KHÓA ĐIỆN TỬ , ĐK ĐỘNG CƠ ĐC DÙNG IC 4017Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỳ thuật, kỹ thuật điện tử đóng vai trò quan trọng trong mỗi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong kỹ thuật điện tử nói riêng.
Trang 1TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC
LƯU VĂN ĐẠI NGUYỄN HUYỀN TRỌNG
NGUYỄN KHẮC THANH LIÊM
Trang 2Tp.HCM, ngày 6 tháng 11 năm 2013
Trang 3TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC
LƯU VĂN ĐẠI NGUYỄN HUYỀN TRỌNG
NGUYỄN KHẮC THANH LIÊM
Trang 4Tp.HCM, ngày 6 tháng 11 năm 2013
Trang 6CÁC YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI
Trang 7
-NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
1 Quyển báo cáo ĐAMH được trình bày có đúng mẫu ?
- -
-2 Nội dung báo cáo có đáp ứng đủ các yêu cầu của đề tài ?
- -
-3 Các bản vẽ(A3,A4) có đúng mẫu ?
-
-4 Phần cứng, phần mềm của ĐAMH có đáp ứng đủ các yêu cầu của đề tài ?
- -
-5 Các ý kiến khác
- -
-6 Điểm :
TP.HCM, Ngày … Tháng…Năm 20…Giáo viên hướng dẫn
Trang 8LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỳ thuật, kỹ thuật điện tử đóng vai trò quan trọng trong mỗi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng
nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thếgiới nói chung và trong kỹ thuật điện tử nói riêng
Cùng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, các thiết bị điện tử đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng như đời sống xã hội Các ứng dụng của mạch điện tử như đồng hồ số, mạch khóa điện tử, mạch đếm sản phẩm, mạch đo nhiệt độ,
… được ứng dụng rộng khắp trong các cơ quan xí nghiệp, gia đình… Trong đó yêu cầu bảo mật rất quan trọng, đứng trước những yêu
cầu của xã hội về tính bảo mật và nhu cầu tìm hiểu về mạch khóa điện tử của chính bản thân và những người yêu thích lĩnh vực này nhóm chúng tôi đã bắt
tay vào việc nghiên cứu đề tài: “ Mạch khóa điện tử, điều khiển động cơ ĐC
dùng ic 4017”
Trang 9LỜI CÁM ƠN
Chúng em xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu và các thầy cô Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao thắng đã chỉ dẫn chúng em trong những tháng năm học tập tại trường
Trong quá trình thực hiện đề tài môn học chúng em xin chân thành cám ơn
thầy Lưu Văn Đại, giảng viên hướng dẫn, các thầy cô trong khoa điện tử tin học và
các bạn trong và ngoài lớp đã động viên giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài môn học này
Tuy nhiên, do khả năng còn hạn chế và thời gian có hạn, chắc chắn trongtập luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, mong được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để tập luận văn được hoàn chỉnh hơn
Trang 10MỤC LỤC
CÁC YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI i
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii
LỜI NÓI ĐẦU iii
LỜI CÁM ƠN iv
MỤC LỤC v
PHẦN A GIỚI THIỆU 1
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Giới hạn đề tài 1
1.3 Mục đích nghiên cứu 1
PHẦN B NỘI DUNG 2
CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT CƠ SỞ 2
2.1 SƠ LƯỢC IC 4017 2
2.2 SƠ LƯỢC VỀ TRANSISTOR 5
2.3 SƠ LƯỢC VỀ ĐIODE 7
2.4 SƠ LƯỢC VỀ TỤ ĐIỆN 11
2.4 SƠ LƯỢC VỀ ĐIỆN TRỞ 13
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 17
3.1 THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN 17
3.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 18
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 21
TÀI LIỆU THAM KHẢO 22
Trang 11CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
Dù có những tiến bộ diệu kì như vậy nhưng kỹ thuật điện tử cũng là một môn
kỷ thuật rất gần gũi với con người chỉ với cái mỏ hàn, vài linh kiện, vài cuốn sách
đủ làm người ta say sưa thiết kế, lắp ráp các loại mạch điện tử đủ loại công dụng sựcần thiết, quan trọng cũng như tính khả thi và lợi ích của các mạch điện tử chính là
lý do để chọn và thực hiện đề tài “ Mạch khóa điện tử, điều khiển động cơ ĐC
dùng ic 4017” nhằm ứng dụng những kiến thức đã học về kỹ thuật vào đời sống.
1.2 Giới hạn đề tài
Mạch phụ thuộc vào nhiều yếu tố, phải biết thiết kế từ đầu, phải hiểu lýthuyết mạch, có bảng tra cứu linh kiện ( tính năng, kích thước, chỉ tiêu… ) rất phứctạp
1.3 Mục đích nghiên cứu
Thưc hiện đề tài “ Mạch khóa điện tử, điều khiển động cơ ĐC dùng ic
4017” là một công việc để người thực hiện nghiên cứu kĩ khái niệm về điện tử và
nguyên lý hoạt động của cách linh kiện, vững hơn về kiến thức…
Trang 12CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
tử y sinh, hệ thống cảnh báo, điện tử công nghiệp và các thiết bị đo từ xa…
Hình 2.1.1 IC 4017
Sơ đồ kiểu chân và tác dụng của từng chân
Hình 2.1.2 Sơ đồ chân IC 4017
Trang 13CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Từ hình vẽ ta thấy:
Từ chân 1,2,3,4,5,6,7,9,10,11 tương ứng với 10 xung đầu ra của IC 4017 các chân này được xuất ra mức 1 khi số xung được đếm tương ứng với thứ tựcác chân đầu ra
Chân 15 là chân reset Khi chân này tác động ở mức 1 thì đếm sẽ được reset
về đầu
Chân 14 là chân xung đầu vào và đếm ở sườn dương
Chân 13 là chân xung đầu vào và đếm ở sườn âm
Chân 12 là chân xung báo hiệu là đã đếm xong 1 chu kì đếm ( có nghĩa là khi
4017 đếm từ 1 tới 5 thì chân 12 ở mức 1 và 4017 đếm từ 6 đến 10 thì chân
12 ở mức 0)
Chân 8 và chân 16 là chân nguồn
Xung clock và sơ đồ nguyên lý làm việc của 4017
Hình 2.1.3 Cổng logic sử dụng trong 4017
4017 cấu tạo gồm các fliplop D và các cổng logic
Trang 14CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Hình 2.1.4 xung ngõ ra 4017
IC 4017 có 10 ngõ ở mức cao liên tục như hình 2.4
Nguyên lý làm việc:
Chỉ có một ngõ ra được kích mức cao tại một thời điểm
Có thể thấy ngõ ra ÷10 output sẽ mức cao cho lượt đếm 0->4 và ở mức thấp khiđếm 5->9
Khi xung đầu vào đang ở mức dương thì xung đầu tiên được đếm và khixung đầu vào ở mức âm thì chân 1 vẫn giữ ở mức 1 Khi xung đầu vào đấm sườndương thứ 2 thì ngay lập tức thì xung thứ 2 được đếm và xung đầu tiên bị mất trạngthái và xuống mức âm Và cứ thế nó đếm đến 10 là kết thúc 1 chu kì đếm và quaytrở lại 1 chu kỳ mới
Chú ý: 4017 có thể đếm được 2 mức: đếm sườn âm và sườn dương:
Nếu đếm sườn dương: clock chân 14 và chân 13 nối đất
Nếu đếm sườn âm: clock chân 14 và chân 13 nối Vcc
Trang 15CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Thiết bị đo từ xa…
2.2 SƠ LƯỢC VỀ TRANSISTOR
Giới thiệu BJT
Transistor có nhiều loại, ở đây chúng ta nói đến loại transistor 2 mối nối,quen gọi là Bi-Junction Transistor, hay BJT Trong transistor này có 2 mối nốiNP+PN hay PN+NP, hay NPN và PNP Transistor có 3 chân:
* Chân E (Emitter) là chân dùng để phun ra các hạt mang điện Với transistor NPN,chân E phun ra dòng điện tử và với transistor PNP chân E phun ra dòng lỗ (dòng lỗ
là chuyển động biểu kiến của các hạt điện tử chuyển dời trên các nối trống)
* Chân C (Collector) là chân dùng để thu gôm các hạt điện phun ra từ chân E Vớitransistor NPN, nó thu gôm các hạt điện tử và với transistor PNP nó thu gôm các hạt
có thể trên chân E hay trên chân C Hình 2.5 dưới đây cho thấy ký hiệu củatransistor, với loại transistor NPN, mũi tên trên chân E chỉ ra và với loại PNP mũitên trên chân B chỉ vào
Trang 16CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Hình 2.2.1 Kí hiệu transistor
Một vài cách phân chia BJT
Transistor BJT cũng có nhiều chủng loại, có nhiều kiểu chân Khi cằm mộttransistor, chúng ta phải biết:
* Nó là transistor cao tần hay âm tần
* Transistor khuếch đại analog hay transistor đóng mở digital hay transistor khóaswitching
* Transistor công suất nhỏ hay công suất trung bình hay transistor công suất lớn
* Transistor có độ lợi dòng lớn hay nhỏ
* Transistor có mức áp bão hoà nhỏ hay bình thường
Có thể xem một transistor như 2 diode (nhưng không thể dùng 2 diode ghép lại đểtạo ra một transistor) Do vậy khi kiểm tra một transistor, chúng ta thường dùngOhm kế đo tính thuật nghịch của 2 diode này Chúng ta còn biết: Diode ở mối nối
BE có tính chịu áp nghịch thấp thường khoảng dưới 10V, diode ở mối nối CBthường có tính chịu áp nghịch cao, thường trên 60V đến vài ngàn volt
Trang 17CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Hình 2.2.2 transistor tương đương 2 điode
Ghép các transistor lại để đạt hiệu quả hơn
Hình 2.2.3 ghép BJT kiểu darlington
Chúng ta biết, trong chế tạo, một transistor cho độ lợi dòng lớn thì công suấtkhông lớn, một transistor công suất lớn thì hệ số khuếch đại dòng nhỏ Vậy để cócác transistor vừa có công suất lớn, vừa có độ lợi dòng lớn, người ta dùng cách ghépphức hợp còn gọi là cách ghép Darlington.Transistor
Transistor phức hợp sẽ cho hệ số khuếch đai dòng rất lớn và có công suất lớn
2.3 SƠ LƯỢC VỀ ĐIODE
Trang 18CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sangvùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện
=> lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn
Hình 2.3.1 Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode
* Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn
Hình 2.3.2 Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.
Phân cực thuận cho điode
Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-)vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện
áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diệntích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếutiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênhlệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )
Hình 2.3.4 Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V
Trang 19CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Hình 2.3.5 Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode
* Kết luận :
Khi Diode (loại Si) được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6Vthì chưa có dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi quaDiode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ ở giá trị0,6V
Phân cực ngược cho Diode
Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bándẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện ápngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi quamối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớnkhoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng
Hình 2.3.6 Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V
Phương pháp đo kiểm tra Diode
Trang 20CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Hình 2.3.7 Đo 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 Katôt => 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
Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt
Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị
Trang 21CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Hình 2.3.7 Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều
Các loại Diode
Diode Zener
Diode Thu quang ( Photo Diode )
Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED )
Diode Varicap ( Diode biến dung )
Hình 3.4.1 Hình tụ thật
Phân loại
Trang 22CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Theo cấu tạo và dạng thức:
Tụ điện gốm (tụ đất) : Gọi tên như thế là do chúng được làm bằng ceramic,bên ngoải bọc keo hay nhuộm màu Gốm điện môi được dùng là COG, X7R,Z5U v.v
Tụ gốm đa lớp Là loại tụ gốm có nhiều lớp bản cực cách điện bằng gốm Tụnày đáp ứng cao tần và điện áp cao hơn loại tụ gốm "thường" khoảng 4 > 5lần
Tụ giấy : Là tụ điện có bản cực là các lá nhôm hoặc thiếc cách nhau bằng lớpgiấy tẩm dầu cách điện làm dung môi
Tụ mica màng mỏng : cấu tạo với các lớp điện môi là mica nhân tạo haynhựa có cầu tạo màng mỏng (thin film) như Mylar, Polycarbonate, Polyester,Polystyrene (ổn định nhiệt 150 ppm / C)
Tụ bạc - mica : là loại tụ điện mica có bàn cực bằng bạc, khá nặng Điệndung từ vài pF đến vài nF, độ ồn nhiệt rất bé Tụ này dùng cho cao tần là hết biết
Trang 23CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Tụ hóa học : Là tụ giấy có dung môi hóa học đặc hiệu > tạo điện dung cao
và rất cao cho tụ điện Nếu bên ngoài có vỏ nhôm bọc nhựa thì còn gọi là tụnhôm
Tụ siêu hóa (Super Chimical Capacitance) : dùng dung môi đất hiếm, tụ nàynặng hơn tụ nhôm hóa học và có trị số cực lớn, có thể đến hàng Farad Tụ cóthể dùng như một nguồn pin cấp cho vi xử lý hay các mạch đồng hồ (clock)cần cấp điện liên tục
Tụ hóa sinh là Siêu tụ điện thay thế cho pin trong việc lưu trữ điện năngtrong các thiết bị điện tử di động, dùng lginate trong tảo biển nâu làm nềndung môi > lượng điện tích trữ siêu lớn và giảm chỉ 15% sau mỗi chu kỳ10.000 lần sạc
Tụ tantalium : Tụ này có bản cực nhôm và dùng gel tantal làm dung môi, cótrị số rất lớn với thể tích nhỏ
Tụ vi chỉnh và tụ xoay : Có loại gốm, loại mica và loại kim loại
2.4 SƠ LƯỢC VỀ ĐIỆN TRỞ
Giới thiệu
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 vôcùng lớn
Điện trở của dây dẫn :
Điện trở của dây dẫn phụ thộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây được tínhtheo công thức sau:
R = ρ.L / S
Trong đó ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu
L là chiều dài dây dẫn
S là tiết diện dây dẫn
R là điện trở đơn vị là Ohm
Trang 24CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng 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
Hình 2.4.1 Hình ảnh điện trở
Hình 2.4.2 ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.
Đơn vị của điện trở
Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ
1KΩ = 1000 Ω
1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω
Cách ghi trị số của điện trở
Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch mầu theo một quy ướcchung của thế giới
Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị số trực tiếp trên thân Ví dụ như các điện trở công xuất, điện trở sứ
Trở sứ công xuất lớn , trị số được ghi trực tiếp
Cách đọc trị số điện trở
Quy ước mầu Quốc tếMầu sắc Giá trị Mầu sắc Giá trị
Đen 0Nâu 1
Đỏ 2Cam 3Vàng 4Xanh lá 5
Trang 25CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Xanh lơ 6Tím 7Xám 8Trắng 9Nhũ vàng -1Nhũ bạc -2Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký hiệu bằng
5 vòng mầu
Hình 2.4.3 cách đọc trị số đện trở 4 vòng màu
Trang 26CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Hình 2.4.4 Cách đọc trị số điện trở 5 vòng màu
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 định đâu là vòng cuối cùng, tuynhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút Đối diện vòng cuối là vòng
số 1
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
Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4)
Có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vào
Hiện này các nhà sản xuất cho ra nhiều loại điện trở theo quy địn như : 100 - 300 - 1k - 2k2 - 3k3 - 3k9 ko phải là mua loại nào là có đâu các giá trị này là các giá trịchuẩn
Trang 27CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
Trang 28CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
2π fC=
1
2π 50.22.10 ^−4=3.22
Trang 29CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
Trang 30CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
Khi nhấn sai 1 số trong 6 số trên thì chân reset của IC sẽ được tích cực mức 1, khi
đó IC được reset Q0 sẽ trở về trạng thái mức áp logic =1 Q6 có mức áp logic = 0, cặp BJT không dẫn motor không hoạt động
Phân tích mạch:
Mạch tạo xung clock
Tụ C1 và R1 có chức năng tạo thời gian trễ, để tạo ra xung clock Khi nhấn cácnút theo thứ tự 8,3,1,3,2,6 thì sẽ tạo ra các xung đưa vào chân 14 ( clock) của IC
4017, khi đó các chân ngõ ra output sẽ dịch mức trạng thái từ Q0 ÷ Q6
Hình 3.3 Mạch tạo xung clock
Mạch diều khiển
