Đồ Án Cơ Sở 1 - Mạch Cảm Biến Âm Thanh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN CƠ SỞ 1

MẠCH CẢM BIẾN ÂM THANH

Ngành:

CƠ - ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP


LỜI CẢM ƠN
eee
Xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Văn Vinh là giáo viên hướng dẫn đồ án đã giúp
em hồn thành đồ án mơn học và ơn lại một số kiến thức cũ,bổ sung thêm kiến thức
mới trong quá trình thực hiện đồ án.


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH....................................vi
1 Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI...............................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:.....................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:............................................................................................1
1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI:...........................................................................................1
1.4 YÊU CẦU ĐỀ TÀI:.............................................................................................1

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:.......................................................................1
1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN:.....................................................................................1
2 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT...............................................................................3
2.1 MICROPHONE:..................................................................................................3
2.2 TỤ ĐIỆN:.............................................................................................................3
2.2.1 Tụ điện phân cực:...........................................................................................3
2.2.2 Tụ không phân cực:........................................................................................4
2.2.3 Điện trở:.........................................................................................................4
2.3 TRANSISTOR BC549 NPN:...............................................................................4
2.3.1 Ứng dụng:......................................................................................................5
2.4 IC LM555:............................................................................................................5
2.4.1 Cấu tạo:..........................................................................................................5
2.4.2 Ứng dụng:......................................................................................................6
3 Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ..........................................................................7
3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI:...................................................................................7
3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể:.......................................................................................7
3.1.2 Nhiệm vụ các khối:........................................................................................7
3.1.2.1 Khối đầu vào:...........................................................................................7
3.1.2.2 Khối cảm nhận:........................................................................................7
3.1.2.3 Khối khuyếch đại:....................................................................................9
3.1.2.4 Khối xử lý tạo trễ:..................................................................................10


3.1.2.5 Khối cảnh báo:.......................................................................................11
3.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ:....................................................................12
3.2.1 Khối cảm nhận:............................................................................................12
3.2.1.1 Thiết kế mạch:.......................................................................................12
3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của mạch:.............................................................12
3.2.2 Khối khuyết đại:...........................................................................................13
3.2.2.1 Thiết kế mạch:.......................................................................................13

3.2.2.2 Nguyên lý hoạt động:.............................................................................13
3.2.3 Khối xử lý tạo trễ:........................................................................................14
3.2.3.1 Thiết kế mạch:.......................................................................................14
3.2.3.2 Nguyên lý hoạt động:.............................................................................15
3.2.4 Khối tải:.......................................................................................................16
3.2.4.1 Nguyên lý hoạt động của mạch:.............................................................16
3.2.5 Nguyên lý hoạt động toàn mạch:..................................................................17
4 Chương 4 THI CÔNG MẠCH.................................................................................18
4.1 Sơ đồ mạch in:....................................................................................................18
4.1.1 Sơ đồ mạch:..................................................................................................18
4.1.2 Phương pháp làm mạch in:...........................................................................18
4.1.3 Mơ hình mạch:.............................................................................................18
5 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...............................................19
5.1 Kết luận..............................................................................................................19
5.2 Hướng phát triển:................................................................................................19
6 Tài liệu tham khảo:..................................................................................................19


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 2-1 electret microphone(micro điện).......................................................................
Hình 2-2 Tụ điện phân cực..............................................................................................
Hình 2-3 Tụ khơng phân cực (tụ gốm).............................................................................
Hình 2-4 điện trở.............................................................................................................
Hình 2-5 transistor bc549 npn..........................................................................................
Hình 2-6 Sơ đồ cấu tạo bên trong IC 555........................................................................
Hình 2-7 IC 555...............................................................................................................


1

Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:
Với nhu cầu phát triển hiện nay,chúng ta đang từng bước công nghiệp hóa và hiện
đại hóa cuộc sống.nên việc tự động hóa các việc làm hiện nay là cần thiết.Chỉ cần
một tiếng vỗ tay là chúng ta có thể tắt hoặc mở bóng đèn hoặc một thiết bị khác.
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:
Nhắc lại kiến thức căn bản của môn điện tử.
Khảo sát một số linh kiện có trong mạch.
Hồn thiện kỹ năng làm mạch
Mạch hoạt động tốt.
1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
Sữ dụng phẩn mềm thiết kế mạch,tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của các linh
kiện,các khối trong mạch.Phương pháp làm mạch in.
1.4 U CẦU ĐỀ TÀI:
Khi có tín hiệu vào đến khối cảm biến là một tín hiệu âm thanh sẽ làm thay đổi trạng
thái đầu ra là bóng đèn hoặc một động cơ nào đó.
Cấu tạo đơn giản,dễ dàng lắp đặt,linh kiện dễ tìm kiếm,thơng dụng
Nguồn đưa vào điều khiển là nguồn DC9v.
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Thu thập thông tin từ những bạn bè đang làm trong lĩnh vực điện tử,từ những tài liệu
mà trước đây đã học.Sữ dụng phàn mềm proteus để thiết kế mạch và chạy mô phỏng.
1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN:
Gồm 5 chương
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết
Chương 3 : Tính tốn và thiết kế
1

Chương 4 : Thi cơng mơ hình
Chương 5 : Kết luận.

2


2
2.1

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
MICROPHONE:

Electret Microphone (Micro điện):
Loại micro được sử dụng nhiều nhất trên thế giới được phát minh vào năm 1962 bởi
Gerhard Sessler và Jim West chính là micro điện.
.

Hình 2-1 electret microphone(micro điện)
2.2 TỤ ĐIỆN:
2.2.1 Tụ điện phân cực:
Tụ điện phân thường được sử dụng trong các mạch nguồn DC để giảm điện áp nhấp
nhô hay cho ra điện áp phẳng. Là tụ phân cực nên điện áp DC đưa tới tụ phải đúng
cực, điện áp dương đưa vào chân dương, điện áp âm đưa vào chân âm. Nếu khơng
phân cực đúng có thể làm hỏng tụ.

3


Hình 2-2 Tụ điện phân cực
2.2.2 Tụ khơng phân cực:

Tụ gốm:
Tụ gốm hay tụ đĩa, đây là loại tụ không phân cực và cũng hay được dùng trong các
mạch điện. Tụ thường có giá trị trong dải từ một vài pF tới một hoặc hai uF. Giá trị
của tụ là một mã 3 số được in trên thân tụ, đơn vị tính là pF.

Hình 2-3 Tụ khơng phân cực (tụ gốm)
2.2.3 Điện trở:
Điện trở là một linh kiện thụ động trong mạch điện.Tính chất đặc trưng của điện trở
là cản trở dòng điện.

4


Hình 2-4 điện trở.
2.3 TRANSISTOR BC549 NPN:
Transistor là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một phần
tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử.

Hình 2-5 transistor bc549 npn
2.3.1

Ứng dụng:

Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các transistor được sử dụng trong nhiều ứng dụng
tương tự và số, như khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, và
tạo dao động

5

2.4 IC LM555:
2.4.1 Cấu tạo:
Cấu tạo của IC 555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện.
Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp
chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC
nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp
2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở
chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset

Hình 2-6 Sơ đồ cấu tạo bên trong IC 555

Hình 2-7 IC 555
2.4.2 Ứng dụng:
IC555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được xung
vng và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế được độ
rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những
mạch dao động khác.

6


3

Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI:
3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể:
Dưạ vào yêu cầu của đề tài ta có thể thiết kế sơ đồ khối như sau:
Đầu vào

Khối cảm
nhận

Khối
khuyếch đại

Nguồn

7

Khối xử
lý tạo trễ

Khối cảnh
báo


Hình 3-8 Sơ đồ khối tổng thể
3.1.2 Nhiệm vụ các khối:
3.1.2.1 Khối đầu vào:
Là tín hiệu âm thanh hoặc tiếng vỗ tay đủ lớn để khối cảm nhận có thể cảm nhận
được.
3.1.2.2 Khối cảm nhận:
CHỨC NĂNG:
Khi bắt được tín hiệu âm thanh sẽ chuyển tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện.Tín
hiệu điện sẽ được đưa đến bộ khuyết đại để khuyết đại tín hiệu.
CÁC LINH KIỆN CĨ THỂ LÀM ĐƯỢC CHỨC NĂNG NÀY:
Elettert microphone,liquid microphone,condenser microphone

LỰA CHỌN LINH KIỆN CHO MẠCH:

Chọn elettret microphone làm linh kiện cho mạch vì loại micro này được sử dụng
rộng rãi bởi lợi thế thiết kế đơn giản, giá thành rẻ không cần cấp nguồn 48V đã được
thiết kế một chất liệu tự cung cấp nguồn năng lượng vĩnh cửu.
3.1.2.3 Khối khuyếch đại:
CHỨC NĂNG:
Khi có tín hiệu vào chân B của transistor BC549 sẽ được khuyếch đại và đưa đến khối
xử lý tạo trễ
CÁC LINH KIỆN CÓ THỂ SỬ DỤNG TRONG KHỐI:
TRANSISTOR C1815,TRANSISTOR BC549
LỰA CHỌN LINH KIỆN DÙNG CHO MẠCH:

8


Trong khuôn khổ giới hạn của đồ án này,chọn transisitor bc549 dùng trong mạch
này.Vì bc549 có cơng suất lớn và làm việc với tần số thấp.
3.1.2.4 Khối xử lý tạo trễ:
CHỨC NĂNG:
Tín hiệu được đưa vào khối xử lý tín hiệu sau đó cho tín hiệu xuất ra với một thời gian
nhất định.
LINH KIỆN CÓ THỂ DÙNG TRONG MẠCH:
IC555
Cấu tạo của IC 555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện.
Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp
chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC
nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp
2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở
chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset.

Hình 3-9 ic555

3.1.2.5 Khối cảnh báo:
CHỨC NĂNG:
Tín hiệu vào sẽ làm thay đổi trang thái thiết bị có trong khối.
LINH KIỆN CĨ THỂ LÀM ĐƯỢC CHỨC NĂNG NÀY:
Bóng đèn ,relay.

9


3.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ:
3.2.1 Khối cảm nhận:
3.2.1.1 Thiết kế mạch:

Đầu vào là tín hiệu

Đầu ra đưa tín hiệu

âm thanh đưa tới

đến bộ khuyết đại

Đối với mạch này sử dung elettret microphone để làm cảm biến âm thanh.
Electret microphone chuyển tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện
Điện trở R4 kết hợp với microphone để tính dịng đi ra, áp dụng định lý cầu phân áp.
3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của mạch:
Khi khơng có tác động:
Giá trị ohm của micro rất thấp nên dịng ra rất thấp khơng ảnh hưởng nhiều đến mạch.
Khi có tác động:
Khi bắt được tín hiệu âm thanh giá trị ohm của microphone tăng lên.Trong trường hợp
này áp dụng định lý cầu phân áp ta được:

I=Vcc/(Rmic+R4)

12


3.2.2 Khối khuyết đại:
3.2.2.1 Thiết kế mạch:

Tín hiệu vào từ

Tín hiệu ra đến

khối cảm biến

khối xử lý tạo trễ

Transistor BC549 (Q1) khuyết đại tín hiệu lần thứ nhất
Transistor BC549 (Q2) khuyết đại tín hiệu thêm lần nữa
Điện trở R1 và R2 dùng để tính dịng Ic
Ic=βIBIB
3.2.2.2 Ngun lý hoạt động:
Khi khơng có tác động:
Khi khơng có tác động dịng IB=0 => IC=0,transisitor Q1 ngưng dẫn,khơng có dịng
khuếch đại Ic của Q1=>khơng có dịng IB đến transistor Q2=>khơng có tín hiệu ra đến
khối xử lý tạo trễ.
Khi có tác động:
Khi có tác động dịng IB>0 =>IC=βIBIB,transisitor Q1ở chế độ khuyếch đại=>có dịng IB
kích vào transistor Q2=>tín hiệu được khuếch đại thêm lần thứ hai và sau đó đến khối
xử lý tạo trễ.

13


3.2.3 Khối xử lý tạo trễ:
3.2.3.1

Thiết kế mạch:

Tín hiệu đầu ra
đến khối tải
tín hiệu vào từ
khối khuếch đại

Khi tín hiệu tứ khối khuếch đại đến chân 2 của IC555 để xử lý tín hiệu sau đó cho tín
hiệu xuất ra với 1 thời gian nhất định dựa vào công thức tính sau:
T=0.7.C2.R3
Tụ điện C2 và điện trở R3 dùng để tính thời gian của một chu kỳ.Nếu thay đổi giá trị ta
sẽ thu được một thời gian T khác.

14


3.2.3.2 Ngun lý hoạt động:
Khi khơng có tác động:

Khi tụ C nạp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] và QB=
[1]. Ngõ ra của IC ở mức 0.
Vì QB= [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra của Op-amp 2
ở mức 0. Vì vậy Q và QB không đổi giá trị, tụ C xả điện thơng qua transistor.
Khi có tác động:

Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1 nên S = [1],
Q = [1] và QB= [0]. Ngõ ra của IC ở mức 1.
Khi QB= [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng. Khi nhấn
công tắc lần nữa Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 0,
S = [0], Q và QB vẫn không đổi. Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ
nguyên trạng thái đó.

15


3.2.4

Khối tải:

Tín hiệu vào từ
khối xử lý tạo trễ

Điện trở R5,R6 dùng để hạn dòng qua led và transistor
Đèn led D3 để báo hiệu mạch chạy đúng hay sai
Transistor có tác dụng như một công tắc
Khi transistor Q3 ngưng dẫn đột ngột thì diot D1 ngăn khơng cho dịng điện đi trực
tiếp từ Vcc đến chân C của transistor Q3,mà phải đi từ Vcc qua cuộn dây của relay để
giảm dòng tráng trường hợp đánh thủng transistor Q3.
3.2.4.1 Nguyên lý hoạt động của mạch:
Khi khơng có tác động:
Khi khơng có tín hiệu từ khối xử lý đến ta có thể xem như đoạn mạch R6 và đèn D3 có
nguồn Vcc=0v =>đèn led khơng sáng.
Khơng có tín hiệu đi qua R5,transistor có dịng IB=0 =>transistor khơng được kích
khơng cho dịng qua relay=>relay khơng tác động.
Khi có tác động:

Khi tín hiệu đi vào khối cảnh báo lúc này có dịng điện qua R6 qua đèn led làm led
sáng báo mạch hoạt động.

16


Tín hiệu qua R6 lúc này có dịng IB kích vào transistor =>transistor hoạt động cho dòng
đi qua cuộn dây của relay=>relay thay đổi trạng thái.
3.3 Nguyên lý hoạt động tồn mạch:

Khi khơng có tác động:
Khi khơng có tín hiệu tác động đến microphone , microphone khơng thể chuyển tín
hiệu âm thanh thành tín hiệu điện,do đó khơng có dịng đi qua khối khuếch đại .Khối
khuếch đại không thể khuếch đại tín hiệu ,khơng có tín hiệu kích vào khối xử lý tạo trễ
(chân 2 của IC555) do đó khối cảnh báo khơng nhận được tín hiệu từ ngõ ra của khối
xử lý do đó khối cảnh báo khơng hoạt động.
Khi có tác động:
Khi nhận đươc một tín hiệu âm thanh microphone lập tức thay đổi tín hiệu âm thanh
thành tín hiệu điện (dựa vào định lý cầu phân áp) lúc này có tín hiệu vào khối khuếch
đại =>dịng IB kích vào transistor tín hiệu được khuếch đại 2 lần =>tín hiệu được kích
vào khối xử lý tạo trễ,tại đây tín hiệu được xử lý và thời gian xuất tín hiệu cho một chu
kỳ được tín nhờ vào IC555.Nhận được tín hiệu từ khối xử lý tạo trễ đến khối tải,có
dịng qua R6 qua led làm led sáng báo hiệu mạch hoạt động ,đồng thời có dịng qua R 5
qua chân B của transistor kích transistor hoạt động như một cơng tắc,cho dịng đi qua
cuộn dây của relay làm relay thay đổi trạng thái.Lúc này mạch đang hoạt động.

17