MỘT SỐ LINH KIỆN THIẾT KẾ MẠCH

là đại cương vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện. Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó. Điện Trở là một linh kiện điện tử thụ động tạo từ một cộng dây dẩn điện một công cụ có khả năng giảm điện .Điện trở kháng là tính chất vật lý của Điện trở kháng lại điện được tính bằng tỉ lệ của Điện thế trên dòng điện.

Chương I : MỘT SỐ LINH KIỆN THIẾT KẾ

MẠCH  1.1 Điện trở

1.1.1 Khái niệm : là đại cương vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện

của một vật thể dẫn điện Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó:

1.1.2 công thức tính điện trở :

trong đó:

U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn(V)

I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe(A)

R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng ohm (Ω)

Điện Trở là một linh kiện điện tử thụ động tạo từ một cộng dây dẩn điện một công cụ có khả năng giảm điện Điện trở kháng là tính chất vật lý của Điện trở khánglại điện được tính bằng tỉ lệ của Điện thế trên dòng điện

Cam (Orang e)

Vàng (Yello w)

Xanh Lá Cây (Green )

Xanh Dươn g (Blue )

(Tím (Viole t)

Xá m (Gre y)

Trắn g (Whi te)

Vạch màu thứ nhứt Giá trị thứ nhứt của Điện Trở

Vạch màu thứ hai Giá trị thứ hai của Điện Trở

Vạch màu thứ ba Lủy thừa của mười

Vạch màu cuối cho biết sự thay đổi giá trị của điện trở theo nhiệt độ

Hình 1.1c Hình dạng và kí hiệu của điện trở

1.1.5.Quy ước mầu Quốc tế

Mầu sắc Giá trị Mầu sắc Giá trị

1.1.6 Cách đọc trị số điện trở 4 vòng mầu :

Hình 1.1e Cách đọc điện trở 4 vòng mầu

o Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là vòng chỉ sai số của điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này

o Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3

o Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị

o Vòng số 3 là bội số của cơ số 10

o Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10 ( mũ vòng 3)

o Có thể tính vòng số 3 là số con số không “0″ thêm vào

o Mầu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số mũ của cơ số 10 là số âm

1.1.7Cách đọc trị số điện trở 5 vòng mầu : ( điện trở chính xác )

Hình 1.1f Cách đọc điện trở 5 vòng màu

o Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì mầu sai

số có nhiều mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòng cuối cùng, tuynhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút

o Đối diện vòng cuối là vòng số 1

o Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 là bội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị

o Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4)

o Có thể tính vòng số 4 là số con số không “0″ thêm vào

1.1.8 Cách Mắc Nối Tiếp : Khi mắc nối tiếp nhiều điện trở lại với nhau, tổng của

các điện trở sẻ tăng và bằng với tổng điện kháng của các Điện Trở

Khi mắc hai điện trở cùng giá trị nối tiếp với nhau, Điện Kháng sẻ tăng gấp đôi

1.1.9 Cách Mắc Song Song : Khi mắc song song nhiều điện trở lại với nhau, tổng

của các điện trở sẻ giảm

Khi mắc hai điện trở cùng giá trị song song với nhau, Điện Kháng sẻ giảm gấp đôi

1.2.2 Phân loại

 Tụ điện một chiều ; hay tụ phân cực (Electrolytic Capacitor): Khi đấu nối phảiđúng cực âm - dương Thường trên tụ quy ước cực âm bằng cách sơn một vạch màu sáng dọc theo thân tụ, hoặc khi tụ chưa cắt thì chân dài hơn là cực dương

Hình 1.2b Tụ điện một chiều

 Tụ điện xoay chiều: hay tụ không phân cực

Hình 1.2c Tụ điện xoay chiều

Linh Kiện Biểu Tượng Ký Hiệu Đơn Vị Điện Dung

C = = ε

Bảng 1.2d Tóm Tắt tụ điện

1.3 Điốt

1.3.1 Khái Niệm : 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

1.3.2 Phân loại

Điốt được chia ra nhiều thể loại tùy theo vùng hoạt động của Điốt

Phân loại theo sự phân cực:

a Điốt phân cực thuận Chỉ cần một điện áp dương đủ để cho Điốt dẫn điện Điốt

sẽ cho dòng điện đi qua theo một chiều từ Cực Âm đến Cực Dương và sẽ cản dòng

điện đi theo chiều ngược lại Thí dụ : Điốt Bán dẫn, LED

b Điốt phân cực nghịch Chỉ cần một điện áp âm đủ để cho Điốt dẫn điện (điện áp

này gọi là điện áp đánh thủng của diode) Điốt sẽ cho dòng điện đi qua theo chiều phân cực nghịch của diode Thông thường, dẫn điện tốt hơn trong chiều nghịch Thí

dụ : Điốt Zener, Điốt biến dung

1.3.3 Một số loại điốt thông dụng

(Riêng hình dưới cùng là một cầu nắm điện được tích hợp từ bốn đi ốt để nắn điện xoay chiều thành một chiều)

Hình 1.3 Các loại điốt thường thấy

• Điốt bán dẫn: cấu tạo bởi chất bán dẫn Silic hoặc Gecmani có pha thêm một

số chất để tăng thêm electron tự do Loại này dùng chủ yếu để chỉnh lưu dòng điện hoặc trong mạch tách sóng

• Điốt Schottky: Ở tần số thấp, điốt thông thường có thể dễ dàng khóa lại (ngưng dẫn) khi chiều phân cực thay đổi từ thuận sang nghịch, nhưng khi tần số tăngđến một ngưỡng nào đó, sự ngưng dẫn không thể đủ nhanh để ngăn chặn dòng điện suốt một phần của bán kỳ ngược Điốt Schottky khắc phục được hiện tượng này

• Điốt Zener, còn gọi là "điốt đánh thủng" hay "điốt ổn áp": là loại điốt được chế tạo tối ưu để hoạt động tốt trong miền đánh thủng Khi sử dụng điốt này mắc ngược chiều lại, nếu điện áp tại mạch lớn hơn điện áp định mức của điốt thì điốt sẽ cho dòng điện đi qua (và ngắn mạch xuống đất bảo vệ mạch điện cần ổn áp) và đến khi điện áp mạch mắc bằng điện áp định mức của điốt - Đây là cốt lõi của mạch ổn

áp

• Điốt phát quang hay còn gọi là LED (Light Emitting Diode) là các điốt có khảnăng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt bán dẫn, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

• Điốt quang (photodiode): là loại nhạy với ánh sáng, có thể biến đổi ánh sáng vào thành đại lượng điện, thường sử dụng ở các máy ảnh (đo cường độ sáng), sử dụng trong các mạch điều khiển (kết hợp một điốt phát quang và một điốt quang thành một cặp), các modul đầu ra của các PLC

• Điốt biến dung (varicap): Có tính chất đặc biệt, đó là khi phận cực nghịch, điốt giống như một tụ điện, loại này được dùng nhiều cho máy thu hình, máy thu sóng FM và nhiều thiết bị truyền thông khác

• Điốt ổn định dòng điện: là loại điốt hoạt động ngược với Điốt Zener Trong mạch điện điốt này có tác dụng duy trì dòng điện không đổi

• Điốt step-recovery: Ở bán kỳ dương, điốt này dẫn điện như loại điốt Silic thông thường, nhưng sang bán kỳ âm, dòng điện ngược có thể tồn tại một lúc do có lưu trữ điện tích, sau đó dòng điện ngược đột ngột giảm xuống còn 0

• Điốt ngược: Là loại điốt có khả năng dẫn điện theo hai chiều, nhưng chiều nghịch tốt hơn chiều thuận

1.4 LED

1.4.1 Khái Niệm

Hình 1.4 Hình dạng thực của 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

1.4.2 Hoạt động

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 chuyễn 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 từcó bước sóng gần đó)

1.4.3 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

LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3V 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

1.4.4 Ứng dụng

Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng LED được dùng để

làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông.Có nghiên cứu về các loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí neon Đèn chiếu sáng bằng LED được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng.Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết

bị đièu khiển từ xa cho đồ điện tử dân dụng

1.5 TRANSISTOR

1.5.1 Khái niệm

Hình 1.5a một số transistor thường gặp

Một số tranzito Cũng giống như điốt, tranzito được tạo thành từ hai chất bán dẫn điện Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được một PNP tranzito Khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẩn điện âm

1.5.2 Thể loại

a NPN tranzito và kí hiệu

Hình 1.5b cấu tạo transistor NPN

b PNP tranzito và kí hiệu

Hình 1.5c cấu tao transistor PNP

Phân biệt các loại Transistor PNP và NPN ngoài thực tế Transistor Nhật bản : thường ký hiệu là A , B , C , D Ví dụ A564, B733, C828, D1555 trong đó các Transistor ký hiệu là A và B là Transistor thuận PNP còn ký hiệu là C và D là

Transistor ngược NPN các Transistor A và C thường có công xuất nhỏ và tần số làmviệc cao còn các Transistor B và D thường có công xuất lớn và tần số làm việc thấp hơn.Transistor do Mỹ sản xuất thường ký hiệu là 2N ví dụ 2N3055, 2N4073 vv Transistor do Trung quốc sản xuất : Bắt đầu bằng số 3, tiếp theo là hai chũ cái Chữ cái thức nhất cho biết loại bóng : Chữ A và B là bóng thuận , chữ C và D là bòng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm : X và P là bòng âm tần, A và G là bóng cao tần Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm Thí dụ : 3CP25 , 3AP20 vv

1.6 IC CD4017B

1.6.1 Sơ Đồ Chân IC4017

Hình 1.6a sơ đồ chân IC CD4017B

1.6.2 BIỂU ĐỒ XUNG KÍCH IC4017

Hìmh 1.6b Tần Số Xung Kích Của IC CD4017

1.6.3 CẤU TẠO BÊN TRONG IC4017

Hìmh 1.6.c Sơ đồ khối của IC 4017

1.7.5.1 Kí hiệu :

1.7.5.2 Bảng giá trị :

1.7.6 Cổng EXNOR: thực hiện bằng cách thêm cổng NOR sau cổng EXOR do dó

hoạt động của EXNOR là đảo so với của EXOR

Hình 1.8 sơ đồ chân IC4071

biến ,cổng OR có số ngõ vào tuỳ thuộc sồ biến và một ngõ ra

1.9 Cấu tạo IC555

gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset

Hình 1.9a sơ đồ chân IC LM555

Hình 1.9b Mạch tạo xung TM 555

Mạch dao động tạo xung bằng IC 555

Bạn hãy mua một IC họ 555 và tự lắp cho mình một mạch tạo dao động theo sơ đồ nguyên lý như trên

Vcc cung cấp cho IC có thể sử dụng từ 4,5V đến 15V , đường mạch mầu đỏ là dương nguồn, mạch mầu đen dưới cùng là âm nguồn

Tụ 103 (10nF) từ chân 5 xuống mass là cố định và bạn có thể bỏ qua ( không lắp cũng được )

Khi thay đổi các điện trở R1, R2 và giá trị tụ C1 bạn sẽ thu được dao động có tần số

và độ rộng xung theo ý muốn theo công thức

Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1 Tm : thời gian điện mức cao

Ts = 0,7 x R2 x C1 Ts : thời gian điện mức thấp

Chu kỳ toàn phần T bao gồm thời gian có điện

mức cao Tm và thời gian có điện mức thấp Ts

Từ các công thức trên ta có thể tạo ra một dao động xung vuông có độ rộng Tm

và Ts bất kỳ

Sau khi đã tạo ra xung có Tm và Ts ta có T = Tm + Ts và f = 1/ T

Hình 1.9c Biểu diễn một chu kì dao động

Thí dụ : Lắp mạch dao động trên với các thông số :

CHƯƠNG II :NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MẠCH

ĐÈN GIAO THÔNG 

2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Mạch đèn giao thông sử dụng IC 4017 & IC 4071

Hình 2.1a Mạch tạo xung TM 555

Mạch đèn giao thông sử dụng IC LM555 làm mạch tạo xung đếm 3 giây Được tính theo công thức sau:

Hình 2.1b sơ đồ mạch nguyên lý

IC 4017 trong mạch làm nhiệm vụ tạo ra chia 10 cho một chu kỳ đèn sáng:

Vậy ta có:

Để thay đổi mức ưu tiên theo chiều A hoặc B bằng cách thay đổi giá trị R1 (tăng) của mạch tạo xung LM 555.

Trong mạch thực tế R1 được thay thế bằng R8 song song với R8A

R1 = R8//R8A

Q2 trong mạch được thiết kế như một công tắc đóng mở dùng để nối hoặc ngắt điện trở R8A Bình thường Q2 dẫn mạnh nhờ điện áp phân cực cao do R9 + R10 được nối mass

Khi công tắc SW1 (hoặc SW2) đóng, lúc đèn Xanh A (hoặc Xanh B) sáng điện áp phân cực tại R10 được nâng lên gần bằng điện áp chân E Q2 làm sụt áp trên R11 nhỏhơn 0,6 V rất nhiều, Q2 ngưng dẫn R8A bị ngắt ra khỏi mạch lúc này giá trị của R1

= R8 làm thoi gian T tăng lên nên đèn Xanh sẽ có thời gian sáng dài hơn

2.2 HÌNH MẠCH IN ĐÃ HOÀN THÀNH

Hình 2.2 sơ đồ mạch in

2.3 HÌNH MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG ĐÃ HOÀN THÀNH :

Hình 2.3 mạch đã thiết kế hoàn thành

CHƯƠNG 3 : THI CÔNG MẠCH

… &….

Để thực hiện phần này, em đã tham khảo cách dùng Orcad để vẽ bảng mạch in trên máy vi tính của tác giả Vương Khánh Hưng, và kinh nghiệm bản thân có được sau khi học xong môn thực tập điện tử

Sau đây chúng tôi trình bày khái quát quá trình chuẩn bị mạch và vẽ mạch in trên Orcad 9.2 như sau:

3.1.1Chuẩn bị:

Chuẩn bị sơ đồ mạch trên Circuit maker rồi vẽ lại trên Capture Cis

Chuẩn bị tất cả các link kiện để đo kích thước chân chính xác và xác định hình dạng của những linh kiện không có sẵn trong Orcad

Vẽ mạch trong capture cis: dựa theo ý tưởng thiết kế mà mạch trên Circuit Maker

em vẽ lại trong Capture Cis và có lắp thêm điện trở hạn dòng cho các đèn led và các linh kiện khác

3.1.2.3Chuyển File : Chuyển từ file obj trong Capture Cis thành file MNL

3.1.4.Route mạch trong layout:

Sau khi đã chọn và tạo xong các footprint cho các link kiện rồi thì chúng tôi vào phần layout để vẽ mạch

 Sắp xếp sơ đồ các linh kiện cho phù hợp việc route mạch, và giảm thiểu sự chằn chéo dây và độ lớn của mạch

 Sắp xếp sơ đồ linh kiện cho phù hợp với ý tưởng thiết kế ban đầu

Thiết lập các giá trị thông số cho mạch in:

 Thiết lập các thống số như là: độ rộng đường net nối chân linh kiện

 Độ lớn kích thước của track và pad của linh kiện

3.2.1 Giai đoạn vẻ mạch trên máy

Giai đoạn này không mấy thuận lợi đối với em vì em không có máy tính nên cũng mất khá nhiều thời gian để thực hiện phần này

3.2.2 Giai đoạn hàn linh kiện lên mạch

Giai đoạn này bao gồm các công việc sau: hàn linh kiện vào board mạch, cấp nguồn và test mạch

Đây là giai đoạn khó khăn nhất, khi test mạch thì em phải đối mặt với nhiều vấn để nảy sinh Một trong những vấn đề nảy sinh ở đây là hiện tượng sụt áp của IC, có thể vì mối hàn không tốt nên dòng điện qua IC không đủ

Khi kết thúc việc hoàn thành mạch thì mạch của em vẫn không có dấu hiệu hoạt động tốt Và em đã tìm ra nguyên nhân Nguyên nhân khiến mạch không thể hoạt động được đúng như thiết kế là:

 Các mối hàn chưa được hoàn hảo, nên điện trở nơi mối hàn lớn làm cho dòng điện khi đi qua các mối hàn bị sụt giảm nghiêm trọng

 Thời gian đèn sáng cũng gặp khó khăn nhưng khi tìm hiểu thì em cũng đã khắc phục được

Hình 3.2 mạch hàn linh kiện đã hoàn thành

3.3 Cân chỉnh

Thời gian sáng của đèn phụ thuộc vào mạch tạo xung của IC LM555 nên việc cân chỉnh của mạch đèn giao thông là ở IC LM555

Khi thay đổi các điện trở R1, R2 và giá trị tụ C1 bạn sẽ thu được dao động có tần số

và độ rộng xung theo ý muốn theo công thức