Bài giảng THCS-12-2020

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG ***************************** NGUYỄN ĐỨC MINH NGUYỄN ĐỨC VIỆT BÀI GIẢNG THỰC HÀNH CƠ SỞ (Dành cho sinh viên ngành Công nghệ Điện-Điện tử) MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2020 DANH MỤC BẢNG, BIỂU 15 PHẦN LÝ THUYẾT BỔ TRỢ 18 1.1 KHÁI QUÁT VỀ ĐO LƯỜNG TRONG THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ 18 Phép đo và kỹ thuật đo lường điện tử 18 Các loại sai số 20 Giới hạn của thiết bị đo 21 Can nhiễu ở phép đo 23 Kỹ thuật đo và một số chú ý 25 1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐO CƠ BẢN 26 Đồng hồ đo vạn (Multimeter) 26 Đồng hồ đo vạn số 27 Ưu nhược điểm của đồng hồ đo vạn số 28 Sử dụng đồng hồ đo số 29 Đồng hồ đo vạn chỉ thị kim 30 Ưu nhược điểm của đồng hồ đo vạn chỉ thị kim 31 Sử dụng đồng hồ đo vạn chỉ thị kim 31 Máy tạo sóng chức (Function Generator) 32 Máy hiện sóng (Oscilloscope) 33 Sử dụng máy hiện sóng 34 Các phép đo với máy hiện sóng 35 Bộ đếm tần số 37 1.3 PHƯƠNG PHÁP ĐO KIỂM TRA CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 41 Đo kiểm tra điện trở 41 Đo kiểm tra tụ điện 41 Đo dòng điện bằng đồng hồ vạn 44 Đọc giá trị điện áp AC và DC 44 1.4 KỸ THUẬT HÀN NỐI VÀ LẮP RÁP ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 44 Giới thiệu dụng cụ, thiết bị dùng kỹ thuật hàn nối điện tử 44 Các phương pháp hàn nối điện tử 48 Mạch in (PCB-Printed Circuit Board) và các vấn đề liên quan 49 1.5 CƠ SỞ KỸ THUẬT MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN TỬ BẰNG MÁY TÍNH 53 Tổng quan về SPICE 53 Mô phỏng mạch điện tử với SPICE 54 Các phép phân tích mạch điện bản với SPICE 55 Phần mềm mô phỏng mạch điện tử Proteus 60 Các bước mô phỏng mạch điện tử với phần mềm Proteus 61 PHẦN THỰC HÀNH MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN TỬ TRÊN MÁY TÍNH 71 B̉i Thực Hành 1- Mơ Phỏng Các Mạch Điện Tử Tương Tự 71 2.1 Mô phỏng mạch điện tử dùng vi mạch OP-AM 71 Mạch khuếch đại đảo và không đảo 72 Mạch cộng trừ, so sánh điện áp 77 Mạch tích phân, vi phân 81 Mạch trigger 84 2.2 Mô phỏng các mạch điện nguồn ổn áp chiều tuyến tính 85 Mạch chuyển đổi AC-DC 85 Mạch ổn áp dùng diode zenner 88 Mạch ổn áp dùng IC 78xx/79xx 95 2.3 Mô phỏng mạch hạn chế biên độ 102 Mạch hạn chế 102 Mạch hạn chế dưới 103 Mạch hạn chế hai phía 105 2.4 Mô phỏng các mạch điện tạo dao động 106 Mạch dao động đa hài 106 Mạch dao động dùng IC 555 107 Buổi Thực Hành – Mô Phỏng Mạch Điện Máy Tăng Âm Dùng Transistor 111 2.5 Mô phỏng các mạch điện sử dụng Transistor 111 Đặc tuyến vào của Transistor 112 Mạch mắc E chung 115 Mạch mắc B chung 117 Mạch mắc C chung 118 2.6 Mô phỏng mạch điện máy tăng âm dùng Transistor 118 Tầng tiền khuếch đại 118 Tầng khuếch đại đệm 123 Tầng khuếch đại công suất 125 Buổi Thực Hành 3- Mô Phỏng Các Mạch Điện Tử Số 130 2.7 Mô phỏng mạch tổ hợp 130 Mô phỏng mạch cộng, trừ hai số nhị phân 131 Mô phỏng mạch so sánh hai số nhị phân 134 Mô phỏng mạch phân kênh, hợp kênh 135 Mô phỏng mạch giải mã BCD-7 đoạn 138 Mô phỏng mạch giải mã Gray-BCD và ngược lại 139 Mô phỏng mạch giải mã BCD - thập phân 141 2.8 Mô phỏng mạch dãy 143 Mô phỏng mạch ghi dịch 143 Mô phỏng mạch chia tần 145 Mô phỏng mạch đếm 146 Buổi Thực Hành – Mô Phỏng Mạch Đo Tần Số Hiển Thị Số Digit 149 2.9 Mô phỏng mạch đo tần số hiển thị số digit 149 Mô phỏng khối mạch đếm và hiển thị 150 Mô phỏng khối mạch điều khiển 151 Mô phỏng khối mạch tạo xung chuẩn 1Hz 152 Mô phỏng khối mạch cổng 153 Buổi Thực Hành – Mô Phỏng Các Mạch Điện Tử Sử Dụng Họ Vi Điều Khiển Intel MCS8051 157 2.10 Mô phỏng mạch đo nhiệt độ dùng họ vi điều khiển Intel MCS8051 cảm biến nhiệt độ DS18B20 158 2.11 Mơ phỏng mạch ghép nới bàn phím 4x3 với vi điều khiển AT89C51 171 2.12 Mô phỏng mạch phát xung vuông dùng vi điều khiển họ MCS8051 175 2.13 Mô phỏng mạch đo tần số hiển thị LED đoạn dùng họ vi điều khiển MCS 8051… 179 2.14 Mô phỏng mạch điều khiển động bước dùng vi điều khiển AT89C51 184 2.15 Mô phỏng mạch điều khiển động DC dùng vi điều khiển AT89C51 188 Buổi Thực Hành – Mô Phỏng Các Mạch Điện Với KIT Arduino 192 2.16 Mô phỏng mạch điện điều khiển LED đơn sử dụng KIT Arduino Nano 193 2.17 Mô phỏng mạch điều khiển động bước sử dụng KIT Arduino UNO 197 2.18 Mô phỏng mạch đọc liệu từ cảm biến siêu âm, hiển thị LCD 16x2 sử dụng KIT Arduino UNO 201 2.19 Mô phỏng mạch điều khiển thay đổi tốc độ động chiều sử dụng KIT Arduino UNO 205 2.20 Mô phỏng mạch điều khiển máy bơm nước tự động dùng KIT Arduino UNO R3 cảm biến siêu âm 218 PHẦN THỰC HÀNH LẮP RÁP MẠCH ĐIỆN THỰC TẾ TRÊN BẢNG MẠCH CẮM THỬ NGHIỆM 224 Buổi Thực Hành – Lắp Ráp Mạch Đo Tần Số Hiển Thị Số Digit: Khối giải mã hiển Thị………………… 224 Buổi Thực Hành – Lắp Ráp Mạch Đo Tần Số Hiển Thị Số Digit: Khối mạch điều khiển tạo xung chuẩn 1Hz 240 3.1 Lắp ráp khối mạch điều khiển tạo xung chuẩn 241 Buổi Thực Hành – Lắp Ráp Mạch Đo Tần Số Hiển Thị Số Digit: Đo Thử Và Đánh Giá Sai Số Kết Quả Đo 251 3.2 Lắp ráp hoàn thiện mạch đo tần số hiển thị số digit: đo thử và đánh giá sai số…… 252 Buổi Thực Hành 10- Lắp Ráp Mạch Điện Với Họ Vi Điều Khiển MCS8051 Mạch Phát Xung Và Mạch Đo Tần Số 258 3.3 Lắp ráp mạch phát xung vuông dùng họ vi điều khiển MCS8051 258 Lắp mạch phát xung vuông dùng vi điều khiển AT89C51 262 Lập trình cho vi điều khiển 263 Chạy thử, kiểm tra và đánh giá kết quả đo 265 3.4 Lắp ráp mạch đo tần số hiển thị LCD dùng họ vi điều khiển MCS8051 267 Lắp mạch theo sơ đồ nguyên lý 269 Lập trình cho vi điều khiển 269 Chạy thử, kiểm tra và đánh giá kết quả đo 276 Buổi Thực Hành 11- Lắp Ráp Mạch Điện Với Họ Vi Điều Khiển MCS8051: Mạch Phát Nhạc Và Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước 281 3.5 Lắp ráp mạch phát nhạc 283 Lắp mạch theo sơ đồ nguyên lý 283 Lập trình cho vi điều khiển 284 Chạy thử và đánh giá kết quả 286 3.6 Lắp ráp mạch điều khiển động bước 287 Lắp mạch theo sơ đồ nguyên lý 287 Lập trình cho vi điều khiển 292 Chạy thử và đánh giá kết quả 295 Buổi Thực Hành 12- Lắp Ráp Mạch Điện Với Họ Vi Điều Khiển MCS8051: Mạch Đo Nhiệt Độ Và Mạch Điều Khiển Động Cơ Một Chiều 299 3.7 Mạch đo nhiệt độ dùng họ vi điều khiển MCS8051 và cảm biến DS18B20 301 Lắp mạch theo sơ đồ nguyên lý 302 Lập trình cho vi điều khiển 302 Chạy thử và đánh giá kết quả 308 3.8 Mạch điều khiển động chiều dùng họ vi điều khiển MCS8051 309 Vi mạch L298 và module điều khiển động một chiều dùng IC L298 309 Động một chiều 12Vdc 311 Lắp mạch theo sơ đồ nguyên lý 312 Lập trình cho vi điều khiển 313 Chạy thử và đánh giá kết quả 316 PHẦN THỰC HÀNH LẮP RÁP MẠCH ĐIỆN TRÊN TẤM MẠCH IN 320 Buổi Thực Hành 13 – Lắp Ráp Mạch Tăng Âm Công Suất Nhỏ Dùng Transistor: Tầng Tiền Khuếch Đại 320 4.1 Lắp ráp mạch tăng âm công suất nhỏ dùng Transistor: tầng tiền khuếch đại…… 320 Đo thử kiểm tra linh kiện của mạch 325 Hàn nối, lắp ráp tầng khuếch đại vi sai khối nguồn nuôi một chiều 334 Đo thử, hiệu chỉnh tầng khuếch đại vi sai 336 Vẽ đặc tuyến biên tần của tầng khuếch đại vi sai 336 Buổi Thực Hành 14 – Lắp ráp Mạch Tăng Âm Công Suất Nhỏ Dùng Transistor: Tầng Khuếch Đại Đệm Và Khuếch Đại Công Suất 339 4.2 Lắp ráp mạch tăng âm công suất nhỏ dùng Transistor: tầng khuếch đại đệm tầng công suất 339 Hàn nối lắp ráp tầng khuếch đại đệm tầng công suất 339 Đo thử, hiệu chỉnh tầng đệm khuếch đại công suất 339 Buổi Thực Hành 15 – Lắp ráp Mạch Tăng Âm Công Suất Nhỏ Dùng Transistor: Hoàn Thiện, Đo Thử Hiệu Chỉnh Mạch 341 4.3 Lắp ráp mạch tăng âm cơng śt nhỏ dùng Transistor: Hồn thiện, đo thử hiệu chỉnh mạch 341 Lắp ráp hoàn thiện mạch in 341 Đo thử hiệu chỉnh mạch 341 Hoàn thiện thử mạch với loa 343 PHẦN THỰC HÀNH VỚI CÁC MẠCH ĐIỆN SỬ DỤNG KIT ARDUINO 346 Buổi Thực Hành 16 – Thực Hành Với KIT thí nghiệm IoT: Điều Khiển LED Đơn Và Động Cơ Bước 346 5.1 Thực hành với KIT thí nghiệm IoT: điều khiển nhấp nháy LED đơn 347 KIT thí nghiệm IoT 347 KIT Arduino ESP32 349 Viết và nạp chương trình cho KIT Arduino ESP32 353 Chạy thử mạch điện và nhận xét kết quả 356 5.2 Thực hành với KIT thí nghiệm IoT: điều khiển động bước 358 Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện 358 Viết và nạp chương trình cho KIT Arduino ESP32 361 Sơ đồ kết nối mạch điện điều khiển động bước 363 Chạy thử mạch điện và nhận xét kết quả 363 Buổi Thực Hành 17 – Thực Hành Với KIT Thí Nghiệm IoT: Đọc Và Hiển Thị Dữ Liệu Từ Các Cảm Biến 365 5.3 Thực hành với KIT thí nghiệm IoT: đọc và hiển thị liệu từ các cảm biến366 Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện 366 Viết chương trình cho KIT Arduino ESP32 370 Hiển thị dữ liệu cảm biến máy tính 370 Hiển thị dữ liệu cảm biến LCD 372 Chạy thử mạch điện và nhận xét kết quả 376 Buổi Thực Hành 18 – Thực Hành Với KIT thí nghiệm IoT: Điều Khiển Máy Bơm Nước Tự Động Và Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Một Chiều 380 5.4 Thực hành với KIT thí nghiệm IoT: điều khiển máy bơm nước tự động 381 Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện 383 Sơ đồ kết nối dây KIT IoT 386 Viết và nạp chương trình cho KIT Arduino ESP32 386 Chạy thử mạch điện và nhận xét kết quả 388 5.5 Thực hành với KIT thí nghiệm IoT: điều khiển tớc độ động chiều 390 Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện 390 Sơ đồ kêt nối mạch điện điều khiển tốc độ động một chiều 392 Viết và nạp chương trình cho KIT Arduino ESP32 393 Chạy thử mạch điện và nhận xét kết quả 395 TÀI LIỆU THAM KHẢO 400 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Mạch dùng để tính ảnh hưởng tải 22 Hình 1-2 Trích dẫn tần số cao lọc 24 Hình 1-3 Nối đất chung 24 Hình 1-4 Nối đất riêng 24 Hình 1-5 Cực tính ghi các que đo của đờng hờ cực tính của ng̀n pin 26 Hình 1-6 Một số loại đồng hồ vạn .27 Hình 1-7 Đồng hồ vạn số AT9205D 27 Hình 1-8 Đồng hồ vạn số Hioki 28 Hình 1-9 Đặt đồng hồ vào thang đo điện áp DC AC 29 Hình 1-10 Đồng hồ vạn chỉ thị kim .30 Hình 1-11 Thang đo và vạch chỉ thị .32 Hình 1-12 Máy tạo sóng chức 33 Hình 1-13 Máy hiện sóng tương tự .34 Hình 1-14 Các mẫu hình Lissajous .36 Hình 1-15 Tín hiệu vào 36 Hình 1-16 Tín hiệu hiển thị 36 Hình 1-17 Sơ đồ khối của bộ đếm tần số 37 Hình 1-18 Sơ đồ khối mạch đo tần số 38 Hình 1-19 Bộ đếm tần nhiều thang đo 38 Hình 1-20 Phương pháp đo khoảng thời gian giữa hai xung 39 Hình 1-21 Phương pháp đo tỷ số hai tần số 39 Hình 1-22 Phương pháp đếm tổng số xung 40 Hình 1-23 Sơ đồ khối bộ đếm đa 40 Hình 1-24 Đo kiểm tra tụ gốm 41 Hình 1-25 Đo kiểm tra tụ hoá .42 Hình 1-26 Thyristor 43 Hình 1-27 Đo kiểm tra Thyristor 43 Hình 1-28 Mỏ hàn nung gián tiếp 45 Hình 1-29.Mỏ hàn nung trực tiếp (mỏ hàn xung) 45 Hình 1-30 Máy hàn khò 46 Hình 1-31 Một số dụng cụ thực hành điện tử 46 Hình 1-32 Giá để mỏ hàn có tay kẹp kính lúp 47 Hình 1-33 Máy hút thiếc cầm tay 47 Hình 1-34 Thiếc hàn nhựa thông .48 Hình 1-35 Mạch in và các linh kiện hàn dán 49 Hình 1-36 Bảng mạch in năm 1967 50 Hình 1-37 Mặt cắt mạch in hiện đại .51 Hình 1-38 Các bước chế tạo mạch điện tử với PCB .52 Hình 1-39 Mạch chia áp 55 Hình 1-40 Mạch cầu .56 Hình 1-41 Mạch khuếch đại đảo 58 Hình 1-42 Vẽ đồ thị bằng OrCAD 9.2 60 Hình 1-43 Biểu tượng chương trình Proteus Design Suite 8.x .61 Hình 1-44 Giao diện của chương trình PDS 8.0 62 Hình 1-45 Tạo project mới 62 Hình 1-46 Lựa chọn template cho file mô phỏng 63 Hình 1-47 Lựa chọn tạo file mạch in PCB sau mô phỏng 63 Hình 1-48 Lựa chọn tạo một project không bao gồm các vi điều khiển 64 Hình 1-49 Những thành phần có project mới tạo 64 Hình 1-50 Mạch điện quan sát đường cong nạp điện của tụ 65 Hình 1-51 Thư viện linh kiện .65 Hình 1-52 Chọn đầu đo điện áp 66 Hình 1-53 Chọn công cụ Graph mode 66 Hình 1-54 Thiết lập giá trị hoạt động cho linh kiện .67 Hình 1-55 Bắt đầu chạy mô phỏng .67 Hình 1-56 Thay đổi tḥc tính của Graphs 68 Hình 1-57 Nhập quãng thời gian quan sát dạng sóng 68 Hình 1-58 Thay đổi bước thời gian step time 69 Hình 1-59 Dạng sóng tín hiệu thu được 69 Hình 1-60 Sơ đồ mạch khảo sát đặc tuyến làm việc của diode (phần thuận) .69 Hình 1-61 Thiết lập thuộc tính cho phân tích DC curve analysis 70 Hình 1-62 Đặc tuyến làm việc của một số diode 70 Hình 2-1 Mạch khuếch đại đảo .72 Hình 2-2 Dạng sóng tín hiệu vào của mạch kh́ch đại đảo 73 Hình 2-3 Đặc tuyến biên tần pha tần của mạch khuếch đại đảo 74 Hình 2-4 Mạch khuếch đại không đảo 75 Hình 2-5 Mạch cộng đảo 77 Hình 2-6 Mạch cộng không đảo 79 Hình 2-7 Mạch trừ điện áp (khuếch đại vi sai) 80 Hình 2-8 Mạch tích phân 81 Hình 2-9 Mạch vi phân 83 Hình 2-10 Mạch trigger 84 Hình 2-11 Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ 85 Hình 2-12 Mạch chỉnh lưu bội áp 87 Hình 2-13 mạch ổn áp dùng diode Zenner 88 Hình 2-14 mạch ổn áp đối xứng dùng diode Zenner 91 Hình 2-15 Mạch ổn áp một chiều điện áp lối vào thay đổi 93 Hình 2-16 Mạch ổn áp một chiều 5Vdc dùng IC 7805 .95 Hình 2-17 Mạch ổn áp một chiều có điện áp điều chỉnh được 97 Hình 2-18 Mạch ổn áp chiều dùng IC 7805 diode Zenner 98 Hình 2-19 Mạch ổn áp chiều công suất nhỏ ±12Vdc 99 Hình 2-20 Mạch ổn áp chiều điều chỉnh được từ 1.25V tới 37V 101 Hình 2-21 Mạch hạn chế .102 Hình 2-22 Mạch hạn chế dưới 103 Hình 2-23 Mạch hạn chế hai phía .105 Hình 2-24 Mạch đa hài tự dao động 106 Hình 2-25 Mạch tạo dao động dùng NE555 .107 Hình 2-26 Sơ đồ phân cực để khảo sát transistor Q2SC1815 109 Hình 2-27 Dạng đồ thị đặc tuyến của transistor .110 Hình 2-28 Mạch điện khảo sát đặc tuyến vào của transistor BC107BP .112 Hình 2-29 Thiết lập mô phỏng transfer vẽ đặc tuyến vào của transistor 113 Hình 2-30 Đặc tuyến vào của transistor BC107BP 113 Hình 2-31 Mạch điện khảo sát đặc tuyến của transistor BC107BP .114 Hình 2-32 Thiết lập mô phỏng transfer vẽ đặc tuyến của transistor 114 Hình 2-33 Đặc tuyến Volt-Ampere của transistor BC107BP .115 Hình 2-34 Sơ đồ mạch điện transistor mắc E chung 115 Hình 2-35 Mạch điện transistor mắc B chung 117 Hình 2-36 Mạch điện transistor mắc C chung 118 Hình 2-37 Mạch tiền khuếch đại mắc theo kiểu vi sai .120 Hình 2-38 Tín hiệu lới tầng kh́ch đại vi sai 120 Hình 2-39 Đặc tuyến biên tần của tín hiệu mạch khuếch đại vi sai 121 ... 16 MỞ ĐẦU Cuốn Bài giảng môn học Thực hành sở được biên soạn dựa thực hành điện tử bản của môn học Thực hành sở thuộc khoa Kỹ thuật Điện tử đã được giảng dạy nhiều năm... 2020) cuốn Bài giảng được bổ sung thêm một số nội dung mới cập nhật nhằm đảm bảo tính nền tảng nợi dung kiến thức công nghệ, kỹ thuật tiên tiến Các nội dung cuốn giảng bao... với Arduino ESP32 Đây là các bài thực hành mạch điện có bao gờm hệ thớng nhiều cảm biến, cấu chấp hành vi mạch khả trình Trong biên soạn ćn Bài giảng mơn học Thực hành sở