Ứng dụng
Dùng cho điều khiển bóng đèn, bơm, quạt Điều khiển tốt với những tải thuần trở và gây tổn hao với những tải cảm.
Ứng dụng mạch đèn chiếu sáng
Mạch điều khiển dòng điện qua tải sử dụng TRIAC và DIAC kết hợp với quang trở CDS để phản ứng với ánh sáng Khi quang trở CDS được chiếu sáng, điện trở của nó giảm, khiến điện thế nạp trên tụ C thấp và DIAC không dẫn điện, dẫn đến TRIAC không được kích và không có dòng điện qua tải Ngược lại, khi quang trở CDS bị che tối, điện trở tăng cao, làm điện thế trên tụ C tăng đủ để TRIAC dẫn điện, cho phép dòng điện chạy qua tải Tải này có thể là đèn chiếu sáng lối đi hoặc chiếu sáng bảo vệ, tự động sáng khi trời tối TRIAC trong mạch này hoạt động như một công tắc điều khiển điện áp.
Khi sử dụng dụng cụ điện tải thuần trở, hiệu suất hoạt động sẽ ổn định hơn nhờ tác dụng san đều các giá trị trung bình Ngược lại, dụng cụ điện tải điện kháng như động cơ có thể gặp vấn đề, dẫn đến tình trạng quá nhiệt và tiêu tốn năng lượng cao hơn mức bình thường.
Kết luận: Triac có ưu điểm trong mọi vấn đề như gọn nhẹ, rẻ tiền … Dùng Triac làm biến dạng sin là nhược điểm chính trong sử dụng.
QUANG TRỞ
Cấu tạo của quang trở
Quang trở là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Hình 2.3 Cấu tạo quang trở
Quang trở được cấu tạo từ hai phần chính: phần trên và phần dưới, được kết nối qua các đầu cực Linh kiện này được thiết kế để tối ưu hóa diện tích tiếp xúc giữa hai màng kim loại, và được bảo vệ trong một hộp nhựa cho phép tiếp xúc với ánh sáng, giúp cảm nhận sự thay đổi cường độ ánh sáng hiệu quả.
Trong trường hợp không có ánh sáng, giá trị điện trở của vật liệu sẽ cao Khi ánh sáng chiếu vào cảm biến, các electron được giải phóng, làm tăng khả năng dẫn điện của vật liệu Khi cường độ ánh sáng vượt qua một ngưỡng nhất định, các photon được hấp thụ bởi chất bán dẫn, cung cấp năng lượng cần thiết để các electron nhảy vào dải dẫn Điều này dẫn đến việc các electron hoặc lỗ trống tự do có khả năng dẫn điện, từ đó giảm đáng kể điện trở.
IC 555
Cấu tạo
Mạch tích hợp này bao gồm một bộ OP – AMP để so sánh điện áp, một mạch lật và một transistor để xả điện Dù có cấu tạo đơn giản, nó vẫn hoạt động hiệu quả và đạt độ chính xác cao.
Hình 2.4 Cấu tạo chân IC 555
Bên trong mạch, có ba điện trở được mắc nối tiếp để chia điện áp nguồn (Vcc) thành ba phần, tạo ra một điện áp chuẩn Điện áp ⅓ Vcc được kết nối với chân dương của OP-AMP 1, trong khi điện áp ⅔ Vcc còn lại được nối với chân âm của OP-AMP 2 Khi điện áp tại chân 2 nhỏ hơn ⅓ Vcc, chân S sẽ kích hoạt FF Ngược lại, nếu điện áp ở chân số 6 lớn hơn ⅔ Vcc, chân R của FF sẽ được reset.
IC 555 hoạt động hiệu quả trong dải điện áp từ 2.0 đến 18V, với khả năng cung cấp đầu ra tương thích TTL khi cấp nguồn 5V Đặc biệt, dòng điện rút và áp suất có thể đạt tới 200mA.
Sơ đồ khối bộ tạo dao động dùng IC 555
Một bộ tạo dao động có thể được thiết kế bằng cách thêm hai điện trở (RA và
Trong sơ đồ mạch sử dụng IC 555, hai điện trở (R) và một tụ điện (C) được lựa chọn với giá trị phù hợp nhằm đạt được thời gian mong muốn Việc chọn lựa đúng giá trị của các linh kiện này là rất quan trọng để đảm bảo mạch hoạt động hiệu quả.
Thời gian ON và OFF tại các đầu ra (chân 3) phụ thuộc vào các giá trị được chọn cho RA, RB và C, quyết định trạng thái 'CAO' và 'THẤP' ở đầu ra Điều này sẽ được khám phá chi tiết hơn trong phần thiết kế của bộ đa năng đáng kinh ngạc dưới đây.
Tụ điện C2 (0,01uF) kết nối với chân số 5 (cực điện áp điều khiển) thực tế không cần thiết Mặc dù tụ điện này giúp ngăn chặn các vấn đề nhiễu có thể xảy ra trong mạch khi chân đó bị hở, nhưng trong nhiều trường hợp, việc sử dụng nó là không bắt buộc.
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý IC 555
Thông số chuẩn của IC 555 sẽ được liệt kê như sau:
Với nguồn điện áp đầu vào nằm trong dải từ 2 – 18V;
Dòng điện tiêu thụ: 6 – 15mA;
Công suất tiêu thụ lớn nhất (Pmax): 600mW;
Điện áp logic đầu ra ở mức cao (mức 1): 0.5 – 15V;
Điện áp logic đầu ra ở mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06V
ROLE
Giới thiệu
Role (relay) là linh kiện điện tử phổ biến, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định và an toàn cho hệ thống điện trong quá trình vận hành.
Nguyên lý hoạt động
Rơ le “thường mở” (NO) là một thiết bị điện cơ bản, trong đó các tiếp điểm trong mạch thứ hai không được kết nối mặc định và chỉ hoạt động khi có dòng điện chạy qua nam châm Ngược lại, rơ le “thường đóng” (NC) có các tiếp điểm được kết nối để cho phép dòng điện chạy qua theo mặc định và chỉ ngắt khi nam châm được kích hoạt Rơ le mở hiện nay rất phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện.
DIOT ZENER
Cấu tạo
Diode Zener có cấu trúc tương tự như diode thường với hai lớp bán dẫn P-N ghép lại Nó được sử dụng chủ yếu trong chế độ phân cực ngược Khi phân cực thuận, diode Zener hoạt động như một diode thông thường, nhưng khi phân cực ngược, nó giữ một mức điện áp cố định tương ứng với giá trị ghi trên diode.
Hình 2.8 Ký hiệu và ứng dụng của
Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ trên minh hoạ ứng dụng của Dz, nguồn U1 là nguồn có điện áp thay đổi,
Dz là diode ổn áp, R1 là trở hạn dòng.
Ta thấy rằng khi nguồn U1 > Dz thì áp trên Dz luôn luôn cố định cho dù nguồn U1 thay đổi.
Khi nguồn U1 thay đổi thì dòng ngược qua Dz thay đổi, dòng ngược qua Dz có
Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động diot zerer
Nếu U1 < Dz thì khi U1 thay đổi áp trên Dz cũng thay đổi
Nếu U1 > Dz thì khi U1 thay đổi => áp trên Dz không đổi.
Ứng dụng
Điốt Zener công suất nhỏ thường được sử dụng để cung cấp điện áp ổn định và hạn chế điện áp trong mạch điện Trong khi đó, điốt Zener công suất lớn được áp dụng trong mạch ổn áp kiểu song song, nhưng do tổn hao điện và nhiệt phát sinh cao trên điốt và điện trở chặn, nên loại mạch này ít được ưa chuộng.
Cặp điốt Zener đấu đối nhau được sử dụng để tạo ra mạch cắt đỉnh tín hiệu xoay chiều, giúp tạo dạng sóng (Waveform clipper) và hạn chế mức điện áp, đặc biệt là ở ngõ vào các khuếch đại.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
Sơ đồ khối
Khối điều khiển IC555 phát tín hiệu để kích hoạt relay, cung cấp nguồn cho đèn Biến trở volume được sử dụng để điều chỉnh góc mở của TRIAC, từ đó điều chỉnh độ sáng của đèn.
Khối công suất : tải là đèn 220 , đèn huỳnh quang
Lựa chọn các linh kiện trong mạch
Vì điện trở của quang trở rất lớn khi không có ánh sáng nên chọn R5 có giá trị lớn => R530k (ohm)
Có thể thay đổi độ nhạy của cảm biến bằng cách thay đổi giá trị của R5 hoặc 1 biến trở
Tụ C3 có tác dụng làm thay đổi độ trễ của mạch
Khi gắn relay, cần lắp thêm diode (D1) để bảo vệ relay và IC555 khỏi điện áp ngược từ cuộn dây của relay Việc này là cần thiết vì khi tắt nguồn, cuộn dây sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng có chiều ngược lại, có thể gây hại cho thiết bị Do đó, diode đóng vai trò quan trọng trong việc chặn dòng điện này.
Phần mạch điều khiển vì điện áp cao 220v nên chọn biến trở có giá trị lớn
Tụ C4 có tác dụng giảm áp khi dòng điện xoay chiều đi qua
DIAC không có cực điều khiển và chỉ được kích mở khi điện áp đặt vào hai cực đạt đến một mức nhất định, thường được gọi là breakover Khi điện áp vượt qua ngưỡng này, DIAC sẽ dẫn điện.
Ở đây chọn Triac Bt137 vì nó có thể chịu dòng điện tối ta 12A giúp ta sử dụng tải dễ dàng hơn.
Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động
Khi điện trở của quang trở tăng lên rất cao, có thể vượt quá 1M ohm, dòng điện sẽ chủ yếu đi qua điện trở R5 và R4 vào chân 2 của IC 555 Điều này xảy ra do dòng điện luôn chọn đường đi có điện trở nhỏ hơn, tức là R4 nhỏ hơn điện trở của quang trở.
Khi dòng điện vào chân trigger của IC 555, hai op-amp bên trong sẽ so sánh điện áp và tạo ra một xung 0 tại chân số 3 Xung này được đưa vào cuộn dây của relay, dẫn đến việc thay đổi trạng thái của relay Kết quả là điện áp 220V từ ngõ vào IN sẽ đi qua tiếp điểm của relay.
NO của relay vào bóng đèn
Khi điện áp đi qua bóng đèn, nó sẽ đi qua một biến trở 500k, cho phép điều chỉnh độ sáng của bóng đèn bằng cách thay đổi góc mở của Triac BT137; góc mở lớn hơn sẽ dẫn đến điện áp cao hơn và ngược lại.
Khi trời sáng, điện trở của quang trở rất nhỏ, dẫn đến dòng điện đi qua R5 và quang trở xuống mass, khiến không có điện áp vào chân số 2 và chân 6 của IC 555 Hai op-amp bên trong IC 555 sẽ so sánh điện áp, và vì điện áp so sánh gần bằng 0, IC 555 sẽ xuất ra xung 1 vào cuộn dây relay, làm cho relay không thay đổi trạng thái Lúc này, cả hai chân của cuộn dây relay đều có điện 12V, dẫn đến không có dòng điện qua tải.
Thiết kế và thi công mạch
3.3.1 Vẽ mạch Ở đây nhóm vẽ mạch bằng phần mềm Altium Desiger
Mạch tự động bật/tắt đèn theo ánh sáng là một giải pháp đơn giản nhưng hiệu quả, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như đèn đường và kho bãi Với chi phí sản xuất thấp và độ ổn định cao, đây là một thành công nổi bật trong công nghệ tự động hóa Tuy nhiên, do giới hạn về thời gian và kiến thức thực tế, quá trình thực hiện đề tài vẫn không tránh khỏi những thiếu sót.
Mặc dù việc sử dụng điện 220V mang lại nhiều tiện lợi, nhưng nó cũng tiềm ẩn một số rủi ro về an toàn do nguồn điện xoay chiều Vì vậy, khi thi công mạch, cần đặc biệt cẩn trọng và tránh chạm vào bất kỳ linh kiện nào khi đã cấp nguồn để đảm bảo an toàn tối đa.
4.2 Hướng phát triển đề tài Ứng dụng vào các máy móc, thiết bị điện chiếu sáng hằng ngày như đèn đường,đèn ngủ, để việc điều khiển bật tắt tự động tiếp kiệm thời gian cho con người.Rộng hơn là ứng dụng được vào sản xuất, nhà máy, xí nghiệp, nông trại,