- Led gồm LEDDO và LEDXANH, led báo lúc có ánh sáng hay không

có ánh sáng

- Diode: bảo vệ transistor khi chuyển mạch

- Transistor Q1: kích đóng ngắt transisitor theo tác động của quang trở

- Opamp: chuyển tín hiệu thay đổi của quang trở thành tín hiệu ON/OFF

Trong phần này mạch có thêm các vi mạch

- CD4077: tổ hợp tín hiệu đếm và dừng xung 555 để điều khiển tải theo yêu cầu

- CD4027: thiết kế theo dạng mạch T-FF để thực hiện phép đổi trạng thái khi có xung tác động từ Q9 của IC 4017

- CD4017: mạch đếm 10 xung định thời gian mở đèn nếu ánh sáng nhận được lâu hơn 10 xung

- IC 555 làm mạch định thời gian cho 10 xung đếm của IC đếm nó tuỳ

thuộc vào thời hằng nạp xả của tụ ở chân 6 của IC này

1.5 Nguyên lý hoạt động mạch

1.5.1 Mạch cảm nhận ánh sáng

Nguyên tắc hoạt động: Ta sử dụng một nguồn sáng có thể là một LED hay một bóng đèn chiếu trực tiếp vào bề mặt của quang trở

Trang 29

Mạch sẽ hoạt động khi không có ánh sáng LEDDO sáng và CHUONG

sẽ reo và khi có ánh sáng thì CHUONG sẽ không reo và LEDXANH sẽ sáng Opamp trong mạch được thực hiện mạch so sánh điện áp hai ngõ vào

sẽ bão hoà âm nên LEDDO sẽ sáng và Q1 sẽ dẫn làm cho RELAY đóng

tiếp điểm nên DEN sáng

1.6 Các bước thực hiện mạch tự động mở đèn đường

1.6.1 Hướng dẫn ban đầu

1.6.1.1 Vật liệu dụng cụ và thiết bị

a Vật liệu

- Linh kiện: điện trở, biến trở, tụ, led, quang trở, nút nhấn có giá trị và

số lượng theo như sơ đồ nguyên lý

- IC: LM741, CD4017, CD4077, NE555, CD4027

- Relay: 12VDC/1A, Solid statea-relay 12VDC/1A

- Chuông điện: 220Vac

- Dây dẫn: loại dây cắm test board

b Dụng cụ:

- Máy đo: VOM, máy hiện sóng…

- Bộ dụng cụ sửa chữa điện tử: kềm cắt, mỏ hàn, chì hàn, vít…

Trang 30

Hình 1.19 Sơ đồ chân test board

- Mạch được bố trí trên test board theo đúng như liên kết, nơi cấp nguồn cấp mass theo chỉ dẫn

- Trên rãnh cắm IC bố trí theo trình tự: LM741, IC555,CD4077, CD4017, CD4027, NE555, relay

- Sau đó bố trí các quang trở, tụ, led… phía trên và dưới cho phù hợp việc nối dây

- Chuông và nguồn 220V phải bố trí cách riêng ra

- Quan sát kiểm tra các dây kết nối theo đúng sơ đồ

- Đo kiểm tra các đầu dây nguồn cung cấp xem có giá trị điện trở không Nếu không có giá trị phải kiểm tra lại kết nối mạch

Nơi cắm IC Nơi nối nguồn GND Nơi nối nguồn VCC

Nối theo hàng dọcNơi đứt khoảng

Nối theo hàng ngang

Trang 31

- Ghi lại các kết quả kiểm tra theo sau :

1.6.1.5 Cách đo mạch

Đo theo sơ đồ nguyên lý của từng loại tải và linh kiện

- Nếu đo áp phải chọn VOM sang giai đo vôn và đồng hồ đo phải đặt song song với đoạn mạch cần đo

- Nếu đo dòng thì chọn VOM sang giai đo dòng và đồng hồ đo phải mắc nối tiếp với đoạn mạch cần đo

- Ghi lại các kết quả đo ở ngõ ra của chân điều khiển theo sau:

1.6.2 Các bước thực hiện

1.6.2.1 Sơ đồ bố trí mạch

Từ sơ đồ nguyên lý Thực hiện bố trí linh kiện theo đúng thứ tự sao cho thuận tiện trong việc nối dây, mạch gọn dễ kiểm tra sửa chữa nhất Đây cũng là phần chấm điểm kỹ năng thực hiện mạch của học sinh nên phần này không đưa

ra cách thực hiện cụ thể mà chỉ gợi ý các bước cũng như tiêu chí để đánh giá

- Bố trí mạch sao cho ít dây nối nhất

- Mạch gọn không chồng chéo dây

- Các IC phải đúng chiều để cấp nguồn không bị nhầm

- Biến trở phải ở vị trí dễ thao tác điều chỉnh

Trang 32

- Dễ kiểm tra đo kiểm mạch nhất

- Thay thế linh kiện dễ dàng nhất khi có sự cố hay hư hỏng

1.6.2.2 Sơ đồ nối dây

Nối dây cho mạch được thực hiện khi bố trí linh kiện hoàn tất do đó việc bố trí linh kiện cũng rất cần thiết Nối dây cũng cần theo trình tự các bước để tránh sai và thiếu dây, phải chú ý cẩn thận các chân nguồn nhất là chân mass cho IC vì thiếu mass IC sẽ hỏng ngay Các bước nối dây cần tuân theo trình tự sau:

- Nối nguồn cho tất cả IC, chú ý các dây nối cho thông nguồn trên test board nếu chọn cả hai bên cấp nguồn

- Nối dây cho mạch tạo xung nếu có

- Nối dây cho IC điều khiển chính với các linh kiện liên quan

- Nối dây cho các mạch tổ hợp điều khiển tải

- Nối dây cho tầng đệm ngõ ra nếu có

- Nối dây cho tải

1.6.2.3 Trình tự các bước thực hiện

Việc thực hiện mạch theo trình tự các bước giúp chúng ta thực hiện mạch

dễ dàng hơn, ít bị nhầm lẫn nên chúng ta cần thực hiện đúng theo trình thực các bước sau:

- Bước 1: kiểm tra các linh kiện

- Bước 2: bố trí và lắp linh kiện theo sơ đồ (chưa cấp điện 220VAC cho tải)

- Bước 3: Cấp nguồn chỉnh VR sao cho LEDDO vừa tắt, và LEDXANH phải sáng

- Bước 4: Che tối quang trở LEDXANH tắt và LEDDO sáng, và RELAY đóng mạch đã hoạt động tốt

- Bước 5: Cấp điện 220VAC vào, che tối quang trở chuông sẽ kêu và nếu có ánh sáng chiếu vào quang trở thì chuông không kêu

- Bước 6: Đo kiểm tra các mức điện áp trên mạch

1.6.2.4 Đo kiểm tra mạch

- Đo kiểm tra các linh kiện trước khi lắp vào mạch

Trang 33

- Đo kiểm tra khi cấp nguồn cho mạch hoạt động, các vị trí mạch thay đổi trạng thái điều khiển

- Đo điện thế của quang trở khi có và không có ánh sáng chiếu vào bề mặt

- Đo kiểm tra nguồn cung cấp

- Đo các ngõ ra của các linh kiện khi mạch hoạt động

- Ghi lại các kết quả đo ở ngõ ra của chân điều khiển theo sau:

1.6.3 Cân chỉnh sửa mạch

- Cầu phân thế tại chân 2 của Opamp sẽ chia đôi điện áp 12V nguồn do

đó điện áp này là 6V

- Ta không che quang trở (trời sáng) và chỉnh biến trở 50k sao cho LED XANH vừa sáng

- Khi ta che tối điện trở quang trở tăng lên nên Opamp cho ngõ ra mức

0, LED DO sáng lúc này chuông reo

- Cân chỉnh cầu phân thế cho quang trở như mạch trên

- Khi ta che tối chuông không báo ngay mà phải chờ đến 10 đèn led ở ngõ ra của 4017 sáng hết thì đèn mới sáng do đó ta phải kiểm tra các chân điều khiển cho IC 4017 Nếu IC chưa đếm đủ 10 xung mà ta thả tay ra thì chuông sẽ không reo

- Thay đổi tụ hoặc điện trở của IC 555 để có được thời gian delay khác nhau

1.6.4 Đánh giá kết quả

Trang 34

Sinh viên thực hiện xong các mạch ghi lại kết quả đạt được và đánh giá khả năng mở rộng và ứng dụng mạch

1.7 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục

1.7.1 Đèn không sáng

Trường hợp đèn không sáng chúng ta nên kiểm tra lại đèn, transistor đệm, relay hay nguồn vào Nên đo nguồn trước khi thực hiện kiểm tra các trường hợp khác

điện trở hay biến trở để phân áp phải gần bằng trị số điện trở của quang trở 1.8 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 Hãy kể tên các dạng mạch khuếch đại thuật toán mà bạn biết?

3 Hãy cho biết mạch khuếch đại dùng opamp khi mạch khuếch đại vòng hở thì tương đương mạch gì? Khi đó hệ số khuếch đại cở bao nhiêu?

4 Hãy cho biết tác hại của việc dùng IC nhưng quên cấp nguồn?

Trang 35

5 Để thay đổi thời gian đóng mở đèn theo cường độ sáng ta phải thay đổi mạch thế nào?

6 Hãy cho biết công thức tính toán thời hằng xung ra của mạch tạo xung NE555?

7 Hãy cho biết các chân thường đóng và thường mở của relay?

8 Có thể ứng dụng mạch mở đèn đường thay mạch đèn báo thức khi trời sáng được không?

9 Kể tên các mạch điện ứng dụng quang trở mà bạn biết?

Trang 36

Bài 2: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG NHIỆT ĐỘ

Mã bài: MĐ21-02 Mục tiêu

- Nắm bắt được kiến thức về điện tử để ứng dụng điều khiển các thiết bị dân dụng

- Nắm bắt được đặc tính và bản chất các mạch điều khiển dùng nhiệt trở

- Nắm bắt được nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển các thiết bị dùng nhiệt trở

- Phân tích được các mạch điều khiển thiết bị bằng cảm biến nhiệt

- Xác định được các chân của linh kiện điều khiển mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ

- Lắp được các mạch điều khiển thiết bị bằng cảm biến nhiệt độ

- Cân chỉnh được mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ hoạt động đúng yêu cầu

Nội dung chính

1.1 Giới thiệu

1.1.1 Giới thiệu các loại thiết bị cảm biết nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ thường được sử dụng rất rộng rãi trong đời sống hàng

ngày, cảm biến nhiệt được sản xuất rất đa dạng như:

- Nhiệt trở

- Cảm biến nhiệt kim loại

- Cảm biến nhiệt bán dẫn

1.1.2 Nguyên lý hoạt động của các mạch điều khiển bằng nhiệt độ

Ứng dụng cảm biến nhiệt cho mạch điện để điều khiển dựa vào nguyên tắc khi có nhiệt độ mà linh kiện nhiệt hấp thụ nó sẽ thay đổi tính chất khi đó ta sẽ biến đổi các đặc tính thay đổi của linh kiện này thành các mức điện áp để điều khiển trong các ứng dụng Có nhiều cách biến đổi để điều khiển các linh kiện cảm biến nhiệt trong nhiều ứng dụng khác nhau

Trang 37

- Mạch báo cháy

- Mạch đo nhiệt độ

- Mạch tự động ngắt nguồn khi có sự cố

- Mạch điều khiển nhiệt độ trong các lò nướng…

1.2 Khảo sát sơ đồ chân linh kiện

1.2.1 Khảo sát cảm biến nhiệt

t

RT1 PTC

Hình 2.1 Nhiệt trở a) Hình dạng ký hiệu nhiệt trở âm, b) Hình dạng ký

hiệu nhiệt trở dương

- Khi cho nhiệt độ của nhiệt trở tăng lên thì giá trị điện trở của nhiệt trở

sẽ giảm xuống

- Khi cho nhiệt độ của nhiệt trở giảm xuống thì giá trị điện trở của nhiệt trở sẽ tăng theo

1.2.1.2 Ký hiệu cảm biến nhiệt

Cảm biến nhiệt có nhiều loại hình 2.2 giới thiệu ba loại cảm biến nhiệt thông dụng

TS1

TC+

TC-SENSOR

Trang 38

Hình 2.2 Cảm biến nhiệt a) LM355, b) PT-100, c) Cặp nhiệt điện

Cảm biến nhiệt bán dẫn: LM355 nguyên tắc hoạt động dựa trên sự phụ thuộc của dòng qua lớp tiếp xúc bán dẫn P – N vào nhiệt độ

LM 355 được đóng trong một lớp vỏ bằng kim loại và đưa ra ba dây

- Dây màu đỏ: ký hiệu S1

- Dây màu nâu: ký hiệu S2

- Dây màu đen: ký hiệu S3

Cảm biến nhiệt RTD (Resistan Temperature Decector): PT – 100 hoạt động dựa trên nguyên tắc điện trở của đa số kim loại thay đổi theo nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng, giá trị của điện trở sẽ tăng RTD sử dụng điện trở thuần của cuộn dây cuốn theo dạng lò xo đặt ở vị trí đầu của cảm biến PT – 100 được đóng trong một lớp vỏ bằng kim loại và đưa ra hai dây

- Dây màu cam: ký hiệu TS1

- Dây màu xanh: ký hiệu TS2

Cặp nhiệt điện (Thermocoupler): nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng khuếch tán các điện tử khi cho tiếp xúc hai kim loại khác nhau, sự tiếp xúc này tạo nên hiệu điện thế tiếp xúc, nó phụ thuộc vào bản chất của hai kim loại và nhiệt độ nơi tiếp xúc

Cặp nhiệt điện được đóng trong một lớp vỏ bằng kim loại và đưa ra hai dây

- Dây màu đỏ: ký hiệu TC+

- Dây màu xanh: ký hiệu TC-

D7

D6

D5

D4

Trang 39

dữ liệu ở các ngõ ra D0 đến D7 được chọn ra ngõ ra Y Có 3 ngõ vào địa chỉ do

đó ta có 23 = 8 trạng thái tương ứng với 8 ngõ vào dữ liệu, mạch còn có một ngõ

ra Y đảo lại với ngõ ra Y Các công tắc được thiết kế nếu công tắc mở ứng với chân được nối với nó bằng 0 và ngược lại nếu công tắc đóng chân được nối sẽ bằng 1 Sơ đồ mạch kiểm tra các chân IC 74LS151 được vẽ như hình 2.4

Trang 40

D5 D7

74LS151

4 3 2 1 15 14 13 12 11 10 9 7

6 5

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A B C G

Y Y

 Cho chân G= 0 Xem hiển thị ở led

 Cho chân G= 1: nạp vào A, B, C và các D0 đến D7 ghi kết quả vào bảng 2.2, sau đó so sánh với bảng 2.1 để biết khả năng làm việc các chân

Cho mã chọn Dữ liệu vào Quan sát ngõ ra

C B A Cho vào các giá trị Y = ?, Y= ?

Định dạng
Số trang	235
Dung lượng	4,02 MB