Đồ án kỹ thuật điện tử“ mạch điều khiển đèn led cây thông phát sáng theo từng tầng

Các đường dẫn này sẽ đóng vài trò kết nối và truyền tín hiệu điện giữa các điểm nằm ở những vị trí khác nhau trên PCB lại với nhau Dựa vào các đường dẫn PCB sẽ cho phép truyền tín hiệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

“ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN LED CÂYTHÔNG PHÁT SÁNG THEO TỪNG TẦNG”

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Anh

Nhóm sinh viên thực hiện: Yêu Cái Đẹp

Nguyễn Thị Xuân Mai ( Mã sv: 2022604727 )

I, LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, các mẫu đèn led trang trí nội thất ngày càng phổ biến ở khắp tất cả các không gian nhà ở, công ty, nhà hàng cao cấp Đèn led trang trí không dừng ở việc chiếu sáng mà còn là điểm nhấn đẹp mắt cho không gian Đèn led trang trí là dòng đèn có thiết kế đặc biệt ưu tiên hiệu năng cũng như mẫu mã đẹp mắt, đa dạng và kích thước tùy ý Dòng đèn led trang trí có tên tiếng anh là Light emitting diode - có khả năng phát ra sánh sáng hoặc tia hồng ngoại Ngoài chức năng chính là chiếu sáng, đèn còn hỗ trợ cho không gian nội thất thêm phần tươi mới, tinh tế

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại đèn led trang trí được ưa chuộng và phổ biến Đặc biệt vào những dịp lễ tết thì nhu cầu sử dụng của mọi người lại càng tăng lên Và để hướng ứng không khí Giáng Sinh 2022, chuẩn bị kết thúc một năm thật ý nghĩa, nhóm chúng em-nhóm Yêu cái đẹp đã họp bàn với nhau và quyết định thực hiện đồ án mạch điều khiển đèn led hình cây thông Noel.

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Ngọc Anh nhóm em đã hoàn thành baì

báo cáo đồ án này Tuy đã có hết sức tìm hiểu, phân tích thiết kế và thi công mạch nhưng không tránh khỏi những sai sót Nhóm em mong nhận được sự cảm thông và góp ý của các thầy cô Nhóm em xin chân thành cảm ơn.

1, Linh kiện điện tử

Trong mạch đèn led cây thông phát sáng theo từng tầng bao gồm:

PCB là viết tắt của (Printed Circuit Board) hay còn gọi là bảng mạch in PCB sẽ có nhiều lớp, bản thân nó không có khả năng dẫn điện mà phải dựa vào những đường dẫn và các điểm pad trên bề mặt Các đường dẫn này sẽ đóng vài trò kết nối và truyền tín hiệu điện giữa các điểm nằm ở những vị trí khác nhau trên PCB lại với nhau

Dựa vào các đường dẫn PCB sẽ cho phép truyền tín hiệu và nguồn điện giữa các thiết bị vật lý được gắn trên bề mặt của chúng (như ic, điện trở, cuộn cảm ) Để truyền được tín hiệu trên PCB, bạn phải thực hiện quá trình hàn để tạo kết nối điện giữa PCB và các linh kiện điện tử Ngoài nhiệm vụ dấn điện, chất hàn cũng đóng vai trò như một chất kết dính giúp linh kiện không bị rơi khỏi mạch

PCBA viết tắt của Printed Circuit Board Assembly, khái niệm này dùng để chỉ những mạch PCB đã hoàn thiện Nói cách khác là khi mạch được gắn đầy đủ các linh kiện điện tử lên bề mặt như điện trở, IC, tụ điện hoặc bất kỳ thành phần nào khác và có thể thực hiện được chức năng của nó

*Các thành phần cấu tạo nên PCB

 Chất nền FR4 (Epoxit hoặc Phenolic): Đây là lớp vật liệu cơ bản nhất có thể được xem là chất nền cho PCB, thường là sợi thủy tinh

 Lớp đồng :Lớp tiếp theo là một lá đồng mỏng, được ép lên bằng nhiệt và

chất kết dính

 Lớp Solder Mask (Mặt nạ hàn): Lớp trên cùng của lá đồng được gọi là lớp mặt nạ hàn Đây là lớp đóng vai trò tạo nên màu sắc đặc trưng cho mạch in thường là màu xanh lá cây

 Lớp Silksreen hay còn gọi là lớp mực in, đây là lớp cuối cùng được phủ lên PCB

* Một số thuật ngữ thường dùng trong mạch PCB

 - Vòng khuyên (Annular ring) - là những vòng đồng được mạ xung quanh

một lỗ nằm trong PCB

 Lỗ khan (Drill) - lỗ khoan trên bề mặt PCB đóng vai trò là nơi bắt vít hoặc

định vị connecto

 Finger - là những miếng kim loại tiếp xúc dọc theo cạnh của mạch in

 Tấm đệm (Pad ) - là phần tiếp xúc kim loại trên bề mặt của PCB, đây là nơi

mà linh kiện sẽ được hàn vào

 Paste stencil - có thể là một loại giấy nến mỏng, bằng kim loại (hoặc đôi khi

bằng nhựa) được thiết kế theo các đường dẫn của PCB

 Mặt phẳng (Plane) - một khối đồng liên tục trên bảng mạch, xác định bằng

đường viền

 Mạ xuyên lỗ (Plated through hole) - một lỗ trên bảng được phủ một lớp

mạ từ mặt này sang mặt kia của PCB

 ilkscreen (Silkscreen) - các chữ cái, số, ký hiệu và hình ảnh trên bảng mạch

 Khe cắm (Slot) - bất kỳ những lỗ nào trên bảng không tròn sẽ được gọi là

 Kem hàn (Solder paste) - những tinh thể thiếc hoặc chì hàn được tạo thành

dung môi lỏng dạng kem, được gắn lên các miếng gắn bề mặt trên PCB trước khi đặt linh kiện

b,Transistor S9014

S9014 là một transistor được thiết kế để sử dụng trong giai đoạn đầu tạo ra âm thanh và mạch chuyển đổi/ biến đổi tần số

 Sơ đồ chân S9014

 Chân số 1 cực phát (E): dòng điện thoát ra qua cực phát, thường được nối đất.

 Chân số 2 cực gốc (B): điều khiển phân cực của transistor, sử dụng để bật hoặc tắt transistor.

 Chân số 3 cực góp (C): dòng điện chạy qua cực góp, thường được nối với tải.

1.4.3, Điện trở [3]

Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, ngược lại nếu vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện

Kí hiệu của điện trở là R

Đơn vị là Ohm ( Ôm ) 1 Kilo ôm = 1.000 ôm

1 Mêga ôm= 1.000 Kilo ôm= 1.000.000 ôm

Mỗi điện trở có 1 giá trị nhất định, vòng màu in trên điện trở thể hiện giá trị của nó ( Thông thường, điện trở có 4 vòng màu )

2 vòng màu đầu là 2 chữ số đầu của giá trị Vòng thứ 3 thể hiện số chữ số “0” đứng sau Vòng thứ 4 thể hiện sai số.

Có tất cả 12 màu, mỗi màu có 1 giá trị khác nhau.

Ví dụ : Một điện trở có 4 vòng màu : Đỏ Đỏ Nâu Ngân Nhũ, thì giá trị điện trở làgì?

Màu Đỏ có giá trị là 2 Màu Nâu có giá trị là 1 Ngân Nhũ có sai số là 5% ==> Các số tương ứng với vòng màu là : 2 2 1 5%

Tính giá trị của ĐT bằng cách gép 2 số đầu tiên và thêm vào đằng sau nó 1 số 0 ( số 1 thể hiện thêm vào 1 số 0, tường tự nếu là 2 thì thêm 2 số 0 … )

Vậy giá trị điện trở là 220 ôm sai số 5%

*Ứng dụng của điện trở: Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử vậy điện trở là một linh kiện quan trọng không thể thiếu, trong mạch điện, điện trở có công dụng sau:

 Khống chế dòng điện qua tải sao cho phù hợp

 Mắc điện trở thành cầu phân áp

 Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động

 Tham gia vào các mạch tạo dao động R C

1.4.4, Đèn LED [4]

*Định nghĩa

-LED là từ viết tắt của Light Emitting Diode hay điốt phát quang là một linh kiện điện tử dựa trên chuyển tiếp p-n LED có cấu trúc cơ bản của một điốt Cấu trúc cơ bản của LED gồm hai lớp bán dẫn p, n ghép với nhau qua lớp tiếp xúc công nghệ Hoạt động của LED dựa trên hoạt động của chuyển tiếp p-n.

*Cơ chế phát quang của đèn LED

- Hiện tượng phát quang: Các điện tử ở lân cận cực tiểu vùng dẫn sau một thời gian tồn tại ở đây có thể chuyển mức xuống trạng thái trống trong vùng hóa trị, tái hợp với lỗ trống và phát ra một photon.

- Đối với một chất bán dẫn, đây là quá trình tái hợp bức xạ tự phát, không phụ thuộc vào mật độ phổ năng lượng của bức xạ điện từ bên ngoài.

- Xét chuyển tiếp p-n ở trạng thái không phân cực tại cả vùng nghèo và vùng trung hòa Do hệ đã thiết lập trạng thái cân bằng, do đó số điện tử tái hợp

bằng số điện tử phát xạ Mật độ dòng photon phát ra rất nhỏ, phần lớn bị hấp thụ do đó không có hiện tượng phát quang.

Hình 1.4.4.b: Cơ chế phát quang của đèn LED

Xét chuyển tiếp p-n ở trạng thái phân cực thuận Tại vùng nghèo do hiện tượng khuếch tán và phun hạt dẫn Nồng độ hạt dẫn dư (điện tử và lỗ trống) tại vùng nghèo tăng đột ngột, để thiết lập lại cân bằng các điện tử và lỗ trống tái hợp theo cơ chế tái hợp tự phát và phát ra các photon Do tác dụng của điện áp thuận đặt vào lớp chuyển tiếp, vùng nghèo luôn luôn ở trạng thái thừa hạt dẫn, do đó mật độ dòng photon phát ra từ vùng nghèo luôn được duy trì tạo thành chùm sáng thoát ra khỏi lớp chuyển tiếp.

Trong trường hợp chuyển tiếp p-n ở trạng thái phân cực ngược Dòng ngược là dòng của hạt dẫn thiểu số rất nhỏ dẫn tới mật độ dòng photon phát ra quá nhỏ, phần lớn bị hấp thụ trở lại do đó không có ánh sáng phát ra.

Như vậy, điện áp thuận đặt vào LED sẽ tạo ra hiện tượng phun hạt dẫn qua lớp chuyển tiếp, qua đó làm tăng đột ngột nồng độ hạt dẫn dư, sự tăng nồng độ hạt dẫn dư làm xuất hiện sự tái hợp bức xạ để trở về trạng thái cân bằng

*Cấu tạo của đèn LED chiếu sáng

Hình 1.4.4.c: Cấu tạo của đèn LED chiếu sáng

– Lăng kính

– Chip LED – Như chúng ta đã tìm hiểu ở trên, đây là bộ phận phát ra ánh sáng cho đèn.

– Lớp bề mặt (Substrate material) PCB được sử dụng để gắn đèn LED – Lớp tiếp xúc (Interface materials) – Thông thường là keo hoặc dầu mỡ

– Bộ tản nhiệt – Bộ phận tản nhiệt có 2 loại Tản nhiệt chủ động và Tản nhiệt bị động

1.4.5, Tụ hóa [5]

*Tụ hóa là gì?

Tụ hoá là một loại tụ điện có phân cực Nó có anode (+) được làm bằng kim loại đặc biệt được xử lý bề mặt để tạo lớp oxyt cách điện Sau đó chất điện phân rắn hoặc không rắn (non-solid) được phủ lên mặt lớp oxyt để tạo ra cathode.

Hình 1.4.5.a: Tụ hoá

Do lớp oxy cách điện cực mỏng, tụ hoá đạt được điện dung lớn trên mỗi đơn vị thể tích so với nhiều loại khác, có ý nghĩa quan trọng trong các mạch có tần số thấp và cường độ dòng điện cao Nó được dùng nhiều trong các bộ lọc cung cấp nguồn, nơi mà điện tích lưu trữ cần cho việc điều tiết điện áp ra và sự dao động của dòng điện, trong chỉnh lưu ngõ ra, và đặc biệt khi thiếu nguồn pin sạc để cung cấp dòng điện tần số thấp.

*Kí hiệu tụ hóa

*Cấu tạo tụ hóa

Tụ có anode (+) được làm bằng kim loại đặc biệt được xử lý bề mặt để tạo lớp oxyt cách điện Sau đó chất điện phân rắn hoặc không rắn (non-solid) được phủ lên mặt lớp oxyt để tạo ra cathode Chúng được cuộn lại, lắp các chân nối và đặt vào bên trong lớp bọc bằng nhôm hình trụ.

- Chia theo vật liệu sử dụng thì có:

+Tụ hóa nhôm: Là tụ phổ biến nhất

+Tụ hóa tantali: Tụ điện tantali đắt hơn rất nhiều so với tụ điện bằng nhôm, và thường dùng với điện áp thấp, nhưng chúng có điện dung cao hơn rất nhiều trên mỗi đơn vị thể tích và được dùng cho các ứng dụng thu nhỏ như điện thoại di động.

Bảng 1.4.6: Bảng thông số kĩ thuật bộ nguồn

- Các bước nối với đèn led

+ Bước 1: Chuẩn bị sẵn dây nguồn có chân ghim phù hợp với LED dây cần đấu nối.

+ Bước 2: Cắm phần chân ghim có thiết kế đầu nhọn vào đúng 2 vị trí mạch điện bên trong LED dây và bảo đảm 2 mạch điện đó không để chạm nhau + Bước 3: Đấu nối đầu ghim còn lại vào đầu dây nguồn.

+ Bước 4: Hoàn thành và thử sáng LED, Hình 1.4.6: Nguồn chạy bằng

 Cơ cấu: Cây thông noel làm từ đèn LED là sự kết hợp của ba bo mạch, các bạn nhỏ sẽ tự lắp ráp 37 đèn LED sẽ nhấp nháy luân phiên theo từng tầng, thể hiện mô hình ba chiều của cây thông Noel

 Mạch có tính thẩm mỹ cao, dễ sử dụng, thân thiện với môi trường, thiết kế nhỏ gọn, đẹp mắt

 Các đèn LED tiêu tốn ít năng lượng, có khả năng hiển thị trong khoảng một thời gian dài Tuổi thọ của mạch cao và giá thành hợp lý với người tiêu dùng

 Một số thông số kỹ thuật

 Kích thước: 60mm dài * 60mm rộng * 136mm cao  Giá thành: 200,000 đồng

 Thời gian hoàn thành: 3 tuần  Thời gian bảo hành: 1 tháng  Nguồn điện: pin

 Hoạt động tốt trong môi trường khô ráo  Bảo quản: Độ ẩm 0-80%, dưới 60 độ C *Sơ đồ khối

 Chức năng từng khối

 Khối điều khiển: Điều khiển hoạt động của khối hiển thị và khối nguồn

 Khối nguồn: cung cấp nguồn cho mạch

 Khối hiển thị: Hiển thị hiệu ứng và các chức năng của mạch ra bên ngoài

Hình 2.1.a: Sơ đồ khối mạch điều khiển đèn LED cây thông Noel

*Linh kiện

- 1 Bộ nguồn, 1 công tắc

- 3 Mạch PCB khung cây thông noel - 6 Điện trở 4.7k, 7 Điện trở 100 ôm

Khi đóng công tắc dòng điện chạy từ nguồn vào mạch điện theo chiều mũi tên, đèn led sẽ phát sáng

2.3, THỰC HIỆN

*Quy trình hàn và lắp ghép mạch

Cách hàn bảng mạch A:

 Các linh kiện cần có để hàn vào bảng mạch A :

Bảng 2.3.a: Linh kiện điện tử Bảng A

Bước 1:Lấy 4 điện trở loại 100R cần hàn vào các vị trí R2/R4/R6/R7 được kí hiệu trên bảng mạch

Bước 2 : Lấy 3 điện trở loại 4.7K cần hàn vào các vị trí R1/R3/R5 được kí hiệu trên bảng mạch

Bước 3 : Lấy 3 tụ hóa loại 47uf cần hàn vào các vị trí

C1/C2/C3 được kí hiệu trên bảng mạch ( lưu ý: chân dài hơn là chân cực (+) chân ngắn hơn là chân cực (-) )

Bước 4 : Lấy 3 transistor loại S9014 cần hàn vào các vị trí Q1/Q2/Q3 được kí hiệu trêm bảng mạch ( lưu ý : cần cắm transistor đúng chiều như trên bảng mạch )

Bước 5 : Lấy các bóng đèn led cần hàn vào các Hình 2.3.a: Bảng mạch

dương (+) chân ngắn là cực âm (-) )

Cách hàn bảng mạch B :

 Các linh kiện cần có để hàn vào bảng mạch B :

Bảng 2.3.b: Linh kiện điện tử Bảng B

Bước 1: Lấy 3 điện trở loại 100R cần hàn vào các vị trí R2/R4/R6/R7 được kí hiệu trên bảng mạch

Bước 2 : Lấy 3 điện trở loại 4.7K cần hàn vào các vị trí R1/R3/R5 được kí hiệu trên bảng mạch

Bước 3 : Lấy 3 tụ hóa loại 47uf cần hàn vào các vị trí C1/C2/C3 được kí hiệu trên bảng mạch ( lưu ý: chân dài hơn là chân cực (+) chân ngắn hơn là chân cực (-) ) Bước 4 : Lấy 3 transistor loại 9014 cần hàn vào các vị trí Q1/Q2/Q3 được kí hiệu trêm bảng mạch ( lưu ý : cần cắm transistor đúng chiều như trên bảng mạch )

Bước 5 : Lấy các bóng đèn led cần hàn vào các vị trí

led là cực dương (+) chân ngắn là cực âm (-) )

Bước 6: Hàn cổng và công tắc vào mạch để Hình 2.3.b: Bảng mạch B

kết nối với nguồn

*Sản phẩm hoàn thiện

Hình 2.3.c: Mạch điều khiển đèn led cây thông Noel

III, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

KẾT LUẬN

Trong quán trình thực hiện đồ án nhóm em đã phát hiện và nhìn nhận rõ hơn được những điểm mạnh và điểm yếu của từng thành viên cũng như khả năng của từng ngườiChúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo đã giúp chúng em hoàn thành bài tập lớn này Qua bài tập lớn này giúp chúng em hiểu sâu và rõ hơn cấu tạo của một mạch điều khiển đèn led.

Nhóm em xin cảm ơn và ghi nhận mọi sự đánh giá ạ!

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Với bản thiết kế đơn giản, dễ thực hiện, nhỏ gọn và phù hợp với nhu cầu trang trí của nhiều khách hàng nhóm em hứa hẹn sẽ thực hiện những đồ án lớn hơn cũng như chỉn chu hơn của đề tài này nhằm biến nó thể phổ biến trên thị trường

PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO