mạch và thiết bị điện - điện tử

LỜI NÓI ĐẦUNgày nay,cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành điện tử,rất nhiều ứng dụngcủa điện tử đã giúp ích cho con người rất nhiều đời sống cũng như trong sản xuấtnhằm nâng cao n

Luận vănMạch và thiết bị điện-điện tử

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay,cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành điện tử,rất nhiều ứng dụngcủa điện tử đã giúp ích cho con người rất nhiều đời sống cũng như trong sản xuấtnhằm nâng cao năng suất lao động và giảm thiểu tối đa sức lao động của conngười.Một trong những ngành ứng dụng nhiều điện-điện tử nhất là ngành giao thôngvân tải.Ứng dụng được mọi người biết đến nhiều nhất là hệ thống tự đóng ngắt đènđường không cần sự tác động của con người.Xuất phát từ thực tiễn trên kết hợp vớinhững kiến thức chúng em có được trong quá trình học tập tại Trường Đại Học SưPhạm Kĩ Thuật Hưng Yên , chúng em đã chọn đề tài “thiết kế chế tạo mạchkhởi động 3 động cơ ” với ứng dụng “khởi động 3 băng truyền “ làm đồ ánmôn học “Mạch và thiết bị điện-điện tử”

Cùng với sự nỗ lực của bản thân nhưng do kiến thức và kinh nghiệm còn nhiều hạnchế nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, vậy nên chúng em rất mong nhậnđược sự giúp đỡ và ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn nhằm phát triển và mởrộng đề tài

Hưng Yên, tháng 12 năm 2010 Nhóm sinh viên thực hiện

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Tuần 1 - Nhận đồ án môn học.

- Tìm hiểu chung về mạch khởi động băng tải

- Tham khảo ý kiến các sinh viên khóa trên.

Tuần 2,3 - Tham khảo một số mạch.

- Nghiên cứu các thiết bi, linh kiện có lien quan.

Tuần 4,5 - Thiết kế, lựa chọn mạch điện hợp lý.

- Tìm kiếm các linh kiện sử dung trong mạch.

- Vẽ mạch in và làm bo mạch.

Tuần 6,7 - Hoàn thành mạch và chạy thử.

- Hoàn thành bản thuyết trình,giới thiệu nguyên lý và ứng dụng cuẩ mạch.

- Xin ý kiến GVHD về tiến trình làm việc và những chỉ dẫn thêm.

Tuần 8 - Hoàn thành sản phẩm và bảo vệ đồ án.

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

I - Đề tài của chúng em là “Thiết kế chế tạo khởi động 3 băng truyền” với

• Đảm bảo tính kĩ thuật, mỹ thuật, hoàn thành đúng thời gian quy định

II - Phương pháp thực hiện đề tài.

Dựa vào yêu cầu của đề tài chúng em đã sử dụng các linh kiện : IC 74LS192,IC7805, 74LS08, 74LS00, 74LS32, 74LS14 và một số kinh kiện khác

- Hệ thống này được thực hiện bằng cách:

• Sử dụng nút nhấn

• Sử dụng IC 7805để tạo ra điện áp ổn định để cấp cho mạch hoạt động

• Sử dụng IC 74LS192, 74LS08, 74LS00, 74LS32, 74LS14

CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÍ THUYẾT

I LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG.

Hình 1.1a - Trở thường

Hình 1.1b - Trở sứ

22R

R 2 1 R

Vòng d chỉ sai số

 Kiểm tra bằng mắt thường : nhìn vào màu trên thân điện trở

 Kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng

1.1.5 Ứng dụng của điện trở

Điệntrở cómặt ởmọinơitrongthiết bịđiện tử

và nhưvậyđiệntrở làlinh kiệnquan trọng không thể thiếu được trong mạch điện,điện trở có những tác

Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp Ví dụ có một bóng đèn 8V, nhưng

ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 4Vtrên điện trở

Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từmột điện áp cho trước

Màu thân điện trở Vòng a Vòng b Vòng c Vòng d

0123456789

-10-2

10-11

+ 0.1%

-

-Hình 1.1g - Cầu phân áp

Ngoài ra điện trở còn có nhiều ứng dụng khác trong các mạch điện hằng ngày

1.2 BIẾN TRỞ

Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn Chúng

có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫnđiện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh sáng hoặc

bức xạ điện từ,

Hình dạng của biến trở :

C 5

C A P

C 4

C A P N P

Hình 1.2a – Cấu tạo biến trở Hình 1.2b – Biến trở thực tế

Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau:

Hình 1.2c – các loại kí hiệu của biến trở

- Hình dạng tụ điện:

1.3a – Tụ thực tế

- Ký hiệu tụ điện:

Hình 1.3b – Kí hiệu của tụ điện

-Cấu tạo của tụ điện :

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cáchđiện gọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi

và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như: tụ giấy,

tụ gốm, tụ hoá

1.3.2.Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ.

Một tính chất quan trọng của tụ điện là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ tínhchất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều

Tụ điện sẽ phóng điện từ dương cực sang âm cực, nó phóng điện qua tải sau đó vềcực âm của tụ điện Điện dung của tụ càng lớn thì thời gian tích điện càng lâu

Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trịđiện dung, đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ sẽ

Tụ điện được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật điện và điện tử, trong các thiết bị điện

tử, tụ điện là một linh kiện không thể thiếu đươc, mỗi mạch điện tụ đều có

một công dụng nhất định như truyền dẫn tín hiệu,lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo daođộng vv

Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng

để truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một

Tụ giấy và tụ gốm (trị số nhỏ) thường lắp trong các mạch cao tần còn tụ hoá (trị sốlớn) thường lắp trong các mạch âm tần hoăc lọc nguồn điện có tần số thấp

CHƯƠNG III - TÌM HIỂU VỀ CÁC LINH KIỆN CHÍNH TRONG MẠCH, VAI TRÒ VÀ TÁC DỤNG CỦA CHÚNG.

I – IC 7805 và IC 7812.

1.1.Hinh dạng và cấu tạo.

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn

áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản Các loại ổn ápthường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp

VD: 7805 ổn áp 5V,7812 ổn áp 12V.

Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau

Hình 1.1 - IC ổn áp 7805

Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân :

• Chân số 1 là chân IN (hình vẽ trên)

• Chân số 2 là chân GND (hình vẽ trên)

• Chân số 3 là chân OUT (hình vẽ trên)

1.2 Một số thông số kĩ thuật

- Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

- Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

+ ) Nếu vượt quá ngưỡng 4 ý trên 7805 sẽ bị cháy +) Thực tế ta nên chỉ dùng công suất tiêu tán =1/2 giá trị trên Các giá trị cũng không

nên dùng gần giá trị max của các thông số trên Tốt nhất nên dùng ≤ 2/3 max Hơn

nữa các thống số trên áp dụng cho điều kiện chuẩn nhiệt độ 25 độ C

+) Ta nên hạn chế áp lối vào 7805 để giảm công suất tiêu tán trên tản nhiệt.

IC 7805 còn phụ thuộc vào áp rơi trên nó

+) Thực tế áp lối ra có thể đạt giá trị nào đó trong khoảng 4.8 5.2 V Nên nếu đo

được áp là 4.85V thì ta không vội kết luận là IC bị hỏng

+) Độ trôi nhiệt của 7805 xấp xỉ: 1mv/1 độ C Nó có hệ số trôi nhiệt âm, nên nhiệt

độ tăng, điện áp ra sẽ giảm

VD: Nếu ở 25 độ C, điện áp lối ra là 4.98V, thì rất có thể tại 65 độ, ta đo được thế

+) IC 7805 có bảo vệ chập tải.

II – IC họ 74LS.

2.1- IC 74LS192 đếm thập phân

* sơ đồ

2.2- IC 74LS32 (cổng OR)

Là cổng thực hiện chức năng của phép toán cộng logic, cổng OR có 2 đầu vào và

1 đầu ra có ký hiệu như hình vẽ :

Phương trình logic mô tả hoạt động của cổng OR :

Bảng trạng thái mô tả hoạt động của cổng OR :

Xét trường hợp tổng quát với cổng OR có n đầu vào Phương trình logic :

Đặc điểm của cổng OR là : tín hiệu đầu ra chỉ bằng 0 khi và chỉ khi tất cảcác đầu vào đều bằng 0, ngược lại tính iệu đầu ra bằng 1 khi chỉ cần có ítnhất một đầu vào bằng 1

Sử dụng cổng OR để đóng mở tín hiệu: Xét cổng OR có hai đầuvào x1, x2 Nếu

chọn x1 là đầu vào điều khiển, x2 đầu vào dữ liệu, ta có trường hợp cụ thểsau đây :

đi qua

Khi :

→ Cổng OR mở cho dữ liệu vào đầu vào x2

Sử dụng cổng OR để thực hiện chức năng cổng logic khác : Ta sử dụng hai

giá trị đầu và cuối của bảng trạng thái của cổng OR và nối mạhc cổng ORnhư sau :

Cổng OR dóng vai trò cổng đệm Sơ đồ mạch thực hiện trên hình 3.10 :

Đây là cổng thực hiện phép toán nhân đảo, về sơ đồ logic cổng AND gồm 1cổng AND mắc nối tầng với 1 cổng NOT, ký hiệu và bảng trạng thái cổngNAND được cho như sau:

2.3- IC 74LS08 (cổng AND)

Cổng AND là cổng logic thực hiện chức năng của phép toán nhân logic với

2 đầu vào và một đầu ra ký hiệu như hình vẽ:

Phương trình logic mô tả hoạt động của cổng AND:

Bảng trạng thái hoạt động của cổng AND 2 đầu vào:

Từ bảng trạng thái này ta có nhận xét: đầu ra y chỉ bằng 1 (mức logic 1) khi cả hai đầu vào đều bằng 1, đầu ra y bằng 0 (mức logic 0) khi có một đầu vào bất kỳ

Xét trường hợp tổng quát cho cổng AND có n đầu vào x1, x2…xn:

Vậy đặc điểm của cổng AND là: đầu ra y chỉ bằng 1 khi tất cả các đầu vào đềubằng 1, đầu ra y bằng 0 khi có ít nhất một đầu vào bằng 0

Sử dụng cổng AND để đóng mở tín hiệu: Xét cổng AND có hai đầu vào x1và

x2 Ta chọn:

− x1: đầu vào điều khiển

− x2: đầu vào dữ liệu

Xét các trường hợp cụ thể sau:

- :⇒ bất chấp trạng thái của x2, ta nói cổng AND khoá

lại không cho

dữ liệu đưa vào đầu vào x2 qua cổng AND đến đầu ra

Ta nói cổng AND mở cho dữ liệu đưa vào đầu vào x2 qua cổng ANDđến đầu ra.

Sử dụng cổng AND để tạo ra cổng logic khác: Nếu ta sử dụng hai tổ hợpđầu và cuối trong bảng giá trị của cổng AND và nối cổng AND theo sơ đồ sau:

Phương trình logic mô tả hoạt động của cổng NAND 2 đầu vào:

Vậy, đặc điểm của cổng NAND là : tín hiệu đầu ra chỉ bằng 0 khi tất cả các đầu vào đều bằng 1, và tín hiệu đầu ra sẽ bằng 1 khi chỉ cần ít nhất 1 đầu vào bằng 0.

Sử dụng cổng NAND để mở tín hiệu: Xét cổng NAND có 2 đầu vào : chọn x1là

đầu vào điều khiển, x2 là đầu vào dữ liệu Khi :

→ cổng NAND mở cho dữ liệu vào đầu vào x2 và đến đầu ra

2.3- IC 74LS14

III -TRANSISTOR C828.

3.1 Hinh dạng.

Hình 3.1 – Hình ảnh Transistor C828.

Tranzitor C828 là loại tranzito nghịch,

3.2.Cấu tạo cơ bản của Trasistor.

Hình dưới mô tả cấu trúc của 2 loại Tramsistor NPN và PNP

Nồng độ tạp chất của vùng E lớn hơn vùng B và vùng C có nồng độ tạp chất nhỏnhất.Vùng nền có kích thước hẹp nhất trong ba vùng bán dẫn kế đến là vùng phát vàvùng thu là rộng nhất.Transistor NPN có đáp ứng tần số cao tốt hơn transistorPNP.Bây giờ chúng ta chỉ khảo transistor NPN còn transistor PNP cũng tương tự

3.3.Transistor ở trạng thái chưa phân cực.

Khi pha chất cho (donor) vào thanh bán dẫn tinh khiết ta được chấtbán dẫn loại N.Các điện tử tự do(còn thừa của chất cho)có mức năng lượngtrung bình gần dãi dẫn điện(mức năng lượng Fermi được năng lên).Tượng tựnếu chất pha tạp là chất nhận(acceptor)thì ta có chất bán dẫn loại P.Các lỗtrống của chất nhận có mức năng lượng trung bình nằm gần dãi hóa trịhơn(mức năng lượng fermi được giảm xuống).

Khi nối P-N được xác lập,một rào điện thế sẽ tạo ra tại nối Các điện tử tử tự

do trong vùng N sẽ khếch tán sang vùng P và ngược lại các lỗ trống từ vùng P sẽkhếch tán sang vùng N.Kết quả là tại hai bên mối nối,bên vùng N các ion dươngbên vùng P là các ion âm.chúng đã tại ra hàng rào điện thế

Hiện tượng này cũng thấy ở tại hai mối nối transistor.Quan sát vùng hiếm,tathấy ta thấy rằng kích thước của hiếm là một hàm số theo nồng độ chất pha.Nó rộng

ở vùng chất pha nhẹ và hẹp ở vùng chất pha đậm

3.4.Cơ chế hoạt động của transistor lưỡng cực.

Trong ứng dụng thông thường(khếch đại),nối phát nền phải được phân

cực thuận trong lúc nối thu nền phải được phân cực nghịch

Vì nối phát nền phân cực thuận nền vùng hiếm hẹp lại,nối thu nền

được phân cực nghịch nên vùng hiếm rộng ra

Nhiều điện tử từ cực âm của nguồn VEE đi vào vùng phát và sangvùng nền.Như ta đã biết,vùng nền pha tạp chất ít và rất hẹp nên lỗ trốngkhông nhiều do đó lượng lỗ trống khếch tán sang vùng phát không đáng kể

Mạch được phân cực như sau:

Do vùng nền hẹp và ít lỗ trống nên có một ít điện tử khếch tán sang vùng pháttái hợp với lỗ trống của vùng nền.Hầu hết các điện tử tử từ vùng này khếch tánthẳng qua vùng thu và bị hút về cực dương của nguồn VCC.

Các điện tử tự do vùng phát như vậy tạo nên dòng điện cực phát IE chạy từ cựcphát E.Các điện tử từ vùng thu chạy về cực dương của nguồn VCC tạo ra dòng điệnthu IC chạy vào vùng thu

Mặt khác,một số ít điện tử là hạt thiểu số của vùng nền chạy về cực

dương của nguồn VEE tạo nên dòng điện IB rất nhỏ chạy vào cực nền B.Như vậy, theo định luật kirchoff,dòng điện IE bằng tổng dòng IB và IC

Ta có:IE =IB+IC

Vì dòng IB rất nhỏ nên có thể coi IE=IC

3.5 Cách lắp Transistor và độ lợi dòng điện.

Khi sử dụng,transistor được ráp theo ba cách căn bản sau:

-ráp theo kiểu cực phát chung(3)

Trong ba cách ráp trên,cực chung chính là cực được nối mass và dùng

chung cho hai ngõ vào và ngõ ra

Trong mỗi cách ráp,người ta định nghĩa độ lợi dòng điện một chiều

như sau:

Độ lơi dòng điện kí hiêu là K:

Độ lợi dòng điện của transistor thường được dùng là độ lợi trong cách ráp cực phátchung và cực nền chung.Độ lợi dong điện trong cách ráp cực phát chung cho bởi:

3.6 Dòng điện rỉ trong transistor

Vì nối thu nền thường được phân cực nghịch nên cũng cómột dòng điện rỉ (bảo hòa ngược) đi qua mối nối như trong trường hợpdiod được phân cực nghịch.Dòng điện rỉ ngược này được kí hiệu làICBO,được nhà sản xuất cho biết và được mô tả bằng hình vẽ sau:

Đây là dòng điện đi từ cực thu qua cực nền khi cực phát để hở Hình vẽ sau đây cho

ta thấy thành phần các dòng điện chạy trong transistor bao gồm cả dòng điện ICBO

Như vậy,ta có:

Nếu ICBO xấp xỉ bằng 0,xem như không đáng kể:

Thay vào phương trình trên ta được:

Chúng ta đăt ICEO = (βDC + 1).ICBO và phương trình trên được viết lại:

ICEO = βDC ICBO + ICBO

Như vậy,ta có thể hiểu dòng điện rỉ ICEO như là dòng điện chạy từ cực Cqua cực E của transistỏ khi cực B để hở.Trị số của ICEO cũng được nhà sản xuấtcho biết:

Các thông sốβDC ,αDC , ICBO, ICEO rất nhạy với nhiệt độ.

3.7 Đặc tuyến V-I của transistor

Người ta thường chú ý đến 3 loại đặc tuyến của transistor:

-đặc tuyến truyền

Mạch tổng quát để biểu 3 đặc tuyến trên được biểu diễn bằng mô hình sau:

Chúng ta cần chú ý tùy theo mỗi loai transistỏ và cách lắp ráp mà nguồn V11,V22phải mắc đúng cực(sao cho khối thu nền phân cực nghịch và khối phát nền phâncực thuận) các Ampe kế và volt kế phải mắc đúng chiều Chúng ta khảo sát hai cáchmắc cơ bản L:

3.7.1 Mắc theo nền cực chung:

Mạch điện như sau:

Đặc tuyến ngõ vào(input cusver)

Là đặc tuyến biểu diễn sự thay đổi của dòng điện IE theo điện thế

ngõ vào VBE với VCB được chọn làm thông số

Đặc tuyến có dạng như sau:

Nhận xét:

-khi nối thu nền để hở,đặc tuyến có dạng như diode khi phan cực thuận

-điện thế ngưỡng của đặc tuyến giảm khi VCB tăng

đặc tuyến ngõ ra(output cusver)

Là đặc tuyến biểu diễn sự thay đổi dòng điện cực thu IC theo điện thế

thu nền VCB với dòng điện phát làm thông số

Đặc tuyến có dạng như sau.Ta chú ý đến ba vùng hoạt động của

transistor

Vùng tác độngp:nối nền phát phân cực thuận,nối nền thu phân cựcnghịch .Trong vùng này đặc tuyến là những đường thẳng song song và cáchđều.Trong các ứng dụng thông thường,transistor được phân cực trong vùngtác động