Tính toán các thông số để sử dụng Led hợp lý

Một chút tính toán để biết cách dùng Led. Đặc tính của môn điện tử là "tính tính toán toán". Khi đã nghĩ ra một mạch điện rồi thì phải biết: * Biết tính toán dòng, áp, công suất tiêu thụ, tính an toàn, độ bền * Biết tìm linh kiện, làm bo mạch in. * và phải biết ráp mạch * và nếu giỏi nữa thì phải biết dùng kiến thức của mình tạo ra kinh tế cho bản thân. Ở đây tôi trình bày các mạch điện kinh điển dùng Led và một số tính toán có liên quan (để việc tính toán nhanh và dễ làm tôi dùng phần mềm PSpice của OrCAD). Do có ý là chỉ dùng các linh kiện dễ tìm, tôi chọn kiểu mạch điều khiển kích sáng chủ yếu dùng transistor và chỉ dùng thêm một vài loại ic logic thông dụng. Trước hết là vấn đề kiểm tra các Led mà Bạn có: Khi dùng Ohm kế để kiểm tra Led Bạn nhớ các điểm sau: (1) Lấy thang đo Rx1 để có dòng chảy ra trên dây đo lớn, lúc này dòng ngắn mạch (chập 2 dây đo lại) , dòng chảy trên dây đo sẽ lớn nhật và thường ở thang Rx1 là 150mA (con số này có ghi trên máy đo). (2) Do dây đo màu đỏ nối vào cực âm của pin (pin 3V trong máy đo), nên dòng điện tử chảy ra từ dây đen và do dây màu đỏ nối vào cực dương của pin nên dòng điện tử sẽ bị hút vào ở dây đỏ. (3) Khi đo Led (hay nói chung là khi Bạn đo các linh kiện có tính phi tuyến như diode, transistor, IC) Bạn nên xem kết quả trên vạch chia LV, vạch LV cho Bạn biết mức volt hiện có trên vật đo và khi đọc kết quả trên vạch chia LI, vạch LI cho Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy qua vật đo. Vậy với Led, khi dây đen đặt trên chân Cathode và dây đỏ trên chân Anode, Led sẽ sáng. Đọc kết quả trên vạch chia LV Bạn biết điện áp có trên 2 chân của Led và đọc trên vạch chia LI, Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy qua Led. Đảo chiều 2 dây đo Led sẽ không sáng, vì nó bị phân cực ngược, khi mối nối bán dẫn PN bị phân cực ngược nó sẽ không cho dòng chảy qua. Tóm tắt cách đo Led bằng hình động sau: Bạn thấy gì: Khi dây đen đặt trên chân cathode của led và dây đỏ trên anode thì Led sáng (vì Led được cho phân cực thuận) và khi đảo dây lại thì Led tắt (vì Led bị phân cực nghịch). Lúc đo theo phân cực thuận, Bạn hãy nhìn kim dừng trên vạch chia LV sẽ biết mức ghim áp của Led. Các Led chiếu sáng thông thường thường có mức ghim áp khoảng 2V, với loại Led siêu sáng có mức ghim áp khoảng 3V. Ghi nhận: Với các VOM kế có lỗ cắm dùng đo hệ số khuếch đại dòng của các transistor, Bạn có thể cắm Led vào các lỗi này để kiểm tra Led, làm như vậy sẽ nhanh hơn. Tiếp theo chúng ta sẽ dùng trình PSpice của OrCAD để khảo sát các mạch điện kinh điển dùng Led. Thực hành 1: Dùng luật Ohm để tính trị của điện trở hạn dòng R (Xem sơ đồ mạch thực hành 1). Trong mạch này dùng 3 chủng loại linh kiện, đó là: Led chiếu sáng, điện trở và nguồn điện năng của pin. Trong mạch Bạn luôn phải nhớ dùng điện trở hạn dòng hay còn gọi là điện trở định dòng làm việc cho Led. Các Led chiếu sáng thường có mức ghim áp là 2V (loại Led siêu sáng có mức ghim áp là 3V) và dòng làm việc lấy 10mA là đủ sáng. Vậy chúng ta có thể dùng luật Ohm để tính được trị của điện trở R. Dùng trình PSpice để tính nhanh, từ các trị in ra trong hình, chúng ta thấy với Led có tính ghim áp là 1.18V và trong mạch dùng điện trở hạn dòng R1 là 1K thì dòng chảy qua led sẽ là 10.82mA, lúc này công suất tiệu thụ trên Led là 12.76mW, rất nhỏ so với công suất làm nóng điện trở R1 là 117.1mW. Vậy nếu muốn giảm dòng chảy qua Led Bạn cho tăng trị của điện trở R1. Điều tối kỵ: Không bao giờ, không bao giờ cho Led nối thẳng vào nguồn pin, không có điện trở hạn dòng, dòng qua Led quá lớn, Led sẽ bị cháy và hư tức khắc (nếu không tin, Bạn có thể làm thử để lấy kinh nghiệm). Thực hành 2: Khảo sát các Led mắc nối tiếp. Chúng ta tạo ra 4 nhánh với số Led tăng dần, và dùng PSpice để tìm kết quả về dòng và áp trên mạch, chúng ta nhận thấy: * Điện áp của các Led được cho cộng vào nhau. * Do điện trở hạn dòng không thay đổi trị số, nên dòng ở các nhành có nhiều Led sẽ giảm. * Dòng cung cấp của nguồn pin bằng tổng các dòng qua các nhánh cộng lại. Vậy khi mắc nhiều Led nối tiếp chúng ta phải nhớ điều chỉnh lại trị của điện trở hạn dòng để dòng qua Led đủ lớn để cho Led sáng mạnh (dòng làm việc của các Led chiếu sáng thường lấy trong khoảng từ 5mA đến 10mA là đủ). Thực hành 3: Khảo sát các Led vừa mắc nối tiếp vừa mắc song song. Bạn mô tả mạch điện muốn ráp trong trình PSpice, và kết quả phân tích của PSpice cho chúng ta số liệu như hình sau: Qua các số liệu chúng ta thấy: Dòng qua nhánh 2 Led là 4.87mA, và dòng tồng cộng là 9.74mA. Nhánh 3 Led không có dòng. * Các nhánh có Led cùng loại, có số Led bằng nhau mắc song song thì có dòng làm sáng Led. * Nhánh có số Led nhiều hơn, như nhánh 3 Led, nó cần mức áp cao hơn mức ghim áp của nó, do đó nhánh này thiếu áp và sẽ không được cấp dòng, nên các Led không sáng. Tóm lại, Bạn cần nhớ chỉ dùng cùng loại Led cho mắc nối tiếp và rồi mắc song song, số Led trên các nhánh phải bằng nhau, lúc đó các nhánh này mới có dòng và Led sẽ sáng . Thực hành 4: Hãy làm quen với tụ điện và mạch RC. Trong mạch điện tụ điện là kho chứa điện, do vậy khi có một tụ điện Bạn phải biết: * Điện dung của tụ, đơn vị tính là Faraday, thường dùng ở cấp uF (micro Farad), hay nF (nano Farad) hay pF (pico Farad). * Sức chịu áp của tụ, trên tụ thường ghi mức áp làm việc (WV, Working Volt), đừng cho tụ nạp ở mức áp quá cao, tụ sẽ bị nổ. Hình vẽ cho thấy hình dạng các loại tụ điện: Thường có 3 nhóm: (1) Nhóm tụ hóa, loại tụ có dung lượng lớn (chứa được nhiều điện tích), loại tụ này có cực tính, khi mắc vào mạch dấu dường ghi trên tụ phải cho bên có mức áp cao. (2) Nhóm tụ thường, loại tụ này có điện dung nhỏ, nhưng sức chịu áp cao. Loại tụ thường không có cực tính. (3) Nhóm tụ xoay, loại tụ này có điện dung thay đổi được, nó thường dùng trong các mạch cộng hưởng dùng làm bẩy sóng. Để hiểu nguyên lý làm việc của tụ trong mạch, tôi trình bày bằng hình động, trong hình cho thấy 2 quá trình: Quá trình nạp điện và quá trình xả điện. * Khi S1 đóng và S2 hở, lúc này tụ C1 ở quá trình cho nạp điện, dòng điện tích từ nguồn pin cho bơm vào tụ, dòng chảy qua điện trở R1 và mức volt trên tụ tăng dần lên cho đến lúc đầy, tụ đầy được hiểu là mức áp trên tụ đã lên rất gần bằng 12V của nguồn. * Khi S2 đóng và S1 hở, lúc này tụ C1 ở quá trình xả điện, dòng điện sẽ chảy qua điện trở R2 và mức áp trên tụ sẽ giảm dần xuống. Khi mức áp trong tụ bằng 0V, chúng ta nói tụ đã xả hết điện. Vậy xuất hiện câu hỏi: Khi nào và bao lâu thì tụ C1 mới nạp đầy? Và phải bao lâu thì tụ C1 mới xả hết điện? Nhìn vào mạch Bạn cũng thấy, nếu dùng tụ C1 có dung lượng lớn và điện trở R1 làm ống dẫn có sức cản dòng quá lớn thì thời gian để tụ nạp đầy mức áp của nguồn sẽ rất lâu. Cũng vậy, tụ lớn, điện trở R2 có trị lớn thời gian để tụ xả hết điện cũng sẽ rất lâu. Người ta đưa ra một định nghĩa về thời hằng: Thời hằng của mạch nạp xả của tụ C qua R là thời gian t = RxC. Với thời gian này tụ sẽ nạp được 63% mức điện của nguồn nuôi hay đã xả được 63% lượng điện mà tụ có. Và mội người đều cho là sau 5t (tức 5xRxC) thì xem như tụ đã nạp đầy hay tụ đã xả hết điện. Thực hành 5: Bây giờ nói đến linh kiện có tính tích cực đây, đó là transistor. Transistor là một linh kiện rất quan trọng, nó tạo ra cuộc cách mạng lông trời lỡ đất của ngành điện tử. Transistor được xếp vào loại linh kiện tích cực vì nó có tính khuếch đại. Ở đây chúng ta chỉ dùng transistor như những khóa điện bán dẫn đóng mở mạch theo mức áp cao hay thấp. Có 2 loại transistor, loại NPN và loại PNP. Mô hình bán dẫn cho thấy người ta sắp xếp các chân bán dẫn loại N, loại P để tạo ra các mối nối EB cà CB và tạo ra các transistor nhị cực NPN hay PNP. Trong hình N là chất bán dẫn Silicon pha Phospho (Phospho với 5 điện tử hóa trị tạo nối), nên khi gắn vào tinh thể Silicon sẽ để dư ra một điện tử tự do, và chính điện tử dư ra này là phần tử dẫn điện trong chất bán dẫn loại N, khi cho N pha đậm, người ta sẽ ghi là n+ và pha nhạt hơn thì ghi là n Tương tự chất P là chất bán dẫn Silicon cho pha Indium ( Indium có 3 điện tử nối hóa trị nên khi gắn vào tinh thể Silicon sẽ có một nối trống vì thiếu điện tử), chính các lỗ trống này tạo ra điều kiện dẫn điện trong chất bán dẫn loại P. Bạn thấy chân E có kích thước thu nhỏ, vì sao?. Vì nó là chân dùng cho phun ra các hạt tải điện, chân C có kích thước rộng là vì nó là chân được dùng để thu gốp các hạt điện phun ra từ chân E. [...]... EB phân cực thuận để chân E phun ra dòng hạt tải và sao cho mối nối CB phân cực nghịch để chân C hút gần hết dòng phun ra từ chân E Chúng ta dùng trình PSpice để tính các mức áp phân cực cho mạch điện trên, với các mức áp như hình vẽ, các transistor đã lấy đúng phân cực Chúng ta hãy xem dòng làm việc chảy qua các transistor (Bạn xem hình) Khi dùng các transistor cho làm việc với các tín hiệu nhỏ,... Tín hiệu có 2 mặt Mặt vật lý và mặt thông tin Chúng ta nhận thấy: Tín hiệu thường là các biến đổi vật lý, như trời có nhiều mây thì nghĩ đến mưa, sờ trán thấy nóng thì nghĩ đến bệnh Ông Bác sĩ cố tìm các dấu hiệu vật lý trên người bệnh để nhận ra bệnh Còn đối với dân điện tử thì tín hiệu là các biến đổi của mức volt trên các đường mạch, hay sự biến đổi của dòng điện trên các chân của linh kiện Sự biến... chân E Qua phần trình bày trên, Bạn thấy với tất cả các sơ đồ mạch điện, trình PSpice sẽ tính ra mức áp trên các đường mạch và tính ra cường độ dòng điện chảy vào chảy ra trên các chân của các linh kiện Như vậy khi kiểm tra trạng thái phân cực DC của một mạch điện, công việc của Bạn là dùng VOM kế, đo áp trên các đường mạch và đo dòng trên các chân của các linh kiện, từ kết quả đo được sẽ biết được mạch... điện là các hạt điện tử (dư ra do phospho cho) và trong chất bán dẫn loại P phần tử dẫn điện là các lỗ trống trên các nối (do Indium tạo ra), các lỗ được cho đồng nghĩa là các hạt tải điện dương (nên ghi bằng dấu +) Vậy nếu chân E phun ra dòng, dòng này sẽ chảy vượt qua vùng B và sẽ được thu gốp lại trên chân C Nhìn các hình chụp trên Bạn thấy transistor có 3 chân: * Chân E được pha đậm để có tính dẫn... tốt, nó là chân phun ra các hạt tải điện Với chất bán dẫn loại N thì phun ra các hạt điện tử dư (do chất pha phospho cung cấp) với chất bán dẫn loại P thì phun ra các lỗ (các nối trống do Indium tạo ra) E là Emitter, nghĩa là chân phát, chân phun ra các hạt tải điện * Chân C được pha vừa, nó có tính dẫn điện khá, nó là chân thu gôm các hạt tải điện phun ra từ chân E, nghĩa la các hạt tải điện phun ra... khảo sát tính khuếch đại của mạch, như tính độ lợi, xem méo Bước 3: Lớp ổn định, chúng ta sẽ dùng kỹ thuật hồi tiếp để cải thiện mạch khuếch đại, giữ cho nó ổn định hơn, khuếch đại tín hiệu ít bị méo hơn Phần thực hành Bước 1: Bạn xem hình, các kiểu mạch phân cực DC kinh điển thường dùng để transistor làm việc trong vùng khuếch đại: Khi phân cực DC, Bạn dùng các điện trở để cấp mức áp DC trên các chân... đóng nguồn, các Led phải sáng, nghĩa là Led D1, D2 ắã lấy được dòng qua R1, R4 Bước 4: Bạn gắn R2 (47K) vào chân B của Q1, lúc này Q1 bão hòa, Led D1 phải tắt, Led D2 vẫn sáng Bước 5: Bạn gắn R3 (47K) vào chân B của Q2, Q2 sẽ bão hòa và làm tắt Led D2 Bước 6: Bây giờ Bạn gắn tụ điện C1, C2 vào mạch Mạch sẽ dao động và 2 Led D1, D2 sẽ nhấp nháy Đến đây, tôi nghĩ Bạn phải hiểu rất rõ nguyên lý hoạt động... pha lấy ra trên chân C của Q1, Q2 và Bạn sẽ dùng xung này để đóng mở các mạch điện bảng đèn và tạo ra được các bảng đèn Led nhấp nháy rất đẹp mặt Hình chụp cho thấy cách làm thực hành tự ráp mạch trên bo cắm vạn năng Hãy ráp mạch dao động đa hài với 3 transistor để làm nguồn điều khiển nhấp nháy Để có 3 xung lệnh pha dùng điều khiển 3 dãy đèn Led, Bạn dùng mạch dao động đa hài ráp với 3 transistor (Bạn... LP2 tắt) * Khi chân B ở mức volt cao thì các transistor bão hòa và Led sáng, đèn LP2 sáng (đèn LP1 tắt) Trong mạch: + Các điện trở R1 (10K), R3 (10K) dùng để định mức dòng cho chân B + Điện trở R2 (1K) dùng để hạn dòng cho Led D1 + Diode D2 dùng dập xung nghịch, mỗi khi Q2 tắt, cuộn dây relay sẽ phát ra điện áp ngịch, lúc này D2 dẫn điện và dập mức áp nghịch để giữ an toàn cho transistor Tóm lại, Bạn... thấy cách phân cực mối nối EB và CB để transistor loại PNP làm việc trong 4 vùng: Ngưng dẫn, bão hòa, khuếch đại thuận, khuếch đại nghịch Bạn làm quen với các kiểu mạch khuếch đại dùng transistor (phần thí dụ, dùng transistor NPN 2SC1815) Muốn dùng 1 transistor làm tầng khuếch đại, Bạn chia nó ra làm 3 lớp trong 3 bước: Bước 1: Lớp phân cực DC, dùng các điện trở để cấp áp DC cho các mối nối EB và CB để . Một chút tính toán để biết cách dùng Led. Đặc tính của môn điện tử là " ;tính tính toán toán". Khi đã nghĩ ra một mạch điện rồi thì phải biết: * Biết tính toán dòng, áp, công. đây tôi trình bày các mạch điện kinh điển dùng Led và một số tính toán có liên quan (để việc tính toán nhanh và dễ làm tôi dùng phần mềm PSpice của OrCAD). Do có ý là chỉ dùng các linh kiện dễ. chúng ta số liệu như hình sau: Qua các số liệu chúng ta thấy: Dòng qua nhánh 2 Led là 4.87mA, và dòng tồng cộng là 9.74mA. Nhánh 3 Led không có dòng. * Các nhánh có Led cùng loại, có số Led