Lắp ráp mạch cảnh báo sụt áp nguồn một chiều

Nguồn điện 1 chiều DC*Khái niệm Nguồn một chiều DC là thiết bị được dùng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, dùng để cung cấp nguồn điện 1 chiều cho các thiết bị hoạt động, là nguồn nuôi cho

Thông qua đồ án môn học Kĩ thuật điện tử, mỗi sinh viên được hệ thống lại các kiến thức đó học nhằm tính toán thiết kế mạch điện theo các chỉ tiêu chủ yếu về khả năng làm việc, thiết kế mạch điện, tính toán thông số linh kiện, Trong đó cung cấp nhiều số liệu mới về phương pháp tính, về dung sai và các

số liệu tra cứu khác Trong học phần Kĩ thuật điện tử, nhằm củng cố kiến thức

cho sinh viên, chúng em đã được giao đề tài: “Lắp ráp mạch cảnh báo sụt áp

nguồn một chiều” với sự hướng dẫn tận tình của giảng viên thầy Trần Ngọc Thái Nhiệm vụ của chúng em là thiết kế mạch cảnh báo sụt ap nguồn một

chiều

Với một khối lượng kiến thức tổng hợp lớn, và có nhiều phần chúng em chưa nắm vững, dù đã tham khảo các tài liệu song khi thực hiện đồ án, trong tính toán không thể tránh được những thiếu sót Chúng em mong được sự góp ý

và giúp đỡ của các thầy cô giáo và bạn bè

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa, đặc biệt

là thầy Trần Ngọc Thái đã hướng dẫn tận tình và cho chúng em nhiều ý kiến

quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này

Hưng Yên, ngày tháng 07 năm 2021

Sinh viên Sinh viên

Hưng Yên, Tháng 07 Năm 2021 Giảng viên hướng dẫn

Mục Lục

CHƯƠNG I : LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 4

1 Sụt áp 4

2 Nguồn điện 1 chiều DC 5

CHƯƠNG II:THIẾT KẾ MẠCH 6

1 Sơ đồ khối 6

2 Khối nguồn 6

3 Nguyên lý mạch và nguyên lý các linh kiện trong mạch cảnh báo sụt áp 7

3.1 Nguyên lý hoạt động của mạch 7

3.2 Các linh kiện trong mạch 7

3.2.1 Điện trở: 7

3.2.2 Biến trở 9

3.2.3 Tụ điện 9

3.2.4 Diode 11

3.2.5 LED 13

3.2.6 Transistor 14

3.2.7 IC LM317T 16

4 Giải thích nguyên lí hoạt động và tính chọn linh kiện 17

5 Đánh giá và kết luận 18

5.1 Kết quả 18

5.2 Hạn chế 18

5.3 Hướng phát triển đề tài 18

CHƯƠNG I : LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

1 Sụt áp

- Sụt áp là gì

Hình 1.1 Hình minh hoạ sụt áp Khi dòng điện di chuyển qua một mạch điện, một lượng nhỏ điện áp sẽ bị mất

do điện trở dẫn Khái niệm này được gọi là sụt áp, dẫn đến những tổn thất nhẹ từ dòng điện này đến dòng điện khác

Sụt áp sẽ càng nhiều hơn khi khoảng cách xa hơn Chạy dây dài hơn sẽ có nhiều điện trở hơn cho mạch, dẫn đến sự sụt áp lớn hơn

- Sụt áp xảy ra khi nào?

Lý giải cho điều này em xin giải thích như sau: Việc sử dụng điện năng liên quan trực tiếp đến vấn đề này Điện năng mà các gia đình chúng ta sử dụng là điệp áp 220V 1 Pha, các máy công nghiệp và các nhà máy sử dụng điện năng 3 pha 380V, 220V, 200V

Nhưng việc truyền tải tiện năng có thông số như vậy từ nhà máy sản xuất điện năng đến nơi tiêu thụ điện năng rất dài Đất nước Việt Nam hình chữ S nên việc truyền tải lại khó khăn hơn gấp nhiều lần

Máy biến áp hay biến thế, ổn áp Standa, Lioa có tác tác dụng làm tăng giảm HĐT giữa 2 đầu đường dây tải điện Khi truyền tải điện năng đi xa sẽ có phần điện năng bị hao phí do hiện tượng tỏa nhiệt trên đường dây

2 Nguồn điện 1 chiều DC

*Khái niệm

Nguồn một chiều DC là thiết bị được dùng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, dùng để cung cấp nguồn điện 1 chiều cho các thiết bị hoạt động, là nguồn nuôi cho của các thiết bị máy móc công nghiệp, các cơ sở sản xuất, và vô cùng quan trọng để kết nối các thiết bị thông tin liên lạc, viễn thông

*Ứng dụng

Nguồn điện một chiều DC là thiết kế phục vụ cung cấp nguồn năng lượng hoạt động cho tất cả các thiết bị điện tử

Bộ nguồn một chiều DC được sử dụng với nhiều ứng dụng khác nhau: có khi làm

bộ sạc, cung cấp điện một chiều cho các thiết bị, làm nguồn quảng cáo, LED trang trí

và có thể biến đổi nguồn điện áp xoay chiều thành nguồn điện một chiều

Hình2.1 Ứng dụng sạc điện thoại

CHƯƠNG II:THIẾT KẾ MẠCH

1 Sơ đồ khối

2 Khối nguồn

a Mạch nguồn

Hình 1:Mạch nguồn điều chình dùng IC LM317

b Nguyên lý mạch nguồn

Điện áp đầu vào tối đa có thể đặt vào mạch là 40V DC với 2 đến 3 A Đầu ra có thể điều chỉnh từ 1.2V đến 37V DC với dòng điện đầu ra tối đa là 1.5A Điện áp đầu ra có thể được điều chỉnh với sự trợ giúp của biến trở 10K Đầu vào 40V không bắt buộc,

em có thể cung cấp bất kỳ điện áp nào từ 3V đến 40V DC, tùy thuộc vào yêu cầu điện

áp đầu ra của em Ví dụ: nếu em muốn xây dựng một nguồn điện có thể điều chỉnh 1,2V đến 12V thì em cấp cao hơn 3V so với điện áp đầu ra tối đa Với yêu cầu nguồn

từ 1,2V đến 12V thì điện áp đầu vào không được nhỏ hơn 15V

3 Nguyên lý mạch và các linh kiện trong mạch cảnh báo sụt áp

Có nhiệm vụ cảnh báo nếu nguồn 1 chiều có hiện tượng sụt áp

Hình 3.1 Mạch cảnh báo sụt áp

3.1 Nguyên lý hoạt động của mạch.

Khi lấy nguồn 1 chiều, nếu điện áp lớn hơn 12 v sẽ làm zener D1 dẫn, như vậy

sẽ kích thích cho Q1 dẫn, sau đó Q2 dẫn làm cho đèn tắt đi

Do đó nếu ta cho điện áp nhỏ hơn 12v thì đèn sẽ bật

3.2 Các linh kiện trong mạch.

3.2.1 Điện trở:

a Khái niệm:

Điện trở là linh kiện thụ động không thể thiếu trong các mạch điện và điện tử, chúng có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp để thực hiện chức năng theo ý muốn Điện trở

của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, tiết diện và độ dài của dây dẫn được tính theo công thức:

s C

d



 �

(CT 2.1) R: điện trở Đơn vị là Ω

L: chiều dài dây dẫn

S: tiết diện dây dẫn

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

Hình dáng và ký hiệu: Trong thực tế điện trở là một loại linh kiện điện tử không phân cực, nó là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện tử, chúng được làm từ hợp chất của cacbon và kim loại và được pha theo tỷ lệ mà tạo ra các con điện trở có trị số khác nhau

Hình 3.2 Hình dạng điện trở

Hình 3.3 Ký hiệu điện trở Đơn vị đo bằng Ω, KΩ, MΩ

1MΩ = 1000 KΩ = 1000000Ω

3.2.2 Biến trở

Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn

Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện

Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh

sáng hoặc bức xạ điện từ,

Cấu tạo của biến trở gồm 2 thành phần chính là con chạy và cuộn dây được làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn

Biến trở thường ráp trong máy phục vụ cho quá trình sửa chữa, cân chỉnh của

kỹ thuật viên

Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau:

 Công dụng và nguyên lý hoạt động:

Đúng như tên gọi của nó là làm thay đổi điện trở, nguyên lý hoạt động chủ yếu của biến trở là các dây dẫn được tách rời dài ngắn khác nhau Trên các thiết bị sẽ có vi mạch điều khiển hay các núm vặn Khi thực hiện điều khiển các núm vặn các mạch kín

sẽ thay đổi chiều dài dây dẫn khiến điện trở trong mạch thay đổi

Thực tế việc thiết kế mạch điện tử luôn có một khoảng sai số, nên khi thực hiện điều chỉnh mạch điện người ta phải dùng biến trở, lúc này biến trở có vai trò phân áp, phân dòng trong mạch Ví dụ: Biến trở được sử dụng trong máy tăng âm để thay đổi

âm lượng hoặc trong chiếu sáng biến trở dùng để thay đổi độ sáng của đèn

3.2.3 Tụ điện

a Khái niệm

Tụ điện là một linh kiện thụ động và được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử, được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu trong mạch truyền phát tín hiệu, mạch dao động…

Tụ điện là linh kiện dùng để cản trở dòng điện xoay chiều và ngăn không cho dòng điện một chiều đi qua, tụ điện còn có khả năng phóng nạp khi cần thiết

b Các đại lượng đặc trưng :

Điện dung là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức

S C

d



 �

(CT 2.2) Trong đó: C: là điện dung tụ điện, đơn vị là Fara (F)

ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện

d : là chiều dày của lớp cách điện.

S : là diện tích bản cực của tụ điện

Dung kháng là đại lượng đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện xoay chiều, đơn vị Ω

1 2

Xc nfc

 (CT 2.3)

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

Tụ phân cực là tụ có hai cực tính âm và dương không thể dũng lẫn lộn nhau được Có giá trị lớn hơn so với tụ không phân cực

Cấu tạo của tụ điện: gồm hai bản cực song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi như tụ hóa, tụ gốm, tụ giấy…

Tụ lá Tụ xoay

Hình 3.4 Hình dạnh tụ trong thực tế

Để cho tụ làm việc ổn định em đã lựa chọn tụ có điện áp lớn hơn điện áp điện áp đầu vào của tụ

3.2.4 Diode

a khái niệm

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

chỉnh lưu, ổn định điện áp.

Hình 3.1: Cấu tạo diode

Hình 3.2: Hình dạng diode trong thực tế

Hình 3.3: Kí hiệu diode trong các mạch nguyên lý

b Phân cực cho diode

Phân cực thuận cho diode: Anode(A) được lối vào cực dương và Katot được nối

vào cực âm của nguồn (UAK>0) thì diode sẽ cho dòng điện chạy qua

Hình 3.4: Phân cực thuận cho Diode Phân cực ngược: UAK<0 thì diode sẽ không cho dòng điện chạy qua

Hình 3.9: Phân cực ngược cho Diode

c Diode Zener

Diode Zener còn gọi là diode ổn áp, là một loại diode bán dẫn làm việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp đánh thủng (breakdown) Điện áp này còn gọi là điện áp Zener hay "tuyết lở" (avalanche) Khi đó giá trị điện áp ít thay đổi

Hình 3.10: Diode Zener

Diode Zener, còn gọi là "diode đánh thủng" hay diode ổn áp: là loại diode được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng Khi sử dụng diode này mắc ngược chiều lại, nếu điện áp tại mạch lớn hơn điện áp định mức của diode thì diode sẽ cho dòng điện đi qua

Khi được phân cực thuận diode Zener hoạt động giống diode bình thường Khi được phân cực nghịch, lúc đầu chỉ có dòng điện thật nhỏ qua diode Nhưng nếu điện

áp nghịch tăng đến một giá trị thích ứng: Vngược = Vz (Vz: điện áp Zener) thì dòng qua diode tăng mạnh, nhưng hiệu điện thế giữa hai đầu diode hầu như không thay đổi, gọi là hiệu thế Zener

3.2.5 LED

a Khái niệm

LED là viết tắt của Light Emitting Diode (có nghĩa là điốt phát quang) là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại Pghép với một khối bán dẫn loại N

b Tính chất

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3 V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do đó, LED rất dễ

bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

Chúng có tác dụng hiển thị điện áp DC hoac AC (tức là báo có dòng ra)

Hình 3.11 Đèn LED Loại LED Điện thế phân cực

Đỏ 1,4-1,8v

Vàng 2-2,5v

Xanh lá cây 2 -2,8v

Bảng 3.1 Các loại đèn LED

3.2.6 Transistor

a Khái niệm

Hình 3.12 Transistor NPN và PNP Transistor hay còn gọi là tranzito là một loại linh kiện bán dẫn chủ động Thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hay khóa điện tử Với khả năng đáp ứng nhanh, chính xác nên transistor được sử dụng nhiều trong ứng dụng tương tự và số như: mạch khuếch đại, điều chỉnh điện áp, tạo dao động và điều khiển tín hiệu

b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược Về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau Cấu trúc này được gọi là Bipolar Junction Transitor (BJT) vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm và dương (Bipolar nghĩa

là hai cực tính)

Hình 3.13 Cấu tạo của NPN (nghịch) và PNP (thuận)

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B (Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp[separator] Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp (Collector) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được

c Transistor 2SC1815

C1818 hay còn được gọi là Transistor C1815, đây là transistor thuộc loại transistor NPN (nghịch) C1815có Uc cực đại = 50v và dòng Ic cực đại =150 mA

*Ứng dụng của Transistor 2SC1815

+ Điều khiển tần số âm chung cho các mạnh ứng dụng khuếch đại

+ Kích điện áp

+ Đóng mở như công tắc điện tử

Hình 3.14 Hình Transistor 2SC1815

Trong mạch Hình 2.1 Transistor c1815 dùng như công tắc điện tử

3.2.7 IC LM317T

Hình 3.15 IC LM317T LM317 là một IC ổn định điện áp dương có thể điều chỉnh được sử dụng rộng rãi, có nhiều gói khác nhau

Các tính năng / thông số kỹ thuật của IC LM317

Có khả năng cung cấp dòng điện tối đa 1.5A ở đầu ra

Điện áp có thể điều chỉnh từ 1.2V đến 37V

Không yêu cầu nhiều linh kiện bên ngoài

Chỉ yêu cầu hai điện trở bên ngoài để điều chỉnh đầu ra

Có khả năng bảo vệ ngắn mạch

Chức năng tắt quá nhiệt

Giá thấp

Đáng tin cậy để sử dụng trong các ứng dụng thương mại

Điện áp đầu vào tối đa là 40V DC

Dòng điện chờ thấp

Sơ đồ chân

Hướng IC LM317 phía trước mặt thì sơ đồ chân theo thứ tự từ trái qua phải lần lượt là chân 1 (chân điều chỉnh Adj), chân 2 (chân đầu ra Output), chân 3 (chân đầu vào Input)

Hình 3.16 Sơ đồ chân IC LM317T

4 Giải thích nguyên lí hoạt động và tính chọn linh kiện

Điện áp ra của nguồn vào là Umax=Vcc=13,4V. Sụt áp tại diode lúc này điện áp còn lại là:

Ura=Vcc-0,7=13,4-0.7=12,7 V Điện Trở Rled===590

Công suất tiêu tán trên LED:

=>Chọn trở R=1k

Dòng điện qua diode: Id=1A

5 Đánh giá và kết luận

5.1 Kết quả.

Sau thời gian thực hiện đồ án môn học, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy

Trần Ngọc Thái chúng em đã hoàn thành đồ án theo quy định Để thực hiện được yêu

cầu của đề tài, chúng em đã không ngừng học hỏi, những vấn đề về các linh kiện điện

tử và các vấn đề khác liên quan Vì thế kiến thức về điện tử, kinh nghiệm thực tế về làm mạch đã có sự tiến bộ Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô!

5.2 Hạn chế.

- Vì sản phẩm chúng em làm ra chỉ mang tính nghiên cứu nên mạch còn nhiều sơ sài

và không được sử dụng rộng rãi ngoài thực tế

- Do thời gian và điều kiện của chúng em còn hạn chế nên sản phẩm chưa được hoàn hảo

5.3 Hướng phát triển đề tài.

Mạch hoạt động tốt nhưng công suất còn nhỏ, chúng ta có thể tăng công suất của mạch lên cao hơn

Trên đây là đồ án môn học của em sau một thời gian nguyên cứu tìm hiểu đã hoàn thành Vì kiến thức còn hạn chế cùng với thời gian có hạn đồ án còn nhiều thiếu sót

và bất cập rất mong mọi ý kiến đóng góp để em có thể sửa đổi và được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!