Báo cáo bài tập lớn môn vật lý bán dẫn Đề tài khảo sát mạch Đóng ngắt relay dùng bjt

Trong các linh kiện bán dẫn, BJT là một linh kiện quan trọng và là chìa khóa cho hầu hết các hoạt động của thiết bị điện tử hiện đại ngày nay với vô số những ứng dụng trong ngành công ng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: VẬT LÝ BÁN DẪN

ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT MẠCH ĐÓNG NGẮT

RELAY DÙNG BJT

LỚP: L07 GVHD: Trần Hoàng Quân

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN: VẬT LÝ BÁN DẪN

ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT MẠCH ĐÓNG NGẮT

RELAY DÙNG BJT Danh sách thành viên

MỤC LỤC:

LỜI MỞ ĐẦU ……….4

I Cơ sở lý thuyết ………5

1 Relay ……… 5

2 Module relay ……… 6

3 Mạch đóng ngắt relay sử dụng BJT npn …… ……….7

II Chuẩn bị linh kiện và thiết bị……… 9

III Khảo sát mạch hoạt động trong thực tế ……… 9

1 Quy trình lắp mạch ……….……….9

2 Giá trị Vin thu được ….………10

3 So sánh kết quả ………….……… ………11

KẾT LUẬN ……… ……… 12

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… … 13

LỜI MỞ ĐẦU

Vật lý bán dẫn là bộ môn khoa học với nội dung gồm có nguyên tắc cơ bản của vật lý bán dẫn, nghiên cứu hiện tượng vận chuyển hạt dẫn trong vật liệu bán dẫn, nghiên cứu chuyển tiếp p-n và các loại diode, nghiên cứu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các transistor (BJT và MOSFET), áp dụng các mô hình dụng cụ trong phân tích và thiết kế một số ứng dụng tiêu biểu.

Trong các linh kiện bán dẫn, BJT là một linh kiện quan trọng và là chìa khóa cho hầu hết các hoạt động của thiết bị điện tử hiện đại ngày nay với

vô số những ứng dụng trong ngành công nghiệm bán dẫn hiện tại, một trong số những ứng dụng cơ bản phải kể đến của BJT là ứng dụng đóng ngắt mạch điện.

Với đề tài khảo sát mạch đóng ngắt relay sử dụng BJT npn, ta sẽ tìm hiểu thêm một linh kiện điện tử cũng phổ biến không kém đó là Relay (Rơ le) với công dụng giống như một công tắc điện cũng như hiểu thêm về công dụng đóng ngắt mạch điện của BJT.

Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Hoàng Quân đã dẫn dắt và truyền đạt kiến thức cho chúng em trong suốt quá trình học Trong thời gian học trên lớp chúng em đã được thầy truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm, trải nghiệm quý giá và bài tập lớn chính là thước

đo cho những nỗ lực, chăm chỉ của chúng em Hơn thế nữa, bài tập lớn còn giúp chúng em hoàn thiện hơn về khả năng làm việc nhóm và kĩ năng xử lí tình huống

Trong quá trình thực hiện đề tài, dù đã rất cố gắng và tỉ mỉ song không thể tránh khỏi những sai sót Nhóm chúng em kính mong thầy có những góp ý và nhận xét để chúng em có thể hoàn thiện và tiến bộ hơn không chỉ trong học tập mà còn chặng đường dài tương lai phía trước.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy !

I Cơ sở lý thuyết

1 Relay:

 Định nghĩa:

Relay ( Rơle) là thành phần cho phép

mạch công suất thấp bật và tắt dòng điện

tương đối cao hoặc để điều khiển các tín

hiệu phải được cách ly về điện với chính

mạch điều khiển

 Cấu tạo:

o Khối tiếp thu - Nơi tiếp nhận tín hiệu đầu vào và chuyển đổi chúng thành đại lượng cần thiết, cung cấp tín hiệu cho khối trung gian

o Khối trung gian - Cơ cấu tiếp nhận tín hiệu thông tin từ khối tiếp thu và biến chúng thành đại lượng cần thiết cho relay tác động

o Khối chấp hành - Khối thực hiện nhiệm vụ được cấp từ khối trung gian, phát tín hiệu cho mạch điều khiển

 Nguyên lý hoạt động:

 Khi dòng điện công suất nhỏ chạy qua

mạch điện thứ nhất sẽ kích hoạt nam

châm điện, tạo ra từ trường, tín hiệu Từ

trường này sẽ thu hút 1 tiếp điểm để

kích hoạt mạch điện thứ 2, cho phép

thiết bị kết nối sử dụng dòng có cường

độ lớn hơn rất nhiều

 Khi dòng điện bị ngắt, nam châm ngừng

hoạt động, không tạo ra thị trường Lúc

này, tiếp điểm sẽ bị lực kéo của lò xo ban đầu kéo về vị trí cũ, tương ứng với mạch điện thứ 2 bị ngắt

2 Module relay:

 Các loại module relay trên thị trường

hiện nay:

Hiện nay sẽ có hai dạng relay chính là:

o Module relay đóng ở một mức thấp

(nối cực âm vào chân tín hiệu thì relay

sẽ đóng)

o Module relay đóng ở một mức cao (nối

cực dương vào chân tín hiệu thì relay sẽ đóng)

 Sử dụng module relay:

Thông thường một relay sẽ có 6 chân bao gồm 3 chân kích và 3 chân kết nối với thiết bị điện áp cao:

o 3 chân kích

 VCC/+ : Dùng để cấp hiệu điện thế

tối ưu;

 GND/– : Dùng để nối với cực âm;

 IN/S : Là chân tín hiệu Tùy vào loại

module relay mà nó sẽ làm nhiệm

vụ kích relay khác nhau: nếu

module relay kích ở mức cao và

chân S được cấp điện áp dương vào thì module relay sẽ được kích; ngược lại thì không

o 3 chân kích:

 COM (common): là chân chung,

nó luôn được kết nối với 1 trong 2

chân còn lại Còn việc nó kết nối

chung với chân nào thì phụ thuộc

vào trạng thái hoạt động của relay

 NC (Normally Closed): Thường

đóng Khi relay ở trạng thái OFF,

chân COM sẽ nối với chân này

 NO (Normally Open): Thường

mở Khi relay ở trạng thái ON (có

dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này

 Ứng dụng của module relay trong thực tế:

o Hiện nay module relay được ứng dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng tự động hóa, thường được sử dụng kèm với những loại cảm biến báo mức như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, mực nước…

o Relay thường sẽ được tích hợp ở trong các ngõ ra của các loại màn hình hiển thị, các công tắc báo mức hay thiết bị chuyển đổi tín hiệu; sử dụng các tín hiệu có điện áp nhỏ từ các cảm biến để từ đó kích hoạt các thiết bị có điện áp cao hơn

3 Mạch đóng ngắt relay sử dụng BJT npn

 Thành phần:

o BJT npn: Đây là thành phần chính của

mạch BJT NPN có ba chân là C

(Collector), B (Base) và E (Emitter)

Nó được sử dụng để điều khiển dòng

điện lớn qua relay thông qua dòng điều

khiển nhỏ vào chân Base

o Relay: Đây là thành phần để điều

khiển mạch ngoại vi hoặc thiết bị

khác Khi transistor BJT NPN dẫn

điện, nó tạo ra dòng điều khiển đủ để

kích hoạt relay và mở hoặc đóng

mạch ngoại vi

o Điện trở: Điện trở được sử dụng để giới hạn dòng vào chân Base của

transistor, nhằm bảo vệ transistor khỏi dòng quá tải Điện trở cũng có thể được sử dụng để tạo điện áp phù hợp cho chân Base

o Diode: Nhằm mục đích dẫn dòng điện tự cảm qua chính cuộn dây trong Relay để triệt tiêu năng lượng, bảo vệ cho BJT

o Điện áp nguồn: Điện áp nguồn cung cấp năng lượng cho mạch Điện áp nguồn phụ thuộc vào yêu cầu của relay và mạch ngoại vi mà mạch đóng ngắt relay điều khiển

o Biến trở: Làm cầu phân áp cho tín hiệu vào Vi

 Nguyên lý hoạt động:

Nguyên tắc hoạt động của mạch

đóng ngắt relay bằng transistor NPN

như sau:

o Khi không có dòng điện đi qua BJT,

Relay không được kích hoạt và mạch

điện của nó không được đóng (mạch

được điều khiển đang bị hở)

o Khi có một dòng điện cơ bản đi qua

cực gốc (Base) của BJT, BJT sẽ ở

trạng thái dẫn ( ON) Dòng điện này

được cung cấp thông qua một nguồn

điện và qua một điện trở dùng để giới

hạn dòng vào chân Base của transistor

o Khi BJT ở trạng thái dẫn, nó cho phép dòng điện lớn hơn từ nguồn cung cấp đi qua cực thu (Collector) và cực phát (Emitter) rồi chảy qua Relay, làm đóng mạch điện

có kết nối Relay (mạch được điều khiển)

o Khi mạch điện của Relay đóng, nó tạo ra một đường dẫn dòng điện cho thiết bị nào đó hoặc mạch nạp mà relay đang được kết nối tới

o Khi dòng điện qua BJT bị ngắt hoặc giảm xuống dưới ngưỡng để kích hoạt BJT, BJT sẽ vào trạng thái không dẫn ( OFF), và Relay sẽ không còn được kích hoạt nữa Mạch điện của relay sẽ được ngắt và không có dòng điện chảy qua nó nữa

o Qua đó, mạch đóng ngắt relay sử dụng BJT npn cho phép điều khiển mạch điện của relay thông qua điện áp hoặc dòng điện nhỏ tại cực gốc B của BJT

II Chuẩn bị linh kiện và thiết bị :

 Bao gồm:

o Relay (SRD-5VDC-SL-C Rơ Le 5VDC 10A SPDT 5 Chân);

o Breadboard;

o BJT 2N3904;

o Diode 1N4007;

o Biến trở Volume 10K;

o Module relay 5V kích mức cao có opto cách ly;

o Điện trở 1K;

o Dây cắm đực- đực, đực- cái;

o Đồng hồ vạn năng (VOM);

o Arduino UNO

 Minh chứng mua linh kiện đã mua ở Nhật Tảo:

https://drive.google.com/file/d/1OW97O9mh2VIBCJ7A32IJYG_QGxt6BE0 G/view?usp=sharing

III Khảo sát mạch hoạt động trong thực tế:

1 Quy trình lắp mạch:

a , Mạch đóng ngắt relay dùng BJT

 Trình tự như sau :

o B1: Nối cực dương của Relay vào

nguồn 5V của Arduion Uno và nối

cực âm vào cực thu C của BJT (với

Relay có kèm opto ta nối tắt Vin và

cực dương

của Relay)

o B2: Tín hiệu điều khiển Vin lấy từ

Arduino Uno (qua code Example

Blink) nối với biến trở để tăng dần Vi

và nối tiếp với điện trở có giá trị 1k

Ω vào cực gốc B của BJT

b, Lắp module relay kèm opto cách ly:

o B1: Cấp điện áp 5V cho module

 Dương nguồn (+5VDC) kết nối với VCC trên Module

 Âm nguồn kết nối với GND trên Module

 :LED nguồn báo sáng, Module đã được ghim điện áp

o B2: Kích Input cho mạch

 Kích Input để đóng Relay có thể sử dụng dương nguồn để kiểm

tra, LED trạng thái báo sáng relay hoạt động

o B3: Lắp biến trở

2. Giá trị Vin thu được :

 Sau khi lắp ráp mạch ta vặn biến trở đến ngưỡng hoạt động của

BJT lúc đó ta đo được:

o Giá trị Vi của mạch đóng ngắt relay dùng BJT là: 1,001V

o Giá trị Vi của mạch đóng ngắt với module relay có kèm opto là:

1,057V

 Video minh chứng:

https://drive.google.com/file/d/

1rDiHOKVHKlc0NY1f3JDvZXukyzm3YHUg/view?usp=drive_link

 Đặc tuyến truyền đạt của BJT :

3 So sánh kết quả:

 Từ kết quả đo được ta nhận thấy:

o Giá trị Vi của mạch đóng ngắt dùng module relay có kèm opto lớn hơn giá trị Vi của mạch đóng ngắt relay dùng BJT

 Ưu nhược điểm khi sử dụng module:

o Ưu điểm:

cho Relay

 Nhỏ gọn, tiện lợi, dễ dàng lắp đặt

 Module có đèn báo dễ dàng quan sát hơn

o Nhược điểm:

 Module relay có kèm opto có cấu tạo phức tạp hơn, tốn kém hơn và khó tiếp cận cho người mới tiếp cận so với relay

KẾT LUẬN

Qua quá trình lắp mạch và khảo sát ta đã hiểu thêm về linh kiện bán dẫn BJT nói chung và công dụng đóng ngắt mạch của nó nói riêng.

Biết thêm về một linh kiện mới là Relay cũng như công dụng của nó Hiểu hơn về quá trình lắp mạch và đo đạc các giá trị trong mạch điện làm cơ sở để tìm hiểu và khảo sát những linh kiện điện tử mới cũng như những mạch điện phức tạp hơn sau này.

Có cơ hội được tiếp xúc với những linh kiện thực tế và cách làm sao để vận hành chúng giúp phát triển hơn trong bộ môn Điện – Điện tử.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Slide bài giảng VLBD thầy Hồ Trung Mỹ:

DCBD-Ch05-BJT-P2_co BJT switch.pdf

2 Slide hướng dẫn của thầy Trần Hoàng Quân:

RELAY DRIVING BASICS.pdf

Songle 5V Relay Datasheet.pdf

BJT 2N3906-D.pdf

Bài tập lớn VLBD 20222023HK2.docx

3 Nguồn tham khảo Relay:

https:// plctech.com.vn/relay-la-gi/

4.Video hướng dẫn của thầy Trần Hoàng Quân:

https://youtu.be/dOQ8eHZKahY

5 Đề cương môn học Vật Lý Bán Dẫn