ỨNG DỤNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN ĐỂ CHẾ TẠO MẠCH ĐÈN LED NHÁY THEO NHẠC ĐIỂM CAO

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Kỹ thuật - Công nghệ thông tin TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA – SINH ---------- ĐẶNG THỊ LOAN LOAN ỨNG DỤNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN ĐỂ CHẾ TẠO MẠCH ĐÈN LED NHÁY THEO NHẠC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng Nam, tháng 4 năm 2015 i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong khóa luận này là trung thực, được các tác giả cho phép sử dụng và chưa được công bố trong bất kì một công trình nào khác. Quảng Nam, tháng 04 năm 2016 Tác giả khóa luận Đặng Thị Loan Loan ii Lời cảm ơn Khóa luận của tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn của cô giáo ThS. Ngô Thị Hồng Nga. Trước hết cho tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến với cô, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường Đại Học Quảng Nam, các Thầy Cô giáo trong khoa Lý – Hóa – Sinh đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập cũng như trong khi thực hiện khóa luận này. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đến các thành viên trong gia đình, người thân đã luôn động viên, đưa ra những lời khuyên trong những lúc tôi gặp khó khăn và cảm ơn các bạn học cùng lớp ĐH Vật Lý K12 đã có những ý kiến đóng góp trong quá trình thực hiện đề tài. Quảng Nam, tháng 04 năm 2016 Tác giả khóa luận Đặng Thị Loan Loan iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH HÌNH VẼ Hình Tên gọi Trang Hình 1.1 Ký hiệu của tụ điện 4 Hình1.2(a) Tụ gốm 4 Hình1.2(b) Tụ hoá 4 Hình 1.3 Mắc nối tiếp 2 tụ điện 4 Hình 1.4 Mắc song song các tụ điện 5 Hình1.5(a) Mắc hai tụ không phân cực 5 Hình1.5(b) Mắc hai tụ phân cực 5 Hình 1.6 Ký hiệu điện trở 6 Hình 1.7 Hình dạng thực của một điện trở công suất 6 Hình 1.8 Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu 6 Hình 1.9 Một cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD 6 Hình 1.10 Mắc điện trở thành cầu chia áp 7 Hình 1.11 Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở 8 Hình 1.12 Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở 8 Hình 1.13 Cấu tạo của điốt led 9 Hình 1.14 Chất bán dẫn loại N 10 Hình 1.15 Chất bán dẫn loại P 10 Hình 1.16 Tiếp xúc kim loại – bán dẫn 11 Hình 1.17 Tiếp xúc P – N 11 Hình 1.18 Kí hiệu Điốt 12 Hình 1.19 Phân cực thuận cho Điôt 13 Hình 1.20 Phân cực ngược cho Điôt 14 Hình 2.1 Các thành phần của dòng điện ra và điện áp ra 16 Hình 2.2 Điểm làm việc ở chế độ A 17 Hình 2.3 Điểm làm việc ở chế độ B (a) cùng dạng sóng tương ứng của dòng điện (b) và điện áp (c) 17 Hình 2.4 Sơ đồ khuếch đại với mạch phản hồi 18 iv Hình 2.5 Cấu trúc cơ bản của một bộ KDTT 21 Hình 2.6 Sơ đồ chân thực tế của OPAMP 22 Hình 2.7 Kí hiệu Opamp 22 Hình 2.8 Đặc tuyến truyền đạt điện áp vòng hở cảu KĐTT 24 Hình 2.9 Bộ KĐTT với mạch hồi tiếp 25 Hình 2.10 Mạch khuếch đại đảo 25 Hình 2.11 Mạch khuếch đại không đảo 26 Hình 2.12 Mạch đệm 27 Hình 2.13 Mạch cộng đảo 28 Hình 2.14 Mạch cộng không đảo 28 Hình 2.15 Mạch trừ 29 Hình 2.16 Mạch khuếch đại tích phân 30 Hình 2.17 Mạch khuếch đại vi phân 30 Hình 2.18 Sơ đồ mạch khuếch đại Lôgarit 31 Hình2.19(a) Sơ đồ mạch khuếch đại chọn lọc tần số thấp 31 Hình2.19(b) Đặc trưng tần số của bộ khuếch đại 32 Hình 2.20 Đặc trưng truyền của cầu T 32 Hình 2.21 Sơ đồ mạch khuếch đại OA có mạch phản hồi âm là khung cộng hưởng mắc nối tiếp 33 Hình 2.22 Đặc trưng tần số của bộ khuếch đại khung cộng hưởng L,C 33 Hình 3.1 Phần mềm mô phỏng mạch điện tử Proteus 34 Hình 3.2 Giao diện phần mềm Proteus khi mở chương trình ISIS 36 Hình 3.3 Sơ đồ cơ bản nhất của LM3915 37 Hình 3.4 Đặc điểm các chân IC 38 Hình 3.5 Cấu tạo bên ngoài của LM3915 39 Hình 3.6 Sơ đồ khối của LM3915 40 Hình 3.7 Mạch điện áp chuẩn bên trong IC 41 Hình 3.8 Sơ đồ minh họa dòng ra 42 v Hình 3.9 Sơ đồ mô tả chức năng chân mode 43 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lí của mạch 46 Hình 3.11 Mô phỏng mạch trên Proteus 48 Hình 3.12 Kết quả mô phỏng mạch trên Proteus 48 Hình 3.13 Mô hình lắp ráp mạch thực tế 49 Hình 3.14 Mô hình chạy mạch thực tế 49 vi MỤC LỤC Lời cam đoan ......................................................................................................... i Lời cảm ơn ............................................................................................................ ii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH HÌNH VẼ ....................................................... iii MỤC LỤC………………………………………………………………………….vi I. MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 1.1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu của đề tài ..................................................................................... 2 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 2 1.4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 2 1.5. Lịch sử nghiên cứu ..................................................................................... 2 1.6. Đóng góp của đề tài .................................................................................... 2 1.7. Cấu trúc đề tài ............................................................................................ 3 II. NỘI DUNG ...................................................................................................... 3 Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ............................. 4 1.1. Một số linh kiện điện tử thụ động ............................................................ 4 1.1.1. Tụ điện .................................................................................................. 4 1.1.2. Điện trở................................................................................................. 5 1.1.3. Biến trở ................................................................................................. 7 1.1.4. Đèn led .................................................................................................. 8 1.2. Chất bán dẫn ............................................................................................... 9 1.2.1. Bán dẫn loại N ..................................................................................... 9 1.2.2. Bán dẫn loại P .................................................................................... 10 1.2.3. Tiếp xúc kim loại – bán dẫn ............................................................. 11 1.2.4. Tiếp xúc P-N ...................................................................................... 11 1.2.5. Tiếp xúc kim loại – điện môi – chất bán dẫn .................................. 12 1.3. Điode bán dẫn ........................................................................................... 12 1.3.1. Cấu tạo, ký hiệu, công dụng ............................................................. 12 1.3.2. Nguyên lí làm việc ............................................................................. 12 1.3.3. Phân loại cho Điode ........................................................................... 13 vii Chương 2: TÌM HIỂU VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN ............ 14 2.1. Mạch khuếch đại ..................................................................................... 14 2.2. Nguyên lí xây dựng một tầng khuếch đại ............................................. 15 2.3. Các chế độ làm việc của tầng khuếch đại ............................................. 16 2.3.1. Khuếch đại ở chế độ A ...................................................................... 16 2.3.2. Khuếch đại ở chế độ B ...................................................................... 17 2.3.3. Khuếch đại ở chế độ khóa hay còn gọi là chế độ đóng mở (chế độ D) .............................................................................................................................. 18 2.4. Mạch hồi tiếp ........................................................................................... 18 2.4.1. Định nghĩa .......................................................................................... 18 2.4.2. Phân loại ............................................................................................. 18 2.5. Mạch khuếch đại thuật toán (Op-Amp) ............................................... 19 2.5.1. Giới thiệu chung – Lịch sử ............................................................... 19 2.5.2. Chức năng, cấu tạo và ký hiệu ......................................................... 21 2.5.3. Nguyên lí hoạt động .......................................................................... 23 2.5.4. Phản hồi âm và các sơ đồ mắc mạch KĐTT ................................... 25 2.5.5. Ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán ........................................... 27 2.6. Khuếch đại chọn lọc ở tần số thấp và tần số cao .................................. 31 Chương 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS ĐỂ MÔ PHỎNG VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ ..................................................................................... 34 3.1. Sơ lược về phần mềm mô phỏng Proteus.............................................. 34 3.2. Tổng quan về IC LM 3915 ..................................................................... 36 3.2.1. Tìm hiểu IC LM 3915 ....................................................................... 36 3.2.2. Đặc thù và ứng dụng ......................................................................... 37 3.2.3. Cấu tạo và chức năng các chân IC .................................................. 38 3.2.4. Điện áp chuẩn bên trong IC ............................................................. 41 3.2.5. Điều khiển dòng ................................................................................. 41 3.2.6. Chức năng của chân Mode ............................................................... 42 3.3. Sơ đồ khối, chức năng và linh kiện sử dụng trong mạch .................... 43 3.3.1. Sơ đồ khối........................................................................................... 43 viii 3.3.2. Chức năng các khối ........................................................................... 44 3.3.3. Linh kiện điện tử sử dụng trong mạch ............................................ 44 3.4. Sơ đồ nguyên lí và nguyên lí hoạt động của mạch ............................... 45 3.4.1. Sơ đồ nguyên lí của mạch ................................................................. 46 3.4.2. Nguyên lí hoạt động .......................................................................... 46 3.5. Mô phỏng mạch trên phần mềm Proteus ............................................. 48 3.5.1. Mô hình mô phỏng trên Proteus ...................................................... 48 3.5.2. Kết quả mô hình mô phỏng .............................................................. 48 3.5.3. Lắp ráp mạch thực tế ........................................................................ 49 III. KẾT LUẬN .................................................................................................. 50 1. Kết luận ........................................................................................................... 50 2. Kiến nghị ......................................................................................................... 50 IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 50 1 I. MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài Kĩ thuật điện tử hiện nay rất phát triển, nó được áp dụng rất nhiều vào các lĩnh vực như tự động hoá, sản xuất công nghiệp và trong nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ khác nhau. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Các hệ thống điện tử ngày nay rất đa dạng và nó thay thế các công việc của con người từ đồ chơi trẻ em, đồng hồ báo thức, điện thoại… cho đến phức tạp hơn như điều khiển đèn giao thông, điều khiển động cơ, các đồng hồ hiển thị số, hay bộ điều khiển từ xa…và nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp tiên tiến. Không những thế, kỹ thuật điện tử là ngành áp dụng công nghệ thông tin một cách mạnh mẽ, sử dụng nhiều phần mềm để trợ giúp con người thiết kế mô phỏng mạch điện tử trên máy tính một cách đơn giản hơn. Trong đó, một phần mềm được sử dụng rộng rãi là phần mềm Proteus. Proteus là một phần mềm chuyên dụng rất mạnh với giao diện thân thiện, cách sử dụng đơn giản. Nhờ vậy, mà chúng ta có thể vẽ mạch nguyên lí rất dễ dàng. Từ những ưu điểm và tầm quan trọng của ngành điện tử, vô tuyến điện trong cuộc sống hiện nay, đối với một sinh viên nói chung - là thế hệ tương lai của đất nước, chúng ta cần có những kiến thức căn bản về điện tử để có thể tiếp cận và sử dụng các thiết bị máy móc hiện đại trong công việc cũng như trong cuộc sống, biết được nguyên lí hoạt động của các linh kiện điện tử có thể giúp chúng ta khai thác hết chức năng hoạt động và bảo trì các thiết bị máy móc một cách tốt nhất. Là một sinh viên ngành sư phạm Vật Lý được học môn vô tuyến điện tử và được tìm hiểu về phần khuếch đại thuật toán, đó là một kiến thức mới đối với lĩnh vực sư phạm. Học phần này được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống nên càng làm tôi muốn nghiên cứu và đi sâu tìm hiểu vào cấu trúc bên trong cùng với các ứng dụng thực tế của nó…Ngoài ra, việc nắm được lý thuyết về môn học là rất quan trọng, tuy nhiên hiểu và chế tạo ra được một sản phẩm thí nghiệm từ lý thuyết lại 2 rất khó, cần phải đi sâu nghiên cứu và liên hệ với thực tiển. Vì vậy, tôi chọn đề tài “Ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán để chế tạo mạch đèn led nháy theo nhạc” trong môn vô tuyến điện tử, một môn học được áp dụng rộng rãi trong cuộc sống, nhằm đi sâu nghiên cứu một phần nhỏ nguyên tắc cũng như ứng dụng của môn học này trên thực tế. Mạch điện tử này có ứng dụng nhiều trong cuộc sống, có thể nói hầu hết các chiếc amply bán ngoài thị trường đều có hỗ trợ mạch đèn led này, mạch còn sử dụng để trang trí chiếu sáng trên các bảng quảng cáo hay hiệu ứng phát sáng trên điện thoại di động và trong đồ chơi trẻ em..... 1.2. Mục tiêu của đề tài - Khảo sát một số linh kiện điện tử, tìm hiểu công dụng và chức năng của chúng. - Sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng mạch trên máy tính. - Lắp ráp mạch đèn led nháy theo nhạc và nắm được nguyên lí hoạt động. 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Bộ khuếch đại thuật toán và phần mềm điện tử Proteus để vẽ mạch điện. - Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát đặc tính của bộ khuếch đại thuật toán và cách lắp ráp mạch đèn led nháy theo nhạc. 1.4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu trên giáo trình, các trang wed điện tử về mô hình và cách lắp ráp mạch đèn led nháy theo nhạc. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: vẽ mô hình mạch trên phân mềm Proteus và lắp ráp mạch đèn led nháy theo nhạc. 1.5. Lịch sử nghiên cứu - Đọc giáo trình vô tuyến điện tử của Ngạc Văn An, tham khảo sách và các trang wed điện tử tìm hiểu về các linh kiện, chất bán dẫn, mạch khuếch đại và bộ khuếch đại thuật toán từ đó nắm được lý thuyết để đi lắp rắp mạch đèn led nháy theo nhạc. 1.6. Đóng góp của đề tài 3 - Nghiên cứu đặc tính bộ khuếch đại thuật toán áp dụng lắp ráp mạch đèn led nháy theo nhạc để kiểm tra sự khuếch đại ở tần số cao và tần số thấp, sự thu âm thanh và phát tín hiệu ra ở đèn. Đề tài được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống, trong thiết kế và trang trí, sử dụng trên bảng quảng cáo.... 1.7. Cấu trúc đề tài I. MỞ ĐẦU II. NỘI DUNG Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ Chương 2: TÌM HIỂU MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN Chương 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS ĐỂ MÔ PHỎNG VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ III. KẾT LUẬN IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO II. NỘI DUNG 4 Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1.1. Một số linh kiện điện tử thụ động 1.1.1. Tụ điện Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động .vv... ➢ Ký hiệu Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor). Thông thường nếu là tụ có cực tính thì trên ký hiệu sẽ có sự khác nhau giữa hai bản tụ, tụ không có cực tính thì trên ký hiệu hai bản tụ giống nhau. Hình 1.1: Ký hiệu của tụ điện ➢ Cấu tạo của tụ điện - Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi. - Hình dáng thực tế của tụ điện: Hình 1.2(a): Tụ gốm Hình1.2(b): Tụ hoá ➢ Mắc tụ điện - Hai tụ điện mắc nối tiếp có điện dung tương đương Ctd được tính bởi công thức: hay Hình 1.3: Mắc nối tiếp 2 tụ điện Khi mắc nối tiếp thì điện áp cho phép (chịu đựng) của tụ tương đương bằng tổng điện áp chịu cho phép của các tụ cộng lại.++ Ctd C2C1 5 Utd = U1 + U2 Khi mắc nối tiếp các tụ điện, nếu là các tụ hoá ta cần chú ý chiều của tụ điện, cực âm tụ trước phải nối với cực dương tụ sau. Hình 1.4: Mắc song song các tụ điện - Các tụ điện mắc song song thì có điện dung tương đương bằng tổng điện dung của các tụ cộng lại: Ctd = C1 + C2 Hình 1.5(a): Mắc hai tụ không phân cực Hình 1.5(b): Mắc hai tụ phân cực 1.1.2. Điện trở Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn. ➢ Điện trở của dây dẫn Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu, độ dài và tiết diện của dây, được tính theo công thức sau: S L R   Trong đó:ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu (Ωm) L là chiều dài dây dẫn (m) S là tiết diện dây dẫn (m2) R là điện trở đơn vị là (Ω-Ohm) ➢ Điện trở trong thiết bị điện tử Điện trở được làm từ hợp chất cacbon và kim loại, tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau. + Ký hiệu: Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lí như sau: + C6 1uF + C5 1uF + C2 1uF Ctd C2 C1+ Ctd + C2 + C1 6 Hình 1.6: Ký hiệu điện trở Đơn vị điện trở: Ω, KΩ, MΩ, trong đó 1KΩ = 1000Ω 1MΩ = 1000000Ω + Phân loại: Các loại điện trở trong các mạch điện tử có thể phân loại theo công suất, theo độ chính xác, theo vật liệu chế tạo, theo hình dáng... Nếu phân loại theo công suất thì có các loại như sau: ❖ Loại 1: Các điện trở công suất lớn hơn 2W trở lên. Ví dụ như các điện trở công suất, điện trở sứ... Hình 1.7: Hình dạng thực của một điện trở công suất ❖ Loại 2: Điện trở thường là các điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W. Hình 1.8: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu ❖ Loại 3: Các điện trở có công suất và kích thước rất nhỏ (loại điện trở dán SMD). Hình 1.9: Một cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD ➢ Cách mắc điện trở + Mắc kiểu nối tiếp 2 điện trở R1 và R2 được một điện trở tương đương R: R = R1+R2 + Mắc kiểu song song 2 điện trở được một điện trở tương đương R:R 1 = 1 1 R + 2 1 R ➢ Ứng dụng của điện trở R1 1k R2 1k 7 Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được, trong mạch điện, điện trở có những tác dụng sau: - Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp. Ví dụ: Có một bóng đèn 9V, nhưng ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 3V trên điện trở. - Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một điện áp cho trước. Hình 1.10: Mắc điện trở thành cầu chia áp Từ nguồn 12V ở trên thông qua cầu phân áp R1 và R2 ta lấy ra điện áp U1, áp U1 phụ thuộc vào giá trị hai điện trở R1 và R2.2 1 1 1 R R R UU   Thay đổi giá trị R1 hoặc R2 ta sẽ thu được điện áp U1 theo ý muốn. 1.1.3. Biến trở Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần, giá trị có thể biến đổi được theo ý muốn. Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện. Có ký hiệu là VR chúng có hình dạng như sau: Hình 1.11: Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở 8 Chiết áp cũng tương tự biến trở nhưng có thêm cầu chỉnh và thường bố trí phía trước mặt máy cho người sử dụng điều chỉnh, như chiết áp Volume, chiết áp Bass... Chiết áp nghĩa là chiết ra một phần điện áp từ đầu vào tùy theo mức độ chỉnh. Hình 1.12: Ký hiệu và hình ảnh thực của chiết áp 1.1.4. Đèn led LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n. ➢ Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn: + Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống). + Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó). Hầu hết các vật liệu làm LED có chiết suất rất cao, tức là hầu hết ánh sáng phát ra sẽ quay ngược vào bên trong thay vì phát ra ngoài không khí. Do đó công nghệ trích xuất ánh sáng từ LED cũng rất quan trọng, cần rất nhiều sự nghiên cứu và phát triển. 9 Hình 1.13: Cấu tạo của điốt led ➢ Lớp tráng phủ: Rất nhiều LED được bọc bằng 1 vỏ nhựa màu hoặc trong suốt vì 3 mục đích: 1. Hàn LED vào bảng mạch sẽ dễ hơn. 2. Dây dẫn bên trong LED rất mỏng sẽ được bảo vệ tốt hơn. 3. Lớp nhựa sẽ đóng vai trò như là môi trường trung gian. Chiết suất của vỏ nhựa sẽ thấp hơn chiết suất bán dẫn nhưng cao hơn không khí. Lý do thứ ba sẽ gia tăng khả năng phát sáng của LED vì nó sẽ như 1 thấu kính phân kỳ, cho phép ánh sáng có góc tới cao hơn góc tới hạn có thể lọt ra ngoài không khí. ➢ Tính chất: Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. Loại LED Điện thế phân cực thuận Đỏ 1,4 - 1,8V Vàng 2 - 2,5V Xanh lá cây 2 - 2,8V LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3 V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra. 1.2. Chất bán dẫn 1.2.1. Bán dẫn loại N 10 Hình 1.14: Chất bán dẫn loại N Giả sử trong mạng tinh thể của Si (hay Ge) có mật độ Nd nguyên tử của một nguyên tố nhóm V, ví dụ As có 5 electron hóa trị, trong tinh thể sẽ xuất hiện Nd trạng thái năng lượng ∆

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA – SINH - - ĐẶNG THỊ LOAN LOAN ỨNG DỤNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN ĐỂ CHẾ TẠO MẠCH ĐÈN LED NHÁY THEO NHẠC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng Nam, tháng năm 2015 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết nghiên cứu nêu khóa luận trung thực, tác giả cho phép sử dụng chưa cơng bố cơng trình khác Quảng Nam, tháng 04 năm 2016 Tác giả khóa luận Đặng Thị Loan Loan i Lời cảm ơn Khóa luận tơi thực hướng dẫn cô giáo ThS Ngô Thị Hồng Nga Trước hết cho bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến với cơ, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi q trình học tập thực khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường Đại Học Quảng Nam, Thầy Cô giáo khoa Lý – Hóa – Sinh giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập thực khóa luận Cuối tơi xin chân thành cảm ơn đến thành viên gia đình, người thân động viên, đưa lời khun lúc tơi gặp khó khăn cảm ơn bạn học lớp ĐH Vật Lý K12 có ý kiến đóng góp q trình thực đề tài Quảng Nam, tháng 04 năm 2016 Tác giả khóa luận Đặng Thị Loan Loan ii Hình DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Hình1.2(a) Tên gọi Hình1.2(b) Ký hiệu tụ điện Hình 1.3 Tụ gốm Hình 1.4 Tụ hố Hình1.5(a) Mắc nối tiếp tụ điện Hình1.5(b) Mắc song song tụ điện Hình 1.6 Mắc hai tụ khơng phân cực Hình 1.7 Mắc hai tụ phân cực Hình 1.8 Ký hiệu điện trở Hình 1.9 Hình dạng thực điện trở cơng suất Hình 1.10 Hình dạng thực loại điện trở vạch màu Hình 1.11 Một cách ghi ký hiệu giá trị điện trở SMD Hình 1.12 Mắc điện trở thành cầu chia áp Hình 1.13 Ký hiệu hình ảnh thực biến trở Hình 1.14 Ký hiệu hình ảnh thực biến trở 10 Hình 1.15 Cấu tạo điốt led 10 Hình 1.16 Chất bán dẫn loại N 11 Hình 1.17 Chất bán dẫn loại P 11 Hình 1.18 Tiếp xúc kim loại – bán dẫn 12 Hình 1.19 Tiếp xúc P – N 13 Hình 1.20 Kí hiệu Điốt 14 Hình 2.1 Phân cực thuận cho Điơt 16 Hình 2.2 Phân cực ngược cho Điôt 17 Hình 2.3 Các thành phần dịng điện điện áp 17 Điểm làm việc chế độ A Hình 2.4 Điểm làm việc chế độ B (a) dạng sóng tương 18 ứng dịng điện (b) điện áp (c) Sơ đồ khuếch đại với mạch phản hồi iii Hình 2.5 Cấu trúc KDTT 21 Hình 2.6 Sơ đồ chân thực tế OPAMP 22 Hình 2.7 Kí hiệu Opamp 22 Hình 2.8 Đặc tuyến truyền đạt điện áp vịng hở cảu KĐTT 24 Hình 2.9 Bộ KĐTT với mạch hồi tiếp 25 Hình 2.10 Mạch khuếch đại đảo 25 Hình 2.11 Mạch khuếch đại khơng đảo 26 Hình 2.12 Mạch đệm 27 Hình 2.13 Mạch cộng đảo 28 Hình 2.14 Mạch cộng khơng đảo 28 Hình 2.15 Mạch trừ 29 Hình 2.16 Mạch khuếch đại tích phân 30 Hình 2.17 Mạch khuếch đại vi phân 30 Hình 2.18 Sơ đồ mạch khuếch đại Lôgarit 31 Hình2.19(a) Sơ đồ mạch khuếch đại chọn lọc tần số thấp 31 Hình2.19(b) Đặc trưng tần số khuếch đại 32 Hình 2.20 Đặc trưng truyền cầu T 32 Hình 2.21 Sơ đồ mạch khuếch đại OA có mạch phản hồi âm 33 khung cộng hưởng mắc nối tiếp Hình 2.22 Đặc trưng tần số khuếch đại khung cộng hưởng 33 L,C Hình 3.1 Phần mềm mơ mạch điện tử Proteus 34 Hình 3.2 Giao diện phần mềm Proteus mở chương trình ISIS 36 Hình 3.3 Sơ đồ LM3915 37 Hình 3.4 Đặc điểm chân IC 38 Hình 3.5 Cấu tạo bên LM3915 39 Hình 3.6 Sơ đồ khối LM3915 40 Hình 3.7 Mạch điện áp chuẩn bên IC 41 Hình 3.8 Sơ đồ minh họa dòng 42 iv Hình 3.9 Sơ đồ mơ tả chức chân mode 43 Hình 3.10 Sơ đồ ngun lí mạch 46 Hình 3.11 Mơ mạch Proteus 48 Hình 3.12 Kết mơ mạch Proteus 48 Hình 3.13 Mơ hình lắp ráp mạch thực tế 49 Hình 3.14 Mơ hình chạy mạch thực tế 49 v MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH HÌNH VẼ iii MỤC LỤC………………………………………………………………………….vi I MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Lịch sử nghiên cứu 1.6 Đóng góp đề tài 1.7 Cấu trúc đề tài II NỘI DUNG Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1.1 Một số linh kiện điện tử thụ động 1.1.1 Tụ điện 1.1.2 Điện trở 1.1.3 Biến trở 1.1.4 Đèn led 1.2 Chất bán dẫn 1.2.1 Bán dẫn loại N 1.2.2 Bán dẫn loại P 10 1.2.3 Tiếp xúc kim loại – bán dẫn 11 1.2.4 Tiếp xúc P-N 11 1.2.5 Tiếp xúc kim loại – điện môi – chất bán dẫn 12 1.3 Điode bán dẫn 12 1.3.1 Cấu tạo, ký hiệu, công dụng 12 1.3.2 Nguyên lí làm việc 12 1.3.3 Phân loại cho Điode 13 vi Chương 2: TÌM HIỂU VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 14 2.1 Mạch khuếch đại 14 2.2 Nguyên lí xây dựng tầng khuếch đại 15 2.3 Các chế độ làm việc tầng khuếch đại 16 2.3.1 Khuếch đại chế độ A 16 2.3.2 Khuếch đại chế độ B 17 2.3.3 Khuếch đại chế độ khóa hay cịn gọi chế độ đóng mở (chế độ D) 18 2.4 Mạch hồi tiếp 18 2.4.1 Định nghĩa 18 2.4.2 Phân loại 18 2.5 Mạch khuếch đại thuật toán (Op-Amp) 19 2.5.1 Giới thiệu chung – Lịch sử 19 2.5.2 Chức năng, cấu tạo ký hiệu 21 2.5.3 Nguyên lí hoạt động 23 2.5.4 Phản hồi âm sơ đồ mắc mạch KĐTT 25 2.5.5 Ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán 27 2.6 Khuếch đại chọn lọc tần số thấp tần số cao 31 Chương 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS ĐỂ MÔ PHỎNG VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ 34 3.1 Sơ lược phần mềm mô Proteus 34 3.2 Tổng quan IC LM 3915 36 3.2.1 Tìm hiểu IC LM 3915 36 3.2.2 Đặc thù ứng dụng 37 3.2.3 Cấu tạo chức chân IC 38 3.2.4 Điện áp chuẩn bên IC 41 3.2.5 Điều khiển dòng 41 3.2.6 Chức chân Mode 42 3.3 Sơ đồ khối, chức linh kiện sử dụng mạch 43 3.3.1 Sơ đồ khối 43 vii 3.3.2 Chức khối 44 3.3.3 Linh kiện điện tử sử dụng mạch 44 3.4 Sơ đồ nguyên lí nguyên lí hoạt động mạch 45 3.4.1 Sơ đồ nguyên lí mạch 46 3.4.2 Nguyên lí hoạt động 46 3.5 Mô mạch phần mềm Proteus 48 3.5.1 Mô hình mơ Proteus 48 3.5.2 Kết mơ hình mơ 48 3.5.3 Lắp ráp mạch thực tế 49 III KẾT LUẬN 50 Kết luận 50 Kiến nghị 50 IV TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 viii I MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Kĩ thuật điện tử phát triển, áp dụng nhiều vào lĩnh vực tự động hố, sản xuất cơng nghiệp nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ khác Cùng với phát triển kinh tế khoa học kỹ thuật đường công nghiệp hoá đại hoá đất nước, ngành điện tử nói chung có bước tiến vượt bậc mang lại thành đáng kể Các hệ thống điện tử ngày đa dạng thay công việc người từ đồ chơi trẻ em, đồng hồ báo thức, điện thoại… phức tạp điều khiển đèn giao thông, điều khiển động cơ, đồng hồ hiển thị số, hay điều khiển từ xa…và nhiều ứng dụng ngành công nghiệp tiên tiến Không thế, kỹ thuật điện tử ngành áp dụng công nghệ thông tin cách mạnh mẽ, sử dụng nhiều phần mềm để trợ giúp người thiết kế mô mạch điện tử máy tính cách đơn giản Trong đó, phần mềm sử dụng rộng rãi phần mềm Proteus Proteus phần mềm chuyên dụng mạnh với giao diện thân thiện, cách sử dụng đơn giản Nhờ vậy, mà vẽ mạch ngun lí dễ dàng Từ ưu điểm tầm quan trọng ngành điện tử, vô tuyến điện sống nay, sinh viên nói chung - hệ tương lai đất nước, cần có kiến thức điện tử để tiếp cận sử dụng thiết bị máy móc đại cơng việc sống, biết nguyên lí hoạt động linh kiện điện tử giúp khai thác hết chức hoạt động bảo trì thiết bị máy móc cách tốt Là sinh viên ngành sư phạm Vật Lý học mơn vơ tuyến điện tử tìm hiểu phần khuếch đại thuật tốn, kiến thức lĩnh vực sư phạm Học phần ứng dụng rộng rãi sống nên làm tơi muốn nghiên cứu sâu tìm hiểu vào cấu trúc bên với ứng dụng thực tế nó…Ngồi ra, việc nắm lý thuyết môn học quan trọng, nhiên hiểu chế tạo sản phẩm thí nghiệm từ lý thuyết lại