ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH CHUYỂN TÍN HIỆU MỨC LOGIC 12V SANG 5V KHÔNG CÁCH LY NGUỒN SỬ DỤNG TRANSISTOR A1013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ⸎⸎⸎⸎⸎ BÀI TẬP LỚN PROJECT MÔN HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH CHUYỂN TÍN HIỆU MỨC LOGIC 12V SANG 5V KHÔNG CÁCH LY NGUỒN SỬ DỤNG TRANSISTOR A1013 Lớp : Project môn học – – – 22 (N03) Sinh viên thực : Vũ Thị Linh – Mã SV:21010474 Giang Gia Long – Mã SV:21012378 Giảng viên hướng dẫn: TS Lương Văn Sử ThS Đào Tô Hiệu Hà Nội 11/2022 PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Linh Mã sinh viên: 21010474 Giang Gia Long 21012378 Giảng viên hướng dẫn: Đào Tô Hiệu Lương Văn Sử TT Ngày BC Nội dung công việc Điểm Kết Nhận xét danh % Đánh giá ( tối ĐG ký đa 10) 13-9-2022 Tìm hiểu mạch, X 100% linh kiện cách Làm việc tập 10 trung hiệu làm mạch 20-9-2022 Vẽ sơ đồ nguyên lý X 100% proteus + vẽ sơ Làm việc tập 10 trung hiệu dồ mạch 1-10-2022 Mua linh kiện bắt X 100% đầu làm 6-11-2022 Viết báo cáo Làm việc tập 10 trung hiệu X 100% Làm việc hiệu 10 15-11-2022 Hoàn thiện sản X 100% phẩm Làm việc hiệu 10 Người Điểm trung bình 10 lần báo cáo 10 Số lần báo cáo 11 Sản phẩm 12 Điểm thường 10 xuyên ( trung bình cộng mục 9,10,11 ) 13 Điểm trình bày thuyết minh Kết ( trung bình cộng mục 12,13 ) - Các sinh viên cần điền đầy đủ Hà Nội, ngày thông tin nội dung công việc phân Cán hướng dẫn công để GV thuận tiện cho việc điểm danh đánh giá - Mỗi gặp giáo viên cần mang theo phiếu đánh giá - Nếu khơng có sở để đánh giá - Đánh giá đòng kèm với thuyết minh tháng năm 2022 BẢNG TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN SV tự đánh giá ST Nội dung đánh giá GV kiểm tra Đạt T Không Xác Không Làm lại / đạt nhận đạt Sửa chữa đạt Lập kế hoạch yêu cầu Thực tiến độ theo kế hoạch Thực nhiệm vụ giao Thu thập tài liệu phục vụ nghiên cứu Phân tích tổng hợp liệu Phối hợp làm việc nhóm Khả làm việc độc lập Năng lực phân tích Năng lực chuyển giao 10 Năng lực thiết kế mạch 11 Năng lực vận hành khai thác thiết bị đo 12 Năng lực thực hiện(Lắp ráp, chế tạo mạch, sản phẩm ) Yêu cầu 13 Năng lực kiểm tra, khảo sát mạch linh kiện 14 Năng lực bảo trì thiết bị mạch 15 Năng lực trình bày(Viết báo cáo, thuyết trình, ) I KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ Kết luận Hà Nội, ngày tháng năm 20 Người tự đánh giá II Ý KIẾN NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 20 Cán hướng dẫn KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mạch chuyển tín hiệu mức logic 12V sang 5V không cách ly nguồn sử dụng transistor A1013 Sinh viên thực hiện: Vũ Thị Linh Giang Gia Long Lớp Mã SV: 21010474 Mã SV: 21012378 : PROJECT MÔN HỌC – – – 22 (N03) Kế hoạch thực chi tiết: S NỘI DUNG T TG ĐỊA TG PHÂN CÔNG (TUẦN) ĐIỂM T.HIỆN NHIỆM VỤ T Tìm hiểu - Các sản phẩm ứng dụng Từ ngày thực tế Thư viện, - Phân tích yêu cầu đề tài - Thu thập thơng tin có liên quan Phịng - Các kiến thức cần có để phục vụ ………… - Cả nhóm đến ngày: 504, 503 nghiên cứu đề tài tham gia tìm hiểu thảo ………… - Thiết kế sơ đồ khối thiết bị nhóm trưởng Vũ Thị Linh Thực hành - Phân cơng luận nhóm (Báo cáo giáo viên hướng dẫn Hoàn thiện sơ đồ khối thiết bị Và phân tích chức khối (viết Phòng đồ án 501 tay) Từ ngày - Thảo luận nhóm Chọn lựa giải pháp thực Phương pháp ghép nối khối với Thiết kế mạch nguyên lý khối , phân tích chức phần tử mạch nguyên tắc làm việc mạch điện (viết tay) ………… (Báo cáo giáo viên hướng dẫn) A4 Tính tốn lựa chọn tham số Khoa mạch điện (giá trị linh kiện, Điện – loại linh kiện sử dụng, điện áp, dịng điện, mạch, cơng đến ngày: việc để làm việc (Mục 4,5, ………… mạch, công suất nguồn….) người phụ trách khối công Điện tử suất - Phân cơng Vũ Thị Linh, cịn lại Giang Gia Long ) Chọn linh kiện thực tế gần với giá trị tính, Tính toán theo giá trị thực tế Viết thuyết minh báo cáo kết (Báo cáo giáo viên hướng dẫn) Khảo sát mạch điện thiết bị chương trình mơ Từ ngày (Tina, Proteurs…) Viết báo cáo kết ………… khảo sát (Báo cáo giáo viên hướng dẫn tư Lắp ráp người phụ vấn kỹ thuật) trách mạch đến ngày: mạch bo test (Breadboard) khảo sát theo ………… Theo phân chia để khảo sát khối chức (Điện áp nguồn cung cấp, dòng điện, điện áp thành phần, tham số khác ) Hiệu chỉnh tham số theo giá trị tính tốn Viết thuyết minh báo cáo kết sau khảo sát tực tế (Báo cáo giáo viên hướng dẫn tư vấn kỹ thuật) Thiết kế mạch in (nếu cần) Từ ngày Làm mạch in Lắp ráp 4 Kiểm tra mạch + Hiệu chỉnh Viết báo cáo sau kiểm tra ………… đến ngày: hiệu chỉnh mạch (Báo cáo giáo viên ………… hướng dẫn tư vấn kỹ thuật) Lập phương án dự phòng Vũ Thị Linh Từ ngày - Cả nhóm ………… - Theo kế hoạch Hướng phát triển ứng dụng đề tài phân công Hoàn thiện đề tài (thuyết minh, sản phẩm) đến ngày: Chuẩn bị bảo vệ (Báo cáo giáo viên hướng dẫn ………… tư vấn) Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 20… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Người lập Linh Vũ Thị Linh MỤC LỤC MỤC LỤC -2 DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 10 1.1 Mở đầu -10 1.2 Tổng quan 10 1.2.1 Transistor A1013 -10 1.2.2 Bộ phận nhận biết 13 1.3 Kết luận -14 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG -15 2.1 Sơ đồ khối 15 2.1.1 Sơ đồ -15 2.1.2 Nguyên lý hoạt động -16 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 16 2.2.1 Sơ đồ -16 2.2.2 Nguyên lý hoạt động -17 2.2.3 Tính toán, lựa chọn tham số mạch linh kiện. -17 2.4 Kết luận -17 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 18 3.1 Kết mô 18 3.2 Kết thực nghiệm -18 3.3 Kết luận hướng phát triển đề tài 19 3.3.1 Về kiến thức 19 3.3.2 Về thực nghiệm -19 3.3.3 Ưu điểm -19 3.3.4 Nhược điểm -19 3.3.5 Hướng phát triển -19 TÀI LIỆU THAM KHẢO -20 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN I LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1 Mở đầu Các mạch điện tử đại bao gồm vi mạch họ logic khác làm việc để thực nhiệm vụ Thách thức quan trọng làm việc với chip thuộc họ logic khác khơng tương thích mặt logic Điều có nghĩa đầu logic thấp “0” từ 5V hiểu mức logic cao “1” Sự cố dẫn đến hỏng mạch nghiêm trọng Để giải vấn đề này, sử dụng mạch đặc biệt gọi chuyển đổi mức Logic Các mạch có khả chuyển đổi 12V sang 5Vvà 5V sang 12V thành công Trong viết này, chúng em giới thiệu chuyển đổi mức Logic chuyển đổi 12V sang 5V 1.2 Mức logic gì? Điện áp dùng để biểu diễn gọi mức logic Ta hiểu đơn giản có hai mức logic mức mức Để tạo mức logic số mạch nguồn người ta tạo tín hiệu xung vng Tín hiệu có hai mức rõ rệt mức cao (Logic 1) mức thấp (Logic 0) [1] 1.3 Ưu nhược điểm Ưu điểm: Mạch nhỏ gọn, dễ dàng chế tạo, chí phí thấp,giá thành rẻ Nhược điểm: Cơng suất nhỏ điện áp không ổn định Mô Proteus In mạch Điều chỉnh liệu thơng số linh kiện Hồn thành sản phẩm Hình 1SƠ ĐỒ MẠCH CHUYỂN TÍN HIỆU MỨC LOGIC 12V SANG 5V KHÔNG CÁCH LY NGUỒN SỬ DỤNG TRANSISTOR A1013 1.4 Tổng quan Mạch chuyển tín hiệu mức logic 12V sang 5V không cách ly nguồn sử dụng transistor A1013 13 Mạch gồm linh kiện: điện trở 9k(Ω) transistor A1013 led cơng tắc bít chân Nguồn 1.4.1 Transistor A1013 Các Transistor PNP cấu tạo từ vật liệu n-type kèm với hai vật liệu p-type, loại transistor gọi transistor PNP Nó thiết bị kiểm sốt Một lượng nhỏ dịng sở kiểm sốt phát dịng thu Transitor PNP có hai điốt tinh thể kết nối trở lại Phía bên trái diode gọi diode phát sở phía bên phải diode gọi diode collector-base Lỗ hổng phần tử mang đa số bóng bán dẫn PNP tạo thành dịng điện Dịng điện bên bóng bán dẫn cấu thành vị trí thay đổi lỗ đạo trình bóng bán dẫn, dịng điện tử Transitor PNP bật dòng điện nhỏ chạy qua đế Hướng dịng điện bóng bán dẫn PNP từ phát đến thu Chữ bóng bán dẫn PNP điện áp yêu cầu phát, thu đế bóng bán dẫn Cơ sở bóng bán dẫn PNP luôn âm phát thu Trong bóng bán dẫn PNP, electron lấy từ thiết bị đầu cuối sở Dòng điện vào sở khuếch đại vào đầu thu Cấu trúc bóng bán dẫn PNP thể hình đây. Ngã ba sở emitter kết nối theo xu hướng thuận ngã ba sở collector kết nối theo xu hướng ngược. Bộ phát kết nối theo xu hướng thuận thu hút electron phía pin tạo thành dịng điện chạy từ phát sang thu 14 Hình ảnh 1:Cấu tạo [1] Cơ sở bóng bán dẫn ln giữ tích cực thu để lỗ hổng từ đường giao thu vào đế. Và phát sở giữ phía trước lỗ từ vùng phát vào sau vào khu vực thu gom cách qua vùng cạn kiệt [2] Từ ta có : Hình Sơ đồ chân transistor A1013 [2] Hình Hình ảnh thực transistor A1013 [3] 1.4.1.1 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý: 15 Ta cấp nguồn chiều UCE vào hai cực C E Trong (-) nguồn vào cực C, (+) nguồn vào cực E Cấp nguồn chiều UBE qua công tắc trở hạn dịng vào hai cực B E Trong cực (-) vào chân B cực (+) vào chân E Khi công tắc mở, ta thấy hai cực E C cấp điện khơng có dịng điện chạy qua Lúc dịng IC = Khi cơng tắc đóng, mối P – N phân cực ngược Khi có dịng điện chạy từ nguồn (+) UBE qua công tắc tới R hạn dịng Sau qua mối EB cực (-) tạo thành dòng IB Ngay dòng IB xuất hiện, dịng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng Khi dịng IC mạnh gấp nhiều lần dịng IB [3] Dịng IC hồn tồn phụ thuộc vào dịng IB, có cơng thức 𝑰𝑪 = 𝜷 ∗ 𝑰𝑩 IC là dòng chạy qua mối CE IB dòng chạy qua mối BE β Là hệ số khuếch đại transistor Khi có điện UCE điện tử lỗ trống vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện Khi xuất dòng IBE lớp bán dẫn P cực mỏng nồng độ pha tạp thấp Vì số điện tử tự từ lớp bán dẫn nhỏ số điện tử vào lỗ trống tạo thành dòng IB Còn lại phần lớn số điện tử bị hút phía cực C tác dụng điện áp UCE tạo thành dòng ICE chạy qua transistor [4] 1.4.1.2 Thông số kỹ thuật [5] Kiểu định: A1013 Vật liệu transitor: Si Phân cực: PNP Công suất tiêu tán tối đa Pc: 0,9 W Điện áp cực đại Collector-Base Vcb: 160 V Điện áp cực đại Collector-Emitter Vce: 160 V Điện áp cực đại Emitter-Base Veb: V Dòng Collector tối đa Ic max: A Nhiệt độ hoạt động mối nối tối đa (Tj): 150 ° C 16 Tần số chuyển đổi (ft): 50 MHz Điện dung Collector (Cc): 35 pF 1.4.1.3 Ưu điểm: Transistor A1013 có lượng tiêu thụ điện khơng lớn, độ trễ gần khơng có khởi động khơng chứa chất độc hại chúng khơng có phận làm nóng cathode Với kích thước nhỏ nhẹ sản phẩm tối ưu nhiều Với thiết bị đại phù hợp cho transistor phát huy vai trò chúng sử dụng mức điện áp hoạt động nhỏ gần với pin tiểu Transistor cịn có hiệu suất cao tuổi thọ dài, bị vỡ nên chúng ưa chuộng sử dụng [6] 1.4.2 Bộ phận nhận biết +Đèn led: Thông báo người dùng có nguồn 5V từ đầu Hình Led đỏ 3mm [4] + Điện trở: Là linh kiện điện tử thụ động gồm tiếp điểm kết nối, thường dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy mạch, điều chỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt linh kiện điện tử chủ động transistor, tiếp điểm cuối đường truyền điện có nhiều ứng dụng khác Điện trở cấu tạo từ nhiều thành phần riêng rẽ có nhiều hình dạng khác nhau, ngồi điện trở cịn tích hợp vi mạch IC Và phân loại dựa khả chống chịu, trở kháng tất nhà sản xuất ký hiệu [7] 17 Hình Điện trở [5] 1.5 Kết luận Cùng với tiện ích cơng dụng hữu ích mà mạch chuyển đổi logic mang lại Nhiều kĩ sư áp dụng vào hệ thống mạch lớn Để thiết kế chế tạo mạch chuyển tín hiệu mức logic 12V sang 5V không cách ly nguồn sử dụng transistor A1013, cần: + Nguồn vào input 12V 5V đèn báo tín hiệu + Sau có nguồn 5V cần thiết đén báo sáng 18 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối Khối nguồn Khối xử lí tín hiệu Khối output Hình sơ đồ khối hệ thống 2.1.1 Sơ đồ Xuất phát từ yêu cầu đề tài, có sơ đồ khối thiết bị hình Hình Sơ đồ khối hệ thống 19 2.1.2 Nguyên lý hoạt động Sơ đồ nguyên lí hoạt động Proteus Nguyên lý hoạt động hệ thống sau: Khi cấp nguồn 12V vào mạch Trường hợp cơng tắc đóng có dịng điện chạy qua điện trở R2 đến chân B truyền đến transitor A1013 qua điện trở R1 dịng điện qua Transitor A1013 phân cực ngược đóng vai trị giảm tín hiệu chuyển từ 12V xuống 5V suy Led báo sáng, đồng hồ vôn kế đo khoảng 4.99V Trường hợp công tắc mở , khơng có dịng điện 12V vào Khi nguồn 5V từ chân E xuống điện trở R1 xuống chân GND nên đèn không báo sáng đầu mạch vôn kế đo 1.18V 20 2.2 Kết luận Nguyên lý hoạt động dựa theo tính chất transistor PNP Cùng với điện trở, transistor A1013 tạo mạch chuyển tín hiệu logic từ 12V sang 5V CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 3.1 Kết mơ Kết mơ máy tính Proteus: Đầu tiên, ta cấp cho điện áp 12V Hình Chọn nguồn cho mạch : Sơ đồ ngun lí test phần mềm cơng tắc mở 21 Khi cơng tắc mở, khơng có dịng 12V truyền vào mạch: Output xấp xỉ 1.18V : Sơ đồ ngun lí test phần mềm cơng tắc đóng Khi cơng tắc bật, có dịng 12V truyền vào mạch: +) Output xấp xỉ 5V sơ đồ mạch in dây Proteus Tiếp theo sơ đồ mô mạch cứng 3D gồm linh kiện xếp theo thứ tự lần lượt: nguồn, điện trở 9k, 220Ω, 9k xếp song song Bên canh Q1 transistor A1013 D1 công tắc bít số 22 Mơ mạch cứng 3D 3.1.1 Là mạch Là mạch bước quan định độ thành công mạch Nên mở max bàn là khoảng 20 phút Là kĩ tốt nên với lực vừa tay Tránh trường hợp bóc mực khơng ăn hết vào mạch đồng Sau xong để mạch nguội tự nhiên tiến hành bước ăn mòn mạch đồng 23 3.1.2 Cho ăn mòn đồng Để ăn mòn sử dụng bột sắt FeCl3 pha với nước với tỉ lệ khoảng 1:1 Nếu muốn phản ứng ăn mòn xảy nhanh nên sử dụng nước nóng khơng có thay nước lạnh thời gian ăn mòn nhiều thời gian : Cho ăn mòn đồng Ăn mòn đến phần khơng phủ mực trở thành màu vàng kim Tiếp theo rửa mạch dùng dung dịch axeton để rửa mực in mạch Sau rửa xong để mạch khơ sau đến bước khoan mạch 3.1.3 Khoan mạch Mũi khoan chọn loại có mũi 0.8 mm Khi khoan tay với tốc độ vừa phải mũi khoan vng góc với mạch để mũi khoan thẳng đứng Khi khoan lỗ rút thực lại bước với lỗ khoan lại 24 :Khoan mạch máy khoan 3.1.4 Hàn linh kiện Hàn mạch mỏ hàn ta dùng thiếc nóng chẩy để gắn Để mỏ hàn nóng lên làm nóng chảy thiếc để hàn chân linh kiện Mối hàn tròn vừa đủ bao phủ chân linh kiện Hàn cẩn thận không để dây thiếc sang đường mạch khác gây lên tình trạng chập mạch Đây bước khó nguy hiểm địi hỏi người hàn phải cẩn thận, khéo léo, tỉ mỉ không dễ gây bỏng rát 3.2 Kết thực nghiệm Khi không cấp nguồn: 12V Nguồn vào: 5V Điện trở: 9kΩ, 220Ω Led: led đỏ 3mm Đầu ra: 1,18V Gõ phương trình vào Khi cấp nguồn: 5V Nguồn vào: 5V, 12V Điện trở: 10kΩ, 220Ω Led: led đỏ 3mm Đầu ra: 4.99V 5V 3.3 Kết luận hướng phát triển đề tài 3.3.1 Về kiến thức Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu để tài “Thiết kế chế tạo mạch chuyển tín hiệu mức logic 12V sang 5V không cách ly nguồn sử dụng transistor A1013” hoàn thiện đạt yêu cầu đề 3.3.2 Về thực nghiệm + Chế tạo thành cơng tạo mạch chuyển tín hiệu mức logic 12V sang 5V không cách ly nguồn sử dụng transistor A1013 25 + Nâng cao kỹ vận hành thiết bị đo, dụng cụ điện tử, lắp mạch, cải thiện vấn đề sai số 3.3.3 Ưu điểm + Mạch thiết kế nhỏ gọn, linh kiện có giá thành rẻ, không tỏa nhiều nhiệt lượng 3.3.4 Nhược điểm + Công suất không lớn 3.3.5 Hướng phát triển + Mạch chuyển đổi logic ứng dụng thiết bị trung gian biến đổi tín hiệu cho thiết bị điện tử Tài liệu tham khảo [1] [Online] Available: https://huongnghiepviet.com/nganh-nghe/nganh-diendien-tu-la-gi-lam-gi [2] [Online] Available: https://tktech.vn/transistor-pnp/ [3] Sawdai, D.J (1999) INP-based NPN and PNP heterojunction bipolar transistor design, technology, and characterization for enhanced high26 frequency power amplification [4] Sloby, C (2020) “P,N,P, PNP, PNP,” Catalysis from A to Z [Preprint] [5] [Online] Available: https://linhkienstem.com/product/transistor-a1013-pnp160v-1a-dip-5c/ [6] [Online] Available: https://next-hack.com/index.php/2017/09/15/how-tointerface-a-5v-output-to-a-3-3v-input/ [7] [Online] Available: https://thietbicambien.vn/dien-tro-la-gi/ 27