Đề tài MẠCH BĂM XUNG PWM SỬ DỤNG IC 555

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề tài: MẠCH BĂM XUNG PWM SỬ DỤNG IC 555

GVHD:Th.S NGUYỄN HỮU PHƯỚC
SVTH: NGUYỄN NGỌC NHÂN
LỚP:

CĐ ĐKTĐ 19A

TP.HCM, tháng 6 năm 2021


LỜI NĨI ĐẦU
Điện tử cơng suất là cơng nghệ kết nối hai lĩnh vực truyền thống nguồn điện
và mạch điện tử. Điện tử cơng suất có bước phát triển nhanh chóng trong thời gian
gần đây, ngun nhân chính bởi kết quả phát triển của linh kiện bán dẫn, dựa trên sự
phát triển của công nghệ bán dần và chế tạo linh kiện bán dẫn. Nó được ứng dụng
rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại: các hệ truyền động động cơ
một chiều, các hệ truyền động động cơ xoay chiều, các hệ thông cấp nguồn, động cơ
bước, điện tử viễn thông, hàng không vũ trụ,... Sau khi học xong môn điện tử công
suất để hiểu hơn nội dung lí thuyết mà Thầy đã dạy trên lớp người thực hiện đề tài
“Mạch băm xung pwm sử dung ic 555” muốn truyền tải một phần nhỏ trong môn
học điện tử công suất.


LỜI CÁM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Th.S Nguyễn Hữu Phước khoa

Điện-Điện tử bộ môn Điện tử công nghiệp đã trang bị cho em những kiến thức cơ
bản và những kiến thức cần thiết, tận tình giúp đỡ em hồn thành đồ án này.
Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án do kiến thức chuyên ngành của em cịn
hạn chế nên khơng thể tránh khỏi một vài thiếu sót khi trình bày và đánh giá vấn đề.
Rất mong nhận được sự góp ý, đánh giá của các thầy, bộ môn để đề tài của em thêm
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


Tp.HCM, ngày… tháng … năm 2021
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI...........................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ.....................................................................................................1
1.2 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI............................................................................................1
1.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN................................................................................1
1.4 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI.....................................................................................2
1.5 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI........................................................................................2
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT.............................................................................3
2.1 CƠ SỞ LÍ THUYẾT.............................................................................................3
2.1.1 Phương pháp điều xung PWM là gì?........................................................3
2.1.2 Ứng dụng của PWM trong điều khiển......................................................3
2.1.3 Mạch tạo mạch PWM 555........................................................................4
2.2 TỔNG QUAN VÀ CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH.................................................4
2.2.1 Mạch nguồn DC........................................................................................4

2.3 IC.......................................................................................................................6
2.3.2 IC 555.......................................................................................................6
2.3.3 Mosfet.......................................................................................................9
2.3.3.1 Tổng quan về Mosfet.........................................................................9
2.3.4 Mosfet IRF3205......................................................................................11
2.3.5 Diode......................................................................................................13
2.3.6 Điện trở và biến trở.................................................................................17
2.3.6.1 Tổng quan về điện trở......................................................................17
2.3.6.2 Tổng quan về biến trở......................................................................19
2.3.7 Tụ điện....................................................................................................21
2.3.8 Động cơ một chiều (DC).........................................................................23
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG................................................................27


3.1 THIẾT KẾ........................................................................................................27
3.1.1 Sơ đồ khối...............................................................................................27
3.1.2 Tính tốn PWM......................................................................................27
3.1.3 PWM trong IC 555.................................................................................28
3.2 DANH SÁCH CÁC LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ MẠCH DỤNG TRONG MẠCH.................30
3.3 THIẾT KẾ MẠCH..............................................................................................31
3.3.1 Sử dụng phần mền Protues để thiết kế mạch và vẽ mạch in....................31
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI............................33
4.1 KẾT LUẬN......................................................................................................33
4.1.1 Board mạch.............................................................................................33
4.1.2 Kiến thức nắm được................................................................................33
4.2 KHUYNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.............................................................33


DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG
Hình 2. 1: Đồ thị dạng điều xung PWM...................................................................3

Hình 2. 2: Mạch tạo mạch pwm 555.........................................................................4
Hình 2. 3: Kí hiệu dịng điện một chiều (DC)...........................................................5
Hình 2. 4: IC 555......................................................................................................7
Hình 2. 5: Sơ đồ chân IC 555...................................................................................9
Hình 2. 6: Hình ảnh Mosfet....................................................................................10
Hình 2. 7: Cấu tạo của Mosfet................................................................................10
Hình 2. 8: Sơ đồ chân Mosfet IRF3205..................................................................12
Hình 2. 9: Hình ảnh Diode......................................................................................13
Hình 2. 10: Kí hiệu của Diode................................................................................13
Hình 2. 11: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của diode bán dẫn...................................13
Hình 2. 12: Diode chỉnh lưu...................................................................................15
Hình 2. 13: Diode xung..........................................................................................15
Hình 2. 14: Diode tách sóng...................................................................................16
Hình 2. 15: Cấu tạo và hình ảnh của Diode phát quang..........................................16
Hình 2. 16: Hình ảnh Diode Zener..........................................................................17
Hình 2. 17: Hình ảnh điện trở.................................................................................17
Hình 2. 18: Kí hiệu của điện trở..............................................................................18
Hình 2. 19: Hình ảnh biến trở.................................................................................19
Hình 2. 20: Kí hiệu của biến trở..............................................................................19
Hình 2. 21: Cấu tạo của biến trở.............................................................................20
Hình 2. 22: Hình ảnh tụ điện...................................................................................21
Hình 2. 23: Một số kí hiệu của tụ điện....................................................................22
Hình 2. 24: Cấu tạo của tụ điện...............................................................................22
Hình 2. 25: Động cơ một chiều (DC)......................................................................24
Hình 2. 26: Cấu tạo của động cơ mơt chiều (DC)...................................................24
Hình 2. 27: Ngun lí hoạt động của động cơ điện một chiều.............................25Y
Hình 3. 1: Sơ đồ khối mạch băm xung PWM điều khiển động cơ..........................27
Hình 3. 2: Biểu đồ phương pháp điều chế PWM....................................................28
Hình 3. 3: Mạch ngun lý tạo xung vng có điều chỉnh tần số và PWM............29
Hình 3. 4: Sơ đồ nguyên lý của mạch.....................................................................31

Hình 3. 5: Sơ đồ mạch in........................................................................................32
Hình 3. 6: Sơ đồ phối cảnh của mạch.....................................................................32
Bảng 3. 1: Linh kiện được sử dụng trong mạch......................................................30


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay trên tất cả các nước trên thế giới nói chung và nước ta nói riêng ở đó
các thiết bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào cuộc sống và ngành công nghiệp,
nông nghiệp đã ứng dụng ngày càng nhiều những thành tựu của công nghiệp điện tử
công suất. Ứng dụng điện tử công suất điều khiển tốc độ động cơ là lĩnh vực quan
trọng và phát triển. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng
cuộc sống và trong công nghiệp hiện nay. Động cơ điện một chiều chỉ chạy với một
tốc độ nhất định khi cấp nguồn điện vào, tuy nhiên chúng ta có thể điều chỉnh được
tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của mạch điện đi kèm.
Là sinh viên của ngành tự động hóa và sau khi học xong lý thuyết và thực
hành môn điện tử công suất. Người thực hiện đề tài quyết định tìm hiểu và nghiên
cứu “ Mạch băm xung PWM sử dụng IC 555” để nắm rõ kiến thức lý thuyết và áp
dụng thực hành vào cuộc sống.
1.2 Giới thiệu đề tài
Mạch điều khiển động cơ một chiều dùng IC 555 bằng cách tạo xung PWM là
phương pháp thay đổi điện áp vào động cơ. Người ta dùng mạch điện tử để thay đổi
độ rộng xung ngõ ra mà không làm thay đổi tần số. Sự thay đổi dộ của điện áp. Điện
áp ngõ ra đặt vào động cơ sẽ nhỏ hơn hoặc bằng điện áp nguồn. Sau đó xung ngõ ra
sẽ thông qua mạch công suất để điều khiển tốc độ động cơ để cho động cơ đạt hiệu
quả làm việc cao hơn.
PWM là phương pháp mà qua đó chúng ta có thể tạo ra điện áp thay đổi bằng
cách bật và tắt nguồn điện đến thiết bị điện tử với tốc độ nhanh. Điện áp trung bình

phụ thuộc vào chu kỳ làm việc của tín hiệu hoặc lượng thời gian tín hiệu BẬT so
với lượng thời gian tín hiệu TẮT trong một khoảng thời gian quy định.
1.3 Phương pháp thực hiện
Người thực hiện đề tài chủ yếu sử dụng hai phương pháp:
 Phương pháp tham khảo tài liệu: Nguồn tài liệu chủ yếu bằng tiếng việt và
tiếng anh được tìm kiếm trên Internet.
 Phương pháp thực hành: Song song với việc nghiên cứu tài liệu, nhóm
Trang 1


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
thực hiện đề tài đã thực hành trên mơ hình để dễ nắm bắt được lý thuyết.
1.4 Mục đích của đề tài
Mục đích của đề tài phải thỏa mãn các yếu tố sau:
 Có thể điều khiển tốc độ của động cơ DC.
 Tải được các động cơ có cơng suất lớn.
 Có thể ứng dụng vào nhiều vấn đề thực tiễn trong cuộc sống.
 Hoạt động ổn định, bền bỉ.
1.5 Ý nghĩa của đề tài
Đề tài giúp người thực hiện đề tài nắm vững kiến thức lí thuyết và thực hành
nâng cao kiến thức chuyên ngành để tạo tiền đề giúp người thực hiện đề tài có thể
hồn thiện các đồ án mơn học cũng như đồ án tốt nghiệp mang tính kỹ thuật cao
hơn.
Đề tài có tính sáng tạo và tính tốn thiết kế mạch điện giúp tác giả đề tài có
thêm cảm hứng học tập sáng tạo.

Trang 2


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.1 Cơ sở lí thuyết
2.1.1 Phương pháp điều xung PWM là gì?
Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều
chỉnh điện áp ra tải, hay nói cách khác, là phương pháp điều chế dựa trên sự thay
đổi độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp ra.
Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn
dương hay sườn âm.

Hình 2. 1: Đồ thị dạng điều xung PWM
2.1.2 Ứng dụng của PWM trong điều khiển
PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển. Điển hình nhất mà chúng ta
thường hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp... Sử dụng PWM
điều khiển độ nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa, nó cịn được dùng để điều
khiển sự ổn định tốc độ động cơ.
Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM cịn tham gia và điều chế
các mạch nguồn như : boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha...
PWM còn gặp nhiều trong thực tế ở các mạch điện điều khiển. Điều đặc biệt là
PWM chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính là
tuyến tính khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định .Như vậy PWM được ứng dụng rất
nhiều trong các thiết bị điện- điện tử. PWM cũng chính là nhân tố mà các đội
Robocon sử dụng để điều khiển động cơ hay ổn định tốc độ động cơ.
Trang 3


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.1.3 Mạch tạo mạch PWM 555
IC 555 có khả năng tạo tín hiệu PWM khi được thiết lập ở chế độ astable.

Đây là một mạch cơ bản của IC 555 hoạt động ở chế độ astable và chúng ta có
thể nhận thấy rằng đầu ra ở mức CAO khi tụ C1 đang nạp qua các điện trở R1 và
R2.

Hình 2. 2: Mạch tạo mạch pwm 555
Mặt khác, đầu ra của IC ở mức THẤP khi tụ điện C 1 xả nhưng chỉ qua điện trở
R2. Vì vậy, chúng ta có thể nhận thấy rằng nếu chúng ta thay đổi giá trị của bất kỳ
thành phần nào trong ba thành phần này, chúng ta sẽ có thời gian BẬT và TẮT khác
nhau hoặc chu kỳ khác nhau của tín hiệu đầu ra dạng sóng vng. Một cách dễ dàng
và tức thời để làm điều này là thay thế điện trở R 2 bằng một biến trở và thêm hai
điốt trong mạch.
2.2 Tổng quan và các linh kiện trong mạch
2.2.1 Mạch nguồn DC
a. Khái niệm
Dòng điện một chiều (DC – Direct Current) hay còn gọi là dòng DC, là dòng
điện của nguồn điện một chiều như Pin, Ắc Quy….
Dòng điện một chiều là dòng chuyển động của các hạt electron mang điện theo
chiều chuyển động một hướng nhất định từ dương sang âm hay dòng chuyển động
của các điện tử tự do.

Trang 4


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
b. Đơn vị
Đơn vị của cường độ dịng điện là Ampe (A)
c. Kí hiệu

Hình 2. 3: Kí hiệu dịng điện một chiều (DC)
d. Ứng dụng

Dịng điện một chiều có thể dễ dàng lấy từ pin và tế bào năng lượng mặt
trời. Hầu hết các mạch điện tử công suất yêu cầu nguồn điện một chiều. Ứng dụng
của dòng điện một chiều trong các lĩnh vực khác nhau được liệt kê dưới đây:
 Nguồn điện một chiều được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện
áp thấp như sạc pin di động. Trong một tịa nhà thương mại và gia đình,
DC được sử dụng để chiếu sáng khẩn cấp, camera an ninh, có thể là màn
hình TV, v.v.
 Trong một chiếc xe hơi hoặc xe máy, ắc qui (dòng điện 1 chiều) được sử
dụng để khởi động động cơ, đèn và hệ thống đánh lửa. Xe điện chạy bằng
pin sạc (dòng điện một chiều).
 Hầu hết các thiết bị mạng truyền thông hoạt động dựa trên dịng điện một
chiều như điện thoại, máy phát sóng.
 Trong nhà máy điện mặt trời, năng lượng được tạo ra dưới dạng dịng điện
một chiều.
 Nguồn AC khơng thể được lưu trữ như DC. Vì vậy, để lưu trữ năng lượng
điện, ln ln sử dụng DC như sạc dự phịng pin điện thoại, pin điện
thoại…
 Trong hệ thống máy kéo, động cơ đầu máy chạy bằng dòng điện một
chiều. Trong đầu máy diesel cũng vậy, quạt, đèn, điện xoay chiều và ổ
cắm hoạt động bằng dòng điện một chiều.
Trang 5


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.3 IC
a. Khái niệm
IC tiếng anh là (integrated circuit) hay còn gọi là chip hay vi mạch điện tử, vi
mạch tích hợp,..là một tập hợp của nhiều các linh kiện bán dẫn và linh kiện thụ
động (như transistor và điện trở). Chúng được kết nối với  nhau để thực hiện một số
chức năng xác định, nó được thiết kế, tạo ra để đảm nhiệm một chức năng như một

linh kiện kết hợp.
b. Công dụng, chức năng của IC
IC hay mạch tích hợp có vai trị rất quan trọng trong đời sống, nó ứng dụng
vào hầu hết các thiết bị công nghệ, các thiết bị công nghiệp như máy cắt dây CNC,
máy phay máy tiện. Mạch tích hợp (IC) giúp làm giảm kích thước của mạch đi rất
nhiều (cỡ vài micromet), hơn nữa chúng cịn làm độ chính xác tăng lên. IC cũng là
phần tử quan trọng nhất trong mạch logic, điều khiển. IC có 2 loại chính là có thể
lập trình linh hoạt hoặc định sẵn chức năng (khơng lập trình được), mỗi loại có chức
năng nhiệm vụ riêng và đều được ghi lên bảng thông tin (datasheet) của nhà sản
xuất cung cấp.
c. Phân loại
 IC digital xử lý hoặc lưu trữ các tín hiệu digital.
 IC analog hay IC tuyến tính xử lý tín hiệu analog.
 IC hỗn hợp, có cả analog và digital.
2.3.2 IC 555
a. Khái niệm
IC định thời 555 được giới thiệu vào năm 1970 bởi Signetic Corporation và đã
đặt tên cho bộ đếm thời gian SE / NE 555. Về cơ bản, nó là một mạch định thời
nguyên khối tạo ra độ trễ hoặc dao động thời gian chính xác và rất ổn định. Khi so
sánh với các ứng dụng của op-amp trong cùng vùng làm việc, 555 IC cũng đáng tin
cậy không kém và có giá thành rẻ. Ngồi các ứng dụng của nó như là một bộ dao
động đơn ổn và bộ dao động bất ổn, bộ định thời 555 cũng có thể được sử dụng
trong bộ chuyển đổi nguổn DC-DC, đầu dò logic số, máy phát sóng, máy đo tần số
tương tự và máy đo tốc độ, máy đo và điều chỉnh nhiệt độ, bộ điều chỉnh điện áp,
v.v. IC được thiết lập để hoạt động ở một trong hai chế độ  “one-shot” - đơn ổn
Trang 6


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
(monostable) hoặc dưới dạng dao động tự do - dao động bất ổn (astable). SE 555 có

thể được sử dụng ở nhiệt độ trong khoảng từ - 55°C đến 125°. NE 555 có thể được
sử dụng trong phạm vi nhiệt độ từ 0° đến 70°C.
b. Cấu tạo
IC555 gồm có một OP-AMP dùng để so sánh điện áp, 1 mạch là transistor
giúp xả điện. Cấu tạo rất đơn giản nhưng nó được coi là một mạch tích hợp hoạt
động rất tốt và có độ chính xác khá cao. Với đạc tính của IC555 thì chân cấp nguồn
sẽ được hoạt động với dải điện áp từ 2 - 18V, cùng với đó là chuẩn đầu ra tương
thích khi được cấp nguồn 5V với dòng điện rút ra và ấp có thể lên đến 200mA.

Hình 2. 4: IC 555
c. Thông số của IC 555
 Với nguồn điện áp đầu vào nằm trong dải từ 2 -18V.
 Dòng điện tiêu thụ: 6 - 15mA.
 Công suất tiêu thụ lớn nhất ( Pmax): 600mW.
 Điện áp logic đầu ra ở mức cao (mức1): 0.5 - 15V.
 Điện áp logic đầu ra ở mức thấp (mức 2): 0.03 - 0.06V.
d. Chức năng của IC 555
 Tạo xung.
 Điều chế được độ rộng xung (PWM).
 Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại).
e. Chức năng hoạt động của từng chân
 Chân số 1 (GND): Chân nối GND để cung cấp dòng cho IC hay còn được
gọi là chân mass chung.

Trang 7


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

 Chân số 2 (TRIGGER): Được biết đến là chân đầu vào thấp hơn so với

điện áp so sánh và được sử dụng giống như 1 chân chốt của một tần số áp.
Mạch so sánh ở đây được sử dụng là các Transistor PNP với điện áp chuẩn
2/3 VCC
 Chân số 3 (OUTPUT): Đây là chân được lấy tính hiệu logic đầu ra. Trang
thái tín hiệu ở chân số 3 này được xác định ở mức thấp (mức 0) và mức
cao (mức 1).
 Chân số 4 (RESET): Dùng để lập định trạng thái đầu ra của IC555. Khi
chân số 4 được nối mass thì OUTPUT sẽ ở mức 0. Còn khi chân số 4 ở
mức cao thì trạng thái dầu ra sẽ phụ thuộc theo mức áp trên chân số 2 và
chân số 6. Trong trường hợp, muốn tạo dao dộng thường chân này sẽ được
nối trực tiếp và nguồn VCC.
 Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Chân này được sử dụng để làm thay
đổi mức điện áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng
ở các điện trở ngoài nối với chân số 1 GND.
 Chân số 6 (THRESHOLD): Là một chân đầu vào để so sanh điện áp và
cũng dùng như một chân chốt.
 Chân số 7 (DISCHAGER): Đây được coi như là một khóa điện tử và chịu
tác động điều khiển từ tầng logic của chân số 3. Khi đầu ra là chân
OUTPUT ở mức 0 thì khóa này sẽ được đóng và ngược lại. Chân số 7 có
nhiệm vụ tự nạp và xả điện cho mạch R-C.
 Chân số 8 (VCC): Dây là nguồn cấp cho IC 555 hoạt động. Chân 8 có thể
được cung cấp với mức điện áp dao động từ 2 - 18V.

Trang 8


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Hình 2. 5: Sơ đồ chân IC 555
f. Ứng dụng

 Mạch dao động âm thanh dùng SCR.
 Mạch báo nguồn điện .
 Mạch nhịp điệu và âm thanh.
 Mạch nhấp nháy 2 LED.
 Mạch băm xung PWM.
2.3.3 Mosfet
2.3.3.1 Tổng quan về Mosfet
a. Khái niệm
Mosfet viết tắt của "Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor"
trong tiếng Anh, là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field
Effect Transistor) tức một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với
Transistor thơng thường. Mosfet có ngun tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ
trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho
khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu.
Mosfet có khả năng đóng nhanh với dịng điện và điện áp khá lớn nên nó được
sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường. Vì do đóng cắt nhanh làm
cho dịng điện biến thiên. Nó thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch
điều khiển điện áp cao.

Trang 9


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Hình 2. 6: Hình ảnh Mosfet
b. Cấu tạo
Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với dòng điện
điều khiển cực nhỏ.
Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N:
 G (Gate): cực cổng. G là cực điều khiển được cách lý hoàn tồn với cấu

trúc bán dẫn cịn lại bởi lớp điện mơi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực
lớn dioxit-silic.
 S (Source): cực nguồn.
 D (Drain): cực máng đón các hạt mang điện.
Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vơ cùng
lớn, cịn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G
và cực S (UGS).
Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 do hiệu
ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS
càng nhỏ.

Hình 2. 7: Cấu tạo của Mosfet
Trang 10


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
c. Phân loại
Hiện nay các loại mosfet thông dụng bao gồm 2 loại:
 N-MOSFET: chỉ hoạt động khi nguồn điện Gate là zero, các electron bên
trong vẫn tiến hành hoạt động cho đến khi bị ảnh hưởng bởi nguồn điện
Input.
 P-MOSFET: các electron sẽ bị cut-off cho đến khi gia tăng nguồn điện thế
vào ngỏ Gate.
d. Nguyên lý hoạt động
Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở. Do là một phần tử với các hạt mang
điện cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao. Nhưng mà để đảm bảo
thời gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vấn đề quan trọng .
Mạch điện tương đương của Mosfet. Nhìn vào đó ta thấy cơ chế đóng cắt phụ
thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó.
 Đối với kênh P : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs0. Dòng điện sẽ đi

từ S đến D.
 Đối với kênh N : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs > 0. Điện áp điều
khiển đóng là Ugs <= 0. Dòng điện sẽ đi từ D xuống S.
Do đảm bảo thời gian đóng cắt là ngắn nhất: Mosfet kênh N điện áp khóa là
Ugs = 0 V cịn kênh P thì Ugs ≈ 0.
e. Ứng dụng
Đối với mosfet thường có khả năng đóng nhanh hơn so với dịng điện và điện
áp lại khá lớn do đó nó được sử dụng rất nhiều trong các bộ dao động được tạo ra từ
trường. Chính vì do đóng cắt nhanh và làm cho dịng điện biến thiên nên nó thường
được tìm thấy trong các bộ nguồn xung cũng như các mạch điều khiển điện áp cao.
2.3.4 Mosfet IRF3205
a. Khái niệm
IRF3205 là một transistor MOSFET. Transistor này có thể được sử dụng cho
cả mục đích cơng tắc và khuếch đại. Nó là một transistor chuyển mạch tốc độ cao
do đó có thể được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao chuyển tải từ
nguồn đầu vào này sang nguồn đầu vào khác. Hơn nữa, khi được sử dụng như một
bộ khuếch đại, nó có khả năng cung cấp tối đa 200W do đó nó cũng là một
Trang 11


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
transistor lý tưởng để sử dụng trong các bộ khuếch đại âm thanh công suất cao.
b. Thông số kỹ thuật
 Điện áp tối đa từ cực cống đến cực nguồn: 55V.
 Điện áp tối đa từ cực cổng đến cực nguồn phải là: ± 20V.
 Dòng xả tối đa liên tục là: 110A.
 Dòng xả tối đa xung là: 390A.
 Công suất tiêu tán tối đa là: 200W.
 Điện áp tối thiểu cần thiết để dẫn điện: 2V đến 4V.
 Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -55 đến +170 độ C.

c. Sơ đồ chân
Hướng IRF3205 phía trước mặt thì sơ đồ chân theo thứ tự từ trái qua phải lần
lượt là: chân 1 (chân cổng G), chân 2 (chân máng D), chân 3 (chân nguồn S).

Hình 2. 8: Sơ đồ chân Mosfet IRF3205
d. Ứng dụng
 Bộ sạc pin và hệ thống quản lý pin.
 Các ứng dụng chuyển mạch nhanh.
 Ứng dụng liên quan đến năng lượng mặt trời.
 Nguồn cung cấp năng lượng liên tục.
 Trình điều khiển động cơ.

Trang 12


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

2.3.5 Diode
a. Khái niệm
Điốt (Diode) là một linh kiện điện tử bán dẫn chỉ cho phép dịng điện đi
qua nó theo một chiều duy nhất mà khơng chạy ngược lại. Điốt bán dẫn
thường đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với
một khối bán dẫn loại N và được nối với 2 chân ra là anode và cathode. Nếu
ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp
P - N có đặc điểm: Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N
khuếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống tạo thành một lớp
Ion trung hoà về điện suy ra lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai
chất bán dẫn.

Hình 2. 9: Hình ảnh Diode

b. Kí hiệu Diode
Kí hiệu của Diode là:

Hình 2. 10: Kí hiệu của Diode

c. Nguyên lý hoạt động

Trang 13


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Hình 2. 11: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của diode bán dẫn
(1) Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương
nên khi ghép với khối bán dẫn loại N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống
này có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối N. Cùng lúc đó, khối P
lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là
khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N
tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).
Sự tích điện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một điện
áp gọi là điện áp tiếp xúc (UTX). Điện trường sinh ra bởi điện áp có hướng
từ khối N đến khối P nên cản trở chuyển động khuếch tán và như vậy sau
một thời gian kể từ lúc ghép 2 khối bán dẫn với nhau thì quá trình chuyển
động khuếch tán chấm dứt và tồn tại điện áp tiếp xúc. Lúc này ta nói tiếp xúc
P-N ở trạng thái cân bằng. Điện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng khoảng
0.6V đối với điốt làm bằng bán dẫn Si và khoảng 0.3V đối với điốt làm bằng
bán dẫn Ge.
(2) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút
và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo

thành các nguyên tử trung hòa. Và lúc này vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp
giáp được gọi là vùng nghèo do rất hiếm các hạt dẫn điện tự do. Vùng này
không dẫn điện tốt, trừ khi điện áp tiếp xúc được cân bằng bởi điện áp bên
ngồi. Q trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay
các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).

Trang 14


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
(3) Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuếch
tán của các điện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và
vùng tiếp giáp dẫn điện tốt. Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp
tiếp xúc, sự khuếch tán của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng
nghèo càng trở nên nghèo hạt dẫn điện tự do. Nói cách khác điốt chỉ cho
phép dịng điện qua nó khi đặt điện áp theo một hướng nhất định.
Điện áp ngồi ngược chiều điện áp tiếp xúc tạo ra dịng điện. Điện áp
ngoài cùng chiều điện áp tiếp xúc ngăn dòng điện.

d. Một số Diode thường gặp
 Diode chỉnh lưu: Diode chỉnh lưu thường hoạt động ở dải tần thấp,
chịu được dịng điện lớn và có áp ngược chịu đựng dưới 1000V.
Ứng dụng: Những diode này chủ yếu để dùng chỉnh lưu dòng điện
xoay chiều đầu vào thành nguồn cung cấp một chiều.

Hình 2. 12: Diode chỉnh lưu

 Diode xung: Diode xung là loại diode hoạt động trên tần số cao
(Lên tới vài chục kHz). Chính vì đặc điểm này mà diode xung
không thể được thay thế bởi các loại diode thơng thường. Nhưng

ngược lại, ta có thể sử dụng diode xung để thay thế cho các diode
thông thường.

Trang 15


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Hình 2. 13: Diode xung

 Diode tách sóng: Là loại Diode nhỏ vỏ bằng thuỷ tinh và cịn gọi là
diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P – N tại một
điểm để tránh điện dung ký sinh. Ứng dụng: Diode tách sóng
thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách sóng tín hiệu.

Hình 2. 14: Diode tách sóng

 Diode phát quang hay còn gọi là LED (Light Emitting Diode): là các điốt
có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Diode phát
quang là diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc
của LED khoảng 1,7 – 2,2V dòng qua Led khoảng 5mA đến
20mA.Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo
trạng thái có điện, quảng cáo,…

Trang 16


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Hình 2. 15: Cấu tạo và hình ảnh của Diode phát quang

 Diode Zener cịn gọi là diode ổn áp, là một loại diode bán dẫn làm việc ở
chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp đánh thủng (breakdown). Điện
áp này còn gọi là điện áp Zener hay "tuyết lở" (avalanche). Khi đó giá trị
điện áp ít thay đổi.Nó được chế tạo sao cho khi phân cực ngược thì diode
Zener sẽ ghim một mức điện áp gần cố định bằng giá trị ghi trên diode,
làm ổn áp cho mạch điện.

Hình 2. 16: Hình ảnh Diode Zener

2.3.6 Điện trở và biến trở
2.3.6.1 Tổng quan về điện trở
a. Khái niệm
Điện trở hay còn được gọi là Resistor là một linh kiện điện tử thụ động gồm 2
tiếp điểm kết nối, chúng thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chạy
trong mạch, điều chỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh
Trang 17


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
kiện điện tử chủ động như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và có
trong rất nhiều ứng dụng khác. Điện trở cơng suất có thể tiêu tán một lượng lớn điện
năng chuyển sang nhiệt năng có trong các bộ điều khiển động cơ, trong các hệ
thống phân phối điện. Các điện trở thường sẽ có giá trị trở kháng cố định, ít bị thay
đổi bởi nhiệt độ và điện áp hoạt động.

Hình 2. 17: Hình ảnh điện trở
b. Đơn vị và kí hiệu của điện trở
Đơn vị quốc tế của điện trở là Ohm. Đơn vị này được đặt theo tên nhà vật lý
người Đức tên là Ohm (George) – người phát minh định luật Ohm. Ký hiệu : Ω.

Đơn vị điện trở có nhiều giá trị khác nhau gồm Milliohm (mΩ), Kilohm (kΩ),
Megohm (MΩ).
 1kΩ = 1000Ω
 1MΩ = 1000kΩ = 1000000Ω
c. Kí hiệu
Điện trở có hai kí hiệu như sau:

Hình 2. 18: Kí hiệu của điện trở
d. Phân loại
Trang 18