Giáo trình điện tử ứng dụng 2017

LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC THEO NGUYÊN LÝ CẦU H

Phân tích sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ DC theo nguyên lý cầu H 5 1 Sơ đồ mạch điện

Bằng cách điều khiển 4 "công tắc" này đóng mở, ta có thể điều khiển được dòng điện qua động cơ cũng như các thiết bị điện tương tự

1.1.2 Phân tích sơ đồ mạch điện Đây là sơ đồ tổng quát của một mạch cầu H sử dụng transistor BJT

Động cơ DC có khả năng quay theo hai chiều khác nhau, phụ thuộc vào cách kết nối cực âm và dương Cụ thể, nếu đầu A được nối với cực dương (+) và đầu B với cực âm (-), động cơ sẽ quay theo chiều thuận, ví dụ như chiều kim đồng hồ Ngược lại, khi đầu A được nối với cực âm (-) và đầu B với cực dương (+), động cơ sẽ quay theo chiều nghịch, tức là ngược chiều kim đồng hồ.

Khi S1 và S4 được đóng, A kết nối với cực dương (+) và B kết nối với cực âm (-) của nguồn điện, tạo ra dòng điện chạy từ nguồn qua S1, qua động cơ, và qua S4 về mass, khiến động cơ quay theo chiều thuận.

Trong sơ đồ, A và B đóng vai trò là hai cực điều khiển, trong khi 4 diode có chức năng triệt tiêu dòng điện cảm ứng phát sinh trong quá trình hoạt động của động cơ Nếu không có diode bảo vệ, dòng điện cảm ứng trong mạch có thể gây hư hỏng cho các transistor.

Transistor BJT được sử dụng nên là loại có công suất lớn và hệ số khếch đại lớn

Theo sơ đồ, A và B là hai cực điều khiển nối tiếp với hai điện trở hạn dòng, có giá trị khác nhau tùy thuộc vào loại transistor sử dụng Cần đảm bảo dòng điện qua cực Base không vượt quá mức an toàn để tránh hư hỏng transistor Thông thường, giá trị điện trở được sử dụng là 1k Ohm.

Ta điều khiển 2 cực này bằng các mức tín hiệu HIGH , LOW tương ứng là 12V và 0V

 Transistor BJT loại NPN mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng điện áp ở cực Collector, trong mạch đang xét hiện tại là 12V

 Transistor BJT loại PNP mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng 0V

Với 2 cực điều khiển và 2 mức tín hiệu HIGH/LOW tương ứng 12V/0V cho mỗi cực, có 4 trường hợp xảy ra như sau:

Khi A ở mức LOW và B ở mức HIGH, transistor Q1 mở và Q3 đóng ở phía A, trong khi transistor Q2 đóng và Q4 mở ở phía B Điều này cho phép dòng điện chạy từ nguồn 12V qua Q1, đi qua động cơ và trở về GND qua Q4, khiến động cơ quay theo chiều thuận Bạn có thể thấy dòng điện trong mạch đi theo chiều được minh họa trong hình vẽ, cùng với các cực (+) và (-) của động cơ.

A ở mức HIGH và B ở mức LOW

Trong mạch điện, transistor Q1 đóng và Q3 mở ở phía A, trong khi transistor Q2 mở và Q4 đóng ở phía B Điều này cho phép dòng điện chạy từ nguồn 12V qua Q2, đi qua động cơ và trở về GND qua Q3, khiến động cơ quay theo chiều ngược Dòng điện trong mạch di chuyển theo hướng được chỉ định trong hình vẽ.

Khi transistor Q1 và Q2 được mở, trong khi Q3 và Q4 đóng, dòng điện không có đường trở về GND, dẫn đến việc không có dòng điện chạy qua động cơ, do đó động cơ không hoạt động.

Khi transistor Q1 và Q2 đóng, trong khi Q3 và Q4 mở, dòng điện không thể chảy từ nguồn 12V, dẫn đến việc không có điện áp cung cấp cho động cơ, khiến động cơ không hoạt động.

Như vậy, để dừng động cơ, điện áp ở 2 cực điều khiển phải bằng nhau Điều khiển tốc độ động cơ

Chỉ cần thay đổi điện áp đặt vào 2 cực điều khiển của mạch cầu H Để ý rằng:

 Hiệu điện thế giữa 2 cực điều khiển càng lớn thì động cơ chạy càng nhanh

 Động cơ chạy theo chiều thuận khi điện áp ở A nhỏ hơn B và ngược lại

Ngoài ra Sử dụng mạch cầu H trong IC SN754410

IC SN754410 là IC tích hợp mạch cầu H, có thể điều khiển cùng lúc 2 động cơ chạy theo

Một số thông số cơ bản như sau:

 Điện áp hoạt động tối đa: 36V

 Cường độ dòng điện tối đa cấp cho mỗi động cơ: 1.1A

 Cường độ dòng điện tối đa trong toàn mạch: 2A

 Công suất tỏa nhiệt tối đa: 2075mW

 Sơ đồ chân của IC SN754410

 Các chân M1 Forward và M1 Reverse là 2 chân điều khiển động cơ M1 của mạch cầu H

 Các chân M2 Forward và M2 Reverse là 2 chân điều khiển động cơ M2 của mạch cầu H

 M1 Enable và M2 Enable là 2 chân đóng ngắt động cơ M1, M2 Cấp điện áp LOW cho chúng để dừng động cơ và HIGH (5V) để cho phép động cơ hoạt động

 Motor Power IN là chân cấp nguồn cho động cơ hoạt động

 +5V là chân cấp nguồn 5V cho IC

Nếu không tìm được IC SN754410, có thể sử dụng IC L293D với sơ đồ chân y hệt như vậy

Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển động cơ DC theo nguyên lý cầu H 11 BÀI 2: LẮP RÁP VÀ KHẢO SÁT MẠCH TĂNG ÁP TỪ 12VDC – 220VAC DÙNG TRANSISTOR

Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư đúng nội dung bài học

Bước 1: Lựa chọn và kiểm tra linh kiện

Bước 2: Tiến hành lắp mạch

Bước 3: Kiểm tra và hiệu chỉnh

Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch

BÀI 2: LẮP RÁP VÀ KHẢO SÁT MẠCH TĂNG ÁP TỪ 12VDC – 220VAC DÙNG TRANSISTOR

- Trình bày được sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động của mạch tăng áp từ 12Vdc – 220Vac dùng transistor

- Lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa được mạch tăng áp từ 12Vdc – 220Vac dùng transistor đúng yêu cầu kỹ thuật

- Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm

Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp từ 12VDC – 220VAC dùng

2.1.2 Phân tích sơ đồ mạch điện

Lắp ráp, khảo sát mạch tăng áp từ 12VDC – 220VAC dùng transistor

 Mạch biến đổi điện áp từ 12VDC – 220VAC dùng Mosfet

MẠCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ

Mạch khiển động cơ DC bằng LM317

a Phân tích sơ đồ mạch khiển động cơ DC bằng LM317

- Nguyên lý hoạt động: Mạch này đơn giản dùng để điều khiển động cơ bằng LM317

Tốc độ động cơ phụ thuộc vào R1 Đơn giản dễ lắp đăt b Lắp ráp, khảo sát mạch khiển động cơ DC bằng LM317

Mạch điều khiển động cơ DC dùng hồng ngoại

a Phân tích sơ đồ mạch khiển động cơ DC dùng hồng ngoại

- Nguyên lý hoạt động: b Lắp ráp, khảo sát mạch khiển động cơ DC dùng hồng ngoại

Mạch điều khiển động cơ DC sử dụng IC 555

a Phân tích sơ đồ mạch khiển động cơ DC sử dụng IC 555

+ Sử dụng 12VDC để cấp nguồn cho IC

Vm là nguồn năng lượng chính cho động cơ, và giá trị của nó phụ thuộc vào định mức điện áp của động cơ Đối với transistor BD139, Vceo tối đa là 80V, vì vậy Vm không được phép vượt quá mức này.

+ BD139 có thể xử lý dòng tối đa là 1,5A vì vậy không sử dụng động cơ tiêu thụ dòng điện quá 1,5A

+ BD139 nên có tấm tản nhiệt

Mạch điều khiển động cơ DC đơn giản sử dụng NE555 không chỉ cho phép kiểm soát tốc độ mà còn có khả năng thay đổi hướng quay của động cơ.

Mạch PWM hoạt động dựa trên bộ định thời NE555, được kết nối thành bộ đa hài không ổn định với chu kỳ làm việc có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi giá trị biến trở R1 Đầu ra của IC1 được ghép nối với cực B của Q1, điều khiển động cơ theo tín hiệu PWM có sẵn ở cực B của nó, và chu kỳ làm việc càng cao thì điện áp trung bình trên động cơ sẽ cao dẫn đến tốc độ động cơ cao hơn Việc thay đổi hướng động cơ DC được thực hiện bằng công tắc DPDT S1, giúp thay đổi trạng thái phân cực động cơ.

3.2 Mạch điều khiển và ổn định nhiệt

Mạch đóng mở quạt tự động theo nhiệt độ

a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch đóng mở quạt tự động theo nhiệt độ

Mạch điện này tự động điều khiển quạt tản nhiệt 12V DC hoặc quạt CPU dựa trên nhiệt độ, bật hoặc tắt khi nhiệt độ vượt quá hoặc dưới mức cho phép Nhiệt độ có thể được điều chỉnh thông qua biến trở VR1, và cảm biến nhiệt độ sử dụng trở nhiệt 10k (NTC-Negative Temperature Coefficient) IC LM311 có thể được thay thế bằng các OA tương đương, và transistor có thể thay thế bằng loại có sẵn Việc lắp ráp và khảo sát mạch giúp kiểm tra chức năng đóng mở quạt tự động theo nhiệt độ.

Mạch điều khiển và ổn định nhiệt độ dùng LM35 + IC 741

a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và ổn định nhiệt độ dùng LM35 +

Khi mắc mạch Op-amp, cần chú ý kết nối ngược chân + và -; cụ thể, đầu ra Vout của LM35 phải được nối vào V+, trong khi RV1/R1 sẽ kết nối vào V- LM35 có độ nhạy là 10mV/°C, tức là ở 25°C, đầu ra sẽ là 250mV và ở 40°C sẽ là 400mV Để relay bật ở 40°C, hãy điều chỉnh RV1 sao cho V- đạt 400mV.

 Chức năng của cảm biến nhiệt độ IC LM35

LM35 là cảm biến tiêu hao điện năng thấp sử dụng điện áp 5V Cảm biến gồm có 3 chân,

2 chân nguồn, 1 chân tín hiệu ra dạng Analog

Chân dữ liệu của cảm biến LM35 là chân ngõ ra điện áp tuyến tính, với chân số 2 cho ra tín hiệu

+ Chân 2: là chân OUTPUT dữ liệu dạng điện áp

 Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V

 Công suất tiêu thụ là 60uA

 Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC

 Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C

 Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải

 Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài khoảng -55°C tới 150°C

 Một số tính chất của cảm biến LM35:

 Đầu ra của cảm biến này thay đổi diễn tả tuyến tính

 Điện áp o / p của cảm biến IC này tỉ lệ với nhiệt độ Celsius

 Điện áp hoạt động từ -55˚ đến + 150˚C

 Được vận hành dưới 4 tới 30 vôn

+ OPamp trong mạch làm nhiệm vụ so sánh

+ Nếu ap trên LM35 > ap V- thì ngõ ra =0v khi đó Q1 ko dẫn làm cho quạt quay

+ Nếu áp LM35< ap V- thi ngõ ra =vcc và Q1 dẫn làm cho quạt dừng

+ Nếu muốn thay đổi nhiệt độ quạt có thể thay đổi 2 biến trở b Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển và ổn định nhiệt độ dùng LM35 + IC741

Mở rộng: Thực hành đo nhiệt độ với LM35 cùng Arduino

Trước hết, cần chuẩn bị những thứ sau:

 1 cảm biến nhiệt độ LM35

VCC sẽ cắm 5V trên Arduino

 Signal sẽ cắm vào A0 trên Arduino

 Ground đương nhiên sẽ cắm vào Ground trên Arduino

2 Mạch ổn định nhiệt a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch ổn định nhiệt

+ R1 là nhiệt điện trở 15K @ 20 ° C, NTC

+ M1 là động cơ quạt 12V, 700mA

+ Các tụ điện C1 có công suất 25V

+ Mạch được cấp nguồn từ pin 12V PP3 hoặc nguồn 12VDC

Mạch điều khiển tốc độ quạt 12V DC hoạt động dựa trên hai transistor và cảm biến nhiệt điện trở (R1) để điều chỉnh tốc độ quạt theo nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng, dòng điện qua cực B của transistor Q1 (BC 547) sẽ thay đổi, từ đó ảnh hưởng đến hoạt động của mạch.

Khi điện áp tại cực C của transistor Q1 giảm, điều này ảnh hưởng đến cực B của transistor Q2 (BD140), dẫn đến sự thay đổi tốc độ của động cơ Sự giảm điện áp này khiến Q2 bị sai lệch nhiều hơn, từ đó làm thay đổi tốc độ của động cơ Đáng chú ý, độ sáng của đèn LED tỷ lệ thuận với tốc độ động cơ; nghĩa là, khi tốc độ động cơ tăng, đèn LED sẽ sáng hơn và ngược lại Bên cạnh đó, việc lắp ráp và khảo sát mạch ổn định nhiệt cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình này.

3.3 Mạch bảo vệ quá áp dùng SCR

 Khái niệm về mạch điều khiển tín hiệu:

Mạch điều khiển tín hiệu là hệ thống điện tử có chức năng thay đổi trạng thái của các tín hiệu, điều chỉnh trạng thái hoạt động và chế độ làm việc của máy móc thiết bị.

- Ví dụ: Sự thay đổi tắt, sáng của đèn giao thông, hệ thống báo cháy, màn hình làm việc của máy giặt, nồi cơm điện…

- Thông báo về tình trạng khi gặp sự cố: quá áp, quá tải, quá nhiệt độ, cháy nổ…

- Thông báo về những thông tin cần thiết cho con người thực hiện theo hiệu lệnh: đèn xanh, đèn đỏ, đèn giao thông…

- Làm các thiết bị trang trí điện tử: Bảng quảng cáo, biển hiệu…

- Thông báo về tình trạng hoạt động của máy móc: tín hiệu báo nguồn, âm lượng của âm thanh…

 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:

- Khối 1: Nhận lệnh: nhận tín hiệu từ cảm biến rồi chuyển đến khối xử lý

- Khối 2: Xử lý: điều chế tín hiệu theo một nguyên tắc nào đó rồi phát tín hiệu điều khiển đến khối khuếch đại

- Khối 3: Khuếch đại: khuếch đại tín hiệu này lên đến công suất cần thiết lên khối chấp hành

- Khối 4: Chấp hành: Phát tín hiệu cảnh báo: đèn, chuông… và chấp hành lệnh

Sau khi nhận lệnh từ cảm biến, mạch điều khiển sẽ xử lý tín hiệu đã nhận và điều chế chúng theo một nguyên tắc nhất định.

- Sau khi xử lý xong tín hiệu được khuếch đại đến công suất hợp lý và đưa tới khối chấp hành

- Khối chấp hành sẽ phát lệnh báo hiệu bằng chuông, đèn, chữ.

Mạch báo hiệu và bảo vệ quá điệp áp

a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch báo hiệu và bảo vệ quá điện áp

- Phân tích sơ đồ mạch điện:

+ BA: biếp áp hạ áp từ 220V xuống 15V để nuôi mạch điều khiển

+ Đ1, C: Điốt và tụ điện biến đổi điện xoay chiều thành một chiều câp cho mạch điều khiển

+ VR, R: chỉnh ngưỡng tác động khi quá áp

+ Đo và R2: Điốt ổn áp đặt ngưỡng tác động cho T1 và T2

+ T1, T2: Transistor điều khiển Rơ le hoạt động

+ K: Rơ le chuyển mạch ( K: cuộn day hút, K1: Tiếp điểm thường mở, K2: tiếp điểm thường đóng), đóng, cắt nguồn

 Trường hợp làm việc bình thường: Bình thường, điện áp bằng 220V, rơ le K không hút, tiếp điểm thường đóng K1 đóng điện cho tải làm việc bình thường

 Trường hợp khi quá điện áp:

+ Khi điện áp tăng cao biến trở VR nhận tín hiệu điện áp vượt ngưỡng làm việc của Đo, Đo cho dòng chạy qua

T1 và T2 điều khiển hoạt động của rơ le bằng cách nhận tín hiệu dòng điện từ mạch đo khuếch đại Khi có tín hiệu, chúng cung cấp điện cho cuộn dây rơ le K, kích hoạt K mở tiếp điểm K1 để cắt điện tải, bảo vệ mạch Đồng thời, tiếp điểm thường mở K2 được đóng lại, làm cho đèn sáng và chuông kêu, báo hiệu tình trạng điện áp cao và việc cắt điện đã được thực hiện.

26 b Lắp ráp, khảo sát mạch báo hiệu và bảo vệ quá điện áp

Mạch bảo vệ quá áp dùng IC 7812 và Op –Amp

a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ quá áp dùng IC 7812 và Op –Amp

- Nguyên lý hoạt động: b Lắp ráp, khảo sát mạch bảo vệ quá áp dùng IC 7812 và Op –Amp

3 Mạch cảnh báo điện áp thấp dùng LM 317 a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch cảnh báo điện áp thấp dùng LM 317

Mạch điện cảnh báo khi điện áp giảm xuống dưới 6.2V, bao gồm hai phần chính: khối nguồn điều chỉnh điện áp từ 0-30V sử dụng IC LM317 và khối cảnh báo điện áp thấp Khi điện áp dưới 6.2V, đèn LED D2 sẽ sáng, và có thể lắp thêm loa để phát tín hiệu âm thanh Mạch hoạt động hiệu quả trong dải điện áp 9V-12V.

4 Mạch tự động ngắt Ắc qui khi hết điện a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch tự động ngắt Ắc qui khi hết điện

29 b Lắp ráp, khảo sát mạch tự động ngắt Ắc qui khi hết điện

3.4 Mạch chiếu sáng an toàn

A Light Dependent Resistor (LDR), also known as a photoresistor or cadmium sulfide (CdS) cell, is a type of light sensor that changes its resistance based on light exposure This component, commonly referred to as a photoconductive material, is widely used in various applications to detect light levels and adjust device operations accordingly.

Tế bào quang điện hoạt động dựa trên nguyên tắc quang dẫn, nghĩa là giá trị điện trở của nó thay đổi theo cường độ ánh sáng Thiết bị này thường được ứng dụng trong các mạch cảm biến ánh sáng và mạch chuyển đổi.

LDR được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị như đồng hồ đo ánh sáng cho máy ảnh, đèn đường, radio đồng hồ, hệ thống báo động ánh sáng, báo khói và đồng hồ ngoài trời.

1 Mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor

Khi ánh sáng chiếu vào quang trở LDR, điện trở của nó sẽ tăng cao, dẫn đến transistor Q1 đóng và transistor Q2 mở Kết quả là LED D1 được nối đất và phát sáng.

Khi ánh sáng chiếu vào quang trở LDR, điện trở của nó giảm, dẫn đến dòng điện chạy qua, làm cho Q1 dẫn và Q2 không dẫn, khiến đèn LED D1 tắt.

+ Có thể thay đổi giá trị R3 để thay đổi độ nhạy của mạch b Lắp ráp, khảo sát mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor

 Mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor sử dụng nhiều đèn Led

 Mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor giao tiếp Relay điều khiển đèn 220v

2 Mạch cảm biến ánh sáng dùng Op - Amp a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến ánh sáng dùng Op - Amp

 Chức năng và sơ đồ chân của IC LM358

IC LM358 là một bộ khuếch đại thuật toán chân cắm kép với công suất thấp, nổi bật hơn so với các bộ khuếch đại thuật toán tiêu chuẩn trong các ứng dụng sử dụng nguồn đơn.

IC LM358 hoạt động hiệu quả với nguồn điện áp từ 3V đến 32V Mặc dù có công suất cực thấp, LM358 vẫn đạt độ lợi cao lên tới 100dB Bên trong, IC này bao gồm hai bộ khuếch đại thuật toán, cho phép nó tương thích với nhiều loại mạch logic khác nhau.

Các tính năng của khuếch đại thuật toán:

+ Bảo vệ quá áp lối ra

+ Tầng khuếch đại vi sai lối vào

+ Dòng cung cấp lối vào thấp

+ Dải tín hiệu cùng pha mở rộng tới nguồn âm

Quang trở có điện trở lớn khi không có ánh sáng và giảm đột ngột khi có ánh sáng chiếu vào, điều này liên quan đến nguyên tắc chia áp giữa chân 2 và chân 3 Op-amp sẽ so sánh điện áp tại hai chân này và tính toán điện áp tại chân 1, dẫn đến trạng thái Trans dẫn hoặc không dẫn, khiến đèn LED chớp tắt Bài viết cũng hướng dẫn lắp ráp và khảo sát mạch cảm biến ánh sáng sử dụng Op-amp.

 Sơ đồ mạch tự động mở đèn dùng Quang trở + OP – Amp giao tiếp với Relay điều khiển đèn 220V

Tiêu đề	Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng Nghề: Điện Công Nghiệp
Trường học	Trường Cao Đẳng Nghề Cơ Giới Và Thủy Lợi
Chuyên ngành	Điện Tử
Thể loại	giáo trình
Năm xuất bản	2017
Thành phố	Đồng Nai

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	1,98 MB