THỰC HÀNH LÝ THUYẾT MẠCH ĐIỆN CE121.M11.MTCL.1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG
TIN
KHOA Kỹ Thuật Máy Tính

THỰC HÀNH LÝ THUYẾT MẠCH
ĐIỆN CE121.M11.MTCL.1

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Bùi Phùng Hữu Đức

TP. HỒ CHÍ MINH, 2021

1


MỤC LỤC
Danh mục hình

LAB 1................................................................................................................................ 4
LAB 2................................................................................................................................ 4
LAB 1: TÌM HIỂU VÀ MÔ PHỎNG MẠCH "SÁNG TẮT ĐÈN TỰ ĐỘNG"................6
1. Lý thuyết................................................................................................................... 6
1.1 Trình bày các bước hiện thực mạch in – có hình ảnh minh họa............................ 6
1.2 Trình bày chức năng của các linh kiện: điện trở, tụ điện, cuộn cảm, quang trở,
biến trở, Op-amp:..................................................................................................... 11
1.3 Phân biệt cường độ dịng điện và điện áp. Trình bày cách sử dụng đồng hồ đo
mạch điện VOM để đo giá trị điện áp và dịng điện của một mạch:.........................12
2. Mơ phỏng linh kiện................................................................................................ 14
2.1 Mô phỏng linh kiện TORCH_LDR ( Quang trở )............................................... 14
2.2 Mô phỏng linh kiện POT-HG ( Biến trở )........................................................... 16

2.3 Mô phỏng linh kiện LM358 (OpAmp, Library: NATOA )................................. 18
3. Mô phỏng mạch “SÁNG TẮT ĐÈN TỰ ĐỘNG”................................................ 20
3.1 Vẽ mơ phỏng mạch và trình bày các trường hợp................................................ 20
3.2 Bonus................................................................................................................. 21
LAB 2: THIẾT KẾ MẠCH "LED TRÁI TIM ĐƠN GIẢN"........................................... 22
1.

Chuẩn bị trước.................................................................................................. 22
1.1 Tìm hiểu chức năng IC 4017 và IC 555........................................................... 22
1.2 Chức năng và hoạt động các linh kiện transistor BJT, MOSFET, diode, rơ-le,
diode zener............................................................................................................... 22
2


1.3 Trình bày nguồn áp và nguồn dịng.................................................................... 29
2. Thực hành............................................................................................................... 30
2.1 Sử dụng công cụ EasyEDA thiết kế mạch Led như schematic đã cung cấp ở file
BT2-SCH.pdf........................................................................................................... 30
2.2 Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch dựa và datasheet đã cung cấp............30
2.3. Từ thiết kế ở câu 1, hãy tiến hành vẽ PCB hồn thiện mạch trên cơng cụ
easyEDA. Khuyến khích sinh viên sáng tạo trong việc tạo hình board....................35
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 36

3


DANH MỤC HÌNH
LAB 1
Hình 1. Schematic minh hoạ.............................................................................................. 6
Hình 2. Mạch minh hoạ...................................................................................................... 7

Hình 3. Mạch sau khi in ra giấy......................................................................................... 7
Hình 4. In mạch lên board đồng......................................................................................... 8
Hình 5. ngâm board đã ủi trong nước................................................................................. 8
Hình 6. Mạch thành phẩm.................................................................................................. 9
Hình 7. Ngâm trong dung dịch nước rửa mạch.................................................................. 9
Hình 8. Mạch sau khi ngâm dung dịch, đường đồng lộ rõ................................................ 10
Hình 9. Khoan mạch........................................................................................................ 11
Hình 10. Đo điện áp một chiều......................................................................................... 13
Hình 11. Đo dịng điện một chiều..................................................................................... 14
Hình 12. Đèn xa quang trở............................................................................................... 15
Hình 13. Đèn gần quang trở............................................................................................. 16
Hình 14. Chỉ số phần trăm của biến trở ở mức thấp......................................................... 17
Hình 15. Tăng chỉ số phần trăm của biến trở.................................................................... 18
Hình 16. Khi giá trị của U1+ và U1- bằng nhau............................................................... 18
Hình 17. Khi giá trị của U1+ bé hơn U1-......................................................................... 19
Hình 18. Khi giá trị của U1+ lớn hơn U1-........................................................................ 19
Hình 19. Khi điện áp tại hai đầu của quang trở thấp hơn của biến trở thì đèn sẽ sáng.....20
Hình 20. Ngược lại điện áp tại hai đầu của quang trở cao hơn của biến trở thì đèn sẽ
khơng sáng....................................................................................................................... 20
Hình 21. Gerber file và file pdf của mạch in.................................................................... 20
LAB 2
Hình 22. Cấu tạo transistor BJT....................................................................................... 23
Hình 23. Nguyên lý hoặt động Transitor BJT.................................................................. 23
Hình 24. Nguyên lý hoạt động mosfet.............................................................................. 25


Hình 25. Cấu tạo diode..................................................................................................... 26
Hình 26. Nguyên lý hoạt động diode................................................................................ 27
Hình 27. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động rơ-le................................................................ 28
Hình 28. Mạch led câu 2.1............................................................................................... 30

Hình 29............................................................................................................................ 31
Hình 30. Sơ đồ mạch IC-555............................................................................................31
Hình 31. Sơ đồ nguyên lý IC-555.................................................................................... 31
Hình 32. Bảng chân trị Flip-flop SR................................................................................ 32
Hình 33. Sơ đồ nguyên lý IC-4017...................................................................................33
Hình 34. Sơ đồ mạch IC-4017.......................................................................................... 33
Hình 35. Xung clock IC-4017.......................................................................................... 34
Hình 36. PCB hồn thiện câu 2.3..................................................................................... 35


LAB 1: TÌM HIỂU VÀ MƠ PHỎNG MẠCH "SÁNG TẮT ĐÈN TỰ
ĐỘNG"
1. Lý thuyết
1.1 Trình bày các bước hiện thực mạch in – có hình ảnh minh họa:
B1. Vẽ schematic

Hình 1. Schematic minh hoạ

2. Vẽ PCB và thiết kế mạch in


Hình 2. Mạch minh hoạ

3. In mạch ra giấy in mạch

Hình 3. Mạch sau khi in ra giấy

4. Cắt board đồng
5. In mạch lên board
đồng

Hình 4. In mạch lên board đồng

Hình 5. ngâm board đã ủi trong nước


Hình 6. Mạch thành phẩm

6. Ngâm dung dịch và ăn
mịn

Hình 7. Ngâm trong dung dịch nước rửa mạch


Hình 8. Mạch sau khi ngâm dung dịch, đường đồng lộ rõ

7. Khoan mạch


Hình 9. Khoan mạch

1.2 Trình bày chức năng của các linh kiện: điện trở, tụ điện, cuộn cảm, quang trở,
biến trở, Op-amp:
-Điện trở: Hạn chế cường độ dòng điện chạy trong mạch, điểu chỉnh mức độ tín hiệu,
dùng để chia điện áp
-Tụ điện: Nó được so sánh với khả năng lưu trữ như ắc qui. Tuy nhiên, ưu điểm lớn của
tụ điện là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện; cho phép điện áp xoay chiều
đi qua, giúp tụ điện có thể dẫn điện như một điện trở đa năng; ngăn điện áp 1 chiều, cho
điện áp xoay chiều lưu thơng giúp truyền tí hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch

điện thế.
-Cuộn cảm: dẫn dịng điện một chiều hoặc để tạo thành mạch cộng hưởng khi ghép cuộn
cảm nối tiếp hoặc song song với tụ điện. Ngồi ra nó cịn có tác dụng chặn dịng điện
cao tần trong mạch điện.
-Quang trở: có điện trở thay đổi giảm theo mức ánh sáng chiếu vào, được dùng làm
cảm biến nhạy sáng trong các mạch dị, ví dụ trong máy đo ánh sáng khi chụp ảnh,
trong mạch xác định mức sáng tối của mơi trường để kích hoạt đóng cắt đèn chiếu sáng
tự động.


-Biến trở: có thể thay đổi trị số điện trở của nó, dùng điều chỉnh cường độ dịng điện
trong mạch
-Op-amp: Khuếch đại tín hiệu ở tần số thấp. Mạch khuếch đại này có hệ số khuếch đại
vơ cùng cao, đầu vào vi sao và có đầu ra đơn. Đầu ra của mạch được điều khiển bằng
một mạch hồi tiếp âm giúp xác định độ lợi đầu ra, tống trở đầu vào và tổng trở đầu ra.
1.3 Phân biệt cường độ dịng điện và điện áp. Trình bày cách sử dụng đồng hồ đo
mạch điện VOM để đo giá trị điện áp và dòng điện của một mạch:
*Phân biệt cường độ dòng điện và điện áp:
- Điện áp xác định sự khác biệt dòng điện ở hai điểm.
- Cường độ dòng điện xác định tốc độ của dòng điện khi di chuyển từ điểm này qua
điểm kia.
*Cách sử dụng đồng hồ đo đa năng (VOM)
CÁCH ĐO ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU V.DC
Cắm que đo màu đen vào đầu COM, que đo màu đỏ vào đầu (+)
– Đặt chuyển mạch ở thang đo DC.V lớn hơn nhưng gần nhất với giá trị cần đo để kết
quả đo là chính xác nhất.
– Đặt 2 que đo vào 2 điểm cần đo (Đo song song). Que đen vào điểm có điện thế
thấp, que đỏ vào điểm có điện thế cao.
-Tính kết quả đo được V = A x (B/C) Với V là giá trị điện áp thực A – Là số chỉ của kim
đọc được trên cung chia độ B – Là thang đo đang sử dụng C – Là giá trị MAX của cung

chia độ Tỷ lệ B/C là hệ số mở rộng


Hình 10. Đo điện áp một chiều

CÁCH ĐO DỊNG ĐIỆN MỘT CHIỀU DC
– Cắm que đo màu đen vào đầu COM, que đo màu đỏ vào đầu (+)
-Đặt chuyển mạch của đồng hồ ở thang DC.A – 250mA.
–Tắt nguồn điện của các mạch thí nghiệm.
– Kết nối que đo màu đỏ của đồng hồ về phía cực dương (+) và que đo màu đen về
phía cực âm (-) theo chiều dịng điện trong mạch thí nghiệm. Mắc đồng hồ nối tiếp với
mạch thí nghiệm
– Bật điện cho mạch thí nghiệm.
– Khi kết quả đọc được nhỏ hơn 25mA, đặt chuyển mạch sang vị trí DC.A – 25mA để
được kết quả chính xác hơn. Tương tự, khi kết quả nhỏ hơn 2,5mA thì đặt chuyển
mạch sang vị trí DC.A – 2,5mA. Tức là bắt đầu từ thang lớn nhất, sau đó giảm dần
thang đo


đến khi chọn được thang lớn hơn nhưng gần nhất với giá trị dịng điện cần đo.
– Đọc và tính giá trị: Đọc trên cung chia độ C, tính giá trị giống trường hợp đo điện áp 1
chiều. Tức là giá trị thực bằng số chỉ của kim trên cung chia độ nhân với thang đo và
chia cho giá trị MAX trên cung chia độ đó

Hình 11. Đo dịng điện một chiều

2. Mô phỏng linh kiện
2.1 Mô phỏng linh kiện TORCH_LDR ( Quang trở )
Trường hợp 1: Đèn ở xa quang trở => điện trở cao, cường độ dòng điện ở 0,00A

Hình 12. Đèn xa quang trở

Trường hợp 2: Đèn gần chiếu sáng quang trở => điện trở thấp, cường độ dòng điện tăng
lên 0.01A


Hình 13. Đèn gần quang trở

2.2 Mơ phỏng linh kiện POT-HG ( Biến trở )
Trường hợp 1: Khi chỉ số phần tram biến trở ở mức thấp, cường độ dòng điện cũng thấp (
0.00A)


Hình 14. Chỉ số phần trăm của biến trở ở mức thấp

Trường hợp 2: Khi tăng chỉ số phần trăm của biến trở lên, cường độ dòng điện cũng tăng
theo


Hình 15. Tăng chỉ số phần trăm của biến trở

2.3 Mô phỏng linh kiện LM358 (OpAmp, Library: NATOA )
Trường hợp 1: Giá trị của U1+ và U1- bằng nhau ( Ví dụ: 0V-0V) , khi đó điện áp mạch
là 3.92V

Hình 16. Khi giá trị của U1+ và U1- bằng nhau

Trường hợp 2: Khi giá trị của U1+ bé hơn U1-, khí đó điện áp mạch là -0.02V

Hình 17. Khi giá trị của U1+ bé hơn U1-

Trường hợp 3: Khi giá trị của U1+ lớn hơn U1-, điện áp mạch là 4.02V

Hình 18. Khi giá trị của U1+ lớn hơn U1-


3. Mô phỏng mạch “SÁNG TẮT ĐÈN TỰ ĐỘNG”
3.1 Vẽ mơ phỏng mạch và trình bày các trường hợp

Hình 19. Khi điện áp tại hai đầu của quang trở thấp hơn của biến trở thì đèn sẽ sáng

Hình 20. Ngược lại điện áp tại hai đầu của quang trở cao hơn của biến trở thì đèn sẽ khơng sáng.

Hình 21. Gerber file và file pdf của mạch in


3.2 Bonus
-Mạch ổn và không cần sửa chữa


LAB 2: THIẾT KẾ MẠCH "LED TRÁI TIM ĐƠN GIẢN"
1. Chuẩn bị trước
1.1

Tìm hiểu chức năng IC 4017 và IC 555

+ IC 4017: IC 4017 là ic đếm thập phân tức đếm hệ 10, nó đếm xung clock. Khi ta
đưa tín hiệu xung vào chân clock thì ic sẽ đếm xung và xuất ra 10 output tương

ứng với 1 xung clock.
+ IC 555: gồm 2 dòng IC SE555/NE555 và được người dùng sử dụng nhiều nhất
hiện nay.
Đối với IC555 là vi mạch để tạo thời gian trễ (Time Delays) và tạo xung (Oscillation)
hoạt động khá ổn định và có tỷ lệ chính xác cao. với mức độ ổn định và tỷ lệ chính
xác cao. Cịn IC NE555 một mạch tích hợp của hãng CMOS sản xuất, là một trong
những linh kiện khá phổ biến để tạo được xung PWM và dùng để thay đổi tần số tùy
thích theo thiết bị.
1.2

Chức năng và hoạt động các linh kiện transistor BJT, MOSFET, diode, rơ-

le, diode zener:
+Transistor BJT ( transistor lưỡng cực ):
Các transistor lưỡng cực được chế tạo bằng cách xếp chồng ba lớp vật liệu bán dẫn
khác nhau lại với nhau. Một số lớp trong số đó có các electron bổ sung được thêm
vào (quá trình này được gọi là “pha tạp”) và các lớp khác đã loại bỏ các electron (pha
tạp với “các lỗ trống”). Một vật liệu bán dẫn có thêm electron được gọi là chất bán
dẫn loại n (n là viết tắt của negative vì các electron có điện tích âm) và vật liệu bị loại
bỏ electron được gọi là loại chất bán dẫn loại p (p là viết tắt của positive). Các
transistor được tạo ra bằng cách xếp xen kẽ chất bán dẫn loại n và chất bán dẫn loại p
như hình dưới đây.


Hình 22. Cấu tạo transistor BJT

Chúng ta có thể nói các electron có thể dễ dàng di chuyển từ vùng n này sang vùng
p, miễn là chúng có một lực nhỏ (điện áp) để đẩy chúng. Nhưng di chuyển từ vùng p
sang vùng n thực sự khó khăn (địi hỏi nhiều điện áp). Nhưng điều đặc biệt về một
transistor – bộ phận làm cho mơ hình hai diode của chúng ta trở nên lỗi thời – là thực

tế là các electron có thể di chuyển dễ dàng từ cực gốc loại p đến cực thu loại n miễn
là tiếp giáp giữa cực gốc và cực phát được phân cực thuận (có nghĩa là điện áp tại
cực gốc cao hơn tại cực phát).

Hình 23. Nguyên lý hoặt động Transitor BJT


Transitor NPN được thiết kế để chuyển các electron từ cực phát sang cực thu (vì vậy
dịng điện thơng thường đi từ cực thu đến cực phát). Cực phát “phát” electron vào cực
nền, cực gốc sẽ điều khiển số lượng electron mà cực phát phát ra. Hầu hết các electron
được phát ra được “thu” bởi cực thu, cực thu sẽ gửi các electron này đến phần tiếp theo
của mạch.
Transistor PNP hoạt động theo cách tương tự nhưng ngược lại. Cực gốc vẫn kiểm sốt
dịng điện chảy qua, nhưng dịng diện này chảy theo hướng ngược lại – từ cực phát đến
cực thu. Thay vì các electron, cực phát phát ra các “lỗ trống” và các lỗ trống này được thu
bởi cực thu.
Các transistor hoạt động giống như một van điện tử. Chân cực gốc giống như một tay
cầm mà bạn có thể điều chỉnh để cho phép nhiều hoặc ít electron chuyển từ cực phát
sang cực thu.
+ MOSFET:
Mosfet hoạt động dựa trên nguyên tắc hiệu ứng từ trường để tạo ra dịng điện, chức năng
như một chiếc cầu chì dùng để đóng mở cho dịng điện đi qua dùng để bảo vệ mạch main.
Mosfet chức năng đóng mở rất nhanh với dịng điện và điện áp khá lớn nên nó được sử
dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường. Do đóng cắt nhanh làm cho dịng điện
biến thiên. Mosfet thường được sử dụng trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều
khiển điện áp cao.
*Cấu tạo của MOSFET
Mosfet có cấu trúc bán dẫn và có thể điều khiển bằng điện áp với dòng điện cực nhỏ nhất
định.
Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N

– G (Gate): cực cổng. G chính là cực điều khiển được cách ly hồn toàn với các cấu
trúc bán dẫn và bởi do lớp điện mơi cực mỏng tuy nhiên lại có độ cách điện vô cùng lớn
dioxit-silic.
– S (Source): là cực nguồn .
– D (Drain): là cực máng có nhiệm vụ đón các hạt mang điện.


– Mosfet có điện trở ở giữa chân G với chân S và hơn nữa giữa chân G với chân D
rất lớn, còn đối với điện trở giữa chân D và chân S thì lại phụ thuộc hồn tồn vào điện
áp chênh lệch giữa chân G với chân S (UGS).
– Khi điện áp của UGS = 0 thì điện trở của RDS rất lớn và lúc điện áp UGS > 0 là do
hiệu ứng từ trường có thể làm cho điện trở RDS giảm và nếu điện áp UGS càng lớn
thì điện trở của RDS sẽ càng nhỏ.
*Nguyên lý hoạt động của MOSFET
Mosfet hoạt động ở 2 cơ chế đóng và mở. Bởi Mosfet là một phần tử với các hạt
mang điện cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với một tần số rất cao. Do đó, để đảm
bảo thời gian được đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là một vấn đề quan trọng.

Hình 24. Nguyên lý hoạt động mosfet

Mạch điện tương đương của Mosfet.Do đó ta hiểu được cơ chế đóng cắt phụ thuộc vào
các tụ điện nằm trên nó.
 Đối với kênh P (Mosfet Nghịch) : Điện áp điều khiển mở Mosfet là
Ugs0. Dòng điện sẽ đi từ S đến D
 Đối với kênh N (Mosfet Thuận) : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs
>0. Điện áp điều khiển đóng là Ugs<=0. Dịng 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.