thiết kế mạch tự động bật tắt đèn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
------

ĐỒ ÁN
CDIO 347

ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch tự động bật tắt đèn

Giảng viên hướng dẫn: Ngô Lê Minh Tâm
Sinh viên thực hiện:

Phan Quang Châu
Võ Hữu An

Năm học 2021-2022
1


Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................ 3
1.1

Lý do chọn đề tài ....................................................................... 3

1.2

Mục tiêu nghiên cứu. ................................................................ 3

1.3

Đối tượng nghiên cứu................................................................ 4

1.4

Phương pháp nghiên cứu ......................................................... 4

CHƯƠNG 2: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ .................................................. 5
2.1 IC NE555 ..................................................................................... 5
2.2 Quang trở ...................................................................................... 7
2.3 Điện trở.......................................................................................... 9
2.4 Biến trở ....................................................................................... 12
2.5 Rơ le ............................................................................................ 14
2.6 Tụ điện ........................................................................................ 16
2.7 Trasistor ..................................................................................... 17
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ...................................................... 20
3.1 Giới thiệu về phần mềm protues ............................................ 20
3.2 Sơ đồ khối chức năng. ............................................................. 21
3.3 Sơ đồ nguyên lý....................................................................... 22
3.4 Thiết kế mạch in PCB ............................................................. 23
3.5 Kết quả thực hiện .................................................................... 24
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................... 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 26

2


LỜI NÓI ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài
Chúng ta đang sống ở thế kỷ của sự bừng nổ khoa học kỹ thuật. Đặc

biệt là các thiết bị điện, điện tử, chúng hầu như xuất hiện ở mọi nơi trong
cuộc sống. Trong các thiết đó khơng thể thiếu các mạch điện tử. Nó có vai
trị rất quan trọng để đảm bảo sự hoạt động của thiết bị điện tử. Cùng với
sự phát triển vượt bậc đó thì nguồn năng lượng được sự dụng tăng cao
đồng nghĩa với việc gây ảnh hưởng đến hiện tượng nóng lên tồn cầu. Do
đó chúng ta cần có những thiết bị gọn nhẹ, tiết kiệm hay những ý tưởng
sáng tạo độc lạ. Chính vì lý do trên nên nhóm em đã chọn đề tài “Thiết
kế mạch tự động bật tắt đèn” sử dụng IC555 bằng quang trở với cơ chế
đèn sáng khi trời tối và ngược lại. Đây là mạch điều khiển giúp chúng ta
tối ưu sử dụng năng lượng bóng đèn 220V trong gia đình, nó cũng có thể
ứng dụng trong đèn đường giao thơng ở các vùng nơng thơn phải bật tắt
bóng đèn thủ cơng.
Thơng qua đồ án em đã có dịp hiểu biết thêm về nhiều loại linh kiện
điện tử cũng như nguyên lý hoạt động của nhiều loại mạch .Tuy nhiên do
năng lực cịn hạn chế nên đồ án này khơng tránh khỏi thiếu sót, em rất
mong có được những đóng góp q báu của thầy cơ và tồn thể các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !
1.2 Mục tiêu nghiên cứu.
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động , cách ứng dụng của IC555 và quang
trở (LDR).

3


Củng cố kiến thức cơ bản về các linh kiện điện tử, rèn luyện kĩ năng
vẽ mạch, in mạch cũng như làm mạch thực tế thông qua phần mềm thiết
kế Protues.
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
- IC NE555.
- Quang trở.

- Transistor P-N-P.
- Phần mềm Protues.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết.
- Vẽ và chạy mạch trên phần mền mơ phỏng, sau đó in mạch PCB
cuối cùng là làm mạch thực tế.

4


CHƯƠNG 2: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

2.1 IC NE555
2.1.1 Ứng dụng của IC.
IC NE555 là một mạch tích hợp của hãng CMOS sản xuất, là một linh kiện khá
phổ biến để tạo được xung PWM và có thể thay đổi tần số tùy thích. NE555 làm việc
với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế được độ rộng xung. Vì vậy, NE555 được sử dụng
trong một loạt các bộ đếm thời gian, thế hệ xung, dao động và các ứng dụng. NE555
có thể được sử dụng để cung cấp cho sự chậm trễ thời gian, như một dao động, và
như là một yếu tố flip-flop. Các dẫn xuất cung cấp lên đến bốn mạch thời gian trong
một gói.

Hình 2.1: ảnh minh họa IC NE555

5


2.1.2 Cấu tạo của IC555.

- Chân 1: (ground) là chân

nối mass để tạo dịng điện,
nếu khơng nối mass thì IC
sẽ không làm việc theo ý
muốn .
- Chân 2 : (Trigger) Đây
là chân so sánh với mức áp
chuẩn là 1/3 Vcc .Nếu
chân này lớn hơn 1/3Vcc thì sẽ cho ra tín hiệu S = 0 và nếu nhỏ hơn 1/3Vcc thì sẽ
cho ra là S = 1.
- Chân 3: (Output) : Chân tín hiệu ra ở dạng xung vng
- Chân 4: (Reset) Chân này tích cực ở mức thấp khi nối lên dương nguồn thì Ic hoạt
động bình thường cịn khi ở mức thấp thì nó sẽ xóa về 0.
- Chân 5: ( Control Voltage) Chân này là chân điều chỉnh điện áp ,chân này chỉ dùng
để điều chỉnh độ rộng của Ic 555 nếu nó làm nhiệm vụ điều chế độ rộng của xung còn
nếu làm việc ở mạch dao động hoặc trì hỗn thì chân này có thể bỏ hở hoặc mắc thêm
1 con tụ để chống nhiễu.
- Chân 6: ( Threshold) Chân so sánh mức áp chuẩn 2/3 Vcc.Nếu chân này lớn 2/3Vcc
thì sẽ cho ra tín hiệu S = 1 và nhỏ hơn thì sẽ cho ra S = 0.
- Chân 7: (Discharge) Chân có chức năng để xả tụ khi nó làm việc ở chế độ dao động
và trì hỗn .
- Chân 8: (Vcc) Đây là chân cấp nguồn ni.Bất kì một Ic nào muốn làm việc thì
phải có nguồn ni cấp cho nó. Ic 555 cũng vậy nó được cấp nguồn trong khoảng từ
5V đến 15V.
6


Hình 2.2 Cấu tạo bên trong IC555

2.1.3 Ngun lí hoạt động
Bộ chia điện áp gồm ba điện trở 5k giống hệt nhau ,tạo ra 2 điện áp tham chiếu

là 1/3 và 2/3 điện áp được cũng cấp có thể dao động từ 5V đến 15V.
Tiếp theo là hai bộ so sánh ,ở đây nó dùng Ic thuật tốn để tạo mạch so sánh.Bộ
so sánh là một phần tử mạch so sánh hai điện áp đầu vào dương (không đảo) và đầu
vào âm ( đảo) của nó.Nếu điện áp đầu vào tại cực dương cao hơn điện áp đầu vào tại
cực âm thì bộ so sánh sẽ cho tín hiệu ra là 1 .Ngược lại,nếu điện áp tại cực âm cao
hơn điện áp tại cực dương thì bộ so sánh sẽ xuất tín hiệu ra là 0 .

2.2 Quang trở
2.2.1 Quang trở là gì.
Quang trở cịn được gọi là điện trở quang, photoresistor, photocell là một trong
những linh kiện được tạo bằng một chất đặc biệt có thể thay đổi điện trở khi ánh sáng
chiếu vào. Về cơ bản, bạn có thể hiểu nó là một tế bào quang điện được hoạt động
7


dựa theo nguyên lý quang dẫn. Hay có thể hiểu nó là một điện trở có thể thay đổi
được giá trị theo cường độ ánh sáng.
Quang trở được sử dụng nhiều trong các mạch cảm biến ánh sáng, đèn đường,
báo động ánh sáng, đồng hồ ngồi trời,…

Hình 2.3: quang trở (LDR) thực tế.
2.2.2 Cấu tạo.
Cấu tạo của quang trở gồm 2 phần là phần trên và phần dưới là các màng kim
loại được đấu nối với nhau thông qua các đầu cực. Linh kiện này được thiết kế theo
cách cung cấp diện tích tiếp xúc tối đa nhất với 2 màng kim loại và được đặt trong
một hộp nhựa có thể giúp tiếp xúc được với ánh sáng và có thể cảm nhận được sự
thay đổi của cường độ ánh sáng.
Thành phần chính để tạo nên quang trở đó chính là Cadmium Sulphide (CdS)
được sử dụng là chất quang dẫn, thường khơng chứa hoặc có rất ít các hạt electron
khi không được ánh sáng chiếu vào.

8


2.2.3 Nguyên lý hoạt động.
Quang trở được là bằng chất bán dẫn có trở kháng rất cao và khơng có một tiếp
giáp nào. Trong bóng tối, quang trở thường có điện trở lên vài MΩ. Cịn khi có ánh
sáng chiếu vào thì giá trị điện trở có thể giảm xuống mức một cho đến vài trăm Ω.
Nguyên lý hoạt động của quang trở dựa trên nguyên lý hiệu ứng quang điện
trong một khối vật chất. Khi mà các photon có năng lượng đủ lớn đập vào, sẽ khiến
cho các electron bật ra khỏi các phân tử và trở thành các electron tự do trong khối
chất và từ chất bán dẫn chuyển thành dẫn điện. Mức độ dẫn điện của quang trở tùy
thuộc vào phần lớn các photon được hấp thụ.
Khi ánh sáng lọt vào quang trở, các electron sẽ được giải phóng và độ dẫn điện
sẽ được tăng lên. Tùy thuốc vào chất bán dẫn mà các quang trở sẽ có những phản ứng
khác nhau với các loại sóng photon khác nhau.
2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm.
Ưu điểm: Quang trở với một số ưu điểm như giá thành rẻ, đa dạng về kích cỡ
có thể áp dụng với nhiều các bo mạch khác nhau, kích thước phổ biến có đường kính
mặt là 10mm. Cùng với đó là năng lượng tiêu thụ và điện áp hoạt động nhỏ.
Nhược điểm: Thời gian phản hồi chậm nên độ chính xác sẽ khơng cao. Thời
gian phản hồi của quang trở nằm trong khoảng từ hàng chục cho đến hàng trăm mili
giây.

2.3 Điện trở
2.3.1 Cấu tạo.
- Điện trở (Resistor) là một linh kiện điện tử thụ động với 2 tiếp điểm nối. Chức
năng của nó dùng để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dòng điện chảy
trong mạch. Dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như
transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện đồng thời có trong nhiều ứng dụng

khác.

9


Hình 2.4: Điện trở thực tế

- Điện trở cơng suất sẽ giúp tiêu tán 1 lượng lớn điện năng chuyển sang nhiệt
năng trong các hệ thống phân phối điện, trong các bộ điều khiển động cơ. Các điện
trở thường có trở kháng cố định, ít bị thay đổi bởi nhiệt độ và điện áp hoạt động.
- Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dịng điện của vật
liệu. Điện trở được định nghĩa chính là tỉ số của hiệu điện thế giữa 2 đầu vật thể đó
với cường độ dịng điện đi qua nó.
- Ohm (ký hiệu: Ω) là đơn vị của điện trở trong hệ SI, Ohm được đặt theo tên
Georg Simon Ohm. Một ohm tương đương với volt / ampere.
2.3.2 Mã màu điện trở.

Hình 2.6: bảng xác định giá trị điện trở
10


- Điện trở ở vị trí bên trái có giá trị được tính như sau:
R = 45 × 102Ω = 4,5KΩ. Bởi vì vàng tương ứng với 4, xanh lục tương ứng với
5, và đỏ tương ứng với giá trị số mũ 2. Vòng màu cuối cho biết sai số của điện trở có
thể trong phạm vi 5% ứng với màukim loại vàng.
- Điện trở ở vị trí giữa có giá trị được tính như sau:
R = 380 × 103Ω = 380 KΩ. Bởi vì cam tương ứng với 3, xám tương ứng với 8,
đen tương ứng với 0, và cam tương ứng với giá trị số mũ 3. Vòng cuối cho biết giá
trị sai số là 2% ứng với màu đỏ.
- Điện trở ở vị trí bên phải có giá trị được tính như sau:

R = 527 × 104Ω = 5270 KΩ. Bởi vì xanh lục tương ứng với 5, đỏ tương ứng với
2, và tím tương ứng với 7, vàngtương ứng với số mũ 4, và nâu tương ứng với sai số
1%. Vòng màu cuối cho biết sự thayđổi giá trị của điện trở theo nhiệt độ là 10
PPM/°C.
Lưu ý: Để tránh lẫn lộn trong khi đọc giá trị của các điện trở, đối với các điện
trở có tổng sốvịng màu từ 5 trở xuống thì có thể khơng bị nhầm lẫn vì vị trí bị trống
khơng có vịng màusẽ được đặt về phía tay phải trước khi đọc giá trị. Cịn đối với các
điện trở có độ chính xáccao và có thêm tham số thay đổi theo nhiệt độ thì vịng màu
tham số nhiệt sẽ được nhìn thấycó chiều rộng lớn hơn và phải được xếp về bên tay
phải trước khi đọc giá trị.
Do các điện trở cố định thường có sai số đến 20%, tức là có thể biến đổi xung
quanhtrị số danh định đến 20%. Cho nên khơng cần thiết phải có tất cả các trị số 10,
11, 12,13,... Mặt khác các mạch điện thông thường đều cho phép sai số theo thiết kế.
Nên chỉcần các trị số 10, 15, 22, 33, 47, 68, 100, 150, 200,... là đủ.
2.3.3 Nguyên lý hoạt động của điện trở
Theo định luật Ohm: điện áp (V) đi qua điện trở tỉ lệ thuận với cường độ dòng
điện (I) và tỉ lệ này là 1 hằng số điện trở (R).
Công thức định luật Ohm: V=I*R

11


Ví dụ: nếu 1 điện trở 400 Ohm được nối vào điện áp 1 chiều 14V, thì cường độ
dịng điện đi qua điện trở là 14/400 = 0.035 Amperes. Điện trở thực tế cũng có một
điện cảm và điện dung ảnh hưởng tới mối quan hệ giữa điện áp và dịng điện trong
mạch xoay chiều hiện nay.
2.3.4 Cơng dụng của điện trở
Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy thì điện trở là linh
kiện quan trọng không thể thiếu được, trong mạch điện, điện trở có những tác dụng
sau:

-

Khống chế dịng điện qua tải cho phù hợp. Ví dụ có 1 bóng đèn 9V, nhưng ta
chỉ có nguồn 12V. Chúng ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt
áp bớt 3V trên điện trở.

-

Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được 1 điện áp theo ý muốn từ 1 điện áp
cho trước.

-

Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động.

-

Tham gia vào các mạch tạo dao động R C.

-

Điều chỉnh cường độ dòng điện qua các thiết bị điện.

-

Tạo ra nhiệt lượng trong các ứng dụng cần thiết.

-

Tạo ra sụt áp trên mạch khi mắc nối tiếp.

2.4 Biến trở
2.4.1 Biến trở là gì?
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,...
Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau:

12


Hình 2.7: Ký hiệu của điện trở
2.4.2 Cấu tạo của biến trở
Nhìn từ bên ngồi, chúng ta dễ dàng nhận thấy biến trở có cấu tạo gồm 3 bộ
phận chính:
- Cuộn dây được làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn
- Con chạy/chân chạy. Cho khả năng chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị
trở kháng.
- Chân ngõ ra gồm có 3 chân (3 cực). Trong số ba cực này, có hai cực được cố
định ở đầu của điện trở. Các cực này được làm bằng kim loại. Cực còn lại là một cực
di chuyển và thường được gọi là cần gạt. Vị trí của cần gạt này trên dải điện trở sẽ
quyết định giá trị của bi

Hình 2.8: Mặt cắt ngang của điện trở
13

2.4.3 Nguyên lý hoạt động của biến trở.
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 ln 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 trị phân áp,
phân dịng 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.

2.5 Rơ le
2.5.1 Cấu tạo của rơ-le
Rơ le (relay) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện. Dòng điện chạy qua
cuộn dây của rơ-le tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển
mạch. Dịng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt, vì thế rơ-le có hai vị trí
chuyển mạch qua lại.
Rơ le được sử dụng phổ biến ở các bo mạch điều khiển tự động, chuyên dụng
để đóng cắt những cái dòng điện lớn mà những hệ thống mạch điều khiển khơng thể
trực tiếp can thiệp thì người ta sẽ sử dụng rơ le để đóng cắt dịng điện cao. rơ le có
rất nhiều hình dáng và kích thước và chân cắm khác nhau.

Hình 2.9: Một số hình ảnh rơ-le.
14


Rơ le có 2 trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào
có dịng điện chạy qua rơ le hay khơng.Trên rơ le có 3 kí hiệu là: NO, NC và C.
- COM (common): là chân chung là nơi kết nối đường cấp nguồn chờ, nó ln
được kết nối với 1 trong 2 chân cịn lại. Cịn việc nó kết nối chung với chân nào thì
phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơ le.

NC và NO là hai chân chuyển đổi:
-

NC (Normally Closed): Nghĩa là bình thường nó đóng. Nghĩa là khi rơ le ở
trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này.

-

NO (Normally Open): Khi rơ le ở trạng thái ON (có dịng chạy qua cuộn dây)
thì chân COM sẽ được nối với chân này. Kết nối COM và NC khi bạn muốn
có dịng điện cần điều khiển khi rơ le ở trạng thái OFF. Và khi rơ le ON thì
dịng này bị ngắt. Ngược lại thì nối COM và NO.

Cấu tạo gồm 2 phần :
-

Cuộn hút (nam châm điện)

-

Phần mạch tiếp điểm (mạch lực) dạng lẫy có thể là một lá đồng đàn hồi... để
đóng hoặc mở các tiếp điểm điện
Khi cấp nguồn điện áp định mức chạy qua cuộn hút này sẽ trở thành nam châm

điện tạo ra một từ trường có lực hút lẫy tiếp điểm, tiếp điểm sẽ đóng cho dịng điện
chạy qua và tải bóng đèn hoạt động.

Hình 2.10: Mơ phỏng rơ le
15

2.5.2 Chức năng của rơ le.
-

Chuyển mạch nhiều dòng điện hoặc điện áp sang các tải khác nhau sử dụng
một tín hiệu điều khiển.

-

Cách ly các mạch điều khiển khỏi mạch tải hoặc mạch được cấp điện AC khỏi
mạch được cấp điện DC.

-

Giám sát các hệ thống an tồn cơng nghiệp và ngắt điện cho máy móc nếu đảm
bảo độ an toàn.

- Sử dụng một vài rơ-le để cung cấp các chức năng logic đơn giản như ‘AND,’
‘NOT,’ hoặc ‘OR’ cho điều khiển tuần tự hoặc khóa liên động an toàn.

2.6 Tụ điện
Tụ điện là thiết bị điện tử quan trọng trong các mạch dao động, mạch lọc, mạch
truyền dẫn tín hiệu xoay chiều. Tụ là loại linh kiện điện tự thụ động, chúng được tạo
bởi 2 bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi. Khi xuất hiện chênh lệch điện
thế tại hai bề mặt thì các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu
nhau. Về khía cạnh trữ năng lượng thì tụ điện có phần tương tự như ắc quy. Tóm lại,
tụ điện được cấu tạo bởi hai bản cực son song, cách điện 1 chiều nhưng nhờ nguyên
lý phóng nạp để cho dòng điện xoay chiều đi qua.
2.6.1 Cấu tạo tụ điện ra sao
Tụ điện được cấu tạo từ 2 bản cực kim loại được đặt song song. Tên gọi của tụ

điện phụ thuộc vào chất liệu cách điện trong bản cực. Ví dụ lớp cách điện là khơng
khí thì tên tụ sẽ là tụ khơng khí, nếu là gốm thì sẽ là tụ gốm,… Trên tụ điện sẽ được
ghi trị số điện áp cụ thể. Đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ điện có thể chịu.
Nếu sử dụng cao hơn giá trị này thì tụ điện sẽ bị nổ.
2.6.2 Cơng dụng của tụ điện
Tụ điện có tác dụng gì? Từ những nguyên lý tụ điện trên đây chắc bạn đã phần
nào hiểu được những tác dụng của tụ điện rồi chứ. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn muốn
giải thích cơng dụng của tụ điện được rõ hơn.

16


Tác dụng của tụ điện được biết đến nhiều nhất là khả năng lưu trữ năng lượng
điện. Lưu trữ điện tích hiệu quả. Nó được so sánh với khả năng lưu trữ như ắc qui.
Tuy nhiên, ưu điểm lớn của tụ điện là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện.
Ngồi ra, cơng dụng tụ điện cịn cho phép điện áp xoay chiều đi qua. Giúp tụ
điện có thể dẫn điện như một điện trở đa năng. Đặc biệt khi tần số điện xoay chiều
(điện dung của tụ càng lớn) thì dung kháng càng nhỏ. Hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp
được lưu thông qua tụ điện.
Hơn nữa, do nguyên lý hoạt động của tụ điện là khả năng nạp xả thông minh,
ngăn điện áp 1 chiều. Cho điện áp xoay chiều lưu thơng giúp truyền tí hiệu giữa các
tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế.
Tụ điện cịn có vai trị lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng
bằng cách loại bỏ pha âm.

2.7 Trasistor
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.
Về mặt cấu tạo, tranzito được tạo thành từ hai lớp bán dẫn điện ghép lại với
nhau. Như hình trên chúng ta có thể thấy có hai loại bán dẫn điện là loại p và loại n.
Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được Transistor
loại PNP. Còn khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta
được Tranzito NPN. Chính vì thế Transistor được chia ra làm 2 loại là NPN và PNP.

17


Hình 2.11: transistor NPN và PNP

Sự hữu ích khơng hề nhỏ của transistor có lẽ xuất phát từ khả năng sử dụng một
tín hiệu nhỏ được đặt một cực của nó để điều khiển một tín hiệu lớn hơn ở các cực
cịn lại. Tính chất này được gọi là Gain và nó có thể tạo ra tín hiệu đầu ra mạnh hơn,
điện áp hoặc dịng điện tỷ lệ với tín hiệu đầu vào. Có nghĩa là nó có thể hoạt động
như bộ khuếch đại. Ngồi ra, bóng bán dẫn có thể được sử dụng để bật hoặc tắt dòng
điện trong một mạch như là một khóa điện tử.
Transistor hoạt động được nhờ đặt một điện thế một chiều vào vùng biên
(junction) và điện thế này gọi là điện thế kích hoạt (bias voltage). Mỗi vùng trong
transistor hoạt động như một Đi-ốt. Vì mỗi transistor có hai vùng và có thể kích hoạt
với một điện thế thuận hoặc nghịch. Có tất cả bốn cách thức (mode) hoạt động cho cả
hai PNP hay NPN Transistor.

18


CÁCH THỨC
HOẠT ĐỘNG
(OPERATING MODE)

EBJ

CBJ

Phân cực nghịch Cut-Off

Nghịch (Reverse)

Nghịch (Reverse)

Phân cực thuận
nghịch Active

Thuận (Forward)

Nghịch (Reverse)

Phân cực thuận Saturation

Thuận (Forward

Thuận (Forward)

Phân cực nghịch
thuận Reverse-Active

Nghịch (Reverse)

Thuận (Forward)

Phân cực thuận nghịch (The Active mode) dùng cho việc khuếch đại điện thuận.
Phân cực nghịch thuận (Reverse-Active) dùng cho việc khuếch đại điện nghịch.
Vùng (The Cut-Off) and (Saturation) modes dùng như công tắc (switch) và biểu
hiện trạng thái 1,0 trong điện số.

19


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH

3.1 Giới thiệu về phần mềm protues

Hình 3.1 Giao diện của Protues 8.11.

3.1.1 Giới thiệu về Proteus
Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm
phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như
MCS-51, PIC, AVR, …

20


Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter Electronics, mô
phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU
như PIC, 8051, AVR, Motorola.
Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mơ phỏng mạch và ARES
dùng để vẽ mạch in. Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi Điều Khiển khá
tốt, nó hỗ trợ các dòng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430,
ARM7/LPC2000 ... các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet,... ngoài ra cịn mơ

phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả. Proteus là bộ công cụ chuyên
về mô phỏng mạch điện tử.
ISIS đã được nghiên cứu và phát triển trong hơn 12 năm và có hơn 12000 người
dùng trên khắp thế giới. Sức mạnh của nó là có thể mô phỏng hoạt động của các hệ
vi điều khiển mà khơng cần thêm phần mềm phụ trợ nào. Sau đó, phần mềm ISIS có
thể xuất file sang ARES hoặc các phần mềm vẽ mạch in khác.
Trong lĩnh vực giáo dục, ISIS có ưu điểm là hình ảnh mạch điện đẹp, cho phép
ta tùy chọn đường nét, màu sắc mạch điện, cũng như thiết kế theo các mạch mẫu
(templates)
Những khả năng khác của ISIS là:
• Tự động sắp xếp đường mạch và vẽ điểm giao đường mạch.
• Chọn đối tượng và thiết lập thơng số cho đối tượng dễ dàng
• Xuất file thống kê linh kiện cho mạch
• Xuất ra file Netlist tương thích với các chương trình làm mạch in thơng dụng.
• Đối với người thiết kế mạch chun nghiệp, ISIS tích hợp nhiều cơng cụ giúp cho
việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện có thể lên đến hàng ngàn linh kiện.
• Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design)
• Khả năng tự động đánh số linh kiện
…

3.2 Sơ đồ khối chức năng.

21


Khối Nguồn

Khối Cảm
Biển

Khối Xử Lý

Khối Hiển Thị

Hình 3.2 : Sơ đồ khối
• Khối nguồn : Cung cấp nguồn điện 15V cho mạch hoạt động
• Khối cảm biến : gồm quang trở sử dụng để tăng giảm trở kháng khi trời
sang/tối
• Khối xử lý: là IC NE555 dùng để tạo xung đầu ra
• Khối hiển thị : gồm một led sau khi mạch chạy khối hiển thị này giúp chúng
ta có thể quan sát mạch hoạt động như thế nào .

3.3 Sơ đồ ngun lý
3.3.2 Mạch mơ phỏng

Hình 3.3 : Sơ đồ nguyên lý
22


3.3.1 Nguyên lý hoạt động :
• Mạch hoạt động với nguồn cung cấp DC 15V
• Khi trời sáng, nội trở của LDR1(Quang trở) thấp, điện áp ở chân 2 của IC giảm
thấp dưới mức 1/3 điện áp nguồn thì mạch trigger R-S nội bộ của nó bật lên
trạng thái cao nên điện áp chân 3 của IC bằng với điện áp nguồn 15V
• Khi điện áp chân 3 bằng 15V tức điện áp chân B transistor cũng bằng 15V nên
Q1 mất dịng phân cực, từ đó Q1 khóa và mất dịng qua Rơ-le nên cơng tắc
đóng và đèn tắt
• Khi trời tối, nội trở của LDR1 tăng mạnh, điện áp chân 2 của IC tăng cao hơn
mức 2/3 điện áp nguồn thì trigger kích hoạt trạng thái thấp nên chân 3 của IC
nhận điện áp bằng 0V

• Khi điện áp chân 3 bằng 0, Q1 dẫn và có dịng kích hoạt tiếp điểm Rơ le nên
đèn sáng

3.4 Thiết kế mạch in PCB
3.4.1 Sơ đồ mạch in

Hình 3.4: Sơ đồ mạch in
23


3.4.2 Mạch in PDF

Hình 3.5: Sơ đồ mach PDF

3.5 Kết quả thực hiện.
•
•
•
•

Mạch vẫn hoạt động khi cung cấp nguồn điện vào
Trong điều kiện có ánh sáng thì bóng đèn khơng sáng
Khi che ánh sáng chiếu vào quang trở thì đèn sáng
Độ sáng của đèn phụ thuộc vào cường độ mạnh yếu của ánh sáng xung
quanh
• Khi điện áp các chân linh kiện thì thấy đúng số liệu với mạch mô phỏng

24

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1. Ưu điểm
-

Đạt được mục tiêu đề ra ban đầu của đề tài nghiên cứu

-

Mạch hoạt động đúng nguyên lý.

-

Thiết kế đơn giản, nhỏ và gọn.

-

Giá thành thấp.

-

Khả năng ứng dụng cao.

-

Công suất tiêu thụ điện nhỏ

2. Nhược điểm
-

Bộ cảm biến hoạt động trên nguyên tắc khi trời tối nó sẽ tự khởi động chiếu
sáng. Vậy nhiều khi muốn tắt thì ta sẽ phải tắt công tắt điện

-

Chiếu sáng liên tục khi trời tối sẽ sẽ gây ra hao điện năng

3. Hướng phát triển
-

Cải thiện đổ ổn định của sản phẩm.

-

Đưa sản phẩm từ mô hình đi vào trong thực tế cuộc sống.

25