Giáo trình Điện tử ứng dụng trong điều khiển tự động - CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.02 MB, 235 trang )
1
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Chủ biên: NGUYỄN ANH TÚ
-------***---------
GIÁO TRÌNH
ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG
( Lưu hành nội bộ)
HÀ NỘI 2012
2
LỜI NÓI ĐẦU
Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề
Điện tử dân dụng thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay
nghề cho học sinh. Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy
đủ đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu
cầu thực tế.
Nội dung của giáo trình “ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG” đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của
các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao
chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,.
Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới
và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt
yếu để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều
chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo
cao đẳng nghề.
Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc
chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng
góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành.
Xin trân trọng cảm ơn!
3
Tuyên bố bản quyền
Tài liệu này là loại giáo trình nội bộ dùng trong nhà trường với mục đích làm
tài liệu giảng dạy cho giáo viên và học sinh, sinh viên nên các nguồn thông tin có thể
được tham khảo.
Tài liệu phải do trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội in ấn và phát hành.
Việc sử dụng tài liệu này với mục đích thương mại hoặc khác với mục đích trên
đều bị nghiêm cấm và bị coi là vi phạm bản quyền.
Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm ơn các thông
tin giúp cho nhà trường bảo vệ bản quyền của mình.
4
MỤC LỤC
TRANG
Bài 1: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG .................................14
1.1.
Giới thiệu ............................................................................................. 14
1.1.1. Giới thiệu các loại thiết bị cảm nhận ánh sáng ...................................... 14
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của các mạch điều khiển bằng ánh sáng .............. 15
1.2.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................... 16
1.2.1. Khảo sát các linh kiện thụ động ............................................................ 16
1.2.2. Khảo sát linh kiện quang ...................................................................... 17
1.2.3. Khảo sát sơ đồ chân IC ......................................................................... 18
1.3.
Phân tích hoạt động mạch ..................................................................... 26
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................... 26
1.3.2. Mạch cảm nhận ánh sáng...................................................................... 26
1.3.3. Mạch điều khiển thiết bị ....................................................................... 27
1.4.
Chức năng linh kiện.............................................................................. 27
1.4.1. Linh kiện thụ động ............................................................................... 27
1.4.2. Linh kiện bán dẫn ................................................................................. 28
1.5.
Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................... 28
1.5.1. Mạch cảm nhận ánh sáng...................................................................... 28
1.5.2. Mạch điều khiển đèn ............................................................................ 29
1.6.
Các bước thực hiện mạch tự động mở đèn đường ................................. 29
1.6.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................... 29
1.6.2. Các bước thực hiện ............................................................................... 31
1.6.3. Cân chỉnh sửa mạch.............................................................................. 33
1.6.4. Đánh giá kết quả ................................................................................... 33
1.7.
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ......................................... 34
1.7.1. Đèn không sáng .................................................................................... 34
1.7.2. Đèn đường nhấp nháy ........................................................................... 34
1.7.3. Mạch không hoạt động ......................................................................... 34
1.8.
Câu hỏi và bài tập thảo luận.................................................................. 34
5
Bài 2: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG NHIỆT ĐỘ .................................... 36
1.1.
Giới thiệu ............................................................................................. 36
1.1.1. Giới thiệu các loại thiết bị cảm biết nhiệt độ ......................................... 36
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của các mạch điều khiển bằng nhiệt độ ............... 36
1.2.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................... 37
1.2.1. Khảo sát cảm biến nhiệt........................................................................ 37
1.3.
Phân tích hoạt động mạch ..................................................................... 40
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................... 41
1.3.2. Chức năng linh kiện.............................................................................. 42
1.3.3. Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................... 43
1.4.
Các bước thực hiện mạch khống chế nhiệt độ ....................................... 44
1.5.
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ......................................... 49
1.5.1. Mạch hoạt động không đúng nhiệt độ khống chế .................................. 49
1.5.2. Mạch hoạt động ngược trạng thái ......................................................... 49
1.5.3. Mạch không hoạt động ......................................................................... 50
1.6.
Câu hỏi và bài tập thảo luận.................................................................. 50
Bài 3: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÂM THANH .................................51
1.1.
Giới thiệu ............................................................................................. 51
1.1.1. Tín hiệu âm thanh và các mạch khuếch đại........................................... 51
1.1.2. Các mạch điều khiển bằng âm thanh..................................................... 52
1.2.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................... 52
1.2.1. Khảo sát các linh kiện thụ động ............................................................ 52
1.2.2. Khảo sát linh kiện bán dẫn.................................................................... 53
1.3.
Phân tích hoạt động mạch ..................................................................... 58
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................... 58
1.3.2. Hoạt động của mạch ............................................................................. 59
1.3.3. Chức năng linh kiện.............................................................................. 60
1.3.4. Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................... 60
1.4.
Các bước thực hiện mạch điều khiển đèn bằng âm thanh ...................... 61
1.4.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................... 61
6
1.4.2. Các bước thực hiện ............................................................................... 64
1.4.3. Đo kiểm tra mạch ................................................................................. 65
1.4.4. Cân chỉnh sửa mạch.............................................................................. 65
1.4.5. Đánh giá kết quả ................................................................................... 66
1.4.6. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ......................................... 66
1.5.
Gia công mạch...................................................................................... 67
1.5.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................... 67
1.5.2. Kiến thức kỹ năng thực hiện ................................................................. 68
1.5.3. Các lỗi thường gặp ............................................................................... 69
1.6.
Câu hỏi và bài tập thảo luận.................................................................. 69
Bài 4: MẠCH ĐÓNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG .................................................................. 71
1.1.
Giới thiệu ............................................................................................. 71
1.1.1. Các linh kiện cảm quang dùng trong điều khiển đóng mở cửa tự động . 71
1.1.2. Các mạch điều khiển đóng mở cửa tự động .......................................... 73
1.2.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................... 73
1.2.1. Khảo sát cảm biến quang ...................................................................... 73
1.3.
Phân tích hoạt động mạch ..................................................................... 79
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................... 79
1.3.2. Chức năng linh kiện.............................................................................. 80
1.3.3. Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................... 88
1.4.
Các bước thực hiện mạch ..................................................................... 89
1.4.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................... 89
1.4.2. Các bước thực hiện ............................................................................... 91
1.4.3. Đo kiểm tra mạch ................................................................................. 93
1.4.4. Cân chỉnh sửa mạch.............................................................................. 93
1.4.5. Đánh giá kết quả ................................................................................... 94
1.5.
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ......................................... 94
1.5.1. Phần cơ của cửa không chạy tốt ............................................................ 94
1.5.2. Mạch điều khiển không đúng trình tự ................................................... 94
1.5.3. Mạch không đóng mở cửa khi có người đi qua ..................................... 94
7
1.6.
Câu hỏi và bài tập thảo luận.................................................................. 95
Bài 5: MẠCH ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG .............................................96
1.1.
Giới thiệu ............................................................................................. 96
1.1.1. Các loại cảm biến cảm nhận mực nước................................................. 96
1.1.2. Các dạng mạch điều khiển bơm nước tự động ...................................... 97
1.2.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................... 97
1.2.1. Khảo sát các linh kiện thụ động ............................................................ 97
1.3.
Phân tích hoạt động mạch ................................................................... 102
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 102
1.3.2. Chức năng linh kiện............................................................................ 103
1.3.3. Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................. 104
1.4.
Các bước thực hiện mạch bơm nước tự động ...................................... 105
1.4.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................. 105
1.4.2. Kiểm tra mạch .................................................................................... 106
1.4.3. Cách đo mạch ..................................................................................... 107
1.4.4. Các bước thực hiện ............................................................................. 107
1.4.5. Đo kiểm tra mạch ............................................................................... 109
1.4.6. Cân chỉnh sửa mạch............................................................................ 109
1.4.7. Đánh giá kết quả ................................................................................. 110
1.5.
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ....................................... 110
1.5.1. Động cơ hoạt động không dừng khi bồn đầy nước.............................. 110
1.5.2. Bồn hết nước nhưng động cơ không bơm ........................................... 110
1.5.3. Mạch không hoạt động ....................................................................... 110
1.6.
Câu hỏi và bài tập thảo luận................................................................ 111
Bài 6: MẠCH ĐẾM NGƯỜI RA VÀO CỬA ...............................................................112
1.1.
Giới thiệu ........................................................................................... 112
1.1.1. Mạch đếm lên xuống ứng dụng đếm người ra vào cửa ........................ 112
1.1.2. Các mạch điều khiển giám sát người ra vào cửa ................................. 113
1.2.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................. 113
1.3.
Phân tích hoạt động mạch ................................................................... 118
8
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 118
1.3.2. Chức năng linh kiện............................................................................ 119
1.3.3. Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................. 120
1.4.
Các bước thực hiện mạch tự động đếm người ra vào cửa .................... 121
1.4.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................. 121
1.4.2. Các bước thực hiện ............................................................................. 123
1.4.3. Đo kiểm tra mạch ............................................................................... 125
1.4.4. Cân chỉnh sửa mạch............................................................................ 125
1.4.5. Đánh giá kết quả ................................................................................. 126
1.4.6. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ....................................... 126
1.5.
Gia công mạch.................................................................................... 127
1.5.1. Trình tự thực hiện ............................................................................... 127
1.5.2. Tiêu chuẩn thực hiện mạch in ............................................................. 127
1.5.3. Kiến thức kỹ năng thực hiện ............................................................... 128
1.6.
Câu hỏi và bài tập thảo luận................................................................ 129
Bài 7: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MÁY GIẶT.............................................. 130
1.1.
Giới thiệu ........................................................................................... 130
1.1.1. Phương pháp điều khiển động cơ máy giặt ......................................... 130
1.1.2. Các dạng mạch điều khiển động cơ máy giặt ...................................... 130
1.2.
Phân tích hoạt động mạch ................................................................... 131
1.2.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 131
1.2.2. Chức năng linh kiện............................................................................ 132
1.2.3. Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................. 133
1.3.
Các bước thực hiện mạch điều khiển động cơ máy giặt ...................... 133
1.3.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................. 134
1.3.2. Các bước thực hiện ............................................................................. 136
1.3.3. Đo kiểm tra mạch ............................................................................... 137
1.3.4. Cân chỉnh sửa mạch............................................................................ 138
1.3.5. Đánh giá kết quả ................................................................................. 138
1.4.
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ....................................... 139
9
1.4.1. Động cơ không đảo chiều ................................................................... 139
1.4.2. Động cơ không dừng trước khi đảo chiều ........................................... 139
1.4.3. Mạch không hoạt động ....................................................................... 139
1.5.
Câu hỏi và bài tập thảo luận................................................................ 139
Bài 8: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG ...................................................141
1.1.
Giới thiệu ........................................................................................... 141
1.1.1. Phương pháp điều khiển mạch đèn giao thông .................................... 141
1.1.2. Các mạch điều khiển đèn giao thông .................................................. 141
1.2.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................. 142
1.3.
Phân tích hoạt động mạch ................................................................... 145
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 145
1.3.2. Chức năng linh kiện............................................................................ 149
1.3.3. Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................. 150
1.4.
Các bước thực hiện mạch điều khiển đèn giao thông tại ngã tư .......... 155
1.4.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................. 155
1.4.2. Các bước thực hiện ............................................................................. 157
1.4.3. Đo kiểm tra mạch ............................................................................... 158
1.4.4. Cân chỉnh sửa mạch............................................................................ 158
1.4.5. Đánh giá kết quả ................................................................................. 159
1.5.
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ....................................... 159
1.5.1. Mạch không chạy đúng thứ tự đèn ...................................................... 159
1.5.2. Mạch chạy một phần .......................................................................... 160
1.5.3. Mạch luôn sáng các đèn...................................................................... 160
1.6.
Gia công mạch.................................................................................... 160
1.6.1. Trình tự thực hiện ............................................................................... 160
1.6.2. Tiêu chuẩn thực hiện mạch in ............................................................. 160
1.6.3. Kiến thức kỹ năng thực hiện ............................................................... 161
1.6.4. Các lỗi thường gặp ............................................................................. 162
1.7.
Câu hỏi và bài tập thảo luận................................................................ 162
Bài 9: MẠCH ĐÈN QUẢNG CÁO .................................................................................. 164
10
9.1.
Giới thiệu ........................................................................................... 164
9.1.1. Phương pháp thực hiện mạch đèn quảng cáo bằng IC số .................... 164
9.1.2. Các mạch đèn quảng cáo .................................................................... 164
9.2.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................. 165
9.2.1. IC 74LS164 ........................................................................................ 165
9.3.
Phân tích hoạt động mạch ................................................................... 169
9.3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 169
9.3.2. Chức năng linh kiện............................................................................ 170
9.3.3. Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................. 171
9.4.
Các bước thực hiện mạch đèn quảng cáo ............................................ 172
9.4.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................. 172
9.5.
Các bước thực hiện ............................................................................. 174
9.5.1. Sơ đồ bố trí mạch ............................................................................... 174
9.5.2. Sơ đồ nối dây...................................................................................... 175
9.5.3. Trình tự các bước thực hiện ................................................................ 175
9.5.4. Đo kiểm tra mạch ............................................................................... 175
9.5.5. Cân chỉnh sửa mạch............................................................................ 176
9.5.6. Đánh giá kết quả ................................................................................. 176
9.6.
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ....................................... 176
9.6.1. Mạch đèn chạy không đúng yêu cầu ................................................... 177
9.6.2. Mạch sáng chập chờn ......................................................................... 177
9.6.3. Mạch không hoạt động ....................................................................... 177
9.7.
Gia công mạch.................................................................................... 177
9.7.1. Trình tự thực hiện ............................................................................... 177
9.7.2. Tiêu chuẩn thực hiện mạch in ............................................................. 178
9.7.3. Kiến thức kỹ năng thực hiện ............................................................... 178
9.7.4. Các lỗi thường gặp ............................................................................. 179
9.8.
Câu hỏi và bài tập thảo luận................................................................ 179
Bài 10: MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ .......................................................................................... 181
10.1.
Giới thiệu ........................................................................................... 181
11
10.1.1. Phương pháp thực hiện mạch đồng hồ số............................................ 181
10.1.2. Các mạch tạo xung cho đồng hồ số..................................................... 182
10.2.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................. 182
10.3.
Phân tích hoạt động mạch ................................................................... 187
10.3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 187
10.4.
Chức năng linh kiện............................................................................ 189
10.4.1. Linh kiện thụ động ............................................................................. 189
10.4.2. Linh kiện bán dẫn ............................................................................... 189
10.5.
Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................. 189
10.5.1. Mạch đếm 24 giờ ................................................................................ 189
10.5.2. Mạch đếm 60 giây .............................................................................. 190
10.6.
Các bước thực hiện mạch đồng hồ hiển thị giờ - phút - giây bằng IC số
190
10.6.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................. 190
10.6.2. Các bước thực hiện ............................................................................. 192
10.6.3. Đo kiểm tra mạch ............................................................................... 194
10.6.4. Cân chỉnh sửa mạch............................................................................ 194
10.6.5. Đánh giá kết quả ................................................................................. 195
10.7.
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ....................................... 195
10.7.1. Mạch chạy không đúng thời gian ........................................................ 195
10.7.2. Mạch hoạt động không liên tục số đếm............................................... 195
10.7.3. Led sáng không đủ đoạn ..................................................................... 196
10.8.
Gia công mạch.................................................................................... 196
10.8.1. Trình tự thực hiện ............................................................................... 196
10.8.2. Tiêu chuẩn thực hiện mạch in ............................................................. 196
10.8.3. Kiến thức kỹ năng thực hiện ............................................................... 197
10.8.4. Các lỗi thường gặp ............................................................................. 198
10.9.
Câu hỏi và bài tập thảo luận................................................................ 198
Bài 11: MẠCH ĐIỀU KHIỂN QUẠT BẰNG REMOTE TV .................................199
1.1.
Giới thiệu ........................................................................................... 199
12
1.1.1. Mạch đếm vòng .................................................................................. 199
1.1.2. Mạch điều khiển quạt dùng Remote TV ............................................. 200
1.2.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................. 200
1.2.4. Khảo sát chân IC ................................................................................ 201
1.3.
Phân tích hoạt động mạch ................................................................... 202
1.3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 202
1.3.2. Chức năng linh kiện............................................................................ 203
1.3.3. Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................. 204
1.4.
Các bước thực hiện mạch điều khiển quạt bằng remote TV ................ 205
1.4.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................. 205
1.4.2. Các bước thực hiện ............................................................................. 207
1.4.3. Trình tự các bước thực hiện ................................................................ 208
1.4.4. Đo kiểm tra mạch ............................................................................... 209
1.4.5. Cân chỉnh sửa mạch............................................................................ 209
1.4.6. Đánh giá kết quả ................................................................................. 210
1.5.
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ....................................... 210
1.5.1. Mạch không nhận được tín hiệu điều khiển ........................................ 210
1.5.2. Mạch không điều khiển được tải ......................................................... 211
1.5.3. Mạch bị nhiễu ..................................................................................... 211
1.6.
Gia công mạch.................................................................................... 211
1.6.1. Trình tự thực hiện ............................................................................... 211
1.6.2. Tiêu chuẩn thực hiện mạch in ............................................................. 211
1.6.3. Kiến thức kỹ năng thực hiện ............................................................... 212
1.6.4. Các lỗi thường gặp ............................................................................. 213
1.7.
Câu hỏi và bài tập thảo luận................................................................ 213
Bài 12: MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỀU THIẾT BỊ BẰNG HỒNG NGOẠI .......214
12.1.
Giới thiệu ........................................................................................... 214
12.1.1. Mạch thu phát hồng ngoại dùng IC 9148 – 9149 ................................ 215
12.1.2. Các mạch ứng dụng dùng IC 9148 – 9149 .......................................... 216
12.2.
Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................. 216
13
12.2.1. Khảo sát các linh kiện thụ động .......................................................... 216
12.2.2. Khảo sát bộ thu phát hồng ngoại......................................................... 217
12.2.3. Khảo sát chân IC ................................................................................ 218
12.3.
Phân tích hoạt động mạch ................................................................... 224
12.3.1. Sơ đồ nguyên lý .................................................................................. 224
12.3.2. Chức năng linh kiện............................................................................ 226
12.3.3. Nguyên lý hoạt động mạch ................................................................. 226
12.4.
Các bước thực hiện mạch điều khiển 10 thiết bị gia đình .................... 227
12.4.1. Hướng dẫn ban đầu............................................................................. 227
12.4.2. Các bước thực hiện ............................................................................. 229
12.4.3. Đo kiểm tra mạch ............................................................................... 231
12.4.4. Cân chỉnh sửa mạch............................................................................ 231
12.4.5. Đánh giá kết quả ................................................................................. 232
12.5.
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ....................................... 232
12.5.1. Mạch phát không phát tín hiệu............................................................ 232
12.5.2. Mạch thu không thu tín hiệu ............................................................... 232
12.5.3. Mạch điều khiển sai thiết bị ................................................................ 233
12.6.
Gia công mạch.................................................................................... 233
12.6.1. Trình tự thực hiện ............................................................................... 233
12.6.2. Tiêu chuẩn thực hiện mạch in ............................................................. 233
12.6.3. Kiến thức kỹ năng thực hiện ............................................................... 234
12.6.4. Các lỗi thường gặp ............................................................................. 234
12.7.
Câu hỏi và bài tập thảo luận................................................................ 235
14
Bài 1: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG
Mã bài: MĐ21-01
Mục tiêu
- Nắm bắt được kiến thức về điện tử để ứng dụng điều khiển các thiết bị
dân dụng.
- Nắm bắt được đặc tính và bản chất các mạch điều khiển dùng quang trở.
- Nắm bắt được nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển tự động mở đèn
đường.
- Phân tích được các mạch điều khiển bằng ánh sáng.
- Xác định được các chân của linh kiện điều khiển mạch tự mở đèn đường.
- Lắp được các mạch điều khiển tự động đóng mở đèn bằng quang trở.
- Cân chỉnh được mạch điều khiển bằng quang trở hoạt động đúng yêu cầu.
Nội dung chính
1.1. Giới thiệu
Cảm biến ánh sáng thường được sử dụng rất rộng rãi trong đời sống
hàng ngày, ứng dụng cảm biến ánh sáng cho mạch điện để điều khiển dựa
vào nguyên tắc khi có ánh sáng chiếu vào linh kiện quang, nó sẽ thay đổi
tính chất khi đó ta sẽ biến đổi các đặc tính thay đổi của linh kiện quang
thành các mức điện áp để điều khiển trong các ứng dụng. Có nhiều cách
biến đổi trong điều khiển của các linh kiện cảm biến quang để áp dụng
trong nhiều ứng dụng.
- Mạch tự mở đèn đường
- Mạch báo người hay sản phẩm
- Mạch báo thức
- Mạch điều khiển ROBOT…
1.1.1. Giới thiệu các loại thiết bị cảm nhận ánh sáng
1.1.1.1.Quang trở
15
LDR
Hình 1.1. Ký hiệu và hình dạng quang trở
Quang trở là điện trở thay đổi được, giá trị điện trở sẽ giảm khi có ánh sáng
chiếu vào bề mặt nhận ánh sáng, trị số điện trở sẽ thay đổi phụ thuộc vào cường
độ sáng chiếu vào. Ký hiệu và hình dạng quang trở như hình 1.1.
1.1.1.2.Diode quang
PD
Hình 1.2. Ký hiệu và hình dạng diode quang
Diode quang còn gọi là photo Diode thường có hai loại, loại cảm nhận ánh
sáng thường hay loại cảm nhận ánh sáng hồng ngoại, ở trong các ứng dụng này
ta chỉ chọn loại diode cảm nhận ánh sáng thường. Loại này khi đặt áp phân cực
thuận vào hai đầu P-N và đồng thời có ánh sáng chiếu vào mới làm diode dẫn
điện, tuỳ theo cường độ ánh sáng chiếu vào làm cho diode dẫn mạnh hay yếu.
Ký hiệu và hình dạng diode quang như hình 1.2.
1.1.1.3.Transistor quang
PT
Hính 1.3. Ký hiệu và hình dạng transistor quang
Transistor quang còn gọi là photo transistor (PT) thường cũng có hai loại,
loại nhận ánh sáng thường và loại nhận ánh sáng hồng ngoại. Khi PT được cấp
nguồn nuôi PT chưa dẫn điện được mà đồng thời phải có ánh sáng chiếu vào thì
PT mới dẫn điện, tuỳ theo cường độ ánh sáng chiếu vào làm cho PT dẫn mạnh
hay yếu. Ký hiệu và hình dạng transistor quang như hình 1.3.
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của các mạch điều khiển bằng ánh sáng
1.1.2.1.Nguyên tắc hoạt động mạch điều khiển chuông bằng ánh sáng
16
- Mạch sẽ hoạt động khi trời tối LEDDO và DEN sẽ sáng và khi trời
sáng DEN sẽ tắt và LEDXANH sẽ sáng. Opamp trong mạch được
thực hiện mạch so sánh điện áp hai ngõ vào V+, V- Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở điện trở quang trở sẽ giảm, cầu
phân áp giữa VR và LDR làm cho chân 3 của Opamp lớn hơn chân 2
nên ngõ ra chân 6 bão hoà dương, chỉ có LEDXANH sáng
- Khi che tối quang trở giá trị điện trở của quang trở sẽ tăng nên điện áp
chân 2 của Opamp sẽ lớn hơn chân 3 ngõ ra sẽ bão hoà âm nên
LEDDO sẽ sáng và Q1 sẽ dẫn làm cho RELAY đóng tiếp điểm nên
DEN sáng
1.1.2.2.Nguyên tắc hoạt động mạch điều khiển đèn đường
- Mạch này được thiết kế dùng để tự động mở đèn đường: khi trời tối
đèn tự sáng và ngược lại khi trời sáng đèn sẽ tắt, tuy nhiên mạch vẫn
có thể chỉnh độ nhạy tức độ sáng tối của trời.
- Ngoài ra do ngoài trời có nhiều ánh sáng tự nhiên khác như: sấm
chớp, đèn xe hay các dạng ánh sáng của các đèn quảng cáo khác…do
đó mạch có thể hiểu nhầm trời đã sáng, do đó mạch có thiết kế thêm
mạch kiểm tra nếu ánh sáng chiếu vào bề mặt bộ cảm nhận hơn 10
xung kích của mạch tạo xung NE555 thì đèn mới thay đổi trạng thái.
- Trong mạch này do có thể ứng dụng điều khiển tốt được đèn đường
mạch còn thiết kế thêm nút điều khiển đóng ngắt bằng tay.
1.2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện
1.2.1. Khảo sát các linh kiện thụ động
1.2.1.1.Điện trở
Chọn điện trở đúng giá trị theo sơ đồ nguyên lý, đọc giá trị theo màu,
công suất khoảng 1/4W.
1.2.1.2.Tụ điện
Chọn giá trị tụ đúng loại như sơ đồ nguyên lý, đọc giá trị tụ theo từng
loại để xác định đúng giá trị, dùng VOM đo kiểm tra tụ còn khả năng nạp,
xả hay bị nối tắt mạch không.
1.2.1.3.Relay
Chọn relay phù hợp theo sơ đồ, relay bao gồm một cuộn dây kích và
các bộ tiếp điểm. Cuộn dây kích phải cấp đúng điện áp thì các tiếp điểm
mới hoạt động và các tiếp điểm bao gồm nhiều bộ, mỗi bộ thường có ba
17
tiếp điểm tạo nên hai tiếp xúc đó là bộ tiếp điểm thường đóng và bộ tiếp
điểm thường mở, khi sử dụng ta cần chú ý dòng và điện áp mà tiếp điểm
chịu được. Hình dạng và sơ đồ chân relay được chỉ ở hình 1.4.
12V
RELAY 12VDC
RELAY DPDT
a)
b)
Hình 1.4. Relay. a) Sơ đồ chân, b) Hình dạng
1.2.2. Khảo sát linh kiện quang
1.2.2.1.Quang trở
- Dùng VOM chọn giai đo điện trở : chọn giai x1K
- Đo giá trị điện trở khi chiếu ánh sáng vào: ánh sáng phòng, điện trở
quang trở sẽ nhỏ hơn khi che tối
- Đo giá trị điện trở khi che tối: dùng tay che kín bề mặt nhận ánh sáng
của quang trở, điện trở quang trở sẽ lớn hơn khi có ánh sáng
- Đo giá trị điện trở khi ta thay đổi cường độ ánh sáng: tăng dần khoảng
cách từ tay đến bề mặt nhận ánh sáng của quang trở, điện trở quang
trở sẽ giảm dần
1.2.2.2.Led phát quang
Diode phát quang hay còn gọi là LED có điện thế phân cực thuận cao
hơn diode thường. Nhưng điện áp phân cực nghịch thì không cao, tuỳ theo
loại led và kích thước của led mà nó có các giá trị khác nhau. Ví dụ đối với
Led 2 ly hoặc 4 ly ta có các thông số kỹ thuật sau:
- Led đỏ: VLED = 1,4V 1,8V.
- Led vàng: VLED =2V 2,5V.
- Led xanh lá cây: VLED = 2V 2,8V.
- Dòng điện chạy qua led: ID = 10mA 20mA
Thường để tiện lợi trong việc tính toán người ta lấy chung cho các loại
led là VLED = 2V, ID = 10mA.
18
Việc đo kiểm tra xác định cực tính hay đo đánh giá tình trạng tốt xấu
cho diode phát quang cũng giống diode thường tuy nhiên lần đo kim lên thì
Led sẽ phát ra ánh sáng.
- Dùng VOM chọn giai đo x1 hay x10
- Đo 2 lần đo có một lần led sẽ sáng, ta suy ra cực tính của led như sau,
trường hợp đo led sáng thì que đen của VOM sẽ nối vào cực Anot của
led còn que đỏ nối vào cực Katot của led. Thường led mới mua về
chân dài là Anot chân đỏ là Katot
Que
đen
Que đỏ
Que
đỏ
Que đen
a)
b)
Hình 1.5. Led phát quang. a) phân cực ngược, b) phân cực thuận.
a. Transistor: Đo xác định chân transistor A1015 và C1815
b. Relay: Đo kiểm tra và xác định cuộn dây và các cặp tiếp điểm thường
đóng, thường mở
1.2.3. Khảo sát sơ đồ chân IC
Opamp là linh kiện quan trọng trong việc ứng dụng để biến đổi tín
hiệu của các cảm biến ánh sáng thu được sang tín hiệu điều khiển tải, linh
kiện này thường được sử dụng rất nhiều trong các mạch cảm biến vì khi
thiết kế mạch khuếch đại sẽ cho hệ số khuếch đại rất lớn và độ chính xác
cao hơn so với cách sử dụng transistor. Ta sẽ khảo sát các sơ đồ chân của
các IC Opamp sau
1.2.3.1. IC LM741 và OP-07
Ký hiệu và sơ đồ chân IC LM741 và OP-07 được chỉ ra như hình 1.6 và 1.7
3
+
-
6
LM741
3 +
6
2 -
4
8
4
5
2
7
1
7
1
19
OP-07
Hình 1.6. Ký hiệu IC LM741 và OP-07
OFFSET
NULL 1
-VIN 2
_
+VIN 3
+
8
NC
7
+VCC
6
VOUT
LM741
-VCC 4
5
OFFSET
NULL
Hình 1.7. Sơ đồ chân IC LM741
Chức năng các chân
- OFFSET NULL (1,5) chân chỉnh bù điểm 0
- -VIN (2) ngõ vào đảo
- +VIN (3) ngõ vào không đảo
- -VCC (4) cấp nguồn âm
- VOUT (6) ngõ ra
- +VCC (7) cấp nguồn dương
- NC (8) chân bỏ trống (No Connect)
IC LM741 và OP-07 có sơ đồ chân và chức năng các chân giống nhau, tuy
nhiên IC OP-07 có đặc tính chính xác cao.
1.2.3.2.IC đếm vòng Johnson
Sơ đồ chân IC đếm vòng thập phân có 16 chân được chỉ ra ở hình 1.8
20
16
15
14
13
12
11
10
VDD MR CP0 CP1 O 59 Q9
Q
9
Q4 Q8
CD4017
Q5 Q1
1
Q0
Q2
3
4
2
Q6
5
Q7 Q3 VSS
6
7
8
Hình 1.8. Sơ đồ chân IC CD4017
Bảng sự thật IC CD4017 cho biết chức năng các chân và trạng thái làm việc
được trình bày như bảng 1.1
Bảng 1.1: Bảng sự thật IC CD4017
MR
CP0
CP1
Cách hoạt
động
1
X
X
O0= O 59 =1,
các O khác = 0
0
1
Đếm lên
0
0
Đếm lên
0
0
X
0
X
1
0
0
0
1
Không đổi
Ráp mạch kiểm tra IC
+5V
R4
+5V
13
3
OUT
560
1
LED
DSCHG
7
R9
U4
NE555
THR
CV
8
TRG
C4
10k
6
2
C3
5
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
Q9
GND
50K
8
4
R8
4017
RST
15
VCC
RST
GND
CP1
14
CP0
12
R6
1k
3
2
4
7
10
1
5
6
9
11
R7
560
U3
O5-9
VCC
16
LED
10uF
104
LED LED LED LED LED
LED LED LED LED LED
R10
1K
Hình 1.9. Mạch kiểm tra các chân IC CD4017
21
Ráp mạch như hình 1.9 và ghi lại các trạng thái ngõ ra của IC 4017 vào
bảng 1.2: (led sáng ghi 1, led tắt ghi 0) sau đó so sánh lại với bảng 1.1
Bảng 1.2 Kết quả kiểm tra các chân IC CD4017
CP0
Q0
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
Q9
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
……
1.2.3.3.Cổng EXNOR
Sơ đồ chân IC cổng EXNOR được chỉ ra ở hình 1.10
14
13
12
11
10
9
5
6
8
VDD
CD4077
VSS
1
2
3
4
7
Hình 1.10. Sơ đồ chân IC CD4077
Bảng sự thật của IC 4077 được trình bày như trong bảng 1.3
Bảng 1.3: Bảng sự thật cổng EXNOR
Ngõ vào
Ngõ ra
A
B
Y
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
22
Ráp mạch kiểm tra IC cổng EXNOR như hình 1.11.
+5V
KA
KB
R3 330
9
8
10
R1
R2
1K
1K
D1
LED
Hình 1.11. Mạch kiểm tra IC cổng EXNOR.
Lần lượt kiểm tra 4 cổng theo sơ đồ mạch, nhận xét kết quả thu được ở
bảng 1.4 so với bảng sự thật 1.3
Bảng 1.4: bảng kết quả như sau:
Ngõ vào
Ngõ ra
KA
KB
LED
Mở
Mở
……
Mở
Đóng
……
Đóng
Mở
……
Đóng
Đóng
……
1.2.3.4.JK FLIP-FLOP
Sơ đồ chân IC cổng JK Flip-Flop được vẽ như hình 1.12
16
15
VDD QB
14
13
QB
12
11
CPB CDB KB
10
9
JB SDB
CD4027
QA Q A
1
2
CPA CDA KA
3
4
5
JA SDA VSS
6
7
8
Hình 1.12. Sơ đồ chân IC CD4027
Chức năng các chân
- Chân cấp nguồn nuôi chân VDD nối 3V đến 15V chân VSS nối GND.
- Chân Q và Q hai ngõ ra bù nhau.
23
- Chân CP ngõ vào xung nhịp.
- Chân CD xóa ngõ ra Q xuống 0 khi nối chân này lên 1.
- Chân SD đặt ngõ ra Q lên 1 khi nối chân này lên 1.
- Chân J ngõ vào đặt dữ liệu.
- Chân K ngõ vào đặt dữ liệu.
Bảng sự thật
- Chân điều khiển trực tiếp
Khi cho SD = 1 và CD = 0 thì Q = 1 và Q = 0
Khi cho SD = 0 và CD = 1 thì Q = 0 và Q = 1
- Chân điều khiển đồng bộ được trình bày ở bảng 1.5
Bảng 1.5: Bảng sự thật IC CD4027
Ngõ vào
Ngõ ra
J
K
CP
Q
Q
0
0
Q0
Q
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
Q
Q0
Ráp mạch kiểm tra IC
- Ráp mạch kiểm tra chân điều khiển trực tiếp như hình 1.13
KS
R1
+5V
J
SD
1K
R3 330
Q
D1
LED
CP
K
KC
CD
R4 330
Q
R2
+5V
D2
LED
1K
Hình 1.13 Sơ đồ kiểm tra các chân điều khiển trực tiếp
24
Lần lượt kiểm tra 2 FF theo sơ đồ mạch hình 1.13, nhận xét kết quả thu
được ở bảng 1.6 so với bảng sự thật 1.5
Bảng 1.6: Bảng kết quả kiểm tra chân điều khiển trực tiếp
-
Ngõ vào
Ngõ ra
KD
KC
D1
D2
Mở
Đóng
……
……
Đóng
Mở
……
……
Ráp mạch kiểm tra chân điều khiển đồng bộ
+5V
KJ
SW
KK
SD
R4 330
J
Q
D1
LED
CP
K
R1
R2
1K
1K
CD
R5 330
Q
R3
D2
LED
1K
Hình 1.14. Mạch kiểm tra chân điều khiển đồng bộ.
Lần lượt kiểm tra 2 FF theo sơ đồ mạch hình 1.14, nhận xét kết quả thu
được ở bảng 1.7 so với bảng sự thật 1.5
Bảng 1.7: Bảng kết quả kiểm tra chân điều khiển đồng bộ
Ngõ vào
Ngõ ra
KJ
KK
CP
Mở
Mở
Nhấn ……
……
Mở
Đóng Nhấn ……
……
Đóng Mở
D1
D2
Nhấn ……
……
Đóng Đóng Nhấn ……
……
1.2.3.5.IC định thời NE555
Sơ đồ chân IC NE555 được vẽ như hình 1.15
25
VCC
GND 1
8
Trigger 2
7
Discharge
3
6
Threshold
Reset 4
5
Voltage
control
NE555
Output
Hình 1.15. Sơ đồ chân IC NE555
Chức năng các chân
- GND (1) chân cấp nguồn 0V
- Tr (2) chân xung nảy trigger
- O (3) ngõ ra
- R (4) đặt lại
- VC (5) điện thế điều khiển
- Th (6) chân ngưỡng
- D (7) chân xả điện
- VCC (8) chân cấp nguồn 5V
Lắp mạch kiểm tra các chân cho IC 555 như hình 1.16, quan sát các đèn led
để biết các chân IC còn hoạt động không, IC còn hoạt động tốt nếu các led còn
nhấp nháy.
Hình 1.16. Mạch kiểm tra các chân cho IC 555
