đồ án tự động hóa Đề tài nghiên cứu và thiết kế mạch điều khiển đèn chiếu sáng và trạng thái dùng IC4017BC

Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
Mở đầu
Đề tài nghiên cứu và thiết kế mạch điều khiển đèn chiếu sáng và
trạng thái dùng IC4017BC
1. lý do chọn đề tài:
đề tài nghiên cứu và thiết kế mạch điện đếm dùng ic cd4017bc là đề tài
nghiên cứu về kỹ thuật xung cơ bản nhất , nhằm tạo ra một bước ngoặt đầu
tiên cho chúng ta làm quen với môn học kỹ thuật xung đầy lý thú và bổ ích
.Qua đó hiểu biết về ngành kỹ thuật xung số điện tử đang phát triển rất
mạnh mẽ hiện nay và giúp chung ta hiểu biết sáng tạo ra nhưng thành quả
áp dụng thực tiến hiện nay: Bảng quảng cáo, áp phíc, mạch điện tử lớn
hơn
Như chúng ta đã biết, nền khoa học kỹ thuật phát triển gắn liền với sự
phát triển của nhân loại
Xưa kia con người chỉ biết lao động sáng tạo ra những vật liệu và những
công cụ lao động rất thô sơ. Thời gian phát triển tích luỹ kinh nghiệm cùng
với sự tìm tòi sáng tạo, con người đã sáng tạo những công cụ lao động hiện
đại hơn thay hẳn sức lao động của con người (các thiết bị bằng kim loại rồi
các thiết bị máy móc hiện đại ), làm cho năng suất lao động tăng cao hơn
rất nhiều. Không chỉ dừng lại ở những thành quả đó, con người tiếp tục tìm
tòi sáng tạo ra nhiều cái mới để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt vui chơi
giải trí cho bản thân mình .Những thành tựu của thế kỷ 21 ngày nay là kết
quả của sự không ngừng tìm tòi sáng tạo đó.
Những thành tựu đó phải nói đến các ngành khoa học kỹ thuật, nó là ngành
mũi nhọn của mỗi quốc gia, trong các ngành KHKT phát triển hiện
nay:CNTT, Y Học, phải nói đến ngành KT Điện Tử, là ngành quan
trọng đóng vai trò tất yếu trong tất cả các ngành CNTT , TTLL, Quân sự
và các ngành chế tạo
Kỹ thuật Xung số là một trong những lĩnh vực rất phát triển hiện nay
của ngành KT Điện Tử .
Kỹ thuật là môn học kỹ thuật cơ sở của ngành điện tử và điện tử công

nghiệp , trong các trường ĐH,CĐ, Trung Học chuyên nghiệp , có vị trí khá
quan trọng trong toàn bộ chương trình học của học sinh sinh viên của các
ngành học nói trên .
2
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
2. Mục đích và nhiệm vụ :
Mục đích của đề tài là đề xuất một mô hình thích hợp cho ứng dụng
mạch điện cơ bản trong nghiên cứu kỹ thuật xung số phục vụ đào tạo cho
các khoá học tiếp theo và nghiên cứu cao hơn về ngành kỹ thuật xung số
này cũng như tìm tòi sáng tạo nghiên cứu khoa học về ngành KT Xung số.
Để đạt được mục đích trên , đề tài chỉ ra những nhiệm vụ sau:
1.Tìm hiểu về một số linh kiện điện tử cơ bản.
2.Xây dựng, thiết kế, tính toán,lắp ráp mô hình mạch điện .
3.Thử nghiệm mô hình và đề suất các nghiên cứu tiếp theo.
3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các tài liệu đã được giảng dạy, từ các
ý tưởng thực tế , linh kiện thiết bị có sẵn.
Phạm vi nghiên cứu được giới hạn nghiên cứu mô hình mạch điện kích
đếm dùng IC CD4017BC trong kỹ thuật xung số cơ bản.
4.Cơ sở tài liệu và trang thiết bị :
Đề tài đã sử dụng :
a.Các tài liệu do nhóm thu thập từ những tài liệu giảng dạy trong quá
trình học tập cùng với những tài liệu tham khảo thu thập bên ngoài.
b.Các thiết bị :
-các linh kiện điện tử.
-Mỏ hàn , đồng hồ đo , và các vật liệu cần thiết trong
quá trình lắp ráp và tạo ý tưởng.
5. Phương pháp nghiên cứu:
+ý tưởng thiết kế mạch điện kích đếm dùng IC CD4017BC dựng trên
mô hình thực tiễn là một hộp quảng cáo nháy sáng những hàng chữ đã

thiết kế.
+Tính toán thiết kế chính xác thời gian, chu kỳ, tần số của mạch điện.
+Sử dụng linh kiện phù hợp với những tính toán thiết kế trên của mạch
điện.
6. Luận điểm bảo vệ:
Mô hình của đề tài phân thành 3 cấp:
3
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
+ở cấp độ nhỏ: Nghiên cứu thiết kế mạch dao động định thì dùng IC
NE555.
+ở cấp độ trung bình : Nghiên cứu tiết kế mạch kích đếm dùng IC
CD4017BC.
+ở cấp độ lớn : Nghiên cứu tiết kế mạch kích đếm dùng IC
CD4017BC với các đèn công suất lớn điều khiển ánh sáng những dòng
chữ trong hộp quảng cáo.
7. Bố cục của đề tài:
Đề tài gồm các trang , hình, bảng, tài liệu tham khảo & phụ lục.Các phần
và các chương của đề tài được sắp xếp như sau:
+Mở đầu.
+Chương 1: Linh kiện điện tử cơ bản.
+Chương 2: Thiết kế mạch điện , lắp ráp , phân tích mạch điện.
+Chương 3: ứng dụng mô hình vào thực tiến.
+Kết quả và những diễn biến trong quá trình lắp ráp,bài học kinh
nghiệm
+Kết luận và kiến nghị .
4
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
Chương 1:
Linh kiện điện tử cơ bản
Để có thể nắm vững về kiến thức điện tử cơ bản : về cấu tạo và nguyên lý

làm việc của các linh kiện điện tử nhằm mục đích tính toán thiết kế mạch
phục vụ đề tài nghiên cứu .Ta sẽ tìm hiểu về một số linh kiện điện tử sau:
i . điện trở
1 : Điện trở than:

Là loại điện trở sử dụng nhiều nhất trong các mạch điện. Điện trở than
là hỗn hợp của bột than và các chất khác , tuỳ tỷ lệ pha trộn mà điện trở
có trị số lớn hay nhỏ. Bên ngoài điện trở được bọc bằng một lớp cách
điện . Trị số điện trở được ghi bằng các vòng màu theo quy ước của Hoa
Kỳ nên còn được gọi là điện trở Hoa Kỳ
Hình dáng của điện trở than và các vòng màu như sau :




5
Vòng 1
Vòng 3

Vòng 2

M u n nà ề
Vòng 4
Hình dáng i n trđ ệ ở
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
bảng quy ước màu sắc điện trở hoa kỳ
Màu
Vòng số một Vòng thứ haiVòng thứ ba Vòng số 4
(Số thứ nhất ) (Số thứ hai) (Số bội ) (Sai số )
Đen 0 0 x 10
0
Nâu 1 1 x 10
1
± 1%
Đỏ 2 2 x 10
2
± 2%
Cam 3 3 x 10
3
Vàng 4 4 x 10
4
Xanh lá 5 5 x 10
5
Xanh dương6 6 x 10
6
Tím 7 7 x 10
7
Xám 8 8 x 10
8
Trắng 9 9 x 10

9
Vàng kim x 10
-1
± 5%
Bạc x 10
-2
± 10 %
Trường hợp đặc biệt nếu không có vòng số 4(loại điện trở có ba vòng màu)
thì sai số là ± 20%.
Hiện nay người ta đã có thể chế tạo các loại điện trở than có năm vạch
màu, đây là loại điện trở có độ chính xác cao hơn , lúc đó các vòng màu có
ý nghĩa như sau :
6
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
7
1 2 3 4 5
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
0
%
%

Điện trở có năm vòng
- Vòng 1: Số thứ nhất
- Vòng 2: Số thứ hai
- Vòng 3: Số thứ ba
- Vòng 4: Số bội
- Vòng 5: Sai số
2: Điện trở công suất
Công suất của điện trở là trị số chỉ công suất tiêu tán tối đa của nó,
nếu dòng điện đi qua điện trở cho ra công suất lớn hơn trị số này thì

điện trở sẽ bị cháy.
Công suất của điện trở thay đổi theo kích thước lớn hay nhỏ với trị số
gần đúng như sau :
- Công suất 1/4w có chiều dài khoảng 0,7 cm
- Công suất 1/2Wcó chiều dài khoảng 1 cm
- Công suất 1W có chiều dài khoảng 1,2 cm
- Công suất 2W có chiều dài khoảng 1,6 cm
- Công suất 4 W có chiều dài khoảng 2,4 cm
Những điện trở công suất lớn hơn thường là những điện trở dây quấn
3: Biến trở (Variable Resistor, viết tắt là VR)
Biến trở_ hay còn được gọi là chiết áp_được cấu tạo gồm một điện
trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung, góc quay 270
0
. Có một
trục xoay ở giữa nối với một con trượt được làm bằng than (cho biến trở
dây quấn ) hay làm bằng kim loại có biến trở than, con trượt sẽ ép lên
mặt điện trở để tạo kiểu nối tiếp xúc làm thay đổi trị số điện trở khi xoay
trục.
Hình dáng của biến trở con trượt


Đặc tính của biến trở
Góc quay
8
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
100%
Logarit
50%

Điện trở

II. Tụ điện ( Capacitor_C_)
1. Cấu tạo của tụ điện :
Tụ điện là một loại linh kiện thụ động, tụ điện bao gồm có hai bản cực
làm bằng chất dẫn điện đặt song song nhau, ở giữa là một lớp cách điện
gọi là điện môi. Chất cách điện thông dụng để làm điện môi trong tụ điện
là : Giâý, dầu , mica , gốm , không khí
Chất cách điện được lấy làm tên gọi cho tụ điện : Ví dụ tụ gốm , tụ
mi ca
2 : Đặc tính của tụ điện với dòng điện một chiều
Giữa hai bản cực của tụ điện là lớp cách điện nên không có dòng
điện đi qua tụ điện. Do I=0 nên
I
U
R =
=vô cùng . Như vậy tụ điện có sức
cản là vô cực Ohm đối với dòng một chiều .
Tuy mhiên khi khảo sát hiện tượng tĩnh điện lúc tụ điện được nối vào
nguồn DC, người ta nhận thấy :
- Điện tích âm ở cực âm của nguồn sẽ tích tụ ở bản cực bên dưới.
- Điện tích dương ở nguồn sẽ tích tụ ở bản cực bên .
Hiện tượng này được gọi là tụ nạp điện.
3 Đặc tính của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều
Theo công thức:
T
Q
I =
suy ra Q=I.t
Đối với tụ điện , điện tích nạp được tính theo công thức :
Q=C.u
Suy ra :

C.U=I.t suy ra
C
U
1
=
I.t
9
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
Điện áp nạp được trên tụ là sự tích tụ của dòng điện nạp vào tụ theo thời
gian t (ý nghĩa trong toán học là tích phân ).
Đối với dòng điện xoay chiều hình sin , trị số tức thời của điện áp là :
u(t)=U
m
.sin
ω
t
Hệ thức liên hệ giữa dòng điện i(t)và điện áp u
c
là:
u(t)=
dt
dq
=CU
m

ω
.cos
ω
t (gọi I
m

=CU
m

ω
)
Linh kiện điện tử
Suy ra : i(t)=I
m
.sin






+
2
π
ω
t

Như vậy , dòng điện i(t) trên tụ cũng là một trị số thay đổi theo dòng
điện xoay chiều hình sin.
a . Biên độ cực đại
Điện áp tức thời của dòng điện xoay chiều hình sin được biểu diễn theo
công thức :
u(t)=U
m
sin
ω

t và i(t)=I
m
.sin






+
2
π
ω
t
So sánh biểu thức u(t) với biểu thức tính điện áp trên tụ ta có :
U
m
=
C
ω
Im
=
fC
π
2
Im
(C=2
π
f)
Đây là điện áp cực đại nạp được trên tụ .

b. Sức cản của tụ điện đối với AC
Định luật Ohm áp dụng trên điện trở cho ta công thức :
R=
I
U
áp dụng công thức trên tụ điện đối với dòng xoay chiều ta có :
U
m
=
CC
Im

⇒

CC
Um 1
Im
=
So sánh hai trường hợp ta thấy
CC
1
có ý nghĩa như là điện trở , đối với tụ
điện gọi là dung kháng ký hiệu là X
c
Ta có :
X
c
=
fCCC
π

2
11
=
X
c
: dung kháng (
Ω
)
f : tần số (Hz)
C: điện dung(F)
Dung kháng X
c
của tụ điện tỉ lệ nghịch với tần số f và điện dung C.
10
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
Dung kháng cũng có đơn vi tính là Ohm giống như điện trở.
III . Diod
1.DIOD bãn dẫn:
1.1.Cấu tạo:
Khi chất bán dẫn đang trung hoà về điện mà vùng bán dẫn N bị mất
electron ( qua mắt nối sang vùng P) thì vùng bán dẫn N gần mối nối trở
thành có điện tích dương (ion dương), vùng bán dẫn P nhận thêm electron
( từ vùng N sang) thì vùng bán dẫn P gần mối nối trở thanh có điện tích âm
(ion âm). hiện tượng này tiếp diễn tới khi điện tích âm của vùng P đủ lớn
đẩy electron không cho electrron từ vùng N sang P nữa.
sự chênh lệch điện tích ở hai bên mối nối như trên gọi là hàng rào điện áp.
diod bán dẫn có cấu tạo và kí hiệu như hình dưới :
Mỗi nối
P N
Lỗ trống P N electron

_ +
P N
1.2. Nguyên lý vận chuyển của diod :
a . phân cực ngược diod:
dùng một nguồn điện nối cực âm của nguồn vào chân P và cực
dương của nguồn vào chân N của diod. lúc đó, điện tích âm của nguồn sẽ
hút lỗ trống của vùng P và điện tích dương của nguồn sẽ hút electron của
vùng N làm cho lỗ trống và electron hai bên mối nối càng xa nhau hơn nên
hiện tượng tái hợp giữa electron và lỗ trống càng khó khăn. tuy nhiên
trường hợp này vẫn có một dòng điện rất nhỏ đi qua diod từ vùng N sang
vùng P gọi là dòng điện rỉ trị số khoảng µA.
dòng điện rỉ còn gọi là dòng điện boã hoà nghịch I
S
(saturate: bão hoà).
dòng điện rỉ có trị rất nhỏ nên trong nhiều trường hợp người ta coi như
diod không dẫn điện khi được phân cực ngược.
P N I
S
rất nhỏ
11
H ng r o i n ápà à đ ệ
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
P N
b. Phân cực thuận diod
Dùng một nguồn điện DC nối cực dương của nguồn vào chân P và cực
âm của nguồn vào chân N của diod sẽ đẩy lỗ trống trong vùng P và điện
tích âm của nguồn sẽ đẩy trong vùng N làm cho electron và lỗ trống lại
gần mối nối hơn và khi lực đẩy tĩnh điện đủ lớn thì electron từ N sẽ sang
mối nối qua P tái hợp với lỗ trống .

Khi vùng N mất electron trở thành mang điện tích dương thì vùng N sẽ
kéo điện thích âm từ cực âm của nguồn lên thế chỗ, khi vùng P nhận
electron trở thành mang điện tích âm thì cực dương của nguồn sẽ kéo điện
tích âm từ vùng P về. như vậy, đã có một dòng electron chạy liên tục từ
cực âm của nguồn qua diod từ N sang P về cực dương của nguồn, nói cách
khác, có dòng điện đi qua diod theo chiều từ P sang N.
1.3.Đặc tính kỹ thuật:
Trên mạch thí nghiêm như hình, người ta đo dòng điện I
D
qua diod và
điện áp V
D
trên hai chân P và N của diod.
đầu tiên phân cực thuận diod rồi tăng điện áp V
DC
từ 0V lên và khi trên
diod đạt trị số điện áp là V
D
=V
γ
thì mới bắt đầu có dòng điện qua diod.
V
D
V
D
12
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
V
D
I

D
R
L
V
DC
I
S
R
L
điện áp V
γ
gọi là điện áp thềm hay điện áp ngưỡng và có trị số tuỳ thuộc
chất bán dẫn.
thực nghiệm cho biết:
V

γ
=0,5V ÷ 0,6V; V
Dmax
=0,8V ÷ 0,9V (chất Si).
V
γ
=0,15V ÷ 0,2V; V
Dmax
=0,4V ÷ 0,5 V (chất Ge).
một số tài liệu kĩ thuật ghi là: V
γ
= 0,6V(Si)và V
γ
= 0,2 (Ge) nhưng thực

tế thì khi V
D
nhỏ hơn 0,5 V (Si) hay 0,15V (Ge) là đã có dòng điện đi qua
diod. sau khi vượt qua điện áp thềm V
γ
thì dòng điện qua diod sẽ tăng lên
theo hàm số mũ và được tính theo công thức:
Khi phân cực thuận:V
D
> V
γ

thì e
Vd /26 mV
>> 1n nên
I
D
= I
S
.e
Vd / 26 mV
Khi phân cực ngược: V
D
< 0V thì e
Vd /26 mV
<<1 nên
I
D
≈ I
S

(I
S
: dòng điện bão hoà nghịch)
khi phân cực ngược diod rồi tăng điện áp V
DC
từ 0V lên theo trị số âm chỉ
có dòng điện rỉ ( hay dòng điện bão hoà nghịch) I
S
có trị số rất nhỏ đi qua
diod. nếu tăng cao mức điện áp nghịch đến một trị số khá cao dòng điện
13
Id
Vd
Vy
Is
Vr max
Vd max
®Æc tÝnh v«n - am pe diod
I
D
= I
S
.(e
(q.Vd)/K.T
–
1)
<=>
I
D
= I

S
.(e
(Vd / 26mV)
–
1)
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
qua diod tăng lên rất lớn sẽ làm hư diod. lúc đó, nhiều electron ở vùng
xung quanh mối nối bị bứt ra, đập vào các electron lân cận tạo hiện tượng
thác đổ làm tăng mạnh dòng điện qua diod.
điện áp ngược đủ để tạo dòng điện ngược lớn qua diod phải lớn hơn trị số
V
Gmax
(reverse: ngược ). lúc đó, diod sẽ bị đánh thủng nên V
Rmax
còn gọi là
điện áp đánh thủng của diod. khi sử dụng diod phải đặc biệt chú ý đến trị
số này.
ngoài ra diod còn một thông số kĩ thuật quan trọng khác đó là I
Fmax

(forward: thuận) là dòng điện thuận cực đại. Khi dẫn điện, diod bị đốt
nóng bởi công thức P=I
D
. V
D
. nếu dòng I
D
>trị số I
Fmax
thì diod sẽ bị hư do

quá nhiệt .
Như vậy , một diod có các thông số kỹ thuật cần biết khi sử dụng là :
- chất bán dẫn chế tạo để có V
γ
và V
Dmax
.
- Dòng điện thuận cực đại I
Fmax
- Dòng điện bão hoà nghịch I
S
- Điện ấp nghịch cực đại V
Rmax
Bảng tra cứu các diod nắn điện thông dụng :
Mã số Chất I
Fmax
I
S
V
Rmax
1N4004 Si 1A
5µF
500V
1N4007 Si 1A
5µF
1000V
1N5408 Si 3A
5µF
1000V
2. quang diod:

2.1. cấu tạo – nguyên lý:
quang diod có cấu tạo bán dẫn giống như diod thường nhưng đặt
trong vỏ cách điện có một mặt là nhựa hay thuỷ tinh trong suốt để nhận
ánh sáng bên ngoài chiếu vào mối nối P – N của diod, có loại dùng thấu
kính hội tụ để tập trung ánh sáng.
đối với diod khi phân cực thuận thì dòng điện thuận qua diod lớn do
dòng hạt tải đa số di chuyển, khi phân cực nghịch thì dòng điện nghịch
qua diod rất nhỏ do dòng hạt tải thiểu số di chuyển.
qua kinh nghiệm cho thấy khi phôtôn diod được phân cực thuận thì hai
trường hợp mối nối P-N được chiếu sáng thì dòng điện nghịch tăng lên
lớn hơn nhiều lần so với khi bị che tối. do nguyên lý trên quang diod
14
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
được sử dụng ở trạng thái ngược trong các mạch điều khiển theo ánh
sáng.
2.2 . kí hiệu – hình dáng mặt nhận ánh sáng


2.3 . đặc tính:
quang diod có đặc tính:
- tuyến tính
- ít nhiễu
- giải tần số rộng
- tuổi thọ dài
hình dưới là đặc tuyến cho thấy sự thay đổi của dòng điện ngượcI
R

của quang diod theo độ chiếu sáng.
do hiệu ứng quang điện diod cho ra một điện áp khi chiếu sáng. do đó nó
có thể làm việc mà không cần một điện áp bên ngoài. tuy nhiên nếu có một

điện áp ngược đặt vào quang diod thì dòng điện nghịch sẽ lớn hơn và sự
tuyến tính sẽ tốt hơn.
các thông số kĩ thuật của một phôtôn diod với trị số điển hình như sau:
- công suất tiêu tán cực đại: P
max
= 50mw
- dòng diện ngược khi tối: I
R
= 2µA (0 Lux)
- dòng điện ngược khi sáng: I
R
= 7µA (100 Lux)
- độ nhạy: S = 7nA/ Lux
- điện dung ký sinh: C
D
= 400pF
- tần số làm việc cực đại: f = 1MHz
I
R
+V
cc
10 v
5 v 470kΩ
` -
1 v 33kΩ +
15
Ký hi uệ
Hình
dáng
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế

V
R
= 0 v LE
100kΩ
Lux 2,2kΩ
2.4 . ứng dụng:
trong mạch điện hình trên khi quang diod bị che tối transistor không
được phân cực nên ngưng dẫn , OP – AMP có điện áp ngõ trừ (V
-
i
) lớn
hơn điện áp ngõ cộng V
i
+
) nên ngõ ra có V
0
= 0V. ngược lại khi quang
diod được chiếu sáng thì transistor được phân cực nên dẫn điện, OP –
AMP có V
+
i
>V
-
i
nên ngõ ra V
0
= + V
CC
và LED sáng.
3.Các mạch nguồn chỉnh lưu

3.1.Mạch nắn điện bằng diod :
a.mạch nắn điện bán kỳ một pha :
điện áp ngõ vào Vi có giá trị hiệu dụng là VAC . do mạch nắn điện bán kỳ
nên điện áp ngõ ra là những bán kỳ dương giãn đoạn :
A D
1
V
i
=V
AC
I
L
V
o
B
hình 1
điện áp một chiều trung bình ở ngõ ra:
Vo =
Π
Vp
=0,318 Vp
Vo=
Π
2
Vac=0,45Vac
hình trên là sơ đồ mạch và dạng sóng ở ngõ vào , ngõ ra của mạch nắn
điện bán kỳ. Trong mạch này tải thuần trở và không có mạch lọc điện.
Diod D được chon sao cho các thông số giới hạn là:
Imax>= 4 I
L

VP max >= 2 2 . VAC
b. mạch nắn điện toàn kỳ một pha:
mạch nắn điện toàn kỳ một pha dùng cầu diod D1 đến D4 như sơ đồ hình
2:
A
D
4
D
1
16
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
V
AC
D
3
D
2
R
L
b V
0
khi điểm A có bán kỳ dương so với điểm B thì diod D1 dẫn điện qua
tải R rồi trở về nguồn qua diod D3 ( dòng điện có đường liền nét). Khi
điểm B có bán kỳ dương so với điểm A thì diod D2 dẫn điện qua tải R rồi
trở về nguồn qua diod D4 ( dòng điện có đường nét rời) như vậy 4 diod
chia ra 2 cặp D1- D3 và D2- D4 luân phiên nhau dẫn điện nên điện áp ngõ
ra là những bán kỳ dương liên tục.
điện áp trung bình một chiều ở ngõ ra là:
Vo =
Π

2
Vp =0,63 Vp
Vo =
2
.
Π
2
Vac = 0,9 Vac
do các diod luân phiên nhau dẫn điện cấp dòng qua tải nên các diod
được chon có các thông số giới hạn là:
I
Dmax
≥ 2.I
L
V
Rmax
≥ 2.
2
.V
AC
4.Các nguồn ổn áp:
1.nguyên tắc ổn áp.
17
Ph n t ầ ử
i u khi nđề ể
T o i n ạ đệ
áp chu nẩ
L y i n ấ đệ
áp m uẫ
Khu ch i ế đạ

sai bi tệ
V
0
=H ng sằ ốV
i
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
Sơ đồ hình trên là sơ đò chức năng cho thấy nguyên tắc của các mạch ổn
áp trong đó các khối chức năng sau:
a.mạch tạo ổn áp chuẩn:
Lấy điện áp từ nguồn chung ra một mức điện áp không đổi ,điện áp này
gọi là điện áp chuẩn V
R
(Reference) .Điện áp chuẩn V
R
chính là cơ sở
cho việc ổn áp, điện áp ra V
0
sẽ bị điều khiển trực tiếp bởi điện áp
chuẩn.
b.Mạch lấy điện áp mẫu:
Là mạch lấy điện áp ở ngõ ra đổi thành mức điện áp bằng hay gần
bằng mức điện áp chuẩn, mức điện áp này gọi là mức điện áp mẫuV
S

(Sample) hay còn được gọi là điện áp hồi tiếp V
F
khi ngõ ra có điện áp
bị thay đổi sẽ làm cho điện áp hồi tiếp nhỏ hơn hay lớn hơn điện áp
chuẩn V
R

c. Mạch khuếch đại sai biệt :(Error Amplifier)
Mạch khuếch đại sai biệt còn được gọi là mạch khuếch đại so sánh mức
điện áp mẫu V
S
với điện áp chuẩn V
R
.Điện áp ra sau mạch khuếch đại
sai biệt dùng để thay đổi trạng thái dẫn điện của phần tử điều khiển.
d. Phần tử điều khiển:
Phần tử điều khiển thường là linh kiện điện tử công suất coi như một
tổng trở có giá trị tuỳ thuộc ngõ ra của mạch khuếch đại sai biệt .Tuỳ thuộc
cách thiết kế phần tử điều khiển mà mạch ổn áp được chia ra các loạinhư
hình dưới:
Trong mạch ổn áp nối tiếp phần tử điều khiển R
S
được mắc nối tiếp với
điện trở tải R
L
. Lúc này điện áp ra V
0
:
V
0
= V
i
– (I
L
. R
S
)

theo công thức này để có V
0
ổn định thì V
i
tăng mạnh phải điều khiển làm
cho R
S
tăng và ngược lại .
Trong mạch ổn áp song song phần tử điều khiển R
S
được mắc song song
với điện trở R
L
.Khi đó điện áp ra V
0
được tính theo công thức :
V
0
=V
0
– (I
L
+ I
S
). R (I
S
=V
0
/R
S

)
Theo công thức này để có V
0
ổn định thì V
i
tăng mạnh phải điều khiển làm
cho I
S
tăng tức là R
S
giảm và ngược lại .
18
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
Trong mạch ổn áp xung phần tử điều khiển chính là công tắc S được điều
khiển đóng hay ngắt nhờ mạch dao động tạo xung .Khi công tắc S đóng thì
điện áp ra V
0
=V
i
, khi công tắc S hở thì V
0
=0 . Thời gian công tắc đóng lại
là t
on
, thời gian công tắc hở là t
off
. Như vậy điện áp sẽ có mức trung bình
là:
V
0

=V
i
. t
on
/( t
on
+ t
off
)
Theo công thức này để có V
0
ổn định thì khi V
i
tăng mạch phải điều khiển
làm cho giảm thời gian t
on
tức là tăng t
off
và ngược lại.
a. ổn áp nối tiếp (Hình 1)
b. ổn áp song song (Hình 2)
c. ổn áp xung (Hình 3)

V
0
R
S
V
i
I

L
R
L


5.IC ổn áp ba chân:
19
I
L
n áp n i ti pổ ố ế
I
S
R
S
I
I
L
R
L
V
0
R
V
i
n áp song songổ
V
i
S
R
D

C
R
L
n áp xungổ
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
Hiện nay người ta chế tạo được các IC ổn áp ba chân rất tiện lợi cho
việc thiết kế các bộn nguồn ổn áp có công suất nhỏ vì chỉ dùng ít linh kiện
bên ngoài.

5.1.IC ổn áp ba chân họ 78XX và 79XX:
IC họ 78XX là IC ổn áp nguồn dương , IC họ 79XX là IC ổn áp nguồn
âm. Hai số sau ghi là XX chỉ điện áp ra được ổn định .
Thí dụ :7812 : Là IC ổn áp nguồn dương V
0
=+12 v
7912 : Là IC ổn áp nguồn âm V
0
=-12 v
Tuỳ theo khả năng cung cấp dòng điện của IC ổn áp người ta ghi thêm một
mẫu tự sau họ 78 hay họ 79 để chỉ dòng điện ra danh định .
Thí dụ: IC 78Lxx : có dòng ra định danh là 100mA
IC 78xx :có dòng ra định danh là 1mA
IC 78Mxx : có dòng ra định danh là 500mA
IC 78Txx : có dòng ra định danh là 3mA
IC 78Hxx : có dòng ra định danh là 5mA
Loại IC ổn áp khác tương ứng với họ 78 và 79 :
• Họ LM 340xx tương ứng với 78XX
• Họ LM 320xx tương ứng với 79XX
5.2.Các dạng vỏ IC ổn áp:
20

1.Input
2.GND
3.Output
1 2 3
TO-220AB
1.Input
2.Output
3.GND
1 2 3
TO-39
Các chân ra c a h 78ủ ọ
1.GND
2.Output
3.Input
1 2 3
4
TO-39
1.GND
2. Input
3.Output
1 2 3
4
TO-220AB
Các chân ra c a h 79ủ ọ
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
5.3. Mạch ổn áp âm và mạch ổn áp dương:
Mạch ổn áp dùng IC 3 chân có sơ đồ như hình dưới:
5.4. IC ổn áp ba chân điều chỉnh được:
21
R

+V
0
IM78XX
IM79XX
M ch n áp d ngạ ổ ươ M ch n áp âmạ ổ
v
i
-v
i
.33 .1 .33 .1
R
-V
0
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
R
1
Hiện nay người ta còn chế tạp ra ổn áp 3 chân có thể điều chỉnh được
điện áp ra bằng mạch điều chỉnh đặt bên ngoài IC rất tiện dụng, khả năng
điều chỉnh điện áp ở ngõ ra của các loại IC này từ 1,2 đến 25 V.
Loại IC ổn áp dương có LM117 \ 217 \ 317
Loại IC ổn áp âm có LM 137 \ 237 \ 337
Mạch điện trên là mạch ứng dụng của IC ổn áp dương điều chỉnh được.
Yêu cầu :
V
0
= 1,2 v ÷ 25 v
V
i
≥ 28 v
Dòng điện điều chỉnh I

adj
có trị số rất nhỏ khoảng 50µA đến 100µA.
Điện áp ra thay đổi được sẽ được tính theo công thức :
V
0
=1,25 v.
IV.transistor cấu tạo và nguyên lý
22
R
1
IM 117
V
i
+ V
0
I
1
220Ω
.33µ .1µA
R
2
5kΩ
I
IC n áp i u ch nhổ đề ỉ
R
1
+ R
2
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
1. cấu tạo của transistor

transistor là từ ghép của hai từ tranfer + resistor được dịch là điện
chuyển” . transistor là linh kiện bán dẫn gồm 3 lớp bán dẫn tiếp giáp nhau
tạo thành 2 mối nối P-N .
tuỳ theo cách sắp xếp thứ tự các vùng bán dẫn người ta chế tạo hai loại
transistor là transistor PNP và NPN.
cực phát E (emiter)
Cực nền B (base )
cực thu C (collector)
ba vùng bán dẫn được nối ra ba chân gọi là cực phát E cực nền B và cực
thu C (hình trên) cực phát E và cực thu C tuy cùng chất bán dẫn nhưng do
kích thước và nồng độ pha tạp chất khác nhau nên không thể hoán đổi
nhau được.
để phân biệt với các loại transistor khác, loại transistor PNP và NPN
còn được gọi là transistor lưỡng nối viết tắt là BJT (bipolar Junction
transistor).
2. NGUYÊN Lý VậN CHUYểN CủA transistor
xét transistor loại NPN.
a. thí nghiệm 1.
cực E nối vào cực âm cực C nối vào cực dương của nguồn D C, cực
B để hở (hình dưới) trường hợp này e trong vùng bán dẫn N của cực E
và C, do tác dụng của lực tĩnh điện sẽ bị di chuyển theo hướng từ cực E
về cực C. Do cực B để hở nên e từ vùng bán dẫn N của cực E sẽ không
thể sang vùng bán dẫn P của cực nền B nên không có hiện tượng tái hợp
giưã e và lỗ trống và do đó không có dòng điện qua transistor.
23
e
p
n
p
b

c
e
b
p
n
n
c
cÊu t¹o cña transistor npn-pnp
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
b. thí nghiệm 2.
mạch thí nghiệm giống như mạch thí nghiệm 1 nhưng nối cực B vào
một điện áp dương sao cho:
V
B
> V
E
và V
B
<V
C
(hình dưới)
trường hợp này hai vùng bán dẫn P và N của cực B và E giống như
một diod (gọi là diod BE) được phân cực thuận nên dẫn điện, electron
từ vùng bán dẫn N của cực E sẽ sang vùng bán dẫn P của cực B để tái
hợp với lỗ trống. khi đó vùng bán dẫn P của cực B nhận thêm electron
nên có điện tích âm.
cực B nối vào điện áp dương của nguồn nên sẽ hút một số e trong
vùng bán dẫn P xuống tạo thành dòng điện I
B
. cực C nối vào điện áp

dương cao hơn nên hút hầu hết electron trong vùng bán dẫn P sang vùng
bán dẫn N của cực C tạo thành dòng điện I
C
. cực E nối vào nguồn điện
áp âm nên khi bán dẫn N bị mất electron sẽ bị hút electron từ nguồn âm
lên thế chỗ tạo thành dòng điện I
E
.
hình mũi tên trong transistor chỉ chiều dòng e di chuyển, dòng điện
quy ước chạy ngược dòng electrron nên dòng điện I
B
và I
C
đi từ ngoài
vào transistor, dòng điện I
E
đi từ transistor ra.
số lượng electron bị hút từ cực E đều chạy sang cực B và cực C nên
dòng điện I
B
và I
C
đều chạy sang cực E.
ta có:
24
I
E
=I
B
+I

C
e
n
p
n
c
b
transistor npn
e
n
p n
c
Ic
Ib
b
Ie
6.2
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
c. trạng thái phân cực cho hai mối nối
về cấu tạo transistor NPN được xem như hai diod ghép ngược ( hình
dưới). transistor sẽ dẫn điện khi được cung cấp điện áp các cực như thí
nghiệm 2 (hình trên). lúc đó, diod BE được phân cực thuận và diod D C
được phân cực ngược .
Xét transistor loại PNP:
a. thí nghiệm 3:
E C
B
Đối với transistor PNP thì điện áp nối vào các chân ngược lại với
transistor NPN . Hạt tải di chuyển trong transistor NPN là electron xuất
phát từ cực E , trong khi đối với transistor PNP thì hạt tải di chuyển là

lỗ trống xuất phát từ E.
Theo hình trên , transistor PNP có cực E nối vào cực dương , cực C
nối vào cực âm của nguồn DC, cực B để hở .
Trường hợp này lỗ trống trong vùng bán dẫn P của cực E và C, do
tác dụng của lực tĩnh điện, sẽ di chuyển theo hướng từ cực E về cực C.
Do cực B để hở nên lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sẽ không thể
sang vùng bán dẫn N của cực B nên không có hiện tượng tái hợp giữa lỗ
trống và electron, do đó không có dòng điện qua transistor.
b. thí nghiệm 4:
25
p
n
n
c
e
b
ph©n cùc thuËn
ph©n cùc nguîc
P N P
Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bcế ế ạ Đ ề ể Đ ế
Mạch thí nghiệm giống thí nghiệm 3 nhưng nối cực B vào một điện
áp âm sao cho :
V
B
<V
E
và V
B
>V
C

(hình dưới).
Trong trường hợp này vùng bán dẫn B và N của cực E và Bgiống
như diod(gọi là diod BE) được phân cực thuận nên dẫn điện , lỗ trống từ
vùng bán dẫn P của cực E sẽ sang vùng bán dẫn N của cực B để tái hợp
với e . Khi vùng bán dẫn N của cực B có thêm lỗ trống nên có điện tích
dương . Cực B nối vào điện áp âm của nguồn nên sẽ hút một số lỗ trống
của vùng bán dẫn N xuống tạo thành dòng điện I
B
. Cực C nối vào điện
áp âm cao hơn nên hút hầu hết lỗ trống trong vùng bán dẫn N sang vùng
bán dẫn P của cực C tạo thành dòng điện I
C
. Cực E nối vào nguồn điện
áp dương nên khi vùng bán dẫn P bị mất lỗ trống sẽ hút lỗ trống từ
nguồn dương lên thế chỗ tạo thành dòng điện I
E
.
Hai mũi tên trong transistor chỉ chiều lỗ trống di chuyển , dòng lỗ
trống chạy ngược chiều dòng electron nên dòng lỗ trống có chiều cùng
chiều với dòng quy ước, dòng điện I
B
và I
C
từ trong transistor đi ra,
dòng điện I
E
đi từ ngoài vào transistor .
Số lược lỗ trống bị hút từ cực E đều chạy qua cực B và cực C nên
dòng điện I
B

và I
C
đều từ cực E chạy qua .
Ta có:
I
E
=I
B
+ I
C
c.Trạng tháiphân cực cho hai mối nối:
Về cấu tạo transistor PNP được xem như hai diod ghép ngược (hình
dưới) . transistor PNP sẽ dẫn điện khi được cung cấp điện áp các cực
như thí nghiệm 4 (hình trên). lúc đó , diod BE được phân cực thuận và
diod BC được phân cực ngược .
26
e
n
p n
c
Ic
Ib
b
Ie
6.2
I
C
I
E
P N P

B
Phân c c ự
thu nậ
Phân c c ự
ngh chị
E
C