SỬ DỤNG IC555 CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM BẰNG TIA LASER BÁO QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.68 MB, 58 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

UBND TỈNH QUẢNG NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA - SINH

------PHẠM VĂN HỒ

SỬ DỤNG IC555 CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM BẰNG TIA LASER BÁO QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

UBND TỈNH QUẢNG NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA - SINH

------KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài: SỬ DỤNG IC555 CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM BẰNG TIA LASER BÁO QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Sinh viên thực hiện

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LỜI CẢM ƠN

“ Cách duy nhất để thành công trong bất cứ chuyện gì là tận tâm tận sức” .

( Vince Lombardi ) Bản thân người nghiên cứu không dám khẳng định là khóa luận này đã thành cơng hay chưa nhưng để hồn thành khóa luận là cả một quá trình lao động miệt mài, tận tâm tận lực của người nghiên cứu. Đó là cả một q trình cố gắng khơng ngừng nghỉ của bản thân, là sự tận tình hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn cùng những lời động viên từ phía gia đình, người thân và bạn bè trong suốt q trình nghiên cứu.

Tơi xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo trong khoa Lý – Hóa -Sinh đã truyền đạt kiến thức trong 4 năm qua để tơi có thể hồn thành được khóa luận như ngày hơm nay.

Tơi xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè – những nguồn động viên to lớn đã giúp tơi vượt qua những khó khăn từ lúc bắt đầu nghiên cứu cho đến khi hồn thành khóa luận như ngày hôm nay.

Đặc biệt, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến cô giáo Ngô Thị Hồng Nga – người đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo cho tơi trong suốt q trình nghiên cứu khóa luận.

Một lần nữa xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất !

Cuối cùng trong quá trình nghiên cứu mặc dù đã rất cố gắng để hồn thành nhưng khóa luận này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng góp, chỉ bảo từ phía các thầy cơ để khóa luận được hồn thiện hơn.

Quảng Nam, tháng 4 năm 2017 .

Người nghiên cứu khóa luận

Phạm Văn Hồ

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan khóa luận có tên đề tài: “Sử dụng IC555 chế tạo hệ thống chống trộm bằng tia laser báo qua điện thoại di động” là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi và được sự hướng dẫn khoa học của Ths. Ngô Thị Hồng Nga. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Nếu phát hiện có điều gì khơng đúng tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về nội dung khóa luận của mình.

Quảng Nam, tháng 4 năm 2017 .

Người nghiên cứu khóa luận

Phạm Văn Hồ

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Kí hiệu và hình ảnh thực của điện trở ... 4

Hình 1.2: Hình dáng thực của một điện trở cơng suất ... 4

Hình 1.3: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu ... 4

Hình 1.4: Cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD... 5

Hình 1.5: Vịng màu điện trở 4 vạch ... 5

Hình 1.6: Vịng màu điện trở 5 vạch ... 5

Hình 1.7: Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở ... 6

Hình 1.8: Ký hiệu và một hình ảnh thực của điện trở thanh ... 6

Hình 1.9: Cấu tạo của tụ điện gốm (a) và tụ hố(b) ... 7

Hình 1.10: Ký hiệu tụ điện trên mạch điện ... 7

Hình 1.11: Hình dạng thực tế tụ điện ... 7

Hình 1.12: Hình dạng thực tế tụ gốm ... 8

Hình 1.13: Hình dạng thực tế tụ hố có phân cực ... 8

Hình 1.14: Hình ký hiệu biến dung ... 9

Hình 1.15: Hình dạng thực tế tụ xoay sử dụng trong radio cũ (tụ khơng khí) ... 9

Hình 1.16: Kí hiệu của cuộn cảm ... 9

Hình 1.17: (a) Cuộn dây lõi khơng khí (b) Cuộn dây lõi Ferit ... 9

Hình 1.18: Tính nạp/xả năng lượng của cuộn cảm ... 10

Hình 1.19: Cấu tạo loa ... 11

Hình 1.20: Hình cấu tạo máy biến áp ... 11

Hình 1.21: Máy biến áp nguồn và máy biến áp nguồn hình xuyến ... 12

Hình 1.22: Hình dạng thực tế Rơle ... 13

Hình 1.23: Cấu tạo rơle điện từ ... 15

Hình 1.24: (a) Mạng tinh thể Ge loại N, (b) Đồ thị vùng năng lượng BD Ge loại N 16 Hình 1.25:(a) Mạng tinh thể Ge loại P,(b) Đồ thị vùng năng lượng BD Ge loại P ... 16

Hình 1.26: Tiếp xúc P-N ... 17

Hình 1.27: Kí hiệu: (a)Transistor NPN, (b) Transistor PNP ... 17

Hình 1.28: Transistor thực tế ... 18

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Hình 1.29: Sơ đồ nguyên lý của một transistor loại PNP ... 18

Hình 1.30: Sơ đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN ... 20

Hình 1.31: Sơ đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN ... 20

Hình 1.38: Kí hiệu và cấu tạo Thyristor ... 23

Hình 1.39: Ngun lí làm việc của thyristor ... 24

Hình 1.40: Đặc tuyến của thyristor ... 25

Hình 1.41: Kí hiệu và hình dạng của quang trở ... 26

Hình 1.42: Đồ thị biểu diển sự phụ thuộc điện trở vào tần số ... 26

Hình 1.43: Sơ đồ mạch mạch báo động ... 27

Hình 1.44: Sơ đồ mạch mở điện tự động về đêm dùng điện AC ... 27

Hình 2.1: Hình dạng thực tế của IC 555 ... 28

Hình 2.2: Sơ đồ ngun lí của IC 555 ... 29

Hình 2.3: Sơ đồ chức năng chân của IC 555 ... 29

Hình 2.4: Hình cấu trúc bên trong của IC 555 ... 30

Hình 2.5: Hình nguyên tắc hoạt động của IC 555 ... 31

Hình 2.6: Mạch tạo xung IC555 ... 33

Hình 3.1: Mơ phỏng mạch chưa hoạt động ... 42

Hình 3.2: Mơ phỏng khi mạch hoạt động ... 42

Hình 3.3: Mơ phỏng khi mạch nhận được cuộc gọi ngồi ... 43

Hình 3.4: Hình ảnh mạch thực tế ... 43

Hình 3.5: Mơ hình thực tế ... 44

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

MỤC LỤC

PHẦN 1: MỞ ĐẦU ... 1

1.1. Lí do chọn đề tài ... 1

1.2. Mục tiêu của đề tài ... 1

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ... 2

1.4. Phương pháp nghiên cứu ... 2

1.5 Lịch sử nghiên cứu ... 2

1.6. Đóng góp của đề tài ... 2

1.7. Cấu trúc của đề tài ... 3

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ... 4

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ... 4

1.1. Linh kiện điện tử thụ động ... 4

1.4.3. Nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của Transistor ... 18

1.4.4. Đặc tuyến của Transistor lưỡng cực ... 21

1.4.5. Các cách mắc Transistor đơn giản ... 22

1.5. Thyristor ... 23

1.5.1. Khái niệm ... 23

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

1.5.2. Cấu tạo và kí hiệu ... 23

1.5.3. Nguyên lí làm việc của thyristor ... 24

1.5.4. Đặc tuyến của thyristor ... 25

1.6. Quang trở ... 26

1.6.1. Khái niệm ... 26

1.6.2. Cấu tạo và kí hiệu ... 26

1.6.3. Nguyên lý hoạt động của quang trở ... 26

1.6.4. Vài ứng dụng của quang trở ... 27

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ IC 555 VÀ CÁC DẠNG MẠCH ỨNG DỤNG ... 28

2.1. Các thông số và chức năng của IC 555 ... 28

2.2. Bố trí chân và sơ đồ nguyên lí, chức năng từng chân của IC 555 ... 28

2.2.1. Bố trí chân và sơ đồ nguyên lí ... 28

2.2.2. Chức năng từng chân của IC 555 ... 29

2.3. Cấu tạo bên trong và nguyên lí hoạt động của IC 555 ... 30

2.3.1. Cấu tạo bên trong ... 30

2.3.2. Nguyên lí hoạt động ... 31

2.4. Một số mạch ứng dụng dùng IC 555 ... 34

2.4.1. Mạch nhấp nháy 2 LED ... 34

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM BẰNG TIA LASER BÁO QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG ... 36

3.1. Sơ lược về phần mềm mô phỏng ... 36

3.2. Sơ đồ khối và chức năng của từng khối trong mạch ... 37

3.3 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động ... 40

PHẦN 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 46

PHẦN 5: NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ... 47

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

NỘI DUNG ĐỀ TÀI PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1.1. Lí do chọn đề tài

Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão, con người bước vào một thời đại mới thời đại mà mỗi giờ, mỗi phút, thậm chí là mỗi giây trôi qua lại xuất hiện những phát minh, tiến bộ khoa học – kỹ thuật đi cùng với sự phát triển đó là sự xuất hiện nhiều con Chip tuyệt vời, nhưng chỉ một số ít thật sự nổi bật với tính sáng tạo, đi trước thời đại. Những con Chip này tạo nên xu hướng cơng nghệ và góp phần làm cho cuộc sống ta thêm thú vị. Một trong số những con Chip lừng danh đó là Chip 555 hay cịn gọi là IC 555, nó đã gây chấn động khi ra mắt thị trường và năm 1971.

IC 555 và họ của nó được ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực điện tử, vì nếu kết hợp với các linh kiện thích hợp thì nó có thể thực hiện nhiều chức năng như định thời, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích thích hay điều khiển các linh kiện bán dẫn công suất như transistor, triac…

Một trong số các ứng dụng đó là sử dụng IC 555 để chế tạo ra mạch chống trộm báo qua điện thoại. Đây là một ứng dụng rất hay, gần gũi trong cuộc sống mà tôi rất tâm đắc. Bởi cùng với sự tiến bộ của khoa học – kỹ thuật, cuộc sống con người trở nên đầy đủ và tiện nghi hơn, lượng của cải vật chất cũng được tạo ra nhiều hơn. Do đó, việc bảo vệ và giữ gìn tài sản được đặt ra rất cấp thiết. Để giải quyết vấn đề đó, con người đã thiết kế ra các hệ thống phát hiện, cảnh báo và chống lại sự xâm nhập của các thành phần xấu, giữ gìn tài sản được an tồn.

Chính vì những đặc điểm nổi bật của IC 555, và các ứng dụng kì diệu của nó vào cuộc sống, cùng với sự hứng thú, say mê, u thích, muốn tìm hiểu về môn Điện tử và vô tuyến điện nên tôi đã chọn đề tài: “Sử dụng IC555 chế tạo hệ thống chống trộm bằng tia laser báo qua điện thoại di động”.

1.2. Mục tiêu của đề tài

Tìm hiểu IC 555 và ứng dụng vào việc chế tạo hệ thống chống trộm bằng tia laser báo qua điện thoại.

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Các linh kiện điện tử và IC 555.

- Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu về IC 555, lắp rắp hệ thống chống trộm

bằng tia laser báo qua điện thoại.

1.4. Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết: tổng hợp và phân tích lí thuyết dựa trên sách, vở, giáo trình, trang web… để hiểu rõ về các linh kiện, hiểu được nguyên lí hoạt động của mạch báo nước đầy. Hiểu được phần mềm để mô phỏng mạch .

- Nghiên cứu thực nghiệm: Thực hành lắp ráp mạch điện tử sử dụng IC 555.

1.5 Lịch sử nghiên cứu

Từ trước đến nay đã có nhiều đề tài nghiên cứu về IC 555 và ứng dụng vào thực tiễn.

- Luận văn tốt nghiệp, đề tài: “ Tìm hiểu IC định thời 555 và các mạch điện tử ứng dụng của nó” của sinh viên Phạm Thị Huyền Trang trường đại học Sư Phạm TP. Hồ Chí Minh.

- Bài nghiên cứu, đề tài: “Mạch dao động tạo xung sử dụng IC 555” của Nguyễn Văn Biên.

- Bài nghiên cứu, đề tài: “Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm bằng tia Laze” của sinh viên Nguyễn Đức Huy trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM.

- Luận văn tốt nghiệp, đề tài: “Tìm hiểu về IC555 và ứng dụng chế tạo mạch tự động báo nước đầy trong bể” của sinh viên Nguyễn Trúc Linh trường đại học Quảng Nam.

Với đề tài của mình, tơi kế thừa những cơ sở lí luận của các cơng trình nghiên cứu trước đây. Từ đó tìm hiểu và xây dựng mạch ứng dụng có sử dụng IC 555 cho riêng mình.

1.6. Đóng góp của đề tài

Với đề tài này giúp cho các sinh viên hiểu rõ về IC 555 và ứng dụng của IC 555 việc thiết kế các mạch điện tử có ích trong cuộc sống.

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

1.7. Cấu trúc của đề tài

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ IC 555 VÀ CÁC DẠNG MẠCH ỨNG DỤNG CỦA NÓ

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM BẰNG TIA LASER BÁO QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ PHẦN 4: TÀI LIỆU THAM KHẢM

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1.1. Linh kiện điện tử thụ động

1.1.1. Điện trở

- Khái niệm: Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một

vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở vơ cùng lớn.

- Cấu tạo: Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như

làm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn. Để biểu thị giá trị điện trở. Người ta dung các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở.

- Phân loại: Các loại điện trở trong các mạch điện tử có thể phân loại theo

cơng suất, theo độ chính xác, theo vật liệu chế tạo, theo hình dáng... Nếu phân loại theo cơng suất thì có các loại như sau:

+ Loại 1: Các điện trở cơng suất lớn hơn 2W trở lên. Ví dụ như các điện trở công suất, điện trở sứ...

Hình 1.2: Hình dáng thực của một điện trở cơng suất

+ Loại 2: Điện trở thường là các điện trở có cơng suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W

Hình 1.3: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

+ Loại 3: Các điện trở có cơng suất và kích thước rất nhỏ (loại điện trở dán SMD)

Hình 1.4: Cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD

- Cách đọc trị số điện trở

+ Đối với điện trở 4 vòng màu: Giá trị điện trở thường được thể hiện qua các vạch màu trên thân điện trở, mỗi màu đại diện cho một số.

Màu đen: số 0, màu nâu: số 1, màu đỏ: số 2, màu cam: số 3, màu vàng: số 4,

màu lục: số 5, màu lam số 6, màu tím số 7, màu xám: số 8, màu trắng: số 9.

Nhìn trên thân điện trở, tìm bên có vạch màu nằm sát ngồi cùng nhất, vạch màu đó và vạch màu thứ hai, kế nó được dùng để xác định trị số của màu. Vạch thứ ba là vạch để xác định nhân tử lũy thừa: 10(giá trị của màu). Giá trị của điện trở được tính

bằng cách lấy trị số nhân với nhân tử lũy thừa.

Hình 1.5: Vịng màu điện trở 4 vạch

Phần cuối cùng: (không cần quan tâm nhiều) là vạch màu nằm tách biệt với ba vạch màu trước, thường có màu vàng kim hoặc màu bạc, dùng để xác định sai số

của giá trị điện trở, vàng kim là 5%, bạc là 10%.

+ Đối với loại 5 vịng màu thì: vòng 1 là số hàng trăm, vòng 2 là số hàng chục, vòng 3 là số hàng đơn vị, vòng 4 là số nhân và vòng 5 là sai số. Giá trị R xác định như sau: R = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) * 10(vòng 4)



(vịng 5).

Hình 1.6: Vịng màu điện trở 5 vạch

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

- Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng

+ Biến trở : Là điện trở có thể chỉnh để thay đổi giá trị, có ký hiệu là VR chúng có hình dạng như sau:

Hình 1.7: Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở + Điện trở gói (thanh)

Nhiều điện trở được đóng gói thành chung một khối. Mỗi điện trở bên trong có giá trị bằng nhau và bằng giá trị ghi trên gói. Kí hiệu trên sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 1.8: Ký hiệu và một hình ảnh thực của điện trở thanh

+ 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.

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

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

1.1.2. Tụ điện

- Khái niệm: 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...

- 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 hố.

Hình 1.9: Cấu tạo của tụ điện gốm (a) và tụ hoá(b)

- Ký hiệu: Được kí hiệu là C

+ Ký hiệu trên mạch điện:

Hình 1.10: Ký hiệu tụ điện trên mạch điện

- Hình dạng: Tụ điện có khá nhiều hình dạng khác nhau.

Hình 1.11: Hình dạng thực tế tụ điện

- Đơn vị của tụ điện: Là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người

ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như:

+ P (Pico Fara) 1 Pico = 1/1000.000.000.000 Fara (viết gọn là 1pF) + N (Nano Fara) 1 Nano = 1/1000.000.000 Fara (viết gọn là 1nF) + MicroFarra 1 Micro = 1/1000.000 Fara (viết gọn là 1µF) => 1µF = 1000nF = 1.000.000 Pf

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

- Phân loại: Tụ điện có nhiều loại như tụ giấy, tụ gốm, tụ mi ca, tụ hố nhưng

về tính chất thì ta phân tụ là hai loại chính là tụ khơng phân cực và tụ phân cực. + Tụ giấy, tụ gốm, tụ mica. (tụ không phân cực )

Các loại tụ này khơng phân biệt cực tính âm dương của chân tụ và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 μF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu, mạch dao động...

Hình 1.12: Hình dạng thực tế tụ gốm + Tụ hố (Tụ có phân cực)

Tụ hố là tụ có phân cực âm dương, tụ hố có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47μF đến khoảng 4.700 μF, tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hố ln ln có hình trụ.

Hình 1.13: Hình dạng thực tế tụ hố có phân cực

- Cách đọc giá trị của tụ điện:

+ Đọc trực tiếp trên thân điện trở, ví dụ 100µF (100 micro Fara)

Nếu là số dạng 103J, 223K, 471J vv….. thì đơn vị là pico, hai số đầu giữ nguyên, số thứ 3 tương ứng số lượng số 0 thêm vào sau (chữ J hoặc K ở cuối là ký hiệu cho sai số).

+ Ví dụ 1: 103J sẽ là 10000 pF (thêm vào 3 số 0 sau số 10) = 10 nF. + Ví dụ 2: 471K sẽ là 470 pF (thêm 1 số 0 vào sau 47)

Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì tụ điện có thể bị hư hỏng hoặc bị cháy nổ.

Có ký hiệu dấu

“

–

“

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

- Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng Biến dung: có các ký hiệu như sau:

Hình 1.14: Hình ký hiệu biến dung

Ví dụ tụ xoay (tụ khơng khí) là một loại biến dung. Tụ xoay là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trong Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài.

Hình 1.15: Hình dạng thực tế tụ xoay sử dụng trong radio cũ (tụ khơng khí)

1.1.3. Cuộn cảm

- Cấu tạo và phân loại

Cuộn cảm gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơn emay cách điện, lõi cuộn dây có thể là khơng khí, hoặc là vật liệu dẫn từ như

Ferit hay lõi thép kỹ thuật điện.

- Ký hiệu trên sơ đồ nguyên lý

L1 là cuộn dây lõi khơng khí, L2 là cuộn dây lõi ferit, L3 là cuộn dây có lõi chỉnh, L4 là cuộn dây lõi thép kỹ thuật

Hình 1.16: Kí hiệu của cuộn cảm

(a) (b)

Hình 1.17: (a) Cuộn dây lõi khơng khí (b) Cuộn dây lõi Ferit

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

- Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm

+ Hệ số tự cảm (định luật Faraday). Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng

cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dịng điện biến thiên chạy qua.

Trong đó: L : là hệ số tự cảm của cuôn dây, đơn vị là Henrry (H) n : là số vòng dây của cuộn dây.

l : là chiều dài của cuộn dây tính bằng mét (m) S : là tiết diện của lõi, tính bằng m2

μ : là hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi

+ Cảm kháng: Cảm kháng của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho sự cản

trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều . ZL = 2..f.L

Trong đó: ZL: là cảm kháng, đơn vị là Ω f : là tần số đơn vị là Hz

L : là hệ số tự cảm , đơn vị là Henry (H)

+ Điện trở thuần của cuộn dây: Là điện trở mà ta có thể đo được bằng đồng hồ đo điện trở, thông thường cuộn dây có phẩm chất tốt thì điện trở thuần phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở thuần còn gọi là điện trở tổn hao vì chính điện trở này sinh ra nhiệt khi cuộn dây hoạt động.

+ Tính chất nạp, xả của cuộn cảm :

Cuộn dây nạp năng lượng: Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng dưới dạng từ trường được tính theo cơng thức :

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

Ở thí nghiệm trên : Khi K1 đóng, dịng điện qua cuộn dây tăng dần ( do cuộn dây sinh ra cảm kháng chống lại dịng điện tăng đột ngột ) vì vậy bóng đèn sáng từ từ, khi K1 vừa ngắt và K2 đóng , năng lương nạp trong cuộn dây tạo thành điện áp cảm ứng phóng ngược lại qua bóng đèn làm bóng đèn loé sáng => đó là hiên tượng cuộn dây xả điện.

- Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng

Ví dụ như biến áp, loa, mic, rơ le... có sử dụng cuộn dây. + Loa:

Hình 1.19: Cấu tạo loa

Loa gồm một nam châm hình trụ có hai cực lồng vào nhau, cực N ở giữa và cực S ở xung quanh, giữa hai cực tạo thành một khe từ có từ trường khá mạnh, một cuôn dây được gắn với màng loa và được đặt trong khe từ, màng loa được đỡ bằng gân cao su mềm giúp cho màng loa có thể dễ dàng dao động ra vào. Khi ta cho dòng điện âm tần (điện xoay chiều từ 20 Hz => 20.000Hz) chạy qua cuộn dây, cuộn dây tạo ra từ trường biến thiên và bị từ trường cố định của nam châm đẩy ra, đẩy vào làm cuộn dây dao động => màng loa dao động theo và phát ra âm thanh.

+ Biến áp:

Hình 1.20: Hình cấu tạo máy biến áp Tỷ số vòng / vol của biến áp:

Gọi: n1 và n2 là số vòng của quộn sơ cấp và thứ cấp. U1 và I1 là điện áp và dòng điện đi vào cuộn sơ cấp U2 và I2 là điện áp và dòng điện đi ra từ cuộn thứ cấp.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

=> Ta có các hệ thức như sau:

U1 / U2 = n1 / n2 Điện áp ở trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỷ lệ thuận với số vòng dây quấn.

U1 / U2 = I2 / I1 Dòng điện ở trên hai đầu cuộn dây tỷ lệ nghịch với điện áp, nghĩa là nếu ta lấy ra điện áp càng cao thì cho dịng càng nhỏ.

* Phân loại biến áp trong các ứng dụng điện tử:

- Biến áp nguồn và biến áp âm tần:

Hình 1.21: Máy biến áp nguồn và máy biến áp nguồn hình xuyến

+ Biến áp nguồn thường gặp trong Cassete, Âmply,... biến áp này hoạt động ở tần số điện lưới 50Hz, lõi biến áp sử dụng các lá tơn silic hình chữ E và I ghép lại, biến áp này có tỷ số vòng / vol lớn.

+ Biến áp âm tần sử dụng làm biến áp đảo pha và biến áp ra loa trong các mạch khuyếch đại công suất âm tần, biến áp cũng sử dụng lá tôn silic làm lõi từ như biến áp nguồn, nhưng lá tôn silic trong biến áp âm tần mỏng hơn để tránh tổn hao, biến áp âm tần hoạt động ở tần số cao hơn, vì vậy có số vịng/ vol thấp hơn, khi thiết kế biến áp âm tần người ta thường lấy giá trị tần số trung bình khoảng 1KHz - đến 3KHz.

+ Biến áp xung và cao áp: Là biến áp hoạt động ở tần số cao khoảng vài chục KHz như biến áp trong các bộ nguồn xung, biến áp cao áp. Lõi biến áp xung làm bằng ferit, do hoạt động ở tần số cao nên biến áp xung cho công suất rất mạnh, so với biến áp nguồn thơng thường có cùng trọng lượng thì biến áp xung có thể cho công suất mạnh gấp hàng chục lần.

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

1.2. Rơle

1.2.1. Khái niệm

Rơle là mô ̣t loa ̣i thiết bi ̣ điê ̣n tự đô ̣ng mà tı́n hiê ̣u đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tı́n hiê ̣u đầu vào đa ̣t những giá tri ̣ xác đi ̣nh. Rơle là thiết bi ̣ điê ̣n dùng để đóng cắt ma ̣ch điê ̣n điều khiển, bảo vê ̣ và điều khiển sự làm viê ̣c của ma ̣ch điê ̣n đô ̣ng lư ̣c.

Hình 1.22: Hình dạng thực tế Rơle

1.2.2. Cấu tạo

- Các bô ̣ phâ ̣n (các khối) chı́nh của rơle:

+ Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu): Có nhiê ̣m vu ̣ tiếp nhâ ̣n những tı́n hiê ̣u đầu vào và biến đổi nó thành đa ̣i lượng cần thiết cung cấp tı́n hiê ̣u phù hợp cho khối trung gian. Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuô ̣n dây.

+ Cơ cấu trung gian (khối trung gian): Làm nhiê ̣m vu ̣ tiếp nhâ ̣n những tı́n hiê ̣u đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đa ̣i lượng cần thiết cho rơle tác đô ̣ng. Cơ cấu trung gian là ma ̣ch từ nam châm điê ̣n.

+ Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành): Làm nhiê ̣m vu ̣ phát tı́n hiê ̣u cho ma ̣ch điều khiển. Cơ cấu chấp hành là hê ̣ thống tiếp điểm.

1.2.3. Phân loại

Có nhiều loa ̣i rơle với nguyên lı́ và chức năng làm viê ̣c rất khác nhau, Do vâ ̣y có nhiều cách để phân loa ̣i rơle.

- Phân loa ̣i theo nguyên lı́ làm viê ̣c gồm các nhóm : Rơle điê ̣n cơ (rơle điê ̣n từ, rơle từ điê ̣n, rơle điê ̣n từ phân cực, rơle cảm ứng,..), rơle từ, rơle điê ̣n tử -bán dẫn, vi ma ̣ch, rơle số.

- Phân theo nguyên lı́ tác đô ̣ng của cơ cấu chấp hành:

+ Rơle có tiếp điểm: loa ̣i này tác đô ̣ng lên ma ̣ch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

+ Rơle không tiếp điểm (rơle tı̃nh): Loa ̣i này tác đô ̣ng bằng cách thay đổi đô ̣t ngô ̣t các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong ma ̣ch điều khiển như: điê ̣n cảm, điê ̣n dung, điê ̣n trở,...

- Phân loa ̣i theo đă ̣c tı́nh tham sớ vào bao gồm các nhóm sau: Rơle dòng điê ̣n, rơle điê ̣n áp, rơle công suất, rơle tổng trở,...

- Phân loa ̣i theo cách mắc cơ cấu:

+ Rơle sơ cấp: Loa ̣i này được mắc trực tiếp vào ma ̣ch điê ̣n cần bảo vê ̣. + Rơle thứ cấp: Loa ̣i này mắc vào ma ̣ch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điê ̣n.

- Phân theo giá tri ̣ và chiều các đa ̣i lượng đi vào role: Rơle cực đa ̣i, rơle cực tiểu, Rơle cực đa ̣i-cực tiểu, rơle so lê ̣ch, rơle đi ̣nh hướng.

1.2.4. Rơle điện từ

- Khái niệm:Rơle điện từ là rơle hoạt động trên nguyên tắc của nam châm

điện, thường dùng để đóng ngắt mạch điện có cơng suất nhỏ, tần số đóng cắt lớn.

Tín hiệu điều khiển có thể là dịng điện hoặc điện áp.

Nếu tín hiệu điều khiển hoạt động của rơle là điện áp (tức là cuộn hút được đấu song song với nguồn điện) thì rơle điện từ đó được gọi là rơle điện áp. Khi đó cuộn hút thường có số vịng dây lớn, tiết diện dây nhỏ – điện trở thuần của cuộn dây lớn. Loại này được dùng nhiều trong mạch điện công nghiệp.

Ngược lại, nếu tín hiệu điều khiển hoạt động của rơle là dòng điện (tức là cuộn hút được đấu nối tiếp với phụ tải) thì rơle điện từ đó được gọi là rơ le dịng điện. Khi đó cuộn hút thường có số vịng dây ít, tiết diện dây lớn – điện trở thuần của cuộn dây nhỏ.

Trong mạch điện công nghiệp rơle điện từ thường khơng đóng , ngắt trực tiếp mạch động lực mà nó chỉ tác động gián tiếp vào mạch động lực thơng qua mạch điều khiển, vì vậy nó cịn được gọi là rơle trung gian.

- Cấu tạo rơle điện từ : Bao gồm các bộ phận chính sau:

+ Lõi thép tĩnh thường được gắn cố định với thân (vỏ) của rơle điện từ. Với rơle điện từ cỡ nhỏ thì lõi thép tĩnh thường là một khối thép hình trụ trịn lồng qua cuộn dây.

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

+ Lá thép động có gắn tiếp điểm động. Ở trạng thái cuộn hút chưa có điện lá thép động được tách xa khỏi lõi thép tĩnh nhờ lò xo hồi vị.

+ Cuộn dây điện từ (cuộn hút) được lồng vào lõi thép tĩnh có thể làm việc với dịng điện một chiều hoặc xoay chiều.

Hình 1.23: Cấu tạo rơle điện từ

- Nguyên lý hoạt động rơle điện từ:

Khi chưa đóng điện cho cuộn hút (5), lá thép động (3) chỉ chịu lực kéo của lò so (1) làm cho tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh phía trên tương ứng cặp tiếp điểm phía trên ở trạng thái đóng, cặp tiếp điểm phía dưới ở trạng thái mở. Khi đóng điện cho cuộn hút (5), từ thông do cuộn hút sinh ra móc vịng qua cả lõi thép tĩnh (4) và lõi động (3) tạo thành 2 cực từ trái dấu ở bề mặt tiếp xúc làm cho lõi thép động (3) bị hút về phía lõi thép tĩnh. Mô men do lực hút này sinh ra thắng mơ men lực kéo của lị so. Kết quả là lõi thép động bị hút chặt vào lõi thép tĩnh, tương ứng cặp tiếp điểm phía trên ở trạng thái mở, cặp tiếp điểm phía dưới ở trạng thái đóng. Như vậy, chỉ nhờ vào sự đóng cắt điện cho cuộn hút mà ta có thể thay đổi trạng thái của hàng loạt các tiếp điểm.

- Ứng dụng của Rơle điện từ

Trong thế giới Tự động hóa của nhà máy, các thiết bị điều khiển công nghiệp như PLC, bộ hẹn giờ, bộ đếm và thiết bị kiểm soát nhiệt độ vận hành ở điện áp và dòng điện tương đối thấp. Thông thường nhỏ hơn 25 V. Tuy nhiên, khi tín hiệu đầu ra của các thiết bị điều khiển này được kết nối với thiết bị trong nhà máy, thường cần mức điện (điện áp và dòng điện) lớn hơn. Khi một thiết bị điều khiển xuất ra lệnh 24 V để bật động cơ 220 VAC, thông tin điện áp thấp này được chuyển tiếp đến một thiết bị có khả năng chuyển mạch lượng điện lớn hơn

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

này theo lệnh. Rơle cơ điện có thể thực hiện chức năng này. Cách ly các mạch điều khiển khỏi mạch tải hoặc mạch được cấp điện AC khỏi mạch được cấp điện DC. Chuyển mạch nhiều dòng điện hoặc điện áp sang các tải khác nhau sử dụng một tín hiệu điều khiển. Giám sát các hệ thống an tồn cơng nghiệp và ngắt điện cho máy móc nếu đảm bảo độ an tồn.Sử dụng một vài rơle 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.

1.3. Chất bán dẫn

1.3.1. Chất bán dẫn loại N

(a) (b)

Hình 1.24: (a) Mạng tinh thể Ge loại N, (b) Đồ thị vùng năng lượng BD Ge loại N Từ chất bán dẫn tinh khiết ban đầu cho vào ít ngun tố hóa trị 5 như Sb, Pb...(có 5 điện tử lớp ngồi cùng) liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge xung quanh nó, thừa ra một điện tử ,chất bán dẫn mang điện âm =>chất bán dẫn loại N.

1.3.2. Chất bán dẫn loại P

(a) (b)

Hình 1.25:(a) Mạng tinh thể Ge loại P, (b) Đồ thị vùng năng lượng BD Ge loại P Từ chất bán dẫn ban đầu cho vào ít nguyên tố hóa trị 3 như Indium... (có 3 điện tử lớp ngồi cùng) liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge xung quanh nó, thiếu một điện tử, tạo thành lỗ trống, chất bán dẫn mang điện dương => chất bán dẫn loại P.

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

1.3.3. Tiếp giáp P-N

Trong chất bán dẫn loại N: electron là hạt dẫn điện đa số, lỗ trống là hạt dẫn điện thiểu số. Trong chất bán dẫn loại P: lỗ trống là hạt dẫn điện đa số, electron là hạt dẫn điện thiểu số.

Hình 1.26: Tiếp xúc P-N

Electron từ N sang P, lỗ trống từ P sang N, tạo thành một điện trường tiếp xúc Etx (nhỏ). Điện trường này ngăn cản không cho electron từ N tiếp tục sang P. Sau một thời gian ngắn, hiện tượng khuếch tán sẽ chấm dứt, hai bên tiếp xúc P–N sẽ tạo ra một vùng nghèo hạt mang điện đa số, vùng này có điện trở lớn.

Khi đặt tiếp xúc P – N vào điện trường ngoài:

Engoài ngược chiều với Etx: làm vùng nghèo hạt mang điện hẹp lại. Cho dòng điện I qua từ P sang N.

Engồi cùng chiều Etx: khơng có dịng điện I qua tiếp xúc P–N từ N sang P.

1.4. Transistor lưỡng cực (BJT) 1.4.1. Khái niệm

Transistor là một linh kiện bán dẫn có 3 cực, dịng điện chạy từ cực này đến cực khác, cực còn lại có nhiệm vụ điều khiển dịng này.

1.4.2. Cấu tạo

Được tạo bởi 2 tiếp xúc P-N ghép liên tiếp gồm các vùng bán dẫn loại P và N xếp xen kẽ nhau, vùng giữa có tính chất dẫn điện khác với 2 vùng lân cận và có bề rộng rất mỏng khoảng 10A0 m đủ nhỏ để tạo lên tiếp xúc P-N gần nhau. Nếu vùng giữa là N ta có transistor PNP, ngược lại nếu vùng giữa là vùng P ta có transistor NPN.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Hình 1.28: Transistor thực tế

Một cực có thể điểu khiển dịng điện qua hai cực còn lại gọi là cực khiển. Điều kiện của các vùng tạp chất:

- Vùng E: pha tạp chất nhiều nhất. - Vùng C: pha tạp chất trung bình.

- Vùng B: pha tạp chất nồng độ rất ít, vùng B rất mỏng vài micromet.

1.4.3. Nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của Transistor

- Nguyên tắc hoạt động: Để transistor hoạt động phải đủ hai điều kiện về

điện áp để tiếp tế và phân cực.

* Nguyên tắc hoạt động của transistor thể hiện qua các thí nghiệm sau:

Chọn một loại transistor loại PNP

Hình 1.29: Sơ đồ nguyên lý của một transistor loại PNP

+ Khi K1 đóng, K2 mở: Có nguồn EB, khơng có nguồn ECC. Lớp tiếp giáp EB được phân cực thuận, lỗ trống từ vùng E sang vùng B. Khi qua vùng B tạo nên dịng điện IB.vậy chỉ có dịng IB, khơng có dịng Ic ở nguồn ECC.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

+ Khi K1 mở, K2 đóng: Có nguồn ECC, khơng có nguồn EB. lúc này CE coi như gồm hai điốt: CB và BE mắc nối tiếp, do hai điốt này mắc ngược chiều nhau nên không cho dịng điện qua CE, và chỉ có dịng rị Ico rất nhỏ từ C sang B do các hạt khơng cơ bản gây ra.

+ Khi K1 đóng, K2 đóng: Nhờ nguồn EB, lỗ trống từ vùng E sang vùng B: Khi có nguồn EBE, nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện.

Khi có dịng IBE, do lớp bán dẫn N tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp ít nên các lỗ trống từ lớp bán dẫn P tại cực E vượt qua lớp tiếp giáp để sang lớp bán dẫn N tại cực B với số lượng nhiều hơn điện tử.

Một phần nhỏ trong số các lỗ trống đó thế vào điện tử tạo thành dịng IB, số cịn lại bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp ECE để tạo thành dòng ICE

chạy qua Transistor.

- Nếu IB tăng thì IC tăng - Nếu IB giảm thì IC giảm

Suy ra IB có tính điều khiển dịng IC. Trong đó dịng IB cỡ nA, dịng IC cỡ mA. Nếu coi cực E là nguồn phát ra hạt dẫn đa số, hạt này một phần nhỏ chạy qua cực gốc B tạo thành dòng IB, phần lớn cịn lại chạy đến cực góp C để tạo nên dịng IC.

Vậy ta ln có : IE = IB + IC Trong đó: IB << IC nên IE = IC

Để đánh giá mức độ hao hụt dòng khuếch tán trong vùng B, người ta đưa ra hệ số khuếch đại dòng điện.

Để đánh giá mức độ điều khiển dòng IB lên dòng IC người ta đưa ra hệ số khuếch đại dòng điện tĩnh:

Trên đây là transistor hoạt động ở chế độ tĩnh. Nếu bây giờ ta ta đặt vào mạch cực phát một nguồn tín hiệu biến thiên thì điện áp phân cực lớp tiếp giáp EB cũng thay đổi làm cho IB biến thiên, kéo theo IE biến thiên và IC thay đổi.

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Đặc ở cực góp một tải RC lớn, khi dịng IC biến thiên sẽ tạo ra trên RC một điện áp biến thiên nhưng biên độ lớn hơn nhiều (nhờ RC khá lớn). Ta nói rằng trasistor đã khuếch đại tín hiệu.

- Chế độ làm việc: Transistor có ba chế độ làm việc: chế độ khóa, dẫn bảo

hịa và chế độ khuếch đại.

+ Chế độ khóa và dẫn bảo hòa: Xét sơ đồ mạch điện như hình vẽ:

Hình 1.30: Sơ đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN Khi K mở: Tiếp xúc EB bị phân cực ngược, electron từ E không qua được vùng B nên IB = 0, và transistor khóa, khơng có dịng IC qua tải Rt.

Khi K đóng: Dịng IB khác 0. Với UBE = 0.6V (Si), nếu ta chọn R1 , R2 ,

Xét sơ đồ mạch điện như hình vẽ:

Hình 1.31: Sơ đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN Lúc này nguồn phân cực EB có chiều như hình vẽ để tiếp xúc BE được phân cực thuận. dòng IB sẽ điều khiển dòng IC .

</div>