đồ án tự động hóa Đề tài nghiên cứu và thiết kế mạch điều khiển đèn chiếu sáng và trạng thái dùng IC4017BC

Điện áp nạp được trên tụ là sự tích tụ của dòng điện nạp vào tụ theo thờigian t ý nghĩa trong toán học là tích phân .Đối với dòng điện xoay chiều hình sin , trị số tức thời của điện áp l

áp dụng thực tiến hiện nay: Bảng quảng cáo, áp phíc, mạch điện tử lớn hơn

Như chúng ta đã biết, nền khoa học kỹ thuật phát triển gắn liền với sự phát triển của nhân loại

Xưa kia con người chỉ biết lao động sáng tạo ra những vật liệu và những công cụ lao động rất thô sơ Thời gian phát triển tích luỹ kinh nghiệm cùngvới sự tìm tòi sáng tạo, con người đã sáng tạo những công cụ lao động hiệnđại hơn thay hẳn sức lao động của con người (các thiết bị bằng kim loại rồicác thiết bị máy móc hiện đại ), làm cho năng suất lao động tăng cao hơnrất nhiều Không chỉ dừng lại ở những thành quả đó, con người tiếp tục tìmtòi sáng tạo ra nhiều cái mới để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt vui chơi giải trí cho bản thân mình Những thành tựu của thế kỷ 21 ngày nay là kết quả của sự không ngừng tìm tòi sáng tạo đó

Những thành tựu đó phải nói đến các ngành khoa học kỹ thuật, nó là ngànhmũi nhọn của mỗi quốc gia, trong các ngành KHKT phát triển hiện

nay:CNTT, Y Học, phải nói đến ngành KT Điện Tử, là ngành quan trọng đóng vai trò tất yếu trong tất cả các ngành CNTT , TTLL, Quân sự

2 Mục đích và nhiệm vụ :

Mục đích của đề tài là đề xuất một mô hình thích hợp cho ứng dụng mạch điện cơ bản trong nghiên cứu kỹ thuật xung số phục vụ đào tạo cho các khoá học tiếp theo và nghiên cứu cao hơn về ngành kỹ thuật xung số này cũng như tìm tòi sáng tạo nghiên cứu khoa học về ngành KT Xung số

Để đạt được mục đích trên , đề tài chỉ ra những nhiệm vụ sau:

1.Tìm hiểu về một số linh kiện điện tử cơ bản

2.Xây dựng, thiết kế, tính toán,lắp ráp mô hình mạch điện 3.Thử nghiệm mô hình và đề suất các nghiên cứu tiếp theo

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các tài liệu đã được giảng dạy, từ các

ý tưởng thực tế , linh kiện thiết bị có sẵn

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn nghiên cứu mô hình mạch điện kích đếm dùng IC CD4017BC trong kỹ thuật xung số cơ bản

4.Cơ sở tài liệu và trang thiết bị :

Đề tài đã sử dụng :

a.Các tài liệu do nhóm thu thập từ những tài liệu giảng dạy trong quá trình học tập cùng với những tài liệu tham khảo thu thập bên ngoài

b.Các thiết bị :

-các linh kiện điện tử

-Mỏ hàn , đồng hồ đo , và các vật liệu cần thiết trong quá trình lắp ráp và tạo ý tưởng

5 Phương pháp nghiên cứu:

+ý tưởng thiết kế mạch điện kích đếm dùng IC CD4017BC dựng trên

mô hình thực tiễn là một hộp quảng cáo nháy sáng những hàng chữ đã thiết kế

+Tính toán thiết kế chính xác thời gian, chu kỳ, tần số của mạch điện.+Sử dụng linh kiện phù hợp với những tính toán thiết kế trên của mạch điện

6 Luận điểm bảo vệ:

Mô hình của đề tài phân thành 3 cấp:

+ở cấp độ nhỏ: Nghiên cứu thiết kế mạch dao động định thì dùng IC NE555.

+ở cấp độ trung bình : Nghiên cứu tiết kế mạch kích đếm dùng IC CD4017BC

+ở cấp độ lớn : Nghiên cứu tiết kế mạch kích đếm dùng IC

CD4017BC với các đèn công suất lớn điều khiển ánh sáng những dòng chữ trong hộp quảng cáo

7 Bố cục của đề tài:

Đề tài gồm các trang , hình, bảng, tài liệu tham khảo & phụ lục.Các phần

và các chương của đề tài được sắp xếp như sau:

+Mở đầu

+Chương 1: Linh kiện điện tử cơ bản

+Chương 2: Thiết kế mạch điện , lắp ráp , phân tích mạch điện

+Chương 3: ứng dụng mô hình vào thực tiến

+Kết quả và những diễn biến trong quá trình lắp ráp,bài học kinh

nghiệm

+Kết luận và kiến nghị

Chương 1:

Linh kiện điện tử cơ bản

Để có thể nắm vững về kiến thức điện tử cơ bản : về cấu tạo và nguyên lý làm việc của các linh kiện điện tử nhằm mục đích tính toán thiết kế mạch phục vụ đề tài nghiên cứu Ta sẽ tìm hiểu về một số linh kiện điện tử sau:

i điện trở

1 : Điện trở than:

Là loại điện trở sử dụng nhiều nhất trong các mạch điện Điện trở than

là hỗn hợp của bột than và các chất khác , tuỳ tỷ lệ pha trộn mà điện trở

có trị số lớn hay nhỏ Bên ngoài điện trở được bọc bằng một lớp cách điện Trị số điện trở được ghi bằng các vòng màu theo quy ước của Hoa

Kỳ nên còn được gọi là điện trở Hoa Kỳ

Hình dáng của điện trở than và các vòng màu như sau :

5 Vòng 1

Vòng 3

Vòng 2

M u n n àu nền ền

Vòng 4

Hình dáng i n tr điện trở ện trở ở

Phân tích thi t k m ch I U KHI N èN CHI U SáNG dùng ic cd4017bc ết kế mạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ết kế mạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ết kế mạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc

bảng quy ước màu sắc điện trở hoa kỳ

Màu Vòng số một Vòng thứ haiVòng thứ ba Vòng số 4(Số thứ nhất ) (Số thứ hai) (Số bội ) (Sai số )

Trường hợp đặc biệt nếu không có vòng số 4(loại điện trở có ba vòng màu) thì sai số là  20%

Hiện nay người ta đã có thể chế tạo các loại điện trở than có năm vạch màu, đây là loại điện trở có độ chính xác cao hơn , lúc đó các vòng màu có

ý nghĩa như sau :

1 2 3 4 5

2: Điện trở công suất

Công suất của điện trở là trị số chỉ công suất tiêu tán tối đa của nó, nếu dòng điện đi qua điện trở cho ra công suất lớn hơn trị số này thì điện trở sẽ bị cháy

Công suất của điện trở thay đổi theo kích thước lớn hay nhỏ với trị số gần đúng như sau :

- Công suất 1/4w có chiều dài khoảng 0,7 cm

- Công suất 1/2Wcó chiều dài khoảng 1 cm

- Công suất 1W có chiều dài khoảng 1,2 cm

- Công suất 2W có chiều dài khoảng 1,6 cm

- Công suất 4 W có chiều dài khoảng 2,4 cm

Những điện trở công suất lớn hơn thường là những điện trở dây quấn

3: Biến trở (Variable Resistor, viết tắt là VR)

Biến trở_ hay còn được gọi là chiết áp_được cấu tạo gồm một điện trở màng than hay dây quấn có dạng hình cung, góc quay 2700 Có một trục xoay ở giữa nối với một con trượt được làm bằng than (cho biến trởdây quấn ) hay làm bằng kim loại có biến trở than, con trượt sẽ ép lên mặt điện trở để tạo kiểu nối tiếp xúc làm thay đổi trị số điện trở khi xoaytrục

Hình dáng của biến trở con trượt

Đặc tính của biến trở

Góc quay

II Tụ điện ( Capacitor_C_)

1 Cấu tạo của tụ điện :

Tụ điện là một loại linh kiện thụ động, tụ điện bao gồm có hai bản cực làm bằng chất dẫn điện đặt song song nhau, ở giữa là một lớp cách điện gọi là điện môi Chất cách điện thông dụng để làm điện môi trong tụ điện

là : Giâý, dầu , mica , gốm , không khí

Chất cách điện được lấy làm tên gọi cho tụ điện : Ví dụ tụ gốm , tụ

mi ca

2 : Đặc tính của tụ điện với dòng điện một chiều

Giữa hai bản cực của tụ điện là lớp cách điện nên không có dòng điện đi qua tụ điện Do I=0 nên R  U I =vô cùng Như vậy tụ điện có sức cản là vô cực Ohm đối với dòng một chiều

Tuy mhiên khi khảo sát hiện tượng tĩnh điện lúc tụ điện được nối vào nguồn DC, người ta nhận thấy :

- Điện tích âm ở cực âm của nguồn sẽ tích tụ ở bản cực bên dưới

- Điện tích dương ở nguồn sẽ tích tụ ở bản cực bên

Hiện tượng này được gọi là tụ nạp điện

3 Đặc tính của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều

Theo công thức: I  T Q suy ra Q=I.t

Đối với tụ điện , điện tích nạp được tính theo công thức :

Q=C.u

Suy ra :

C.U=I.t suy ra U C1 I.t

Điện áp nạp được trên tụ là sự tích tụ của dòng điện nạp vào tụ theo thờigian t (ý nghĩa trong toán học là tích phân ).

Đối với dòng điện xoay chiều hình sin , trị số tức thời của điện áp là :u(t)=Um.sint

Hệ thức liên hệ giữa dòng điện i(t)và điện áp uc là:

u(t)= dq dt =CUm .cos t (gọi Im=CUm  )

Linh kiện điện tử

Suy ra : i(t)=Im.sin 



t Như vậy , dòng điện i(t) trên tụ cũng là một trị số thay đổi theo dòng điện xoay chiều hình sin



t

So sánh biểu thức u(t) với biểu thức tính điện áp trên tụ ta có :

Um=ImC =2ImfC (C=2 f)

Đây là điện áp cực đại nạp được trên tụ

b Sức cản của tụ điện đối với AC

Định luật Ohm áp dụng trên điện trở cho ta công thức :

Dung kháng cũng có đơn vi tính là Ohm giống như điện trở.

sự chênh lệch điện tích ở hai bên mối nối như trên gọi là hàng rào điện áp.diod bán dẫn có cấu tạo và kí hiệu như hình dưới :

Mỗi nối

P N

1.2 Nguyên lý vận chuyển của diod :

a phân cực ngược diod :

dùng một nguồn điện nối cực âm của nguồn vào chân P và cực

dương của nguồn vào chân N của diod lúc đó, điện tích âm của nguồn sẽ hút lỗ trống của vùng P và điện tích dương của nguồn sẽ hút electron của vùng N làm cho lỗ trống và electron hai bên mối nối càng xa nhau hơn nênhiện tượng tái hợp giữa electron và lỗ trống càng khó khăn tuy nhiên trường hợp này vẫn có một dòng điện rất nhỏ đi qua diod từ vùng N sang vùng P gọi là dòng điện rỉ trị số khoảng A

dòng điện rỉ còn gọi là dòng điện boã hoà nghịch IS (saturate: bão hoà) dòng điện rỉ có trị rất nhỏ nên trong nhiều trường hợp người ta coi như diod không dẫn điện khi được phân cực ngược

H ng r o i n áp àng rào điện áp àng rào điện áp điện áp ện áp

P N

b Phân cực thuận diod

Dùng một nguồn điện DC nối cực dương của nguồn vào chân P và cực

âm của nguồn vào chân N của diod sẽ đẩy lỗ trống trong vùng P và điện tích âm của nguồn sẽ đẩy trong vùng N làm cho electron và lỗ trống lại gần mối nối hơn và khi lực đẩy tĩnh điện đủ lớn thì electron từ N sẽ sang mối nối qua P tái hợp với lỗ trống

Khi vùng N mất electron trở thành mang điện tích dương thì vùng N sẽ kéođiện thích âm từ cực âm của nguồn lên thế chỗ, khi vùng P nhận electron trở thành mang điện tích âm thì cực dương của nguồn sẽ kéo điện tích âm

từ vùng P về như vậy, đã có một dòng electron chạy liên tục từ cực âm của nguồn qua diod từ N sang P về cực dương của nguồn, nói cách khác,

có dòng điện đi qua diod theo chiều từ P sang N

một số tài liệu kĩ thuật ghi là: V = 0,6V(Si)và V = 0,2 (Ge) nhưng thực

tế thì khi VD nhỏ hơn 0,5 V (Si) hay 0,15V (Ge) là đã có dòng điện đi qua diod sau khi vượt qua điện áp thềm V thì dòng điện qua diod sẽ tăng lên theo hàm số mũ và được tính theo công thức:

Khi phân cực thuận:VD > V thì eVd /26 mV >> 1n nên

ID = IS .eVd / 26 mV

Khi phân cực ngược: VD < 0V thì eVd /26 mV <<1 nên

ID  IS (IS: dòng điện bão hoà nghịch)

khi phân cực ngược diod rồi tăng điện áp VDC từ 0V lên theo trị số âm chỉ

có dòng điện rỉ ( hay dòng điện bão hoà nghịch) IS có trị số rất nhỏ đi qua diod nếu tăng cao mức điện áp nghịch đến một trị số khá cao dòng điện qua diod tăng lên rất lớn sẽ làm hư diod lúc đó, nhiều electron ở vùng

Id

Vd Vy

xung quanh mối nối bị bứt ra, đập vào các electron lân cận tạo hiện tượng thác đổ làm tăng mạnh dòng điện qua diod.

điện áp ngược đủ để tạo dòng điện ngược lớn qua diod phải lớn hơn trị số

VGmax (reverse: ngược ) lúc đó, diod sẽ bị đánh thủng nên VRmax còn gọi là điện áp đánh thủng của diod khi sử dụng diod phải đặc biệt chú ý đến trị

số này

ngoài ra diod còn một thông số kĩ thuật quan trọng khác đó là IFmax

(forward: thuận) là dòng điện thuận cực đại Khi dẫn điện, diod bị đốt nóng bởi công thức P=ID VD nếu dòng ID >trị số IFmax thì diod sẽ bị hư do quá nhiệt

Như vậy , một diod có các thông số kỹ thuật cần biết khi sử dụng là :

- chất bán dẫn chế tạo để có V và VDmax

- Dòng điện thuận cực đại IFmax

- Dòng điện bão hoà nghịch IS

- Điện ấp nghịch cực đại VRmax

Bảng tra cứu các diod nắn điện thông dụng :

2.1 cấu tạo – nguyên lý:

quang diod có cấu tạo bán dẫn giống như diod thường nhưng đặt trong vỏ cách điện có một mặt là nhựa hay thuỷ tinh trong suốt để nhận ánh sáng bên ngoài chiếu vào mối nối P – N của diod, có loại dùng thấu kính hội tụ để tập trung ánh sáng

đối với diod khi phân cực thuận thì dòng điện thuận qua diod lớn do dòng hạt tải đa số di chuyển, khi phân cực nghịch thì dòng điện nghịch qua diod rất nhỏ do dòng hạt tải thiểu số di chuyển

qua kinh nghiệm cho thấy khi phôtôn diod được phân cực thuận thì hai trường hợp mối nối P-N được chiếu sáng thì dòng điện nghịch tăng lên lớn hơn nhiều lần so với khi bị che tối do nguyên lý trên quang diod được sử dụng ở trạng thái ngược trong các mạch điều khiển theo ánh sáng

do hiệu ứng quang điện diod cho ra một điện áp khi chiếu sáng do đó nó

có thể làm việc mà không cần một điện áp bên ngoài tuy nhiên nếu có mộtđiện áp ngược đặt vào quang diod thì dòng điện nghịch sẽ lớn hơn và sự tuyến tính sẽ tốt hơn

các thông số kĩ thuật của một phôtôn diod với trị số điển hình như sau:

- công suất tiêu tán cực đại: Pmax = 50mw

- dòng diện ngược khi tối: IR = 2A (0 Lux)

- dòng điện ngược khi sáng: IR = 7A (100 Lux)

- độ nhạy: S = 7nA/ Lux

- điện dung ký sinh: CD = 400pF

2.4 ứng dụng:

trong mạch điện hình trên khi quang diod bị che tối transistor không được phân cực nên ngưng dẫn , OP – AMP có điện áp ngõ trừ (V-

i) lớn hơn điện áp ngõ cộng Vi+) nên ngõ ra có V0= 0V ngược lại khi quang diod được chiếu sáng thì transistor được phân cực nên dẫn điện, OP – AMP có V+

i >V

-i nên ngõ ra V0= + VCC và LED sáng

3.Các mạch nguồn chỉnh lưu

3.1.Mạch nắn điện bằng diod :

a.mạch nắn điện bán kỳ một pha :

điện áp ngõ vào Vi có giá trị hiệu dụng là VAC do mạch nắn điện bán kỳ nên điện áp ngõ ra là những bán kỳ dương giãn đoạn :

B

hình 1điện áp một chiều trung bình ở ngõ ra:

Vo =Vp =0,318 VpVo=



2 Vac=0,45Vachình trên là sơ đồ mạch và dạng sóng ở ngõ vào , ngõ ra của mạch nắn điện bán kỳ Trong mạch này tải thuần trở và không có mạch lọc điện.Diod D được chon sao cho các thông số giới hạn là:

Imax>= 4 IL

VP max >= 2 2 VAC

b mạch nắn điện toàn kỳ một pha:

mạch nắn điện toàn kỳ một pha dùng cầu diod D1 đến D4 như sơ đồ hình 2:

khi điểm A có bán kỳ dương so với điểm B thì diod D1 dẫn điện qua tải R rồi trở về nguồn qua diod D3 ( dòng điện có đường liền nét) Khi điểm B có bán kỳ dương so với điểm A thì diod D2 dẫn điện qua tải R rồi trở về nguồn qua diod D4 ( dòng điện có đường nét rời) như vậy 4 diod chia ra 2 cặp D1- D3 và D2- D4 luân phiên nhau dẫn điện nên điện áp ngõ

Sơ đồ hình trên là sơ đò chức năng cho thấy nguyên tắc của các mạch ổn

áp trong đó các khối chức năng sau:

a.mạch tạo ổn áp chuẩn:

Ph n t ần tử ử

i u

điện trở ềnkhi nển

T o i n ạo điện điện trở ện trở

áp chu nẩn L y i n ấy điện điện trở ện trở áp

i

Lấy điện áp từ nguồn chung ra một mức điện áp không đổi ,điện áp này gọi là điện áp chuẩn VR (Reference) Điện áp chuẩn VR chính là cơ sở cho việc ổn áp, điện áp ra V0 sẽ bị điều khiển trực tiếp bởi điện áp

chuẩn

b.Mạch lấy điện áp mẫu:

Là mạch lấy điện áp ở ngõ ra đổi thành mức điện áp bằng hay gần bằng mức điện áp chuẩn, mức điện áp này gọi là mức điện áp mẫuVS

(Sample) hay còn được gọi là điện áp hồi tiếp VF khi ngõ ra có điện áp

bị thay đổi sẽ làm cho điện áp hồi tiếp nhỏ hơn hay lớn hơn điện áp chuẩn VR

c Mạch khuếch đại sai biệt :(Error Amplifier)

Mạch khuếch đại sai biệt còn được gọi là mạch khuếch đại so sánh mức điện áp mẫu VS với điện áp chuẩn VR Điện áp ra sau mạch khuếch đại sai biệt dùng để thay đổi trạng thái dẫn điện của phần tử điều khiển

d Phần tử điều khiển:

Phần tử điều khiển thường là linh kiện điện tử công suất coi như một tổng trở có giá trị tuỳ thuộc ngõ ra của mạch khuếch đại sai biệt Tuỳ thuộccách thiết kế phần tử điều khiển mà mạch ổn áp được chia ra các loạinhư hình dưới:

Trong mạch ổn áp nối tiếp phần tử điều khiển RS được mắc nối tiếp với điện trở tải RL Lúc này điện áp ra V0 :

V0 = Vi – (IL RS)theo công thức này để có V0 ổn định thì Vi tăng mạnh phải điều khiển làm cho RS tăng và ngược lại

Trong mạch ổn áp song song phần tử điều khiển RS được mắc song song với điện trở RL Khi đó điện áp ra V0 được tính theo công thức :

V0=V0 – (IL + IS ) R (IS=V0/RS)Theo công thức này để có V0 ổn định thì Vi tăng mạnh phải điều khiển làmcho IS tăng tức là RS giảm và ngược lại

Trong mạch ổn áp xung phần tử điều khiển chính là công tắc S được điều khiển đóng hay ngắt nhờ mạch dao động tạo xung Khi công tắc S đóng thìđiện áp ra V0 =Vi , khi công tắc S hở thì V0=0 Thời gian công tắc đóng lại

là ton , thời gian công tắc hở là toff Như vậy điện áp sẽ có mức trung bình là:

5.1.IC ổn áp ba chân họ 78XX và 79XX:

IC họ 78XX là IC ổn áp nguồn dương , IC họ 79XX là IC ổn áp nguồn

âm Hai số sau ghi là XX chỉ điện áp ra được ổn định

1.Input 2.Output 3.GND

TO-39

Các chân ra c a h 78 ủa họ 78 ọ 78

1.GND 2.Output 3.Input

4 TO-39

1.GND

2 Input 3.Output

1 2 3

4 TO-220AB

Các chân ra c a h 79 ủa họ 78 ọ 78

5.3 Mạch ổn áp âm và mạch ổn áp dương:

Mạch ổn áp dùng IC 3 chân có sơ đồ như hình dưới:

5.4 IC ổn áp ba chân điều chỉnh được:

Hiện nay người ta còn chế tạp ra ổn áp 3 chân có thể điều chỉnh được điện áp ra bằng mạch điều chỉnh đặt bên ngoài IC rất tiện dụng, khả năng điều chỉnh điện áp ở ngõ ra của các loại IC này từ 1,2 đến 25 V

R 1

Dòng điện điều chỉnh Iadj có trị số rất nhỏ khoảng 50A đến 100A.

Điện áp ra thay đổi được sẽ được tính theo công thức :

V0=1,25 v

IV.transistor cấu tạo và nguyên lý

1 cấu tạo của transistor

transistor là từ ghép của hai từ tranfer + resistor được dịch là điện

chuyển” transistor là linh kiện bán dẫn gồm 3 lớp bán dẫn tiếp giáp nhau tạo thành 2 mối nối P-N

tuỳ theo cách sắp xếp thứ tự các vùng bán dẫn người ta chế tạo hai loại transistor là transistor PNP và NPN

để phân biệt với các loại transistor khác, loại transistor PNP và NPN còn được gọi là transistor lưỡng nối viết tắt là BJT (bipolar Junction

xét transistor loại NPN.

a thí nghiệm 1.

cực E nối vào cực âm cực C nối vào cực dương của nguồn D C, cực

B để hở (hình dưới) trường hợp này e trong vùng bán dẫn N của cực E

và C, do tác dụng của lực tĩnh điện sẽ bị di chuyển theo hướng từ cực E

về cực C Do cực B để hở nên e từ vùng bán dẫn N của cực E sẽ không thể sang vùng bán dẫn P của cực nền B nên không có hiện tượng tái hợpgiưã e và lỗ trống và do đó không có dòng điện qua transistor

cực B nối vào điện áp dương của nguồn nên sẽ hút một số e trong vùng bán dẫn P xuống tạo thành dòng điện IB cực C nối vào điện áp dương cao hơn nên hút hầu hết electron trong vùng bán dẫn P sang vùng

b Ie

6.2

bán dẫn N của cực C tạo thành dòng điện IC cực E nối vào nguồn điện

áp âm nên khi bán dẫn N bị mất electron sẽ bị hút electron từ nguồn âm lên thế chỗ tạo thành dòng điện IE

hình mũi tên trong transistor chỉ chiều dòng e di chuyển, dòng điện quy ước chạy ngược dòng electrron nên dòng điện IB và I C đi từ ngoài vào transistor, dòng điện IE đi từ transistor ra

số lượng electron bị hút từ cực E đều chạy sang cực B và cực C nên dòng điện IB và IC đều chạy sang cực E

ta có:

c trạng thái phân cực cho hai mối nối

về cấu tạo transistor NPN được xem như hai diod ghép ngược ( hình dưới) transistor sẽ dẫn điện khi được cung cấp điện áp các cực như thí nghiệm 2 (hình trên) lúc đó, diod BE được phân cực thuận và diod D C được phân cực ngược

Xét transistor loại PNP:

a thí nghiệm 3:

B

Đối với transistor PNP thì điện áp nối vào các chân ngược lại với

transistor NPN Hạt tải di chuyển trong transistor NPN là electron xuấtphát từ cực E , trong khi đối với transistor PNP thì hạt tải di chuyển là

b

Theo hình trên , transistor PNP có cực E nối vào cực dương , cực C nối vào cực âm của nguồn DC, cực B để hở

Trường hợp này lỗ trống trong vùng bán dẫn P của cực E và C, do tác dụng của lực tĩnh điện, sẽ di chuyển theo hướng từ cực E về cực C

Do cực B để hở nên lỗ trống từ vùng bán dẫn P của cực E sẽ không thể sang vùng bán dẫn N của cực B nên không có hiện tượng tái hợp giữa lỗtrống và electron, do đó không có dòng điện qua transistor

b thí nghiệm 4:

Mạch thí nghiệm giống thí nghiệm 3 nhưng nối cực B vào một điện

áp âm sao cho :

VB <VE và VB>VC (hình dưới)

Trong trường hợp này vùng bán dẫn B và N của cực E và Bgiống như diod(gọi là diod BE) được phân cực thuận nên dẫn điện , lỗ trống từvùng bán dẫn P của cực E sẽ sang vùng bán dẫn N của cực B để tái hợp với e Khi vùng bán dẫn N của cực B có thêm lỗ trống nên có điện tích dương Cực B nối vào điện áp âm của nguồn nên sẽ hút một số lỗ trốngcủa vùng bán dẫn N xuống tạo thành dòng điện IB Cực C nối vào điện

áp âm cao hơn nên hút hầu hết lỗ trống trong vùng bán dẫn N sang vùngbán dẫn P của cực C tạo thành dòng điện IC Cực E nối vào nguồn điện

áp dương nên khi vùng bán dẫn P bị mất lỗ trống sẽ hút lỗ trống từ nguồn dương lên thế chỗ tạo thành dòng điện IE

Hai mũi tên trong transistor chỉ chiều lỗ trống di chuyển , dòng lỗ trống chạy ngược chiều dòng electron nên dòng lỗ trống có chiều cùng chiều với dòng quy ước, dòng điện IB và IC từ trong transistor đi ra, dòng điện IE đi từ ngoài vào transistor

Số lược lỗ trống bị hút từ cực E đều chạy qua cực B và cực C nên dòng điện IB và IC đều từ cực E chạy qua

b Ie

6.2

I C I

E

IE =IB+ IC

c.Trạng tháiphân cực cho hai mối nối:

Về cấu tạo transistor PNP được xem như hai diod ghép ngược (hình dưới) transistor PNP sẽ dẫn điện khi được cung cấp điện áp các cực như thí nghiệm 4 (hình trên) lúc đó , diod BE được phân cực thuận và diod BC được phân cực ngược

Để phân biệt hai loại NPN và

PNP người ta dùng kí hiệu mũi

tên lên ở cực E để chỉ chiều dòng

điện IE (hình bên)

3.2 hình dạng :

Hình dáng các loại thông dụng :

T ê

I E

I B

I C

I E

I B C

E

Đo BE N Đo BE P Đo CEHình trên là trường hợp đo điện trở thuận của các cặp chân của

transistor đối với loại NPN và PNP Muốn đo điện trở ngược thì đổi đầuhai que đo

Lưu ý là trong ohm kế có nguồn điện một chiều thường là pin tiểu 1,5V, đầu dương của pin lại nối ra dây âm và đầu âm của pin lại nối ra dây dương

Cặp chân

Bảng kết quả đo trị số điện trở thuận , nghịch các cặp chân của transistor

4 ĐặC TíNH Kĩ THUậT CủA transistor

4.1 đặc tuyến ngõ vào I B / V BE

IB(A)

40

ở mỗi điện áp VBE thì dòng điện IB có trị số khác nhau, ví dụ như sau:

0 V V  0.5 V BE (V)

0.55 0.6

(C) 0.65

gọi là độ khuếch đại dòng điện của transistor

độ khuếch đại dòng điện  thường có trị số lớn từ vài chục đến vài trăm lần

trong phần nguyên lý vận chuyển của transistor ta đã có :

IE = IB +IC

thay IC/IB =  hay IC = .IB

vào công thức trên ta có :

khi tăng VCE từ 0V lên, dòng điện IC tăng nhanh và sau khi đạt trị số

IC=.IB thì gần như ICkhông thay đổi mặc dù VCE tiếp tục tăng cao Muốn dòng điện IC tăng cao hơn thì phải tăng phân cực ở cực B để có IB tăng cao hơn, khi đó dòng IB sẽ tăng theo VCE trên đường đặc tuyến cao hơn

hình (d) được gọi là họ đặc tuyến IC/VCEtheo dòng điện IB

4.4 các thông số kĩ thuật của transistor

đặc tính kĩ thuật của transistor, ngoài 3 đặc tính quan trọng vừa xét còn

có một số các thông số kĩ thuật có ý nghĩa giới hạn mà cần phải biết khi sửdụng transistor

a độ khuếch đại dòng điện 

độ khuếch đại dòng điện  của transistor thật ra không phải là một hằng số mà  có trị số thay đổi theo dòng điện IC

hình dưới cho thấy khi dòng điện IC nhỏ thì  thấp, dòng điện IC tăng thì  tăng đến giá trị cực đại max nếu tiếp tục tăng IC đến mức bão hoà thì  giảm



Hình (e)

IC

b biện áp giới hạn

điện áp đánh thủng BV(Breakdown Voltage) là điện áp ngược tối đa đặt vào giữa các cặp cực, nếu quá điện áp này thì transistor sẽ bị hư có

3 loại điện áp giới hạn:

- BV CEO: điện áp đánh thủng giữa C và E khi cực B hở

- BVCEO:: điện áp đánh thủng giữa C và B khi cực E hở

- BVEBO: điện áp đánh thủng giữa E và B khi cực C hở

d công suất giới hạn:

khi có dòng điện qua transistor sẽ sinh ra một công suất nhiệt làm

nóng transistor, công suất sinh ra được tính theo công thức : PT=IC.VCE Mỗi transistor đều có một công suất giới hạn được gọi là công suất tiêu tán tối đa PDmax (Dissolution) Nếu công suất sinh ra trên transistor lớn hơn công suất PDmax thì transistor sẽ bị hư

e tần số cắt ( thiết đoạn)

tần số thiết đoạn (fcutt-off ) là tần số mà transistor có độ khuếch đại công suất là 1

5 xét transistor PNP:

mạch điện hình dưới là mạch thí nghiệm đặc tính kỹ thuật của

transistor PNP với các nguồn điện áp âm phân cực cho cực B và cực C

6 Trạng thái ngưng và dẫn của trasisto

6.1 Trạng thái ngưng

Một transisto có thể làm việc như một khoá điện tử để đóng và ngắt mạch điện Trạng thái đóng hay ngắt của transisto tuỳ thuộc vào mức điện

áp phân cực cho B của nó

Trong hình dưới, transistor có điện áp VI =0V nên VB =0V, transistor không được phân cực nên ngưng dẫn Trạng thái này transistor có IB =0 và

+V CC

R B

V0  +VCC

Transistor ng ng ư

6.2 Trạng thái dẫn bão hoà

Để transisto chuyển tư trạng thái ngắt, như hình 1-6, sang trạng thái dẫn bão hoà thì ngõ vào phải được cấp 1 điện áp đủ lớn sao cho điện áp VB

lớn hơn một mức ngưỡng để transisto được phân cực bão hoà Điện áp nàyđược gọi là VBesat có trị số tuỳ thuộc chất bán dẫn chế tạo transisto

Ta có : VBesat0,7V 0,8V (transisto chất silicium)

VBesat0,3V (transisto chất germanium)Trong mạch điện hình trên, điện trở RC được coi là điện trở tải để xácđịnh dòng điện IC qua transisto Như đã biết, khi transisto chạy ở trạng tháibão hoà thi cực C có điện áp là :

VC=VCesat0,1V0,2VNhư vậy dòng điện IC được tính theo công thức :

ICsat=

Khi có dòng điện tải IC, phải tính dòng điện cần thiết cung cấp cho cực B để chọn trị số RB thích hợp Thông thường ta có :

IB = I C /  ( :độ khuếch đại dòng điện)

Trường hợp cần cho transistor chạy bão hoà vững (bão hoà sâu) thì có thể tính dòng điên IB theo công thức:

V I

R C

+VCC

R B

V 0

I C

Transistor bão hoàu nền

V

CC - V CEsat

R C

IB=k I C /  (k là hệ số bão hoà sâu, k  25.)

Điện trở RB được chọn theo công thức:

V.2.nguyên lý vận chuyển của SCR

để phân tích nguyên lí vận chuyển của SCR người ta có thể xem SCRnhư 2 transistor gồm một transistor PNP và một transistor NPN ghép lạitheo kiểu cực C của NPN nối với cực B của PNP và ngược lại cực C của PNP nối cực B của NPN

B 1 C 1

K

A

E 2

B2

C 2

C u t o c a SCR ấu tạo của SCR ạch ĐIềU KHIểN ĐèN CHIếU SáNG dùng ic cd4017bc ủa SCR

tuy nhiên khi tăng điện áp nguồn Vcc lên mức đủ lớn là điện áp VAK

tăng theo đến điện áp ngập VB0 ( Break – over) thì điện áp VAK giảm xuống như diodvaf dòng điện IA tăng nhanh lúc này SCR chuyển sangtrạng thái dẫn điện dòng điện ứng với lúc điện áp VAK bị giảm nhanh gọi là dòng điện duy trì IH ( Holoding) Sau đó , đặc tính của SCR giống

như một điod nắn điện

Khi đóng công tắc để cấp nguồn VDC được giảm áp qua RG thì SCR

dễ chuyển sang trạng thái dẫn điện Lúc này transisto T1 được phân cực

ở cực B nên dòng điện IG vào cực cổng chính là IB1 làm T1dẫn cho ra IC1

chính là dòng điện IB2 nên lúc đó T2 cũng dẫn điện và cho ra dòng điện IC2

dòng điện IC2 lại cung cấp ngược lại cho T1 và IC2=IB1 Nhờ đó mà SCR tựduy trì trạng thái dẫn mà không cần có dòng IG liên tục

Ta xó :

IC1=IB2 và IC2=IB1

Theo nguyên lý này dòng điện qua hai transistor sẽ được khuếch đại lớndần và hai transisto chạy ở trạng thái bão hoà , khi đó điện áp VAK giảm rất nhỏ (0,7V) và dòng điện qua SCR là:

IA 

V

CC - V AK

R

V CC

Qua thực nghiệm cho thấy khi dòng điện cung cấp cho cực G càng lớn thì điện áp ngập VBOcàng thấp tức là SCR càng dễ dẫn điện Hình trên là đặc tính của SCR với ba trường hợp IG=0 và IG2 > IG1 >0

c.Trường hợp phân cực ngược SCR:

Phân cực ngược SCR là nối cực A vào cực âm và cực K vào cực dương của nguồn VCC Trường hợp này giống như một diod bị phân cực ngược , SCR sẽ không dẫn điện mà chỉ có dòng điện rỉ rát nhỏ đi qua Khi tăng điện áp ngược lên đủ lớn thì SCR sẽ bị đánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược Điện áp ngược để đủ đánh thủng SCR là VBR

Thông thường trị số VBR và VBO bằng nhau và ngược dấu

V.3 Kí hiệu và hình dáng của SCR

G A K V.4.Các thông số kĩ thuật của SCR

Khi sử dụng SCR phải biết các thông số kĩ thuật quan trọng để tránh làm

hư SCR do dùng sai khổ chỗ hay do vượt quá các giới hạn cho phép

a.Dòng điện thuận cực đại: IAmax hay IFmax

Đây là trị số lớn nhất của dòng điện qua SCR mà SCR có thể chịu đựng liên tục quá trị số này SCR bị hư khi SCR đã dẫn điện VAK khoảng 0.7V nên dòng điện thuận qua SCR có thể tính theo công thức:

Đây nlà điện áp ngược lớn nhất có thể đặt vào giữa A và K mà SCR chưa bị đánh thủng, nếu vượt qua trị số này SCR sẽ bị phá huỷ Điện áp ngược cực đại của SCR thường khoảng 100V đếnd 1000V.

c.Dòng điện kích cực G cực tiểu :IGmin

Để SCR có thể dẫn điện trong trường hợp điện áp VAK thấp thì phải

có dòng kích cho cực G của SCR Dòng IGmin là trị số dòng kích nhỏ nhất

đủ điều khiển SCR dẫn điện và dòng IGmin có trị số lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào công suất của SCR, nếu SCR có công suất càng lớn thì IGmin phải càng lớn Thông thường IGmin từ 1mA đến vài trục mA

d.Thời gian mở SCR:

Là thời gian cần thiết hay hay độ rộng của xung kích để SCR có thể chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn Thời gian mở khoảng vài micrô giây

e.Thời gian tắt :

Theo nguyên lý SCR sẽ tự duy trì trạng thái dẫn điện sau khi được kích Muốn SCR đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái ngưng thì phải cho IG = 0 và cho điện áp VAK =0 Để SCR có thể tắt được thì thời gian cho VAK = 0 phải đủ dài, nếu không khi VAK tăng lên cao thì SCR sẽ dẫn điện trở lại Thời gian tắt của SCR khoảng vài trục microo giây

vi.triac

triac được viết tắt bởi triôt AC semiconductor switch (công tắc bán dẫn xoay chiều 3 cực)

1.cấu tạo:

Hình a

Hình b

về cấu tạo triac gồm các lớp bán dẫn PN ghep nối tiếp nhau như hìnhdưới và được nối ra 3 chân đầu cuối gọi là T1 – T2 và một chân là cực cửa G

a khi cực T2 có điện áp riêng và cực G được xung kích dương thì triac dẫn điện theo chều tử T2 qua T1 ( hình 1)

b khi cực T2 có điện áp âm và cực G được xung kích âm thì triac dẫnđiện theo chiều từ T1 qua T2 ( hình 2)

c khi triac được dùng trong mạch điện xoay chiều công nghiệp thì nguồn có bán kì dương cực G cần được xung kích dương, khi nguồn có bán kì âm cực G cân được xung kích âm triac cho dòng diện qua cả hai chiều và khi đã dẫn điện thì điện áp trên hai cực T1 – T2 rất nhỏ nên dược coi như công tắc bán dẫn dùng cho mạch điện xoay chiều (hình3)

3.đặc tính:

Hình

1

Hình 2

IG2 IG2

IG=0 I

vii.opto -COUPLERS

trong các hệ thống tự động điều khiển công suất thường có điện áp cao khoảng 200V – 380V, có trường hợp 660V hay 1000V, trong khi các mạchđiều khiển thường có điện áp thấp như các mạch lôgic, máy tính ha các hệ

T 2

T 1 G

T 2

T 1 G

T 2

T 1 G

T 2

T 1 G

thống phải tiếp xúc với con người Để tạo sự cách điện người ta chế tạo ra các bộ ghép quang

1 Cấu tạo – Nguyên lý:

Bộ ghép quang gồm có hai phần gọi là sơ cấp và thứ cấp Phần sơ cấp là một diod loại GaAS phát ra tia hồng ngoại, phần thứ cấp là một quang transistor loại Si Khi được phân cực thuận, diod phát ra bức xạ hồng ngoạichiếu lên trên mạch của quang transistor

Bộ ghép quang hoạt động theo nguyên lý :Tín hiệu điện được sơ cấp là LED hồng ngoại (phần phát) đổi thành tín hiệu ánh sáng.Tín hiệu ánh sángđược phần thứ cấp là quang transistor (phân nhận )đổi lại thành tín hiệu điện

- bộ ghép quang được dùng để cách điện giữa hai mạch điện có điện

áp cách biệt lớn Điện áp cách điện giữa sơ cấp va thứ cấp thường từ vài trăm vôn đến hàng ngàn vôn

- bộ ghép quang có thể làm việc với dòng điện một chiều hay tín hiệu xoay chiều có tần số cao

- điện trở cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp có trị số rất lớn thường khoảngvài chục đến vài trăm mêgaôm đối với dòng điện một chiều

- hệ số truyền đạt dòng điện (current Transfere Ratio) là tỉ số phần trăm của dòng điện ra ở thứ cấp IC với dòng điện vào ở sơ cấp IF Đây là