BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CƠ SỞ 1 MẠCH CẢM BIẾN ÂM THANH Ngành CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ Chuyên ngành ĐIỆN CÔNG NGHIỆP LỜI CẢM ƠN eee Xin chân[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CƠ SỞ MẠCH CẢM BIẾN ÂM THANH Ngành: CƠ - ĐIỆN- ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP LỜI CẢM ƠN eee Xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Văn Vinh giáo viên hướng dẫn đồ án giúp em hoàn thành đồ án môn học ôn lại số kiến thức cũ,bổ sung thêm kiến thức trình thực đồ án MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH vi Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: 1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI: 1.4 YÊU CẦU ĐỀ TÀI: 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: .1 1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN: Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT .3 2.1 MICROPHONE: 2.2 TỤ ĐIỆN: 2.2.1 Tụ điện phân cực: 2.2.2 Tụ không phân cực: 2.2.3 Điện trở: .4 2.3 TRANSISTOR BC549 NPN: .4 2.3.1 Ứng dụng: 2.4 IC LM555: 2.4.1 Cấu tạo: 2.4.2 Ứng dụng: Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI: 3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể: .7 3.1.2 Nhiệm vụ khối: 3.1.2.1 Khối đầu vào: 3.1.2.2 Khối cảm nhận: 3.1.2.3 Khối khuyếch đại: 3.1.2.4 Khối xử lý tạo trễ: 10 3.1.2.5 Khối cảnh báo: .11 3.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ: 12 3.2.1 Khối cảm nhận: 12 3.2.1.1 Thiết kế mạch: .12 3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động mạch: 12 3.2.2 Khối khuyết đại: 13 3.2.2.1 Thiết kế mạch: .13 3.2.2.2 Nguyên lý hoạt động: 13 3.2.3 Khối xử lý tạo trễ: 14 3.2.3.1 Thiết kế mạch: .14 3.2.3.2 Nguyên lý hoạt động: 15 3.2.4 Khối tải: .16 3.2.4.1 Nguyên lý hoạt động mạch: 16 3.2.5 Nguyên lý hoạt động toàn mạch: 17 Chương THI CÔNG MẠCH .18 4.1 Sơ đồ mạch in: 18 4.1.1 Sơ đồ mạch: 18 4.1.2 Phương pháp làm mạch in: 18 4.1.3 Mơ hình mạch: 18 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .19 5.1 Kết luận 19 5.2 Hướng phát triển: 19 Tài liệu tham khảo: 19 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 2-1 electret microphone(micro điện) Hình 2-2 Tụ điện phân cực Hình 2-3 Tụ không phân cực (tụ gốm) Hình 2-4 điện trở Hình 2-5 transistor bc549 npn Hình 2-6 Sơ đồ cấu tạo bên IC 555 Hình 2-7 IC 555 1 Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Với nhu cầu phát triển nay,chúng ta bước công nghiệp hóa đại hóa sống.nên việc tự động hóa việc làm cần thiết.Chỉ cần tiếng vỗ tay tắt mở bóng đèn thiết bị khác 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: Nhắc lại kiến thức môn điện tử Khảo sát số linh kiện có mạch Hồn thiện kỹ làm mạch Mạch hoạt động tốt 1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI: Sữ dụng phẩn mềm thiết kế mạch,tìm hiểu nguyên lý hoạt động linh kiện,các khối mạch.Phương pháp làm mạch in 1.4 YÊU CẦU ĐỀ TÀI: Khi có tín hiệu vào đến khối cảm biến tín hiệu âm làm thay đổi trạng thái đầu bóng đèn động Cấu tạo đơn giản,dễ dàng lắp đặt,linh kiện dễ tìm kiếm,thông dụng Nguồn đưa vào điều khiển nguồn DC9v 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Thu thập thông tin từ bạn bè làm lĩnh vực điện tử,từ tài liệu mà trước học.Sữ dụng phàn mềm proteus để thiết kế mạch chạy mô 1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN: Gồm chương Chương 1: Giới thiệu đề tài Chương : Cơ sở lý thuyết Chương : Tính tốn thiết kế Chương : Thi cơng mơ hình Chương : Kết luận 2 2.1 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT MICROPHONE: Electret Microphone (Micro điện): Loại micro sử dụng nhiều giới phát minh vào năm 1962 Gerhard Sessler Jim West micro điện Hình 2-1 electret microphone(micro điện) 2.2 TỤ ĐIỆN: 2.2.1 Tụ điện phân cực: Tụ điện phân thường sử dụng mạch nguồn DC để giảm điện áp nhấp nhô hay cho điện áp phẳng Là tụ phân cực nên điện áp DC đưa tới tụ phải cực, điện áp dương đưa vào chân dương, điện áp âm đưa vào chân âm Nếu khơng phân cực làm hỏng tụ Hình 2-2 Tụ điện phân cực 2.2.2 Tụ khơng phân cực: Tụ gốm: Tụ gốm hay tụ đĩa, loại tụ không phân cực hay dùng mạch điện Tụ thường có giá trị dải từ vài pF tới hai uF Giá trị tụ mã số in thân tụ, đơn vị tính pF Hình 2-3 Tụ không phân cực (tụ gốm) 2.2.3 Điện trở: Điện trở linh kiện thụ động mạch điện.Tính chất đặc trưng điện trở cản trở dịng điện Hình 2-4 điện trở 2.3 TRANSISTOR BC549 NPN: Transistor loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường sử dụng phần tử khuếch đại khóa điện tử Hình 2-5 transistor bc549 npn 2.3.1 Ứng dụng: Vì đáp ứng nhanh xác nên transistor sử dụng nhiều ứng dụng tương tự số, khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, tạo dao động 2.4 IC LM555: 2.4.1 Cấu tạo: Cấu tạo IC 555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật transistor để xả điện Cấu tạo IC đơn giản hoạt động tốt Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành phần Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương Op-amp điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset Hình 2-6 Sơ đồ cấu tạo bên IC 555 Hình 2-7 IC 555 2.4.2 Ứng dụng: IC555 loại linh kiện phổ biến với việc dễ dàng tạo xung vuông thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế độ rộng xung Nó ứng dụng hầu hết vào mạch tạo xung đóng cắt mạch dao động khác Chương 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI: 3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể: Dưạ vào yêu cầu đề tài ta thiết kế sơ đồ khối sau: Đầu vào Khối cảm nhận Khối khuyếch đại Nguồn Khối xử lý tạo trễ Khối cảnh báo Hình 3-8 Sơ đồ khối tổng thể 3.1.2 Nhiệm vụ khối: 3.1.2.1 Khối đầu vào: Là tín hiệu âm tiếng vỗ tay đủ lớn để khối cảm nhận cảm nhận 3.1.2.2 Khối cảm nhận: CHỨC NĂNG: Khi bắt tín hiệu âm chuyển tín hiệu âm thành tín hiệu điện.Tín hiệu điện đưa đến khuyết khuyết đại tín hiệu CÁC LINH KIỆN CÓ THỂ LÀM ĐƯỢC CHỨC NĂNG NÀY: Elettert microphone,liquid microphone,condenser microphone LỰA CHỌN LINH KIỆN CHO MẠCH: Chọn elettret microphone làm linh kiện cho mạch loại micro sử dụng rộng rãi lợi thiết kế đơn giản, giá thành rẻ không cần cấp nguồn 48V thiết kế chất liệu tự cung cấp nguồn lượng vĩnh cửu 3.1.2.3 Khối khuyếch đại: CHỨC NĂNG: Khi có tín hiệu vào chân B transistor BC549 khuyếch đại đưa đến khối xử lý tạo trễ CÁC LINH KIỆN CÓ THỂ SỬ DỤNG TRONG KHỐI: TRANSISTOR C1815,TRANSISTOR BC549 LỰA CHỌN LINH KIỆN DÙNG CHO MẠCH: Trong khuôn khổ giới hạn đồ án này,chọn transisitor bc549 dùng mạch này.Vì bc549 có cơng suất lớn làm việc với tần số thấp 3.1.2.4 Khối xử lý tạo trễ: CHỨC NĂNG: Tín hiệu đưa vào khối xử lý tín hiệu sau cho tín hiệu xuất với thời gian định LINH KIỆN CÓ THỂ DÙNG TRONG MẠCH: IC555 Cấu tạo IC 555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật transistor để xả điện Cấu tạo IC đơn giản hoạt động tốt Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành phần Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương Op-amp điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset Hình 3-9 ic555 3.1.2.5 Khối cảnh báo: CHỨC NĂNG: Tín hiệu vào làm thay đổi trang thái thiết bị có khối LINH KIỆN CĨ THỂ LÀM ĐƯỢC CHỨC NĂNG NÀY: Bóng đèn ,relay 3.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ: 3.2.1 Khối cảm nhận: 3.2.1.1 Thiết kế mạch: Đầu vào tín hiệu Đầu đưa tín hiệu âm đưa tới đến khuyết đại Đối với mạch sử dung elettret microphone để làm cảm biến âm Electret microphone chuyển tín hiệu âm thành tín hiệu điện Điện trở R4 kết hợp với microphone để tính dịng ra, áp dụng định lý cầu phân áp 3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động mạch: Khi khơng có tác động: Giá trị ohm micro thấp nên dịng thấp khơng ảnh hưởng nhiều đến mạch Khi có tác động: Khi bắt tín hiệu âm giá trị ohm microphone tăng lên.Trong trường hợp áp dụng định lý cầu phân áp ta được: I=Vcc/(Rmic+R4) 12 3.2.2 Khối khuyết đại: 3.2.2.1 Thiết kế mạch: Tín hiệu vào từ Tín hiệu đến khối cảm biến khối xử lý tạo trễ Transistor BC549 (Q1) khuyết đại tín hiệu lần thứ Transistor BC549 (Q2) khuyết đại tín hiệu thêm lần Điện trở R1 R2 dùng để tính dịng Ic Ic=βIBIB 3.2.2.2 Ngun lý hoạt động: Khi khơng có tác động: Khi khơng có tác động dịng IB=0 => IC=0,transisitor Q1 ngưng dẫn,khơng có dịng khuếch đại Ic Q1=>khơng có dịng IB đến transistor Q2=>khơng có tín hiệu đến khối xử lý tạo trễ Khi có tác động: Khi có tác động dịng IB>0 =>IC=βIBIB,transisitor Q1ở chế độ khuyếch đại=>có dịng IB kích vào transistor Q2=>tín hiệu khuếch đại thêm lần thứ hai sau đến khối xử lý tạo trễ 13 3.2.3 Khối xử lý tạo trễ: 3.2.3.1 Thiết kế mạch: Tín hiệu đầu đến khối tải tín hiệu vào từ khối khuếch đại Khi tín hiệu tứ khối khuếch đại đến chân IC555 để xử lý tín hiệu sau cho tín hiệu xuất với thời gian định dựa vào cơng thức tính sau: T=0.7.C2.R3 Tụ điện C2 điện trở R3 dùng để tính thời gian chu kỳ.Nếu thay đổi giá trị ta thu thời gian T khác 14 3.2.3.2 Nguyên lý hoạt động: Khi khơng có tác động: Khi tụ C nạp, Op-amp có V+ lớn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] QB= [1] Ngõ IC mức Vì QB= [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé V-, ngõ Op-amp mức Vì Q QB không đổi giá trị, tụ C xả điện thơng qua transistor Khi có tác động: Vì điện áp chân (V-) nhỏ V1(V+), ngõ Op-amp mức nên S = [1], Q = [1] QB= [0] Ngõ IC mức Khi QB= [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp tụ tăng Khi nhấn cơng tắc lần Op-amp có V- = [1] lớn V+ nên ngõ Op-amp mức 0, S = [0], Q QB không đổi Trong điện áp tụ C nhỏ V2, FF giữ nguyên trạng thái 15 3.2.4 Khối tải: Tín hiệu vào từ khối xử lý tạo trễ Điện trở R5,R6 dùng để hạn dòng qua led transistor Đèn led D3 để báo hiệu mạch chạy hay sai Transistor có tác dụng công tắc Khi transistor Q3 ngưng dẫn đột ngột diot D1 ngăn khơng cho dịng điện trực tiếp từ Vcc đến chân C transistor Q3,mà phải từ Vcc qua cuộn dây relay để giảm dòng tráng trường hợp đánh thủng transistor Q3 3.2.4.1 Nguyên lý hoạt động mạch: Khi khơng có tác động: Khi khơng có tín hiệu từ khối xử lý đến ta xem đoạn mạch R6 đèn D3 có nguồn Vcc=0v =>đèn led khơng sáng Khơng có tín hiệu qua R5,transistor có dịng IB=0 =>transistor khơng kích khơng cho dịng qua relay=>relay khơng tác động Khi có tác động: Khi tín hiệu vào khối cảnh báo lúc có dịng điện qua R6 qua đèn led làm led sáng báo mạch hoạt động 16 Tín hiệu qua R6 lúc có dịng IB kích vào transistor =>transistor hoạt động cho dòng qua cuộn dây relay=>relay thay đổi trạng thái 3.3 Nguyên lý hoạt động tồn mạch: Khi khơng có tác động: Khi khơng có tín hiệu tác động đến microphone , microphone khơng thể chuyển tín hiệu âm thành tín hiệu điện,do khơng có dịng qua khối khuếch đại Khối khuếch đại khơng thể khuếch đại tín hiệu ,khơng có tín hiệu kích vào khối xử lý tạo trễ (chân IC555) khối cảnh báo khơng nhận tín hiệu từ ngõ khối xử lý khối cảnh báo khơng hoạt động Khi có tác động: Khi nhận đươc tín hiệu âm microphone thay đổi tín hiệu âm thành tín hiệu điện (dựa vào định lý cầu phân áp) lúc có tín hiệu vào khối khuếch đại =>dịng IB kích vào transistor tín hiệu khuếch đại lần =>tín hiệu kích vào khối xử lý tạo trễ,tại tín hiệu xử lý thời gian xuất tín hiệu cho chu kỳ tín nhờ vào IC555.Nhận tín hiệu từ khối xử lý tạo trễ đến khối tải,có dịng qua R6 qua led làm led sáng báo hiệu mạch hoạt động ,đồng thời có dịng qua R qua chân B transistor kích transistor hoạt động cơng tắc,cho dịng qua cuộn dây relay làm relay thay đổi trạng thái.Lúc mạch hoạt động 17