Giáo trình điện tử ứng dụng trong điều khiển tự động
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4 MB, 238 trang )
1
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠNG 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
2
LỜI NĨI 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 địi 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 u 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
u cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp cơng 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 khơng 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 khơng tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia
đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chun gia kỹ thuật đầu
ngành.
Xin trân trọng cảm ơn!
3
Tun 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 thơng tin có
thể được tham khảo.
Tài liệu phải do trường Cao đẳng nghề Cơng 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 Cơng nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm ơn các
thơng tin giúp cho nhà trường bảo vệ bản quyền của mình.
4
MỤC LỤC
TRANG
5
Bài 1: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG
Mã bài: MĐ2101
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 ngun 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
u 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 ngun 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…
6
1.1.1. Giới thiệu các loại thiết bị cảm nhận ánh sáng
1.1.1.1.Quang trở
LD R
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 cịn 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 PN 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 cịn 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 ni PT chưa dẫn điện được mà đồng thời phải có ánh sáng chiếu
7
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. Ngun lý hoạt động của các mạch điều khiển bằng ánh sáng
1.1.2.1. Ngun tắc hoạt động mạch điều khiển chng bằng ánh sáng
- 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 hồ 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 hồ âm nên
LEDDO sẽ sáng và Q1 sẽ dẫn làm cho RELAY đóng tiếp điểm nên
DEN sáng
1.1.2.2.Ngun 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.
- Ngồi ra do ngồi 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 cịn 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
1.2.1.1.Điện trở
Chọn điện trở đúng giá trị theo sơ đồ ngun lý, đọc giá trị theo
màu, công suất khoảng 1/4W.
1.2.1.2. Tụ điện
8
Chọn giá trị tụ đúng loại như sơ đồ ngun lý, đọc giá trị tụ theo
từng loại để xác định đúng giá trị, dùng VOM đo kiểm tra tụ cịn khả
năng nạp, xả hay bị nối tắt mạch khơng.
1.2.1.3.Relay
Chọn relay phù hợp theo sơ đồ, relay bao gồm một cuộn dây kích và
các bộ tiếp điểm. Cuộn dây kích phải cấp đúng điện áp thì các tiếp điểm
mới hoạt động và các tiếp điểm bao gồm nhiều bộ, mỗi bộ thường có ba
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 dịng và điện áp mà tiếp
điểm chịu được. Hình dạng và sơ đồ chân relay được chỉ ở hình 1.4.
12V
R ELAY D PD T
RELAY 12VDC
a)
b)
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 phịng, 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
9
Diode phát quang hay cịn gọi là LED có điện thế phân cực thuận
cao hơn diode thường. Nhưng điện áp phân cực nghịch thì khơng 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 thơng 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.
- Dịng điện chạy qua led: ID = 10mA 20mA
Thường để tiện lợi trong việc tính tốn người ta lấy chung cho các
loại led là VLED = 2V, ID = 10mA.
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 cịn que đỏ nối vào cực Katot của led. Thường led mới
mua về chân dài là Anot chân đỏ là Katot
10
Que
đen
Que đỏ
Que
đỏ
Que đen
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
1.2.3.1. IC LM741 và OP07
Ký hiệu và sơ đồ chân IC LM741 và OP07 được chỉ ra như hình 1.6 và
1.7
3
+
6
-
LM 741
3
2
+
6
4
8
4
5
2
7
1
7
1
11
O P -0 7
Hình 1.6. Ký hiệu IC LM741 và OP07
8
1
OFFSET
NULL
+VCC
6
+
VOUT
OFFSET
NULL
5
4
VCC
3
+VIN
_ LM741
7
2
VIN
NC
Hình 1.7. Sơ đồ chân IC LM741
Chức năng các chân
- OFFSET NULL (1,5) chân chỉnh bù điểm 0
- VIN (2) ngõ vào đảo
- +VIN (3) ngõ vào khơng đảo
- VCC (4) cấp nguồn âm
- VOUT (6) ngõ ra
- +VCC (7) cấp nguồn dương
- NC (8) chân bỏ trống (No Connect)
IC LM741 và OP07 có sơ đồ chân và chức năng các chân giống nhau, tuy
nhiên IC OP07 có đặc tính chính xác cao.
1.2.3.2.IC đếm vịng Johnson
Sơ đồ chân IC đếm vịng thập phân có 16 chân được chỉ ra ở hình 1.8
12
16
15
14
13
12
VDD MR CP0 CP1 O 5
QB
11
9
10
4
Q
9
9
Q4 Q8
CD4017
Q5 Q1
1
Q0
2
Q2
3
4
Q6
5
Q7 Q3 V
SS
6
7
8
Hình 1.8. Sơ đồ chân IC CD4017
Bảng sự thật IC CD4017 cho biết chức năng các chân và trạng thái làm việc
được trình bày như bảng 1.1
Bảng 1.1: Bảng sự thật IC CD4017
MR
CP0
CP1
Cách hoạt
động
1
X
X
O0= O 5 9 =1,
các O khác = 0
0
1
Đếm lên
0
Đếm lên
0
0
0
X
0
X
1
0
0
0
Khơng đổi
1
Ráp mạch kiểm tra IC
+5V
R 4
+5V
13
R 8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
4017
G N D
8
3
O U T
D SC H G
R 9
10k
C V
TR G
6
2
C 3
5
1
G N D
TH R
C 4
7
U 4
N E555
3
2
4
7
10
1
5
6
9
11
560
LED
50K
8
4
15
R ST
R ST
VC C
C P1
14
C P0
U 3
R 6
1k
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
R 7
560
O 5 -9
VC C
16
12
LED
10uF
104
LED LED LED LED LED
LED LED LE D LED LED
R 10
1K
Hình 1.9. Mạch kiểm tra các chân IC CD4017
13
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
CP0
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
Q9
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
1.2.3.3.Cổng EXNOR
Sơ đồ chân IC cổng EXNOR được chỉ ra ở hình 1.10
14
VDD
13
12
11
4
10
9
5
6
8
CD4077
1
2
3
4
VSS
7
Hình 1.10. Sơ đồ chân IC CD4077
Bảng sự thật của IC 4077 được trình bày như trong bảng 1.3
Bảng 1.3: Bảng sự thật cổng EXNOR
Ngõ vào
Ngõ ra
A
B
Y
0
0
1
0
1
0
1
0
0
14
1
1
1
Ráp mạch kiểm tra IC cổng EXNOR như hình 1.11.
+5V
KA
KB
R 3
9
8
10
R 1
R 2
1K
1K
330
D 1
LED
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
KA
KB
LED
Mở
Mở
……
Mở
Đóng
……
Đóng
Mở
……
Đóng
Đóng
……
1.2.3.4.JK FLIPFLOP
Sơ đồ chân IC cổng JK FlipFlop được vẽ như hình 1.12
16
15
VDD QB
14
13
12
11
4
QB CPB CDB K
B
10
9
JB SDB
CD4027
QA QB
1
2
CPA CDA KA
3
4
5
JA SDA V
SS
6
7
Hình 1.12. Sơ đồ chân IC CD4027
Chức năng các chân
8
15
- Chân cấp nguồn ni chân VDD nối 3V đến 15V chân VSS nối GND.
- Chân Q và Q hai ngõ ra bù nhau.
- 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
Bảng 1.5: Bảng sự thật IC CD4027
Ngõ vào
J
K
0
Ngõ ra
CP
Q
Q
0
Q0
Q
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
Q
Q0
Ráp mạch kiểm tra IC
- Ráp mạch kiểm tra chân điều khiển trực tiếp như hình 1.13
16
KS
R 1
+5V
1K
R 3
330
Q
SD
J
D 1
LED
C P
C D
R 4
K
KC
330
Q
R 2
D 2
LED
+5V
1K
Hình 1.13 Sơ đồ kiểm tra các chân điều khiển trực tiếp
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
KD
KC
D1
D2
Mở
Đóng
……
……
……
……
Đóng Mở
- Ráp mạch kiểm tra chân điều khiển đồng bộ
+5V
KJ
SW
KK
SD
R 4
J
330
Q
D 1
LED
C P
K
R 1
R 2
1K
1K
C D
R 5
330
Q
R 3
D 2
LED
1K
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
Ngõ vào
Ngõ ra
17
KJ
KK
CP
D1
D2
Mở
Mở
……
……
Mở
Đóng
Nhấ
n
……
……
……
……
……
……
Đóng Mở
Nhấ
n
Đóng Đóng Nhấ
n
Nhấ
n
1.2.3.5.IC định thời NE555
Sơ đồ chân IC NE555 được vẽ như hình 1.15
8
7
6
Threshold
5
4
Reset
VCC
Discharge
Voltage
control
NE555
3
Output
2
Trigger
1
GND
Hình 1.15. Sơ đồ chân IC NE555
Chức năng các chân
- GND (1) chân cấp nguồn 0V
- Tr (2) chân xung nảy trigger
- O (3) ngõ ra
- R (4) đặt lại
- VC (5) điện thế điều khiển
- Th (6) chân ngưỡng
- D (7) chân xả điện
- VCC (8) chân cấp nguồn 5V
18
Lắp mạch kiểm tra các chân cho IC 555 như hình 1.16, quan sát các đèn
led để biết các chân IC cịn hoạt động khơng, IC cịn hoạt động tốt nếu các
led cịn nhấp nháy.
Hình 1.16. Mạch kiểm tra các chân cho IC 555
1.3. Phân tích hoạt động mạch
1.3.1. Sơ đồ ngun lý
Mạch điều khiển chng bằng ánh sáng: thường được dùng thay lời
cảnh báo khi trời tối để thực hiện một cơng việc nào đó, sơ đồ mạch
được vẽ như hình 1.17.
+12V
7
LD R
220VAC
R 1
10K
VR
50K
2
R 2
10K
+
4
3
R 3
1K
U A741
6
R 4
1K
LED D O
R 5
D EN
R 6
2 ,2 K
4 ,7 K
LE D XA N H
Q 1
A1015
3
D 1
1
2
1N 4148
5
4
R ELAY 12VD C
Hình 1.17. Sơ đồ mạch đèn điều khiển chng 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 khơng 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.
19
+12V
5
100k
6
U 3
7
3
+
10k
6
A1015
8
9
4077
U 2C
10
U 2D
U 4A
13
13
C P1
C P0
4017
15
Q
1
~
J
K
S O L ID S T A TE A
3
8
R
4027
Q
2
TA I
4
3
2
4
7
10
1
5
6
9
11
33uF
10k
O FF
2 ,2 k
2 ,2 k
1
4077
U 2A
220ac
R ELAY
C LK
+
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
M R
_
16
U 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
14
6
5
S
11
~
4
4 .7k
100k
4077
VD D
12
LM741
VSS
12
-
4 ,7 K k
10K
4
U 2B
7
2
390
4077
C O
Cds
C 1815
3
D SC H G
U 1
33kk
O N
4
R ST
7
VC C
8
2
O U T
4 .7 k
3
1k
N E555
TH R
TR G
1k
G N D
2
C V
6
1k
1
5
C 1815
10k
1k
33uF
4 .7 k
1k
1k
1k
104
1k
1k
1k
1k
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 chng bằng ánh sáng
Cảm biến ánh sáng được mắc dạng cầu phân áp cho vào IC so sánh
opamp 741, mạch có:
- Ngõ vào trừ được dùng cầu phân thế dùng điện trở cố định (cầu
chia đơi) 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, cịn 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 chng chỉ có khác là khi nhận ánh sáng mạch khơng 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 khơng 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.
20
1.3.3. Mạch điều khiển thiết bị
1.3.3.1. Mạch điều khiển chng bằng ánh sáng
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 chng được cấp điện nên sẽ reo, ngược lại chng khơng reo và led
xanh sẽ sáng
1.3.3.2. Mạch điều khiển tự mở đèn khi trời tối
Mạch được thiết kế dùng để ứng dụng điều khiển tự mở đèn đường nên
được dùng van bán dẫn để chuyển mạch nhanh, khơng đánh lửa tiếp điểm.
Đồng thời mạch cịn 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
1.4.1.1. Mạch điều khiển chng bằng ánh sáng
- Điện trở: R1 và R2: điện trở tạo cầu phân áp
- VR: biến trở chỉnh điện áp so sánh
- LDR: quang trở cảm nhận ánh sáng
- R3 và R4: điện trở hạn dịng cho led
- R5 và R6: điện trở phân cực cho transistor Q1
- Relay: làm thành phần trung gian điều khiển đèn 220V
- Chng điện: chng báo khi thay đổi ánh sáng
1.4.1.2. Mạch điều khiển tự mở đèn khi trời tối
Chức năng linh kiện của mạch này cũng giống mạch điều khiển chng
bằng ánh sáng xem lại mục 1.4.1.1
1.4.2. Linh kiện bán dẫn
1.4.2.1. Mạch điều khiển chng bằng ánh sáng
- Led gồm LEDDO và LEDXANH, led báo lúc có ánh sáng hay khơng
có ánh sáng
- Diode: bảo vệ transistor khi chuyển mạch
21
- 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
1.4.2.2. Mạch điều khiển tự mở đèn khi trời tối
Trong phần này mạch có thêm các vi mạch
- CD4077: tổ hợp tín hiệu đếm và dừng xung 555 để điều khiển tải
theo u cầu
- CD4027: thiết kế theo dạng mạch TFF 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.
Mạch sẽ hoạt động khi không có ánh sáng LEDDO sáng và
CHUONG sẽ reo và khi có ánh sáng thì CHUONG sẽ khơng reo 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 thì 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 hồ dương, chỉ có LEDXANH sáng
1.5.2. Mạch điều khiển đèn
Khi khơng có ánh sáng chiếu vào quang trở thì 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 hồ 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
22
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 ngun lý.
- IC: LM741, CD4017, CD4077, NE555, CD4027
- Relay: 12VDC/1A, Solid statearelay 12VDC/1A
- Chng 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…
c. Thiết bị:
- Mơ hình thực hành điện tử ứng dụng
- Các thiết bị hỗ trợ khác: máy khoan, máy hàn khị…
1.6.1.2.Cách bố trí mạch
Mạch được thực hiện trên test board như hình 1.19.
Nối theo hàng ngang
Nơi đứt
khoảng
Nơi nối nguồn VCC
Nơi cắm IC
Nối theo hàng dọc
Nơi nối nguồn
GND
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
23
- 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
- Chng và nguồn 220V phải bố trí cách riêng ra
1.6.1.3.Cách kết nối mạch
- Mạch được kết nối dựa theo sơ đồ ngun lý và sơ đồ bố trí mạch
của từng mạch
- Đầu tiên ta kết nối dây nguồn cho các IC: chú ý màu dây, chọn dây
nguồn có màu sáng hơn dây mass.
- Kết nối các dây điều khiển: nên thực hiện theo trình tự từng phần
cho đến hết để tránh nhầm
- Khơng được kết nối đèn 220Vac khi chưa chắc chắn rằng mạch
điều khiển đã hoạt động tốt.
- Kết nối các dây nối cịn lại: relay, nút nhấn, van bán dẫn
1.6.1.4.Kiểm tra mạch
- 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
khơng. Nếu khơng có giá trị phải kiểm tra lại kết nối mạch.
- Ghi lại các kết quả kiểm tra theo sau :
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
1.6.1.5.Cách đo mạch
Đo theo sơ đồ ngun 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.
24
- Nếu đo dịng thì chọn VOM sang giai đo dịng 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 ngun 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
khơng 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 khơng chồng chéo dây.
- Các IC phải đúng chiều để cấp nguồn khơng bị nhầm.
- Biến trở phải ở vị trí dễ thao tác điều chỉnh
- 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 hồn 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 tn theo trình tự sau:
- Nối nguồn cho tất cả IC, chú ý các dây nối cho thơng nguồn trên test
board nếu chọn cả hai bên cấp nguồn.
25
- 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 chng sẽ kêu và
nếu có ánh sáng chiếu vào quang trở thì chng khơng 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
- 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 khơng 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:
