Giáo trình Điện tử ứng dụng (Nghề Điện công nghiệp Trình độ Cao đẳng)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ GIỚI VÀ THỦY LỢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP (Ban hành kèm theo định số 742 ngày 01 tháng 12 năm 2017) Năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI MỞ ĐẦU Trên sở chương trình khung đào tạo Bộ Lao động - Thương binh Xã hội Tổng cục Dạy nghề ban hành, Trường Cao Đẳng Cơ giới Thủy lợi tổ chức biên soạn giáo trình đào tạo phục vụ cho giáo viên giảng dạy học tập, thực tập học sinh, sinh viên nghề Điện tử công nghiệp thời kỳ Cơng nghiệp hố – Hiện đại hố Đất nước Trong tài liệu Hệ thống quản lý chất lượng ISO đóng vai trị quan trọng việc đào tạo hình thành kỹ cho sinh viên theo học nghề Điện công nghiệp Khi biên soạn, nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 60 gồm có: Bài Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển động DC theo nguyên lý cầu H Bài Lắp ráp, khảo sát mạch tăng áp từ 12Vdc – 220Vac dùng transistor Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển khống chế Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học cơng nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiên thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để người học cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hồn thiện Các ý kiến đóng góp xin gửi Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai Đồng Nai, năm 2017 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Bài 1: LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC THEO NGUYÊN LÝ CẦU H 1.1 Phân tích sơ đồ nguyên lý điều khiển động DC theo nguyên lý cầu H 1.1.1 Sơ đồ mạch điện 1.1.2 Phân tích sơ đồ mạch điện 1.1.3 Nguyên lí hoạt động Điều khiển tốc độ động Ngoài Sử dụng mạch cầu H IC SN754410  Sơ đồ chân IC SN754410 10 1.2 Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển động DC theo nguyên lý cầu H 11 BÀI 2: LẮP RÁP VÀ KHẢO SÁT MẠCH TĂNG ÁP TỪ 12VDC – 220VAC DÙNG TRANSISTOR 11 2.1 Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp từ 12VDC – 220VAC dùng transistor 12 2.1.1 Sơ đồ mạch điện 12 2.2 Lắp ráp, khảo sát mạch tăng áp từ 12VDC – 220VAC dùng transistor 12 BÀI 3: MẠCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ 14 3.1 Mạch điều khiển tải DC 14 Mạch khiển động DC LM317 14 Mạch điều khiển động DC dùng hồng ngoại 15 Mạch điều khiển động DC sử dụng IC 555 16 3.2 Mạch điều khiển ổn định nhiệt 17 Mạch đóng mở quạt tự động theo nhiệt độ 17 Mạch điều khiển ổn định nhiệt độ dùng LM35 + IC 741 18 3.3 Mạch bảo vệ áp dùng SCR 23 Mạch báo hiệu bảo vệ điệp áp 24 Mạch bảo vệ áp dùng IC 7812 Op –Amp 26 Bài 1: LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC THEO NGUYÊN LÝ CẦU H Mục tiêu : - Trình bày sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động mạch điều khiển động DC lý theo nguyên lý cầu H - Lắp ráp, kiểm tra sửa chữa mạch điều khiển động DC theo nguyên lý theo nguyên lý cầu H yêu cầu kỹ thuật - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư sáng tạo khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm Nội dung: 1.1 Phân tích sơ đồ nguyên lý điều khiển động DC theo nguyên lý cầu H 1.1.1 Sơ đồ mạch điện Bằng cách điều khiển "công tắc" đóng mở, ta điều khiển dịng điện qua động thiết bị điện tương tự 1.1.2 Phân tích sơ đồ mạch điện Đây sơ đồ tổng quát mạch cầu H sử dụng transistor BJT Một động DC quay thuận quay nghịch tùy thuộc vào cách bạn mắc cực âm dương cho motor Ví dụ, động DC có hai đầu A B Nếu bạn nối A vào cực dương (+) B vào cực âm (-) nguồn động quay theo chiều thuận (giả sử chiều kim đồng hồ) Bây bạn nối ngược lại, A vào (-) B vào (+), động quay nghịch ( giả sử ngược chiều kim đồng hồ) Tương tự, ta đóng S1 S4, ta cho A nối với cực dương (+) B nối với cực âm () nguồn, dòng điện chạy từ nguồn qua S1 qua động qua S4 mass làm động quay theo chiều thuận Trong sơ đồ này, A B cực điều khiển diode có nhiệm vụ triệt tiêu dòng điện cảm ứng sinh q trình động làm việc Nếu khơng có diode bảo vệ, dịng điện cảm ứng mạch làm hỏng transistor Transistor BJT sử dụng nên loại có cơng suất lớn hệ số khếch đại lớn 1.1.3 Nguyên lí hoạt động Theo sơ đồ trên, ta có A B cực điều khiển mắc nối tiếp với điện trở hạn dòng, Tùy vào loại transistor bạn dùng mà trị số điện trở khác Phải đảm bảo dịng điện qua cực Base transistor khơng lớn để làm hỏng chúng Trung bình dùng điện trở 1k Ohm Ta điều khiển cực mức tín hiệu HIGH, LOW tương ứng 12V 0V Nhớ lại rằng:   Transistor BJT loại NPN mở hoàn toàn điện áp cực Base điện áp cực Collector, mạch xét 12V Transistor BJT loại PNP mở hoàn toàn điện áp cực Base 0V Với cực điều khiển mức tín hiệu HIGH/LOW tương ứng 12V/0V cho cực, có trường hợp xảy sau: A mức LOW B mức HIGH Ở phía A, transistor Q1 mở, Q3 đóng Ở phía B, transistor Q2 đóng, Q mở Dó đó, dịng điện mạch chạy từ nguồn 12V đến Q1, qua động đến Q4 để GND Lúc này, động quay theo chiều thuận Bạn để ý cực (+) (-) động thấy dòng điện mạch theo chiều hình vẽ A mức HIGH B mức LOW Ở phía A, transistor Q1 đóng, Q3 mở Ở phía B, transistor Q2 mở, Q đóng Dó đó, dịng điện mạch chạy từ nguồn 12V đến Q2, qua động đến Q3 để GND Lúc này, động quay theo chiều ngược dịng điện mạch theo chiều hình vẽ A B mức LOW Khi đó, transistor Q1 Q2 mở Q3 Q4 đóng Dịng điện khơng có đường GND khơng có dịng điện qua động - động không hoạt động A B mức HIGH Khi đó, transistor Q1 Q2 đóng Q3 Q4 mở Dịng điện khơng thể chạy từ nguồn 12V khơng có dịng điện qua động - động không hoạt động Như vậy, để dừng động cơ, điện áp cực điều khiển phải Điều khiển tốc độ động Chỉ cần thay đổi điện áp đặt vào cực điều khiển mạch cầu H Để ý rằng:   Hiệu điện cực điều khiển lớn động chạy nhanh Động chạy theo chiều thuận điện áp A nhỏ B ngược lại Ngoài Sử dụng mạch cầu H IC SN754410 IC SN754410 IC tích hợp mạch cầu H, điều khiển lúc động chạy theo hướng độc lập Một số thông số sau:       Điện áp hoạt động tối đa: 36V Cường độ dòng điện tối đa cấp cho động cơ: 1.1A Cường độ dịng điện tối đa tồn mạch: 2A Công suất tỏa nhiệt tối đa: 2075mW Điện áp mức HIGH: 2V - 5.5V Điện áp mức LOW: -0.3V - 0.8V  Sơ đồ chân IC SN754410      Các chân M1 Forward M1 Reverse chân điều khiển động M1 mạch cầu H Các chân M2 Forward M2 Reverse chân điều khiển động M2 mạch cầu H M1 Enable M2 Enable chân đóng ngắt động M1, M2 Cấp điện áp LOW cho chúng để dừng động HIGH (5V) phép động hoạt động Motor Power IN chân cấp nguồn cho động hoạt động +5V chân cấp nguồn 5V cho IC Nếu không tìm IC SN754410, sử dụng IC L293D với sơ đồ chân y hệt 10 - Nguyên lý hoạt động: + OPamp mạch làm nhiệm vụ so sánh + Nếu ap LM35 > ap V- ngõ =0v Q1 ko dẫn làm cho quạt quay + Nếu áp LM35< ap V- thi ngõ =vcc Q1 dẫn làm cho quạt dừng + Nếu muốn thay đổi nhiệt độ quạt thay đổi biến trở b Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển ổn định nhiệt độ dùng LM35 + IC741  Điều kiện thực Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư nội dung học  Trình tự thực Bước 1: Lựa chọn kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch Mở rộng: Thực hành đo nhiệt độ với LM35 Arduino Chuẩn bị: Trước hết, cần chuẩn bị thứ sau:  Arduino UNO  cảm biến nhiệt độ LM35  Breadboard  Dây nối VCC cắm 5V Arduino  Signal cắm vào A0 Arduino  Ground đương nhiên cắm vào Ground Arduino 21 Mạch ổn định nhiệt a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch ổn định nhiệt - Sơ đồ mạch điện: - Phân tích sơ đồ: + R1 nhiệt điện trở 15K @ 20 ° C, NTC + M1 động quạt 12V, 700mA + Các tụ điện C1 có cơng suất 25V + Mạch cấp nguồn từ pin 12V PP3 nguồn 12VDC - Nguyên lý hoạt động: Đây mạch đơn giản hoạt động dựa hai transistor sử dụng để điều khiển tốc độ quạt 12V DC tùy thuộc vào nhiệt độ Ở mạch có nhiệt điện trở (R1) sử dụng để cảm nhận nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng dòng qua cực B Q1 (BC 547) 22 tăng, từ làm giảm điện áp cực C transistor Do cực C Q1 mắc với cực B Q2 (BD140), nên việc giảm điện áp cực C Q1 chuyển tiếp làm sai lệch Q2 nhiều dẫn đến thay đổi tốc độ động Ngoài ra, độ sáng đèn LED tỷ lệ thuận với tốc độ động Nghĩa tốc độ động tăng led sáng ngược lại b Lắp ráp, khảo sát mạch ổn định nhiệt  Điều kiện thực Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư nội dung học  Trình tự thực Bước 1: Lựa chọn kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch 3.3 Mạch bảo vệ áp dùng SCR  Khái niệm mạch điều khiển tín hiệu: - Mạch điện tử dùng để thay đổi trạng thái tín hiệu, trạng thái hoạt động, chế độ làm việc máy móc thiết bị… mạch gọi mạch điều khiển tín hiệu - Ví dụ: Sự thay đổi tắt, sáng đèn giao thơng, hệ thống báo cháy, hình làm việc máy giặt, nồi cơm điện…  Công dụng: - Thơng báo tình trạng gặp cố: áp, tải, nhiệt độ, cháy nổ… - Thông báo thông tin cần thiết cho người thực theo hiệu lệnh: đèn xanh, đèn đỏ, đèn giao thông… - Làm thiết bị trang trí điện tử: Bảng quảng cáo, biển hiệu… - Thơng báo tình trạng hoạt động máy móc: tín hiệu báo nguồn, âm lượng âm thanh…  Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển: - Sơ đồ khối: - Khối 1: Nhận lệnh: nhận tín hiệu từ cảm biến chuyển đến khối xử lý 23 - Khối 2: Xử lý: điều chế tín hiệu theo nguyên tắc phát tín hiệu điều khiển đến khối khuếch đại - Khối 3: Khuếch đại: khuếch đại tín hiệu lên đến cơng suất cần thiết lên khối chấp hành - Khối 4: Chấp hành: Phát tín hiệu cảnh báo: đèn, chuông… chấp hành lệnh  Nguyên lý chung: - Sau nhận lệnh báo hiệu từ cảnh báo cùa cảm biến mạch điều khiển xử lý tín hiệu nhận, điều chế theo nguyên tắc - Sau xử lý xong tín hiệu khuếch đại đến cơng suất hợp lý đưa tới khối chấp hành - Khối chấp hành phát lệnh báo hiệu chuông, đèn, chữ Mạch báo hiệu bảo vệ điệp áp a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch báo hiệu bảo vệ điện áp - Sơ đồ mạch điện: 24 - Phân tích sơ đồ mạch điện: - Nhận lệnh: + BA: biếp áp hạ áp từ 220V xuống 15V để nuôi mạch điều khiển + Đ1, C: Điốt tụ điện biến đổi điện xoay chiều thành chiều câp cho mạch điều khiển - Xử lý: + VR, R: chỉnh ngưỡng tác động áp + Đo R2: Điốt ổn áp đặt ngưỡng tác động cho T1 T2 - Khuếch đại: + R3: Bảo vệ transitor + 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 - Nguyên lý hoạt động:  Trường hợp làm việc bình thường: Bình thường, điện áp 220V, rơ le K khơng hút, tiếp điểm thường đóng K1 đóng điện cho tải làm việc bình thường  Trường hợp điện áp: + Khi điện áp tăng cao biến trở VR nhận tín hiệu điện áp vượt ngưỡng làm việc Đo, Đo cho dòng chạy qua + T1, T2 điều khiển Rơ le hoạt động, T1,T2 nhận tín hiệu dòng điện chay từ Đo khuếch đại dòng điện lên, cấp điện cho cuộn dây rơ le K, K tác động làm mở tiếp điểm K1, cắt điện tải bảo vệ mạch, đồng thời đóng tiếp điểm thường mở K2 làm đèn sáng, chuông kêu báo hiệu điện áp cao nên bị cắt điện 25 b Lắp ráp, khảo sát mạch báo hiệu bảo vệ điện áp  Điều kiện thực Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư nội dung học  Trình tự thực Bước 1: Lựa chọn kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch Mạch bảo vệ áp dùng IC 7812 Op –Amp a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ áp dùng IC 7812 Op –Amp - Sơ đồ mạch điện: 26 - Phân tích sơ đồ: - Nguyên lý hoạt động: b Lắp ráp, khảo sát mạch bảo vệ áp dùng IC 7812 Op –Amp  Điều kiện thực Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư nội dung học  Trình tự thực Bước 1: Lựa chọn kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch 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 - Sơ đồ mạch điện: - Phân tích sơ đồ: 27 - Nguyên lý hoạt động: Mạch điện giúp cảnh báo volt < v Sơ đồ trên, gồm hai khối: khối tạo nguồn có mức điện điều chỉnh từ 0-30v sử dụng ic lm317, khối cảnh báo điện thấp 6.2 v (khi điện thấp 6.2v led D2 sáng lên, lắp thêm loa để cảnh báo âm thanh) Mạch điện hoạt động khoảng điện 9v-12v b Lắp ráp, khảo sát mạch cảnh báo điện áp thấp dùng LM 317  Điều kiện thực Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư nội dung học  Trình tự thực Bước 1: Lựa chọn kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch Mạch tự động ngắt Ắc qui hết điện a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch tự động ngắt Ắc qui hết điện - Sơ đồ mạch điện: - Phân tích sơ đồ: - Nguyên lý hoạt động: 28 b Lắp ráp, khảo sát mạch tự động ngắt Ắc qui hết điện  Điều kiện thực Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư nội dung học  Trình tự thực Bước 1: Lựa chọn kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch 29 3.4 Mạch chiếu sáng an toàn  Cảm biến ánh sáng Quang trở Điện trở quang (Light Dependent Resistor) hay gọi quang trở pin cađimi sunphua ( CdS) Nó gọi chất quang dẫn Về bản, tế bào quang điện hoạt động theo nguyên tắc quang dẫn hay có nghĩa điện trở có giá trị điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng Nó sử dụng nhiều mạch cảm biến ánh sáng, mạch chuyển đổi,… Một số ứng dụng LDR đồng hồ đo ánh sáng máy ảnh, đèn đường, radio đồng hồ, báo động ánh sáng, báo khói đồng hồ ngồi trời Mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor - Sơ đồ mạch điện: a 30 - Phân tích sơ đồ: - Nguyên lý hoạt động: + Khi che ánh sáng chiếu vào quang trở LDR, điện trở quang trở lớn transistor Q1 đóng transistor Q2 thơng, LED D1 nối đất: LED D1 sáng + Ngược lại: Khi có ánh sáng chiếu vào Quang trở LDR điện trở quang trở giảm xuống nên có dịng chạy qua, làm Q1 dẫn, Q2 khơng dẫn, đèn LED D1 tắt + Có thể thay đổi giá trị R3 để thay đổi độ nhạy mạch b Lắp ráp, khảo sát mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor  Điều kiện thực Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư nội dung học  Trình tự thực Bước 1: Lựa chọn kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch Các mạch tham khảo:  Mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor sử dụng nhiều đèn Led 31  Mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor giao tiếp Relay điều khiển đèn 220v 32 Mạch cảm biến ánh sáng dùng Op - Amp a Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến ánh sáng dùng Op - Amp - Sơ đồ mạch điện: - Phân tích sơ đồ:  Chức sơ đồ chân IC LM358 IC LM358 khuếch đại thuật toán chân cắm (DIP) kép cơng suất thấp, khuếch đại có ưu điểm so với khuếch đại thuật toán chuẩn ứng dụng dùng nguồn đơn 33 Sơ đồ chân LM358 IC LM358 hoạt động nguồn điện áp thấp 3V cao lên tới 32V LM358 có cơng suất cực máng thấp, nhiên có độ lợi cao 100dB Cấu tạo bên IC LM358 gồm khuếch đại thuật tốn, tương thích với nhiều loại mạch logic khác Các tính khuếch đại thuật toán: + Bảo vệ áp lối + Tầng khuếch đại vi sai lối vào + Dịng cung cấp lối vào thấp + Dải tín hiệu pha mở rộng tới nguồn âm - Nguyên lý hoạt động: + Khi khơng có ánh sáng chiếu vào, quang trở có điện trở lớn, có ánh sáng chiếu vào, quang trở giảm điện trở đột ngột -> nguyên tắc chia áp có chân chân + Op-amp so sánh áp chân tính tốn áp chân -> Trans dẫn không dẫn -> Led chớp tắt b Lắp ráp, khảo sát mạch cảm biến ánh sáng dùng Op – Amp  Điều kiện thực Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư nội dung học  Trình tự thực Bước 1: Lựa chọn kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch  Sơ đồ mạch tự động mở đèn dùng Quang trở + OP – Amp giao tiếp với Relay điều khiển đèn 220V 34 35 ... điều khiển động theo tín hiệu PWM có sẵn cực B Chu kỳ làm việc cao, điện áp trung bình động cao dẫn đến tốc độ động cao ngược lại Để thay đổi hướng động DC sử dụng công tắc DPDT S1, ứng dụng thay... khơng có dịng điện qua động - động khơng hoạt động A B mức HIGH Khi đó, transistor Q1 Q2 đóng Q3 Q4 mở Dịng điện khơng thể chạy từ nguồn 12V khơng có dịng điện qua động - động không hoạt động Như... động tối đa: 36V Cường độ dòng điện tối đa cấp cho động cơ: 1.1A Cường độ dịng điện tối đa tồn mạch: 2A Công suất tỏa nhiệt tối đa: 2075mW Điện áp mức HIGH: 2V - 5.5V Điện áp mức LOW: -0.3V -