Luận văn: Mạch và thiết bị điện-điện tử potx

Luận văn
Mạch và thiết bị điện-điện tử
Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay,cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành điện tử,rất nhiều ứng dụng
của điện tử đã giúp ích cho con người rất nhiều đời sống cũng như trong sản xuất
nhằm nâng cao năng suất lao động và giảm thiểu tối đa sức lao động của con
người.Một trong những ngành ứng dụng nhiều điện-điện tử nhất là ngành giao thông
vân tải.Ứng dụng được mọi người biết đến nhiều nhất là hệ thống tự đóng ngắt đèn
đường không cần sự tác động của con người.Xuất phát từ thực tiễn trên kết hợp với
những kiến thức chúng em có được trong quá trình học tập tại Trường Đại Học Sư
Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên , chúng em đã chọn đề tài “thiết kế chế tạo mạch khởi động
3 động cơ ” với ứng dụng “khởi động 3 băng truyền “ làm đồ án môn học “Mạch và
thiết bị điện-điện tử”.
Cùng với sự nỗ lực của bản thân nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn nhiều hạn
chế nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, vậy nên chúng em rất mong nhận
được sự giúp đỡ và ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn nhằm phát triển và mở
rộng đề tài .
Hưng Yên, tháng 12 năm 2010
Nhóm sinh viên thực hiện
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
Tuần 1 - Nhận đồ án môn học.
- Tìm hiểu chung về mạch khởi động băng tải.
- Tham khảo ý kiến các sinh viên khóa trên.
Tuần 2,3 - Tham khảo một số mạch.
- Nghiên cứu các thiết bi, linh kiện có lien quan.
Tuần 4,5 - Thiết kế, lựa chọn mạch điện hợp lý.
- Tìm kiếm các linh kiện sử dung trong mạch.
- Vẽ mạch in và làm bo mạch.
Tuần 6,7 - Hoàn thành mạch và chạy thử.
- Hoàn thành bản thuyết trình,giới thiệu nguyên lý và

ứng dụng cuẩ mạch.
- Xin ý kiến GVHD về tiến trình làm việc và những chỉ
dẫn thêm.
Tuần 8 - Hoàn thành sản phẩm và bảo vệ đồ án.
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
I - Đề tài của chúng em là “Thiết kế chế tạo khởi động 3 băng truyền” với yêu cầu là:
• Nhấn nút ON lần 1 thì động cơ 1 chạy.
• Nhấn nút ON lần 2 thì động cơ 1 và 2 chạy.
• Nhấn nút ON lần 3 thì động cơ 1, 2 và 3 chạy.
• Và ngược lại nhấn nút OFF lần 1 tắt động cơ 3
• Nhấn lần 2 tắt động cơ 3 và 2
• Nhấn lần 3 thì tắt hết cả 3 động cơ
• Đảm bảo tính kĩ thuật, mỹ thuật, hoàn thành đúng thời gian quy định
II - Phương pháp thực hiện đề tài.
Dựa vào yêu cầu của đề tài chúng em đã sử dụng các linh kiện : IC 74LS192,
IC7805, 74LS08, 74LS00, 74LS32, 74LS14 và một số kinh kiện khác.
- Hệ thống này được thực hiện bằng cách:
• Sử dụng nút nhấn
• Sử dụng IC 7805để tạo ra điện áp ổn định để cấp cho mạch hoạt động.
• Sử dụng IC 74LS192, 74LS08, 74LS00, 74LS32, 74LS14
CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÍ THUYẾT
I. LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG.
1.1. ĐIỆN TRỞ
1.1.1. 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 thi điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở
là vô cùng lớn
1.1.2. Các loại điện trở.
- Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến
0.5W

- Điện trở công xuất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W.
Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công xuất , điện trở
này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt.
Hình 1.1a - Trở thường
Hình 1.1b - Trở sứ
R1
22R
R 2 1
R
1.1.3. Ký hiệu điện trở
Hình 1.1c) Hình 1.1d)
1.1.4. Đơn vị điện trở ,Cách kiểm tra điện trở
• Đơn vị: Ohm (Ω)
1kΩ = 10
3
Ω
1MΩ = 10
3
kΩ
• Cách đọc trị số điện trở
Hình 1.1e – Thứ tự vòng màu của điệntrở
Điện trở 4 vòng màu :
Vòng a, b chỉ trị số tương ứng với màu.
Vòng c chỉ hệ số nhân.
Vòng d chỉ sai số
Màu thân điện trở Vòng a Vòng b Vòng c Vòng d
Không màu
Bạc nhũ
Vàng nhũ
Đen

Nâu
Đỏ
CamVàng
Lục
Lam
Tím
Xám
Trắng
-
-
-
-
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
-
-
0
1
2
3
4
5

6
7
8
9
-
10
-2
10
-1
1
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
10
9
+20%
+ 10%

+ 5%
-
+ 1%
+ 2%
-
-
+ 0.5%
+ 0.25%
+ 0.1%
-
-
 Kiểm tra bằng mắt thường : nhìn vào màu trên thân điện trở.
 Kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng.
1.1.5. Ứng dụng của điện trở
Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh kiệnquan
trọng không thể thiếu được trong mạch điện,điện trở có những tác dụng sau:
Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp. Ví dụ có một bóng đèn 8V, nhưng
ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 4V
trên điện trở.
Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một điện áp
cho trước.
Hình 1.1g - Cầu phân áp
Ngoài ra điện trở còn có nhiều ứng dụng khác trong các mạch điện hằng ngày.
1.2. BIẾN TRỞ
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,
Hình dạng của biến trở :

C 5
C A P
C 4
C A P N P
Hình 1.2a – Cấu tạo biến trở Hình 1.2b – Biến trở thực tế
Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau:
Hình 1.2c – các loại kí hiệu của biến trở
1.3. TỤ ĐIỆN.
1.3.1.Định nghĩa , Cấu tạo
-Định nghĩa:
Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch
điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín
hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.
- Hình dạng tụ điện:
1.3a – Tụ thực tế
- Ký hiệu tụ điện:
Hình 1.3b – Kí hiệu của tụ điện
-Cấu tạo của tụ điện :
Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách
điện gọi là điện môi
Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi
và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như: tụ giấy,
tụ gốm, tụ hoá.
1.3.2.Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ.
Một tính chất quan trọng của tụ điện là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ tính
chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều.
Tụ điện sẽ phóng điện từ dương cực sang âm cực, nó phóng điện qua tải sau đó về
cực âm của tụ điện. Điện dung của tụ càng lớn thì thời gian tích điện càng lâu
Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị
điện dung, đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ sẽ

bị nổ.
Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì bao giờ người ta cũng
lắp tụ điện có giá trị điện áp Max cao gấp khoảng 1,4 lần.
VD: mạch 12V phải lắp tụ 16V, mạch 24V phải lắp tụ 40V. vv
.1.3.4. Ứng dụng của tụ điện.
Tụ điện được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật điện và điện tử, trong các thiết bị điện
tử, tụ điện là một linh kiện không thể thiếu đươc, mỗi mạch điện tụ đều có
một công dụng nhất định như truyền dẫn tín hiệu,lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao
động .vv
Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng
để truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một
chiều.
Loc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu ( loại bỏ pha âm ) thành điện áp
một chiều bằng phẳng,đó là nguyên lý của các tụ lọc nguồn .
Với điện AC ( xoay chiều ) thì tụ dẫn điện còn với điện DC( một chiều ) thì tụ lại trở
thành tụ lọc .
Tụ giấy và tụ gốm (trị số nhỏ) thường lắp trong các mạch cao tần còn tụ hoá (trị số
lớn) thường lắp trong các mạch âm tần hoăc lọc nguồn điện có tần số thấp
CHƯƠNG III - TÌM HIỂU VỀ CÁC LINH KIỆN CHÍNH TRONG MẠCH,
VAI TRÒ VÀ TÁC DỤNG CỦA CHÚNG.
I – IC 7805 và IC 7812.
1.1.Hinh dạng và cấu tạo.
Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn
áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản. Các loại ổn áp
thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp.
VD: 7805 ổn áp 5V,7812 ổn áp 12V.
Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau.
Hình 1.1 - IC ổn áp 7805
Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân :
• Chân số 1 là chân IN (hình vẽ trên)

• Chân số 2 là chân GND (hình vẽ trên)
• Chân số 3 là chân OUT (hình vẽ trên)
1.2. Một số thông số kĩ thuật
- Dòng cực đại có thể duy trì 1A.
- Dòng đỉnh 2.2A.
- Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W.
- Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W
+ ) Nếu vượt quá ngưỡng 4 ý trên 7805 sẽ bị cháy.
+) Thực tế ta nên chỉ dùng công suất tiêu tán =1/2 giá trị trên. Các giá trị cũng không
nên dùng gần giá trị max của các thông số trên. Tốt nhất nên dùng ≤ 2/3 max. Hơn
nữa các thống số trên áp dụng cho điều kiện chuẩn nhiệt độ 25 độ C.
+) Ta nên hạn chế áp lối vào 7805 để giảm công suất tiêu tán trên tản nhiệt.
IC 7805 còn phụ thuộc vào áp rơi trên nó.
*Một số điểm lưu ý khác:
+) Thực tế áp lối ra có thể đạt giá trị nào đó trong khoảng 4.8 5.2 V. Nên nếu đo
được áp là 4.85V thì ta không vội kết luận là IC bị hỏng.
+) Độ trôi nhiệt của 7805 xấp xỉ: 1mv/1 độ C. Nó có hệ số trôi nhiệt âm, nên nhiệt
độ tăng, điện áp ra sẽ giảm.
VD: Nếu ở 25 độ C, điện áp lối ra là 4.98V, thì rất có thể tại 65 độ, ta đo được thế lỗi
ra cỡ: 4.94 độ C.
+) IC 7805 có bảo vệ chập tải.
II – IC họ 74LS.
2.1- IC 74LS192 đếm thập phân
* sơ đồ
2.2- IC 74LS32 (cổng OR)
Là cổng thực hiện chức năng của phép toán cộng logic, cổng OR có 2 đầu vào và
1 đầu ra có ký hiệu như hình vẽ :
Phương trình logic mô tả hoạt động của cổng OR :
Bảng trạng thái mô tả hoạt động của cổng OR :
Xét trường hợp tổng quát với cổng OR có n đầu vào. Phương trình logic :

Đặc điểm của cổng OR là : tín hiệu đầu ra chỉ bằng 0 khi và chỉ khi tất cả
các đầu vào đều bằng 0, ngược lại tính iệu đầu ra bằng 1 khi chỉ cần có ít
nhất một đầu vào bằng 1.
Sử dụng cổng OR để đóng mở tín hiệu: Xét cổng OR có hai đầu vào x
1, x2.
Nếu
chọn x
1 là đầu vào điều khiển, x2 đầu vào dữ liệu, ta có trường hợp cụ thể
sau đây :
- → Ta nói cổng OR khoá không cho dữ liệu
đi qua
Khi :
→ Cổng OR mở cho dữ liệu vào đầu vào x2

Sử dụng cổng OR để thực hiện chức năng cổng logic khác : Ta sử dụng hai
tổ hợp
giá trị đầu và cuối của bảng trạng thái của cổng OR và nối mạhc cổng OR
như sau :
Cổng OR dóng vai trò cổng đệm. Sơ đồ mạch thực hiện trên hình 3.10 :
Đây là cổng thực hiện phép toán nhân đảo, về sơ đồ logic cổng AND gồm 1
cổng AND mắc nối tầng với 1 cổng NOT, ký hiệu và bảng trạng thái cổng
NAND được cho như sau:
2.3- IC 74LS08 (cổng AND)
Cổng AND là cổng logic thực hiện chức năng của phép toán nhân logic với
2 đầu vào và một đầu ra ký hiệu như hình vẽ:
Phương trình logic mô tả hoạt động của cổng AND:
Bảng trạng thái hoạt động của cổng AND 2 đầu vào:
Từ bảng trạng thái này ta có nhận xét: đầu ra y chỉ bằng 1 (mức logic 1) khi cả hai
đầu vào đều bằng 1, đầu ra y bằng 0 (mức logic 0) khi có một đầu vào bất kỳ
( hoặc ) ở mức logic 0.

Xét trường hợp tổng quát cho cổng AND có n đầu vào x1, x2…xn:
Vậy đặc điểm của cổng AND là: đầu ra y chỉ bằng 1 khi tất cả các đầu vào đều
bằng 1, đầu ra y bằng 0 khi có ít nhất một đầu vào bằng 0.
Sử dụng cổng AND để đóng mở tín hiệu: Xét cổng AND có hai đầu vào x
1 và
x
2. Ta chọn:
−
x
1: đầu vào điều khiển
− x2: đầu vào dữ liệu
Xét các trường hợp cụ thể sau:
- :⇒ bất chấp trạng thái của x
2, ta nói cổng AND khoá
lại không cho
dữ liệu đưa vào đầu vào x2 qua cổng AND đến đầu ra.
Ta nói cổng AND mở cho dữ liệu đưa vào đầu vào x2 qua cổng AND
đến đầu ra.
Sử dụng cổng AND để tạo ra cổng logic khác: Nếu ta sử dụng hai tổ hợp đầu và cuối
trong bảng giá trị của cổng AND và nối cổng AND theo sơ đồ sau:
Thì chúng ta có thể sử cổng AND để tạo ra cổng đệm
Trong thực tế, có thể tận dụng hết các cổng chưa dùng trong IC để thực hiện chức năng
của các cổng logic khác.
2.4- IC 74LS00 (cổng NAND)
Đây là cổng thực hiện phép toán nhân đảo, về sơ đồ logic cổng AND gồm 1 cổng
AND mắc nối tầng với 1 cổng NOT, ký hiệu và bảng trạng thái cổng NAND được cho
như sau:
Phương trình logic mô tả hoạt động của cổng NAND 2 đầu vào:
Vậy, đặc điểm của cổng NAND là : tín hiệu đầu ra chỉ bằng 0 khi tất cả các
đầu vào đều bằng 1, và tín hiệu đầu ra sẽ bằng 1 khi chỉ cần ít nhất 1 đầu vào bằng

0.
Sử dụng cổng NAND để mở tín hiệu: Xét cổng NAND có 2 đầu vào : chọn x
1 là
đầu vào điều khiển, x
2 là đầu vào dữ liệu. Khi :
- →cổng NAND khoá
→
cổng NAND mở cho dữ liệu vào đầu vào x
2 và đến đầu ra.
2.3- IC 74LS14
III -TRANSISTOR C828.
3.1. Hinh dạng.
Hình 3.1 – Hình ảnh Transistor C828.
Tranzitor C828 là loại tranzito nghịch,
3.2.Cấu tạo cơ bản của Trasistor.
Hình dưới mô tả cấu trúc của 2 loại Tramsistor NPN và PNP.
Nồng độ tạp chất của vùng E lớn hơn vùng B và vùng C có nồng độ tạp chất nhỏ
nhất.Vùng nền có kích thước hẹp nhất trong ba vùng bán dẫn kế đến là vùng phát và
vùng thu là rộng nhất.Transistor NPN có đáp ứng tần số cao tốt hơn transistor
PNP.Bây giờ chúng ta chỉ khảo transistor NPN còn transistor PNP cũng tương tự .
3.3.Transistor ở trạng thái chưa phân cực.
Khi pha chất cho (donor) vào thanh bán dẫn tinh khiết ta được chất
bán dẫn loại N.Các điện tử tự do(còn thừa của chất cho)có mức năng lượng
trung bình gần dãi dẫn điện(mức năng lượng Fermi được năng lên).Tượng tự
nếu chất pha tạp là chất nhận(acceptor)thì ta có chất bán dẫn loại P.Các lỗ
trống của chất nhận có mức năng lượng trung bình nằm gần dãi hóa trị
hơn(mức năng lượng fermi được giảm xuống).
Khi nối P-N được xác lập,một rào điện thế sẽ tạo ra tại nối .Các điện tử tử tự
do trong vùng N sẽ khếch tán sang vùng P và ngược lại các lỗ trống từ vùng P sẽ
khếch tán sang vùng N.Kết quả là tại hai bên mối nối,bên vùng N các ion dương

bên vùng P là các ion âm.chúng đã tại ra hàng rào điện thế.
Hiện tượng này cũng thấy ở tại hai mối nối transistor.Quan sát vùng hiếm,ta
thấy ta thấy rằng kích thước của hiếm là một hàm số theo nồng độ chất pha.Nó rộng
ở vùng chất pha nhẹ và hẹp ở vùng chất pha đậm.
3.4.Cơ chế hoạt động của transistor lưỡng cực.
Trong ứng dụng thông thường(khếch đại),nối phát nền phải được phân
cực thuận trong lúc nối thu nền phải được phân cực nghịch
Vì nối phát nền phân cực thuận nền vùng hiếm hẹp lại,nối thu nền
được phân cực nghịch nên vùng hiếm rộng ra.
Nhiều điện tử từ cực âm của nguồn VEE đi vào vùng phát và sang
vùng nền.Như ta đã biết,vùng nền pha tạp chất ít và rất hẹp nên lỗ trống
không nhiều do đó lượng lỗ trống khếch tán sang vùng phát không đáng kể.
Mạch được phân cực như sau:
Do vùng nền hẹp và ít lỗ trống nên có một ít điện tử khếch tán sang vùng phát
tái hợp với lỗ trống của vùng nền.Hầu hết các điện tử tử từ vùng này khếch tán
thẳng qua vùng thu và bị hút về cực dương của nguồn VCC.
Các điện tử tự do vùng phát như vậy tạo nên dòng điện cực phát IE chạy từ cực
phát E.Các điện tử từ vùng thu chạy về cực dương của nguồn VCC tạo ra dòng điện
thu IC chạy vào vùng thu.
Mặt khác,một số ít điện tử là hạt thiểu số của vùng nền chạy về cực.
dương của nguồn VEE tạo nên dòng điện IB rất nhỏ chạy vào cực nền B.
Như vậy, theo định luật kirchoff,dòng điện IE bằng tổng dòng IB và IC.
Ta có:IE =IB+IC
Vì dòng IB rất nhỏ nên có thể coi IE=IC
3.5. Cách lắp Transistor và độ lợi dòng điện.
Khi sử dụng,transistor được ráp theo ba cách căn bản sau:
-ráp theo kiểu cực nền chung(1)
-ráp theo kiểu cực thu chung(2)
-ráp theo kiểu cực phát chung(3)
Trong ba cách ráp trên,cực chung chính là cực được nối mass và dùng

chung cho hai ngõ vào và ngõ ra.
Trong mỗi cách ráp,người ta định nghĩa độ lợi dòng điện một chiều
như sau:
Độ lơi dòng điện kí hiêu là K:
Độ lợi dòng điện của transistor thường được dùng là độ lợi trong cách ráp cực phát
chung và cực nền chung.Độ lợi dong điện trong cách ráp cực phát chung cho bởi:
3.6. Dòng điện rỉ trong transistor
Vì nối thu nền thường được phân cực nghịch nên cũng có
một dòng điện rỉ (bảo hòa ngược) đi qua mối nối như trong trường hợp
diod được phân cực nghịch.Dòng điện rỉ ngược này được kí hiệu là
ICBO,được nhà sản xuất cho biết và được mô tả bằng hình vẽ sau: