Đồ Án 1 bật tắt Đèn bằng quang trở

đồ án 1 môn học sv trường đại học spkt hưng yên thực hiên đề tài Đồ Án 1 bật tắt Đèn bằng quang trở

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 4

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

I LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG 8

1.6.1 Khái niệm và phân loại 16

1.6.2 Nguyên lý và cấu tạo của biến trở 17

II LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHỦ ĐỘNG 18

2.1 DIODE BÁN DẪN 18

2.1.1 Cấu tạo 18

2.1.2 Phân loại tụ điện Diode 19

2.1.3 Cách kiểm tra Diode 20

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH CHẾ TẠO MẠCH 32

3.1 LINH KIỆN TRONG MẠCH 32

3.2 SƠ ĐỒ KHỐI NGUỒN 33

3.3 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, BỘ PHẦN ĐÓNG CẮT VÀ TẢI 35

3.4 CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MẠCH 38

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 42

Em xin chân thành cảm ơn tới thầy giảng viên hướng dẫn đã hướng dẫn, đã

giúp đỡ em tận tình trong quá trình thực hiện đồ án Em xin cảm ơn các thầy, cô

giáo, lãnh đạo Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên,

đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bậc như độ chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ … là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu cảu con người trong cuộc sống hằng ngày Một trong những ứng dụng quan trọng của ngành công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao

Xuất phát từ những ứng dụng đó, em đã thiết kế và thi công một mạch ứng dụng nhỏ

trong đời sống: “Bật tắt đèn tự động bằng quang trở”

Sinh viên thực hiện

Đào Văn Công Nguyễn Xuân Bắc

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI KHÁI QUÁT CHUNG I MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Ngày nay, thời đại phát triển hệ thống điện thông minh ngày càng phổ biến giả sử như các hệ thống cảm biến báo cháy, cảm biến báo mưa và hệ thống dây phơi quần áo tự động … Với kiến thức lý thuyết và đi xưởng thực hành em đã học hỏi đc rất nhiều từ thầy cô giáo

và bạn bè Kỳ học này em được giao Đồ án môn học 1 dựa trên cơ sở lý thuyết và một chút

ít kiến thức của mình và tìm hiểu đc một số tài liệu ở trên mạng internet và trong giáo trình đã học ứng dụng trong thực tế nên em xin phép các thầy cô trong khoa và bộ môn giao cho

em được làm về đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch bật tắt đèn tự động bằng quang trở

Những lợi ích khi sử dụng mạch bật tắt đèn tự động bằng quang trở :

-Giúp chúng ta tiết kiệm thời gian không cần phải bật, tắt bằng nút nhấn thông thường -Mỗi khi trời mưa hay đêm đông giá rét mọi người cảm thấy bất tiện không muốn ra khỏi nhà Mạch sẽ giúp ta bật đèn dựa vào sự biến đổi của ánh sáng bên ngoài

Hình 1.1: Bật tắt đèn tự động

II TRÌNH BÀY ĐỀ TÀI

Sơ đồ tổng quát toàn mạch

Mạch nguồn

Tải

Mạch bật tắt đèn tự động dựa trên cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở đến chân so sánh điện áp của IC 741 có chức năng so sánh điện áp ở chân 2 và chân 3 Sau đó xuất tín hiệu ra ở chân 6 cấp điện áp cho Transitor 2N2222 để dẫn dòng cuộn hút của Rơ le Tiếp điểm đóng đèn sáng

Mạch nguồn có 4 bộ phận chính:

-Mạch nguồn: Máy biến áp 12V-2A, 2 tụ hóa 1000μF, IC LM7812

-Bộ điều khiển: Quang trở, biến trở 50kΩ, điện trở, IC741, transistor 2N2222 -Bộ đóng cắt: Rơle 12V-10A, diode 1N4148

Tải: đèn Led, điện trở R4 1,2kΩ

Mạch điều khiển

Bộ phận đóng cắt

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG

- Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W

- Điện trở công xuất là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W

- Điện trở sứ, điện trở nhiệt là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

Hình 1.1.1: Điện trở thường

Hình 1.1.4: Thứ tự vòng màu của điện trở

Điện trở 4 vòng màu( hình 1.1.4)

Vòng 1, 2 chỉ trị số tương ứng với màu Vòng 3 chỉ hệ số nhân

Vòng 4 chỉ sai số Màu thân điện

trở

Không màu Bạc nhũ Vàng nhũ Đen

Nâu Đỏ Cam Vàng Lục Lam Tím Xám Trắng

- - - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

- - - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

- 10-2 10-1 1 101 102 103 104 105 106 107 108109

±20% ±10% ±5%

- ±1% ±2%

- - ±0,5% ±0,25%

±0,1% - -

Bảng tra vạch kí hiệu màu điện trở

Kiểm tra bằng mắt thường nhìn vào màu trên thân điện trở Kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng

1.1.5 Ứng dụng của điện trở

Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được trong mạch điện, điện trở có những tác dụng sau: Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp Ví dụ có một bóng đèn 8V, nhưng ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụ táp bớt 4V trên điện trở

1.2 TỤ ĐIỆN [2]

1.2.1 Định nghĩa, cấu tạo -Định nghĩa:

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử,

chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động

- Hình dạng tụ điện:

Hình 1.2.1: Tụ điện thực tế

- Ký hiệu tụ điện:

Hình 1.2.2: Ký hiệu tụ điện

- Cấu tạo của tụ điện:

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như: tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá

1.2.2 Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ

Một tính chất quan trọng của tụ điện là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều

Tụ điện sẽ phóng điện từ dương cực sang âm cực, nó phóng điện qua tải sau đó về cực âm của tụ điện Điện dung của tụ càng lớn thì thời gian tích điện càng lâu

Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị điện dung, đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ sẽ bị nổ

Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì bao giờ người ta cũng lắp tụ điện có giá trị điện áp Max cao gấp khoảng 1,4 lần

1.2.3 Ứng dụng của tụ điện

Tụ điện được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật điện và điện tử, trong các thiết bị điện tử, tụ điện là một linh kiện không thể thiếu đươc, mỗi mạch điện tụ đều có một công dụng nhất định như truyền dẫn tín hiệu, lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động …

Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có chênh lệch về điện áp một

chiều

Lọc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu (loại bỏ pha âm) thành điện áp

một chiều bằng phẳng, đó là nguyên lý của các tụ lọc nguồn

Với điện AC (xoay chiều) thì tụ dẫn điện còn với điện DC (một chiều) thì tụ lại trở thành tụ lọc

Tụ giấy và tụ gốm (trị số nhỏ) thường lắp trong các mạch cao tần còn tụ hoá (trị số lớn) thường lắp trong các mạch âm tần hoăc lọc nguồn điện có tần số thấp

1.3 BIẾN ÁP[3]

- Khái niệm:

Máy biến áp hay máy biến thế, tên ngắn gọn là biến áp, là thiết bị điện thực hiện truyền đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện thông qua cảm ứng điện từ

Máy biến áp.

-Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Máy biến áp gồm có một cuộn dây sơ cấp và một hay nhiều cuộn dây thứ cấp liên kết qua trường điện từ Khi đưa dòng điện với điện áp xác định vào cuộn sơ cấp, sẽ tạo ra trường điện từ Theo định luật cảm ứng Faraday trường điện từ tạo ra dòng điện cảm ứng ở các cuộn thứ cấp Để đảm bảo sự truyền đưa năng lượng thì bố trí mạch dẫn từ qua lõi cuộn dây Vật liệu dẫn từ phụ thuộc tần số làm việc

- Ở tần số thấp như biến áp điện lực, âm tần thì dùng lá vật liệu từ mềm có độ từ thẩm

cao như thép silic, permalloy, Và mạch từ khép kín như các lõi ghép bằng lá chữ E, chữ U, chữ I

- Ở tần số cao, vùng siêu âm và sóng radio thì dùng lõi ferrit khép kín mạch từ

Ở tần số siêu cao là vùng vi sóng và sóng truyền hình, vẫn có các biến áp dùng lõi không khí và thường không khép mạch từ Tuy nhiên quan hệ điện từ của chúng khác với hai loại nói trên, và không coi là biến áp thật sự

Các cuộn sơ cấp và thứ cấp có thể cách ly hay nối với nhau về điện, hoặc dùng chung vòng dây như trong biến áp tự ngẫu Thông thường tỷ số điện áp trên cuộn thứ cấp với điện áp trên cuộn sơ cấp tỷ lệ với số vòng quấn, và gọi là tỷ số biến áp Khi tỷ số này >1 thì gọi là tăng thế, ngược lại <1 thì gọi là hạ thế

1.4 CẦU CHỈNH LƯU DIODE [4]

- Là linh kiện gồm 4 diode mắc hình vuông có 2 pha trong đó mỗi pha gồm 2 diode cùng chiều dẫn điện

- Công dụng chính: dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành một chiều Cầu Diode 3A 700V KBP307 (hình 1.4.1)

- Thông số kỹ thuật:

- - Dòng điện định mức: 3A

- - Điện áp tối đa: 700V

- - Nhiệt độ hoạt động: -55 oC đến 165oC

Hình 1.4.1: Cầu Diode KBP 307

1.5 QUANG TRỞ [5]

Hình 1.5.1: Quang trở

Là điện trở có trị số càng giảm khi được chiếu sáng càng mạnh Điện trở tối (khi không được chiếu sáng - ở trong bóng tối) thường trên 2MΩ, trị số này giảm rất nhỏ có thể dưới 100 Ω khi được chiếu sáng mạnh Nội trở của quang trở tỉ lệ nghịch với cường độ ánh sáng

Hình 1.5.2: ký hiệu của quang trở

Nguyên lý làm việc của quang điện trở là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể là Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh các điện tử tự do, tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn Các đặc tính điện và độ nhạy của quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng trong chế tạo

Hình 1.5.3: Sự biến đổi điện trở của quang trở khi ánh sáng thay đổi

Về phương diện năng lượng, ta nói ánh sáng đã cung cấp một năng lượng E=h.f để các điện tử nhảy từ dãi hóa trị lên dãi dẫn điện Như vậy năng lượng cần thiết h.f phải lớn hơn năng lượng của dải cấm

• Điện trở tiếp xúc thuỷ ngân • Điện trở phụ thuộc áp suất • Điện trở biến dạng

• Điện trở phụ thuộc nhiệt độ • Điện trở chất điện phân • Quang trở

Trong bài này chúng ta chủ yếu nghiên cứu loại điện trở tiếp xúc trượt đó chính là biến trở (hay chiết áp)

1.6.2 Nguyên lý và cấu tạo của biến trở

-Nguyên lý của nó được thể hiện trên hình vẽ sau

Hình 1.6.1: Nguyên lí biến trở -Cấu tạo:

Biến trở dạng dịch chuyển góc quay

Hình 1.6.2: Cấu tạo biến trở quay

Biểu thức tính giá trị điện trở ứng với độ dịch chuyển góc quay

R(α)= ααMRM

Chế tạo: Nó có thể được chế tạo dạng màng than hoặc dây điện trở quấn quanh một lõi cách điện

Căn cứ vào những đối tượng đo cụ thể với những yêu cầu kỹ thuật và độ dich

chuyển (dài, góc) khác nhau mà ta chọn hoặc chế tạo các chiết áp có hình dạng tượng ứng khác nhau

-Những vật liệu thường được chọn để chế tạo là: Konstantan, Manganin

II LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHỦ ĐỘNG

2.1 DIODE BÁN DẪN [6]

- Khái niệm

Diode bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn

2.1.1 Cấu tạo

DIODE là dụng cụ bán dẫn có một lớp tiếp xúc P-N Bên ngoài có bọc bởi lớp plastic Hai đầu của mẫu bán dẫn có tráng kim loại nhôm để nối dây ra

Hình 2.1.1: Diode thực tế

2.1.2 Phân loại tụ điện Diode

- Tìm hiểu cấu tạo và công dụng của các loại Diode : Diode ổn áp, Diode thu quang, Diode phát quang, Diode biến dung, Diode xung, Diode tách sóng, Diode nắn điện

- Diode Zener

Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode

- Diode tách sóng

Là loại Diode nhỏ vở bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P - N tại một điểm để tránh điện dung ký sinh, diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách sóng tín hiệu

2.1.3 Cách kiểm tra Diode

Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω, đặt hai que đo vào hai đầu Diode:

+) Nếu đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào catot => kim lên, đảo chiều đo kim

không lên là => Diode tốt

+) Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập +) Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt

+) Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò

2.1.4 Tính chất - Ứng dụng

- Tính chất

Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ Anot sang Katot

+) Khi UAK> 0, ta nói Diode phân cực thuận và dòng điện qua Diode lúc đó gọi là dòng điện thuận

+) Khi UAK< 0, ta nói Diode phân cực ngược và dòng điện qua Diode lúc đó gọi là dòng điện ngược

- Những thông số đáng lưu ý của Diode

Giá trị trung bình dòng điện cho phép chạy qua Diode khi phân cực thuận Giá trị điện áp ngược lớn nhất khi đặt vào Diode chịu được

- Ứng dụng

Vì Diode có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ Anot đến Kanot khi phân cực thuận nên Diode được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Ngoài ra Diode có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD 0 (nối tắt), phân cực nghịch RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các công tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp, được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử

2.1.5 Diode 1N4148 -Khái niệm

Diode 1N4148 là một diode silicon phổ biến và nổi tiếng trong nhiều năm và nó được sản xuất bởi một số nhà sản xuất linh kiện điện tử 1N4148 là một thiết bị điện tử chỉ cho phép dòng điện chạy theo một hướng, ví dụ như đường một chiều mà xe cộ chỉ có thể đi theo một chiều hoặc một hướng Lý do chính mà nó được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực điện tử là các thông số kỹ thuật và tính năng hữu ích của nó trong một kích thước nhỏ và giá rẻ Nó có nhiều loại gói khác nhau như DO-35 thủy tinh và nhiều gói SMD khác Nó cũng là một diode chuyển mạch nhanh với tốc độ 4 nano giây với 100V đảo ngược và với công suất tiêu tán tối đa là 0,5W

-Tính năng / thông số kỹ thuật

Loại gói: DO-35 thủy tinh và SMD

Loại diode: diode chuyển mạch nhanh silicon epitaxial Điện áp ngược lặp lại tối đa là: 100 V

Dòng chỉnh lưu trung bình tối đa là: 15A hoặc 150mA Công suất tiêu tán tối đa là: 5W

Điện áp ngược là: 75V

Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -65 đến +175 độ C

Hình 2.1.5: Sơ đồ chân cực âm dương của 1N4148

-Chức năng diode 1N4148

Diode1N4148 được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử khác nhau Nó có thể được sử dụng ở những có yêu cầu tạo dòng điện xoay chiều thành một chiều Nó có thể được sử dụng để chặn xung điện áp để bảo vệ các linh kiện điện tử không bị cháy bên trong hoặc hư hỏng Nó cũng có thể được sử dụng trong mạch logic kỹ thuật số Hơn nữa nó còn hoạt động tốt trong các mạch sạc pin, mạch cấp nguồn và mạch nhân đôi điện áp

Hình dưới mô tả cấu trúc của 2 loại Tramsistor NPN và PNP

Hình 2.2.1.2: Phân cực Transistor

Nồng độ tạp chất của vùng E lớn hơn vùng B và vùng C có nồng độ tạp chất nhỏ nhất Vùng nền có kích thước hẹp nhất trong ba vùng bán dẫn kế đến là vùng phát và vùng thu là rộng nhất Transistor NPN có đáp ứng tần số cao tốt hơn Transistor PNP.Bây giờ chúng ta chỉ khảo Transistor NPN còn Transistor PNP cũng tương tự

- Hình dạng:

Hình 2.2.1.3: Transistor ngoài thực