ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ_Mạch Cảm Biến khói

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

1.

Nhiệm vụ thiết kế

- Mạch cảm biến khói, đặt ở nơi cơng cộng có người hút thuốc trong
phịng thì chng reo.
2.

Trình tự thiết kế

a)

Xây dựng nguyên tắc thiết kế, từ đó lập sơ đồ khối

b)

c)

Nêu chức năng các khối, các mạch điện tử thực hiện chức năng
đó,nêu ngun lí cơ sở, ngun lý hoạt động, dạng tín hiệu vào ra
ưu nhược điểm
Xây dựng sơ đồ ngun lí tồn mạch, sơ đồ mơ phỏng, và tesk thử
mạch trên phần mềm

d)

Tính tốn sơ đồ nguyên lý: Chọn linh kiện, chức năng, thông số

e)

Kết quả thu được đều có hình vẽ cụ thể

f)

Đánh giá ưu nhược điểm của mạch đã thiết kế

3.

Báo cáo thiết kế

Quyển báo cáo khoảng 30 trang trong đó gồm có:
a)

Tên các thành viên, nhóm trưởng

b)

Đề tài có tên và chữ ký của giáo viên hướng dẫn

c)

Nhiệm vụ của các thành viên trong nhóm

Trang 1


d)
e)

Phần thiết kế chính
Tổng kết cơng việc đánh giá và rút ra kinh nghiệm cho những đề tài
là lần sau
4.

a)

b)

c)

Một số tài liệu sửa dụng

Kỹ thuật mạch điện tử. Pham Minh Hà. Nhà xuất bản khoa học kỹ
thuật 1997
Sổ tay linh kiện điện tử cho người thiết kế. Nhà xuất bản thống kê
1996
Kỹ thuật mạch bán dẫn. Tổng cục bưu điện. Nhà xuất bản thông tin

Họ và tên giảng viên hướng dẫn:
Ký tên

Trang 2


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Mục lục

Trang
Phần I: Giới Thiệu Về Đề Tài Mạch Cảm Biến khói………………………..2

Phần II: Giới thiệu một số linh kiện điên tử dùng trong mạch……….3
I: Điện trở…………………………………………………………………..3
II: Tụ điện…………………………………………………………………...5
III: Led………………………………………………………………………...7
VI: IC ổn áp.....................................................................8
V: Transistor...................................................................9
VI: IC LM393...................................................................10
VII: Cảm biến MQ2.........................................................11
VIII: Diode 1N4007.........................................................12
IX: Loa TMB-12A05.........................................................15
X: Biến trở VR 501-500R 3296W.....................................17
Phần III: Thiết kế cụ thể cho đề tài...................................................18
Trang 3
I : Sơ đồ thiết kế hệ thống...........................................................18

II: Thiết kế mạch và qui trình thế kế hệ thống đề tài...................19


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

1: Sơ đồ nguyên lí và mạch in................................................19
2: Nguyên lí hoạt dộng của từng khối....................................22
Phần IV: Phương hướng phát triển đề tài.........................................27
Phần V : Đánh giá..............................................................................28
Phần VI: Kết luận...............................................................................29

Trang 4


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Phần I: Giới thiệu đề tài mạch cảm biến khói đặt nơi cơng cộng
Có người hút thuốc trong phịng thì chng reo.

Xây dựng ý
tưởng và mục đích thiết kế đề tài
Thế giới ngày càng phát triển, khoa học kĩ thuật càng trở lên tân tiến với những
phát minh hiện đại và tiện ích hơn giúp đỡ cho con người. Các vật dụng điện tử
tiện dụng với sự chính xác cao , tốc độ nhanh, gọn nhẹ, thân tiện với con người…
là những yếu tố rất cần thiết để góp phần cho hoạt động của con người ngày càng
hiệu quả. Điện tử đã giúp con người tự hiện những nhiệm vụ này.
Điện tử đã đáp ứng những nhu cầu khác nhau của từng ngành, lĩnh vực với những
đặc thù riêng, hơn hết là nhưng nhu cầu thiết yếu của con người hằng ngày. Một
trong những ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử là các mạch
cảm biến với các linh kiện tích hợp cao. Mạch cảm biến được ứng dụng rất nhiều
Trang 5
trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với nhứng thiết bị điều
khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế cao.


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Xuất phát từ những ứng đụng đó, chúng em đã thiết kế một mạch ứng dụng nhỏ
đó là mạch cảm biến khói.vì thời gian, tài liệu và trình độ cịn hạn chế nên việc
thực hiện đồ án cịn nhiều thiếu sót. Kính mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý
tận tình của quý thầy và các bạn.

Phần II: Giới thiệu một số linh kiện điện tử dùng trong mạch
I. Điện

trở (R)
1, Khái niệm
- Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dòng điên của một vật dẫn điện và có
một số chức năng khác tùy vào vịn trí của điện trở trong mạch, nếu có 1 vật dẫn
điện tố thì điện trở nhỏ và ngược lại cách điện có điện trở cực lớn.
- Điện trở của dây dẫn là sự phụ thuộc vào chất liệu và tiết diện của đây dẫn
được tính theo cơng thức: R=PL/S
Trong đó: R là điện trở. Đơn vị là Ω
P là điện trở suất
L là chiều dài dây dẫn
S là tiết diện dây dẫn
2, Điện trở trong trong thực tế và trong các mạch điện tử
- Hình dáng và ký hiệu: Trong thực tế điện trở là một loại linh kiện điện tử
không phân cực, nó là một linh kiện vơ cùng quan trọng trong các mạch điện tử,
chúng được làm từ hợp chất của cacbon và kim loại và được pha theo tỷ lệ mà tạo
ra các con điện trở có điện dung khác nhau.
Hình
2:
Hình
ảnh
minh

họa và
ký
hiệu điện trở

Trang 6
Đơn vị đo bằng: Ω, KΩ, MΩ


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự
Trong đó: 1MΩ= 1000KΩ= 1000000Ω

*Hướng dẫn đọc trị số điện trở trong thực tế
Đọc theo màu sắc theo quy ước quốc tế:

- Giá trị điện trở thường được thể hiện qua các vạch màu trên điện trở
Mỗi màu thể hiện cho một số
- Theo quy tắc bên dưới thì vạch 1,2 là xác định giá trị vạch thứ 3 là xác định số lũy
thừa cho giá trị đó. Vạch cuối cùng nằm tách biệt 3 màu kia dùng để xác định sai
số.

Trang 7


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Hình 3: Bảng màu của điện trở

II. Tụ

điện ( C )

1, Khái niệm và cấu tạo

- Tụ điện là một linh kiện điện tử mà ở đó 2 cực thụ động lưu trữ năngTrang
lượng8 điện.
Hay tích tụ điện tích bởi 2 bề mặt dẫn điện trong cùng một điện trường. Hai bề


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

mặt dây dẫn của tụ điện được ngăn cách bởi điện môi là chất khơng dẫn điện như:
Giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm ,mica…
-Đây là một linh kiện điện tử thụ động rất quan trọng và không thể thiếu trong
hầu hết cách mạch điện.
Tụ điện là lịnh kiện dùng để cản trở và phóng nạp khi cần thiết và được đặc trưng
bởi dung kháng phụ thuộc vào tần số điện áp: Xc= 2πfC

Hình 4: Các loại tụ điện và cấu tạo
- Tụ điện được chia làm hai loại chính: phân cực và không phân cực

Trang 9


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

- Loại phân cực thường có giá trị lớn hơn loại khơng phân cực, trên hai chân của
loại phân cực có phân biệt chân nối âm, nối dương rõ ràng, khi gắn tụ có phân cực
vào mạch điện, nếu gắn ngược chiều âm dương tụ có thể bị hỏng và hoạt động
sai.

2, Đơn vị của tụ điện
- Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người thường
dùng các đơn vị nhỏ hơn như
+ P (Pico Fara) 1 Pico= 1/1000.000.000.000 Fara ( viết gọn là 1 pF)
+N (Nano Fara) 1Nano= 1/1000.000.000 Fara (viết gọn là 1 nF)
+MicroFara 1Micro= 1/1000.000 Fara

(viết gọn là 1µF)

=> 1µF= 1000nF= 1.000.000 pF
- Tụ điện được kí hiệu là C

Trang 10


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Hình 5: Biểu diễn của tụ điện trên mạch

III. Led

1, Khái niệm
Trang
11
-LED là từ viết tắt của (Light Emitting Diode) có nghĩa là đi ốt phát quang
là một
linh điện tử dựa trên chuyển tiếp N-P. LED có cấu trúc cở bản của một đi ốt.


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Cấu tạo cơ bản của LED gồm hai lớp bán dẫn N-P ghép với nhau qua lớp tiếp xúc
cơng nghệ. LED có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại
- Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng phát ra khác
nhau tức là màu sắc cảu LED sẽ khác nhau. Mức năng lượng hoàn toàn phụ thuộc
vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử bán dẫn.
- LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn đi ốt thông thường, trong
khoảng 1,5V
2, Cấu tạo, kí hiệu của LED

Trang 12


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Hình 6: Kí hiệu và hình ảnh LED

IV. IC ổn áp nguồn
1, Khái niệm
- 78xx là loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu ra với điều kiện luôn lớn
hơn đầu ra 3V. Tùy loại mà IC ổn áp đầu ra là bao nhiêu.
- 78xx gồm có 3 chân
1, Vin - chân nguồn đầu vào
2, GND - chân nối đất
3, Vo - chân nguồn đầu ra

Trang 13


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

* Trong mạch chúng e dùng IC LM 7805
+ LM 7805 là IC ổn áp điện áp dương, có chức năng tạo ra điện áp +5V ổn định để
cấp cho các linh kiện trong mạch hoạt động.
2, Sơ đồ và hình ảnh

Trang 14


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Hình 7: Hình ảnh LM 7805

IV. Transistor

1, Khái niêm
- Transistor là một loại linh kiện bán dẫn chủ động. Thường được sửa dụng như
một phần tử khuếch đại hay khóa điện tử. Với khả năng đáp ứng nhanh chính xác
nên transistor được sử đụng nhiều trong ứng dụng tương tự như: mạch khuếch
đại, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu…

Hình 8: Hình ảnh của transistor
2, Ký hiệu, cấu tạo, phân loại

Trang 15


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Hình 9: Ký hiệu, cấu tạo của Transistor
3, Phân cực cho Transistor
Chúng ta coi transistor như một van điện tử điều khiển đóng mở bằng địng điện
tác động lên cực b. Transistor giống như 1 van nước nếu ta mở nhỏ thì nước chảy
yếu, mở lớn thì nước chảy ra nhiều.

V. IC

LM 393

1, Khái niệm

- LM 393 là một vi mạch gồm hai bộ so sánh hoạt động độc lập với điện áp bù nhỏ
cỡ 2.0mV, hoạt động cả với nguồn cấp đơn hoặc hai nguồn đối xứng. Vi mạch
LM393 tương thích chuẩn với cả hai TTL và CMOS được sử dụng nhiều trong các
bộ chuyển đổi tương tự - số đơn giản, trong các khối VCO, trong các mạch tạo trễ
thời gian, sóng vng, các mạng giao động và cổng logic số thể cao.
- Vi mạch LM393 gồm có ba khối chính: mạch tạo nguồn dịng khơng đổi, tầng
khuếch đại vi sai và tầng lối ra.
2, Đặc điểm, sơ đồ của vi mạch LM393


Dải nguồn nuôi rộng từ 2Vdc đến 36Vdc



Dải nguồn nuôi kép +/- 1vdc đến +/- 18Vdc

Trang 16


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự



Dòng cực máng rất thấp độc lập với điện áp nguồn nuôi: 0,4mA



Dòng lối vào thấp: 25nA



Dòng offset lối vào thấp +/- 5nA và điện áp off set cực đại là +/- 3mA



Dải điện áp nối vào chung thấp (bao gồm cả mức điện áp bằng đất)



Dải điện áp lối vào vi sai bằng với điện áp của nguồn cấp



Điện áp offset lối vào thấp, -2mA đới với LM393, -5mA đối với LM293/393



Điện áp lối ra tương thích với các mức log IC DTL, ECL, TTL, MOS, CMOS



Điện áp bão hòa lối ra thấp: 250mV, 4mV

Hình 11: Sơ đồ chân và hình dạng IC LM 393

Trang 17
VI. Cảm

biến MQ2


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

1, Khái niệm
- MQ2 là một cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy. MQ2 sử
dụng phần tử SnO2độ dẫn điện thấp hơn trong khơng khí sạch, khi khí dễ cháy tồn
tại , cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ cháy càng cao thì độ dẫn
điện của SnO2 sẽ càng cao và được tương thích chuyển đổi thành mức tín hiệu
điện.
- MQ2 là cảm biến có độ nhạy cao với LPQ, Prpane và Hydrogen, Mê tan (CH4) và
dễ bắt lửa khác, với chi phí thấp phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.
- Cảm biến xuất ra cả hai dạng tín hiệu Analog và Digital có thể điều chỉnh mức
báo bằng biến trở.
2, Cấu tạo và sơ đồ

Trang 18


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự
Hình 13: Sơ đồ chân và hình ảnh

VIII. Diode 1N4007
1, Khái niệm
- Diode 1N4007 là một linh kiện điện tử bán dẫn. Là linh kiện điện tử thụ động và

phi tuyến, cho phép dịng điện qua nó theo 1 chiếu mà khơng theo chiều ngược
lại, sửa dụng các tính chất của chất bán dẫn
- Nguyên lí cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn
loại N
2, Tính chất
- Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt sàn ca-tốt. Theo ngun lí dịng điện đi
từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, muốn có điện qua đi-ốt theo
chiều từ nơi có điện thế cao đến nơi có vịn trí thấp, cần phải đặt ở a-nốt một hiệu
điện cao hơn ở ca- tốt khi đó ta có UAK>0 và ngược chiều với điện áp tiếp xúc
(UTX). Như vậy muốn có dịng điện qua đi-ốt thì điện trường do UAK sinh ra phải
mạnh hơn điện trường tiếp xúc , tức là: UAK>UTX. Khi đó một phần điện áp UAK
dùng để cân bằng điện áp tiếp xúc (khoảng 0.6V),phần còn lại dùng để tạo dịng
điện thuận qua đi-ốt.
- Khi UAK>0, ta nói đi-ốt phân cức thuận và dòng điện qua đi-ốt là dòng điện
thuận. Dịng điện thuận có chiều từ a-nốt sang k-tốt
- Khi UAK đã đủ cân bằng với điện áp tiếp xúc thì đi-ốt trở nên dẫn điện tốt hơn,
tức là điện trở của đi ốt lúc đó rất thấp (khoảng vài chục Ohm). Do vậy phần điện
áp để tạo ra dòng điện thuận thường nhỏ hơn nhiều so với phần điện áp dùng để
cân bằng với UTX. Thông thường phần điện áp dùng để cân bằng với UTX cần
khoảng 0,6V đến 1,1V. Ngưỡng 0.6V là ngưỡng đi-ốt bắt đầu đẫn và khi UAK=0,7V
Trang 19
Thì dịng qua Diode khoảng vài chục mA.


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Hình 14: Diode 1N4007

- Nếu Diode cịn tốt thì nó khơng dẫn điện theo chiều ngược ca-tốt sang a-nốt.
Thực tế là vẫn tồn tại dòng ngược nếu đi-ốt bị phân cực ngược với hiệu điện thế
lớn. Tuy nhiên dòng điện ngược rất nhỏ (cỡ µA) và bình thường khơng cần quan
tâm trong các ứng dụng công nghiệp. Mọi đi-ốt chỉnh lưu đều không dẫn điện
theo chiều ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn (VBR là ngưỡng chịu đựng
của Diode) thì đi-ốt bị đánh thủng, dòng điện qua đi-ốt tăng nhanh và đốt cháy
Đi-ốt. Vì vậy khi sử dụng cần tuân thủ hai điều kiện sau:




Dịng điện thuận qua đi-ốt khơng được lớn hơn giá trị tối đa cho phép (do nhà
sản xuất cung cấp, có thể tra cứu trong tài liệu của hãng sản xuất để xác định)
Điện áp phân cực ngược (tức UKA) không được lớn hơn VBR (ngưỡng đánh
thủng của đi-ốt, cũng do nhà sản xuất cung cấp.
3. Cấu

tạo của Diode 1N4007

Trang 20


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Hình 15: Cấu tạo kỹ thuật và bên trong

4. Một

số hình ảnh của Diode 1N4007

Trang 21


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

Hình16: Hình ảnh thực tế

Trang 22


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

IX. Loa TMB-12A05
1. Khái niệm
-Loa TMB-12A05 còn được gọi là còi 5V, được sử dụng cho cách mạch tạo âm
thanh đơn giản.

Hình 17: Hình ảnh thực tế

Trang 23


Đại Học Mở Hà Nội

2. Cấu

Thiết kế mạch tương tự

tạo

3. Chức

năng

Đồ thị biểu diễn âm thanh của Loa TMB-12A05

Trang 24


Đại Học Mở Hà Nội

Thiết kế mạch tương tự

X. Biến trở VR 501-500R 3296W
1.Khái niệm
-Biến trở: là điện trở có thể điều chỉnh thay đổi giá trị, có kí hiệu là VR.

Trang 25