Đồ Án 1 bật tắt Đèn bằng quang trở

đồ án 1 môn học sv trường đại học spkt hưng yên thực hiên đề tài Đồ Án 1 bật tắt Đèn bằng quang trở

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Ngày nay, thời đại phát triển hệ thống điện thông minh ngày càng phổ biến giả sử như các hệ thống cảm biến báo cháy, cảm biến báo mưa và hệ thống dây phơi quần áo tự động

… Với kiến thức lý thuyết và đi xưởng thực hành em đã học hỏi đc rất nhiều từ thầy cô giáo và bạn bè Kỳ học này em được giao Đồ án môn học 1 dựa trên cơ sở lý thuyết và một chút ít kiến thức của mình và tìm hiểu đc một số tài liệu ở trên mạng internet và trong giáo trình đã học ứng dụng trong thực tế nên em xin phép các thầy cô trong khoa và bộ môn giao cho em được làm về đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch bật tắt đèn tự động bằng quang trở

Những lợi ích khi sử dụng mạch bật tắt đèn tự động bằng quang trở :

-Giúp chúng ta tiết kiệm thời gian không cần phải bật, tắt bằng nút nhấn thông thường

-Mỗi khi trời mưa hay đêm đông giá rét mọi người cảm thấy bất tiện không muốn ra khỏi nhà Mạch sẽ giúp ta bật đèn dựa vào sự biến đổi của ánh sáng bên ngoài

Hình 1.1: Bật tắt đèn tự động

II TRÌNH BÀY ĐỀ TÀI

Sơ đồ tổng quát toàn mạch

Mạch bật tắt đèn tự động dựa trên cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở đến chân so sánh điện áp của IC 741 có chức năng so sánh điện áp ở chân 2 và chân 3 Sau đó xuất tín hiệu ra ở chân 6 cấp điện áp cho Transitor 2N2222 để dẫn dòng cuộn hút của Rơ le Tiếp điểm đóng đèn sáng

Mạch nguồn có 4 bộ phận chính:

-Mạch nguồn: Máy biến áp 12V-2A, 2 tụ hóa 1000μF, IC LM7812

-Bộ điều khiển: Quang trở, biến trở 50kΩ, điện trở, IC741, transistor 2N2222

-Bộ đóng cắt: Rơle 12V-10A, diode 1N4148

Tải: đèn Led, điện trở R4 1,2kΩ

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG

- 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 thi điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn

- Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W

- Điện trở công xuất là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W

- Điện trở sứ, điện trở nhiệt là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

Hình 1.1.3: Kí hiệu điện trở

1.1.4 Đơn vị điện trở, cách đọc trị số của điện trở Đơn vị: Ohm (Ω)

• Cách đọc trị số điện trở

Hình 1.1.4: Thứ tự vòng màu của điện trở Điện trở 4 vòng màu( hình 1.1.4)

Vòng 1, 2 chỉ trị số tương ứng với màu

Vòng 3 chỉ hệ số nhân

Bảng tra vạch kí hiệu màu điện trở

Kiểm tra bằng mắt thường nhìn vào màu trên thân điện trở Kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng

1.1.5 Ứng dụng của điện trở 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 8V, nhưng ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụ táp bớt 4V trên điện trở

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, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động

Hình 1.2.1: Tụ điện thực tế

Hình 1.2.2: Ký hiệu 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

Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như: tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá

1.2.2 Ý nghĩa c ủa giá trị điện áp ghi trên thân tụ

Một tính chất quan trọng của tụ điện là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều

Tụ điện sẽ phóng điện từ dương cực sang âm cực, nó phóng điện qua tải sau đó về cực âm của tụ điện Điện dung của tụ càng lớn thì thời gian tích điện càng lâu

Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị điện dung, đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ sẽ bị nổ

Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì bao giờ người ta cũng lắp tụ điện có giá trị điện áp Max cao gấp khoảng 1,4 lần

1.2.3 Ứng dụng của tụ điện

Tụ điện được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật điện và điện tử, trong các thiết bị điện tử, tụ điện là một linh kiện không thể thiếu đươc, mỗi mạch điện tụ đều có một công dụng nhất định như truyền dẫn tín hiệu, lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động …

Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều

Lọc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu (loại bỏ pha âm) thành điện áp một chiều bằng phẳng, đó là nguyên lý của các tụ lọc nguồn

Với điện AC (xoay chiều) thì tụ dẫn điện còn với điện DC (một chiều) thì tụ lại trở thành tụ lọc

Tụ giấy và tụ gốm (trị số nhỏ) thường lắp trong các mạch cao tần còn tụ hoá (trị số lớn) thường lắp trong các mạch âm tần hoăc lọc nguồn điện có tần số thấp

Máy biến áp hay máy biến thế, tên ngắn gọn là biến áp, là thiết bị điện thực hiện truyền đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện thông qua cảm ứng điện từ

-Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Máy biến áp gồm có một cuộn dây sơ cấp và một hay nhiều cuộn dây thứ cấp liên kết qua trường điện từ Khi đưa dòng điện với điện áp xác định vào cuộn sơ cấp, sẽ tạo ra trường điện từ Theo định luật cảm ứng Faraday trường điện từ tạo ra dòng điện cảm ứng ở các cuộn thứ cấp Để đảm bảo sự truyền đưa năng lượng thì bố trí mạch dẫn từ qua lõi cuộn dây Vật liệu dẫn từ phụ thuộc tần số làm việc

- Ở tần số thấp như biến áp điện lực, âm tần thì dùng lá vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao như thép silic, permalloy, Và mạch từ khép kín như các lõi ghép bằng lá chữ E, chữ

- Ở tần số cao, vùng siêu âm và sóng radio thì dùng lõi ferrit khép kín mạch từ Ở tần số siêu cao là vùng vi sóng và sóng truyền hình, vẫn có các biến áp dùng lõi không khí và thường không khép mạch từ Tuy nhiên quan hệ điện từ của chúng khác với hai loại nói trên, và không coi là biến áp thật sự

LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHỦ ĐỘNG

Diode bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn

DIODE là dụng cụ bán dẫn có một lớp tiếp xúc P-N Bên ngoài có bọc bởi lớp plastic

Hai đầu của mẫu bán dẫn có tráng kim loại nhôm để nối dây ra

2.1.2 Phân loại tụ điện Diode

- Tìm hiểu cấu tạo và công dụng của các loại Diode : Diode ổn áp, Diode thu quang, Diode phát quang, Diode biến dung, Diode xung, Diode tách sóng, Diode nắn điện

Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận

Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode

Là loại Diode nhỏ vở bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P - N tại một điểm để tránh điện dung ký sinh, diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách sóng tín hiệu

Là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC 50Hz , Diode này thường có 3 loại là 1A, 2A và 5A

Là các Diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại

2.1.3 Cách kiểm tra Diode Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω, đặt hai que đo vào hai đầu Diode:

+) Nếu đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào catot => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt

+) Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập

+) Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt

+) Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò

- Tính chất Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ Anot sang Katot

+) Khi UAK> 0, ta nói Diode phân cực thuận và dòng điện qua Diode lúc đó gọi là dòng điện thuận

+) Khi UAK< 0, ta nói Diode phân cực ngược và dòng điện qua Diode lúc đó gọi là dòng điện ngược

- Những thông số đáng lưu ý của Diode

Giá trị trung bình dòng điện cho phép chạy qua Diode khi phân cực thuận Giá trị điện áp ngược lớn nhất khi đặt vào Diode chịu được

Vì Diode có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ Anot đến Kanot khi phân cực thuận nên Diode được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Ngoài ra Diode có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD 0 (nối tắt), phân cực nghịch RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các công tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp, được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử

Diode 1N4148 là một diode silicon phổ biến và nổi tiếng trong nhiều năm và nó được sản xuất bởi một số nhà sản xuất linh kiện điện tử 1N4148 là một thiết bị điện tử chỉ cho phép dòng điện chạy theo một hướng, ví dụ như đường một chiều mà xe cộ chỉ có thể đi theo một chiều hoặc một hướng Lý do chính mà nó được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực điện tử là các thông số kỹ thuật và tính năng hữu ích của nó trong một kích thước nhỏ và giá rẻ Nó có nhiều loại gói khác nhau như DO-35 thủy tinh và nhiều gói SMD khác

Nó cũng là một diode chuyển mạch nhanh với tốc độ 4 nano giây với 100V đảo ngược và với công suất tiêu tán tối đa là 0,5W

-Tính năng / thông số kỹ thuật

Loại gói: DO-35 thủy tinh và SMD

Loại diode: diode chuyển mạch nhanh silicon epitaxial Điện áp ngược lặp lại tối đa là: 100 V

Dòng chỉnh lưu trung bình tối đa là: 15A hoặc 150mA

Công suất tiêu tán tối đa là: 5W Điện áp ngược là: 75V

Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -65 đến +175 độ C

Hình 2.1.5: Sơ đồ chân cực âm dương của 1N4148

Diode1N4148 được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử khác nhau Nó có thể được sử dụng ở những có yêu cầu tạo dòng điện xoay chiều thành một chiều Nó có thể được sử dụng để chặn xung điện áp để bảo vệ các linh kiện điện tử không bị cháy bên trong hoặc hư hỏng Nó cũng có thể được sử dụng trong mạch logic kỹ thuật số Hơn nữa nó còn hoạt động tốt trong các mạch sạc pin, mạch cấp nguồn và mạch nhân đôi điện áp

2.2.1 Giới thiệu chung về Transistor

Gồm ba lớp bán dẫn ghép lại với nhau hình thành hai lớp tiếp giáp P-N nằm ngược chiều nhau Ba vùng bán dẫn nối ra ba chân gọi là ba cực Cực nối với vùng bán dẫn chung gọi là cực gốc: cực này mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, hai cực còn lại nối với hai vùng bán dẫn ở hai bên là cực phát (E) và cực thu (C), chúng có chung bán dẫn nhưng nồng dộ tạp chất khác nhau nên không thể hoán vị cho nhau Vùng cực E có nồng độ tạp chất rất cao vùng C có nồng độ tạp chất lớn hơn vùng B nhưng nhỏ hơn vùng E

Hình dưới mô tả cấu trúc của 2 loại Tramsistor NPN và PNP

Nồng độ tạp chất của vùng E lớn hơn vùng B và vùng C có nồng độ tạp chất nhỏ nhất

Vùng nền có kích thước hẹp nhất trong ba vùng bán dẫn kế đến là vùng phát và vùng thu là rộng nhất Transistor NPN có đáp ứng tần số cao tốt hơn Transistor PNP.Bây giờ chúng ta chỉ khảo Transistor NPN còn Transistor PNP cũng tương tự

-Transistor ở trạng thái chưa phân cực

Khi pha chất cho (Donor) vào thanh bán dẫn tinh khiết ta được chất bán dẫn loại N

Các điện tử tự do (còn thừa của chất cho) có mức năng lượng trung bình gần dãi dẫn điện

(mức năng lượng Fermi được năng lên) Tương tự nếu chất pha tạp là chất nhận (Acceptor) thì ta có chất bán dẫn loại P Các lỗ trống của chất nhận có mức năng lượng trung bình nằm gần dãi hóa trị hơn (mức năng lượng Fermi được giảm xuống)

Khi nối P-N được xác lập, một rào điện thế sẽ tạo ra tại nối Các điện tử tử tự do trong vùng N sẽ khếch tán sang vùng P và ngược lại các lỗ trống từ vùng P sẽ khếch tán sang vùng N Kết quả là tại hai bên mối nối, bên vùng N các ion dương bên vùng P là các ion âm chúng đã tại ra hàng rào điện thế

Hiện tượng này cũng thấy ở tại hai mối nối Transistor Quan sát vùng hiếm, ta thấy rằng kích thước của hiếm là một hàm số theo nồng độ chất pha Nó rộng ở vùng chất pha nhẹ và hẹp ở vùng chất pha đậm

- Cơ chế hoạt động của Transistor lưỡng cực:

Trong ứng dụng thông thường (khuếch đại), nối phát nền phải được phân cực thuận trong lúc nối thu nền phải được phân cực nghịch

Vì nối phát nền phân cực thuận nền vùng hiếm hẹp lại, nối thu nền được phân cực nghịch nên vùng hiếm rộng ra

Nhiều điện tử từ cực âm của nguồn VEE đi vào vùng phát và sang vùng nền Như ta đã biết, vùng nền pha tạp chất ít và rất hẹp nên lỗ trống không nhiều do đó lượng lỗ trống khếch tán sang vùng phát không đáng kể

Mạch được phân cực như sau:

Hình 2.2.1.4: Mạch cực tính Transistor

Do vùng nền hẹp và ít lỗ trống nên có một ít điện tử khếch tán sang vùng phát tái hợp với lỗ trống của vùng nền Hầu hết các điện tử tử từ vùng này khếch tán thẳng qua vùng thu và bị hút về cực dương của nguồn VCC

Các điện tử tự do vùng phát như vậy tạo nên dòng điện cực phát IE chạy từ cực phát

E Các điện tử từ vùng thu chạy về cực dương của nguồn VCC tạo ra dòng điện thu IC chạy vào vùng thu

THIẾT KẾ MẠCH CHẾ TẠO MẠCH

LINH KIỆN TRONG MẠCH

Các linh kiện trong mạch (hình 3.1.1):

STT Tên Thông số Số lượng

Hình 3.1.1: Sơ đồ toàn mạch

SƠ ĐỒ KHỐI NGUỒN

Hình 3.2.1:Sơ đồ khối nguồn

1.Tính toán, chọn linh kiện:

Tụ có điện dung lớn để san phẳng điện áp để làm giảm độ gợn sóng

Trong đồ ỏn này chỳng em chọn tụ 1000 àF để san phẳng điện ỏp

Tụ lọc cao tần là tụ hóa vì tụ này có tần số lọc lớn Chứng minh bởi công thức: f= 1/(2π Xc C)

Có hai loại linh kiện ổn áp họ 78XX và 79XX

Họ 78xx là họ cho ổn định điện áp đầu ra là dương Còn xx là giá trị điện áp đầu ra như 5V, 8V…

Họ 79xx là họ ổn định điện áp đầu ra là âm Còn xx là giá trị điện áp đầu ra như : - 5V,-8V… Đồ án này cần điện áp 12V nên ta sử dụng IC7812

-Máy biến máy 12v 450 mA do mạch sử dụng dòng điện nhỏ, công suất thấp

Nguồn cung cấp cho mạch là nguồn một chiều điện áp DC Được lấy từ một máy biến áp có điện áp cuộn sơ cấp là 220V_AC , điện áp cuộn thứ cấp là 12VAC Sau đó điện áp xoay chiều được qua chỉnh lưu cầu trở thành điện áp 12VDC, điện áp một chiều mấp mô này được qua tụ lọc C1 1000UF để làm phẳng điện áp Để có thể cấp nguồn có giá trị luôn luôn là 12V thì điện áp 12V được một IC_7812 điều chỉnh và giữ ổn định là 12V cung cấp cho mạch điều khiển

3.3 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, BỘ PHẬN ĐÓNG CẮT VÀ TẢI

Hình 3.3.1: Sơ đồ mạch điều khiển

Hình 3.3.2: Sơ đồ bộ phận đóng cắt và tải

1 Nguyên lí hoạt động của mạch:

+Mạch điều khiển (Hình 3.3.1) điện áp sử dụng IC 741:

• V2>V3: IC đưa ra tín hiệu điện áp ở mức thấp (0V)

• V2V2

Từ (1) và (2) ta chọn góc α: 6,88° < α < 247,36°

Vậy để độ nhạy của mạch theo mong muốn ta điều chỉnh góc α của VR

3.4 CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MẠCH

Hình 3.4.1: Sơ đồ mạch in

-Công thức hóa học: Na2S2O8

-Tức 100g pha với 400mL nước

-Nhiệt độ khi xúc tác: 70 độ, và có sục khí Nếu không có sục khí các bạn chỉ cần cho nước nóng 70 độ vào và ăn mòn trong khi ăn mòn nên lắc để tạo phản ứng nhanh hơn

-Thời gian ăn mòn khi có xúc tác 5 đến 7 phút đối với lần (hình 3.4.2)

-Khi ăn mòn xong, dung dịch sẽ chuyển sang màu xanh của đồng

-Sau khi ăn mòn xong, giữ lại dung dịch cho lần sử dụng tiếp theo nhưng sẽ xúc tác lâu hơn lần đầu

Hình 3.4.2: Sau khi ăn mòn

-Khởi động mỏ hàn đợi cho đến khi mũi hàn nóng thì bắt đầu

-Tay phải cầm mỏ hàn tay trái cầm thiếc

-Nhúng mũi hàn vào nhựa thông, nhanh chóng kiết hợp cùng thiếc chấm vào chân linh kiện (Hình 3.4.3)

Lưu ý: Cần khéo tay tránh để thiếc lan rộng khiến mạch đồng chạm nhau gây đoản mạch

-Khi trời tối: Mạch điện sáng đèn (Hình 3.4.3)

-Khi trời sáng: Mạch điện không sáng đèn (hình 3.4.4)

Hình 3.4.5: Mạch điện khi trời sáng Hình 3.4.4: Mạch điện khi trời tối

-Khảo sát từ ngày 16-12-2023 đến ngày 18-12-2023:

+ Ngày 16/12: Mạch chạy nhưng không ổn định, đôi khi cuộn hút trên Relay kêu tiếng rít không đóng ngắt như bình thường do vặn núm xoay trên biến trở 50k chưa đúng

+ Ngày 17/12 và 18/12: Mạch không gặp sự cố , hoạt động ổn định, cuộn hút trêm Relay đóng cắt tiếp điểm mượt mà

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Sau thời gian thực hiện đồ án môn học, cùng với sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn, chúng em đã hoàn thành đồ án Để thực hiện được yêu cầu của đề tài, chúng em đã không ngừng học hỏi, trao dồi thêm kiến thức về các linh kiện điện tử và các vấn đề khác liên quan Vì vậy các kiến thức về điện tử, kinh nghiệm thực tế về làm mạch đã có sự tiến bộ Mạch đã hoàn thiện và sử dụng ổn định

- Do kiến thức còn hạn hẹp nên sản phẩm vẫn chưa đảm bảo ứng dụng trong thực tế

- Do thời gian và điều kiện của sinh viên nên sản phẩm chưa được hoàn hảo

Hướng phát triển đề tài

- Ứng dụng vào các máy móc, thiết bị điện Rộng hơn là ứng dụng được vào sản xuất, nhà máy, xí nghiệp, nông trại, Trong các trang thiết bị điện tử hiện đại cũng sử dụng khá nhiều cảm biến ánh sáng để điều khiển độ sáng màn hình đặc biệt dễ thấy nhất là trên các điện thoại di động thông minh, máy tính xách tay, máy tính bảng,… Khi nó phát hiện môi trường thiếu sáng thì tự động hạn chế lại độ sáng của màn hình giúp tiết kiệm pin, năng lượng và bảo vệ mắt cho người sử dụng

- Trên đây là đồ án môn học của em sau một thời gian nguyên cứu tìm hiểu đã hoàn thành Vì kiến thức còn hạn chế cùng với thời gian có hạn đồ án còn nhiều thiếu sót và bất cập rất mong mọi ý kiến đóng góp để em có thể sửa đổi và được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hưng Yên, Ngày 4 tháng 1 năm 2024

Sinh viên thực hiện Đào Văn Công Nguyễn Xuân Bắc

CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MẠCH