BÁO cáo môn học môn học đồ án thiết kế mạch điện tử đề tài mạch điều khiển động cơ DC sử dụng IC555

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - BÁO CÁO MÔN HỌC MÔN HỌC: Đồ án thiết kế mạch điện tử Đề tài: Mạch điều khiển động DC sử dụng IC555 Giảng viên: Lê Đức Toàn Họ tên: Lê Tân Việt Mã SV: B19DCDT251 Lớp: D19CQDT03-B Năm học: 2021-2022 MỤC LỤC MỞ ĐẦU………………………………………………………………2 Phần 1:Cơ sở lý thuyết…………………………………………………3 I.Giới thiệu IC555………………………………………………… 3 Tổng quan IC555…………………………………………… Thông số………………………………………………………….3 Chức IC555………………………………………….…3 Chức chân……………………………………… Sơ đồ nguyên lý nguyên lý hoạt động……………………… Một số mạch điện tử ứng dụng dùng IC555…………………… II.Tìm hiểu động chiều…………………………………………7 Giới thiệu động chiều…………………………………….7 Cấu tạo nguyên lý hoạt động…………………………… ……8 Ứng dụng………………………………………………………….9 Phần 2: Thiết kế mạch…………………………………………… ……9 I.Sơ đồ mạch……………………………………………………….……9 Schematic……………………………………………………… PCB………………………………………………………………10 Mạch thực tế………………………………………………… ….11 II.Nguyên lý hoạt động…………………………………………… … 12 Phần 3:Kết luận…………………………………………………….… 13 Ưu điểm………………………………………………………… 13 Nhược điểm………………………………………………………13 Ứng dụng thực tế……………………………………… ….14 LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật,xã hội ngày văn minh đại nhu cầu điện-điện tử đẩy mạnh đánh giá cao.Việc sử dụng động chiều thực tế ngày rộng rãi,phổ biến Từ thực tế đó,em định chọn đề tài “Mạch điều khiển động DC sử dụng IC555” để làm đồ án cho môn học “Đồ án thiết kế mạch điện tử” Sau trình nghiên cứu học hỏi, với giúp đỡ thầy giáo môn, cuối em hồn thành xong đề tài này.Trong q trình làm đề tài báo cáo,không thể không tránh khỏi thiếu sót nội dung cách trình bày nên em mong thầy bạn lớp góp ý chân thành để từ em rút kinh nghiệm vận dụng để hồn thành tốt đồ án khác quan trọng công việc sau Em xin chân thành cảm ơn ! PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I.Giới thiệu IC555 1.Tổng quan IC555 IC 555 dịng sản phẩm cơng ty Signetics Corporation với dòng sản phẩm SE555/NE555 IC 555 vi mạch dùng để tạo thời gian trễ (Time Delays) tạo xung (Oscillation) với mức độ ổn định tỷ lệ xác cao Ở viết này, chúng tơi tìm hiểu sâu thơng số, sơ đồ nguyên lý, chức hoạt động số mạch ứng dụng IC 555 2.Thông số + Nguồn điện áp đầu vào nằm dải từ – 18V + Dòng điện tiêu thụ: – 15mA + Công suất tiêu thụ lớn (Pmax): 600mW + Điện áp logic đầu mức cao (mức 1): 0.5 – 15V + Điện áp logic đầu mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06V 3.Chức IC555 - PWM-Điều chế độ rộng xung - PPM- Điều chế vị trí xung - Tạo xung,dạng sóng,sóng vng - Có thể sử dụng đa hài đơn ổn không ổn định 4.Chức chân Chân (GND-0V): Chân nối GND để giúp cung cấp dòng cho IC hay gọi mass chung Chân số (TRIGGER): Được biết đến chân đầu vào thấp so với điện áp so sánh sử dụng giống chân chốt tần số áp Mạch so sánh sử dụng Transistor PNP với điện áp chuẩn ⅔ Vcc Chân số (OUTPUT): Đây chân lấy tín hiệu logic đầu Trạng thái tín hiệu chân số xác định mức thấp (mức 0) mức cao (mức 1) Chân số (RESET): Dùng để lập định trạng thái đầu IC 555 Khi chân nối với Mass OUTPUT mức Còn chân mức cao trạng thái đầu phụ thuộc theo mức áp chân số chân số Trong trường hợp, muốn tạo dao động thường chân nối trực tiếp với nguồn Vcc Chân số (CONTROL VOLTAGE): Chân sử dụng để làm thay đổi mức điện áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở nối với chân số GND Chân số (THRESHOLD): Là chân đầu vào để so sánh điện áp dùng chân chốt Chân số (DISCHAGER): Đây coi khóa điện tử chịu tác động điều khiển từ tầng logic chân Khi đầu chân OUTPUT mức khóa đóng ngược lại Chân số có nhiệm vụ tự nạp xả điện cho mạch R-C Chân số (Vcc): Đây nguồn cấp cho IC 555 hoạt động Chân cung cấp với mức điện áp dao động từ – 18V 5.Sơ đồ nguyên lý nguyên lý hoạt động Cấu tạo IC555 có điện trở để phân thành mức điện áp 2/3Vcc 1/3Vcc để làm điện áp tham chiếu cho so sánh điện áp Khi bắt đầu cấp nguồn,dòng điện qua R1 R2 để nạp cho tụ Khi tụ nạp từ đến 1/3Vcc điện áp chân số chân số IC bé 1/3Vcc V+opamp2=1/3Vcc nên V+opamp2>V-opamp2 đầu opamp2=1 V-opamp1=2/3Vcc nên V-opamp1>V+opamp1 đầu opamp1=0 theo bảng trạng thái trigger RS thì: - Q đảo = nên transistor không dẫn - Q =1 nên đầu chân IC mức Khi tụ nạp đến ngưỡng 2/3Vcc trở lên điện áp chân số chân số IC lớn 2/3Vcc V+opamp2=1/3Vcc nên V-opamp2>V+opamp2 đầu opamp2=0 V-opamp1=2/3Vcc nên V+opamp1>V-opamp1 đầu opamp1=1 Theo bảng trạng thái trigger RS thì: - Q=0 nên đầu chân IC mức - Q đảo = kích transistor thơng kéo chân số xuống mass từ khiến tụ xả điện để đến bước tiếp theo.Tụ xả điện áp xuống 1/3Vcc kéo điện áp chân số chân số xuống 1/3Vcc trình lặp lại.Qúa trình lặp lại nên mạch tạo chuỗi xung liên tục với: f=1/ln2[C.(R1+2R2)] T1=ln2.(R1+R2).C T2=ln2.(R2.C1) T=T1+T2 6.Một số mạch điện tử sử dụng IC555 + Mạch đàn piano: + Mạch cảm biến mưa: + Mạch cảm biến ánh sáng: II Tìm hiểu động chiều Giới thiệu động chiều Động chiều DC (DC từ viết tắt “Direct Current Motors”) điều khiển dịng có hướng xác định hay nói cách khác loại động chạy nguồn điện áp DC – điện áp chiều Động chiều (DC) động biến lượng từ dòng điện chiều thành Động chiều ngày không xuất dân dụng Mà chúng có mặt ngày nhiều hệ thống công nghiệp Đơn cử động servo, động bước… Cấu tạo nguyên lý hoạt động Cấu tạo: - Stator: Là phần đứng yên, chế tạo sử dụng từ hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, nam châm điện - Rotor: Là phần quay được, lõi quấn cuộn dây nhằm mục đích tạo thành nam châm điện - Chổi than (brushes): Làm nhiệm vụ tiếp xúc tiếp điện cho phận cổ góp - Cổ góp (commutator): Thực nhiệm vụ tiếp xúc chia điện cho cuộn dây phần rotor (phần quay) Cổ góp chổi than tạo thành phận chỉnh lưu Bộ phận làm nhiệm vụ đổi chiều dòng điện chuyển động quay rotor liên tục Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn cổ góp tiếp nhận dịng điện thơng qua chổi than phân chia điện áp vào cuộn dây rotor bên Khi đó, pha cuộn dây tạo từ trường tương tác với từ trường nam châm vĩnh cửu (stator) từ trường rotor stator cực tạo chuyển động cho động (momen quay) hết pha Tại pha từ trường rotor stator khác cực chỉnh lưu đổi chiều dịng điện để từ trường rotor stator cực với từ giúp động tiếp tục quay không bị gián đoạn Ứng dụng Động điện chiều ứng dụng đa dạng Gần lĩnh vực đời sống có góp mặt Ở tivi, đài FM, ổ đĩa DC, máy công nghiệp hay thiết bị khác… Nó ứng dụng loại máy cơng cụ lớn Có thể kể đến máy cán thép, đầu máy điện PHẦN 2: THIẾT KẾ MẠCH I.Sơ đồ mạch 1.Schematic 2.PCB Mạch dạng 2D: Mạch dạng 3D: 10 3.Mạch thực tế 11 II Nguyên lý hoạt động Khi bắt đầu cấp nguồn, tụ nạp thông qua R1 đến D1 đến biến trở VR đến tụ Khi điện áp chân số chân số IC mức bé 1/3Vcc nên đầu opamp1=0, opamp2=1 Theo bảng trạng thái trigger RS Q đảo =0 nên transistor không dẫn, Q=1 nên đầu chân IC mức 1( tụ nạp từ đến 1/3Vcc) kích trans tip41C thơng nên dịng từ nguồn 5V đến động qua tip41 đến đất Động hoạt động Khi tụ nạp đến mức 2/3Vcc trở lên opamp1=1,opamp2=0 nên ta có Q=0 nên đầu chân IC mức 0, Q đảo nên kích transistor IC555 thơng kéo chân xuống mass từ khiến tụ C1 xả điện để đến bước tiếp theo.Tụ C1 xả điện theo biến trở VR-diode D2-chân 7-mass xuống 2/3Vcc kéo điện áp chân số chân số xuống bé 1/3Vcc trình lặp lại Điều chỉnh biến trở để tăng tốc độ động cơ.Khi giá trị biến trở lớn thời gian hoạt động Ton lâu dòng nhiều nên động quay mạnh ngược lại thời gian hoạt động Ton bé, thời gian mạch ngừng hoạt động Toff lớn dịng động quay mạnh Gía trị Ton Toff xác định công thức sau: 12 Ton=0,69 (R1+VRnạp ).C1 Toff=0,69.VRphóng.C1 Hình ảnh dạng xung PHẦN 3: ỨNG DỤNG I.Ưu điểm Ưu điểm bật động điện chiều có momen mở máy lớn, kéo tải nặng khởi động Khả điều chỉnh tốc độ tải tốt Tiết kiệm điện Bền bỉ, tuổi thọ lớn II.Nhược điểm Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền dễ bị hư hỏng trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa cẩn thận, thường xuyên Tia lửa điện phát sinh cổ góp chổi than gây nguy hiểm, điều kiện môi trường dễ cháy nổ Giá thành đắt công suất không cao 13 III.Ứng dụng thực tế Ngày nay, ứng dụng động điện chiều đa dạng thay nguyên lý đặc biệt có động điện chiều Nó có mặt lĩnh vực sản xuất công nghiệp đời sống: dùng đài FM, ổ đĩa DC, tivi, máy cơng nghiệp, loại máy in, máy photo, Ngồi ra, động điện chiều sử dụng thông dụng ngành công nghiệp giao thông vận tải, thiết bị cần điều khiển tốc độ quay thường xuyên, liên tục phạm vi lớn 14 ... chọn đề tài ? ?Mạch điều khiển động DC sử dụng IC555? ?? để làm đồ án cho môn học ? ?Đồ án thiết kế mạch điện tử? ?? Sau trình nghiên cứu học hỏi, với giúp đỡ thầy giáo môn, cuối em hoàn thành xong đề tài. .. T2=ln2.(R2.C1) T=T1+T2 6.Một số mạch điện tử sử dụng IC555 + Mạch đàn piano: + Mạch cảm biến mưa: + Mạch cảm biến ánh sáng: II Tìm hiểu động chiều Giới thiệu động chiều Động chiều DC (DC từ viết tắt “Direct... Motors”) điều khiển dịng có hướng xác định hay nói cách khác loại động chạy nguồn điện áp DC – điện áp chiều Động chiều (DC) động biến lượng từ dòng điện chiều thành Động chiều ngày không xuất dân dụng