mạch khóa số điện tử

mạch khóa số điện tử

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã hướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình trong thời gian em làm Đồ Án Môn Học 2 vừa qua, đặc biệt là khoa Cơ - Điện – Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em hoàn thành đồ án này Em vô cùng biết ơn THẦY PHẠM HÙNG KIM KHÁNH là người trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình cho em hoàn thành Đồ Án Thiết Kế và Thi Công Mạch khóa số điện tử

Với ước mong học hỏi, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô chỉ bảo, hướng dẫn thêm để em rút kinh nghiệm lần sau làm tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 12 năm 2014

Sinh viên thực hiện

LỜI MỞ ĐẦU

Nước Việt Nam ta đang trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Việc nước ta gia nhập thành công tổ chức Thương mại Thế Giới –WTO đã đánh dấu một bước ngoặc quan trọng trong quá trình phát triển đất nước về các mặt kinh tế, đời sống xã hội, khoa học kỹ thuật …

Việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào đời sống hằng ngày là yếu tố quan trọng giúp cho xã hội ngày càng phát triển

Dưới sự hướng dẫn của các Thầy Cô trong Khoa và đặc biệt là THẦY PHẠM HÙNG KIM KHÁNH, em dã hoàn thành thiết kế và thi công mạch khóa số điện tử

và mạch được ứng dụng nhiều trong đời sống sinh hoạt

Do kiến thức còn hạn chế, thực tiễn chưa sâu và đây cũng là lần đầu tiên em làm

đồ án môn học nên không thể tránh khỏi nhiều sai sót Vì vậy em rất mong được sự đóng góp cũng như sự chỉ dạy tận tình của quý thầy cô để đề tài của em được hoàn thành tốt hơn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên :

Lớp :12CTD01 Mssv : 1212350026

Tên đề tài: MẠCH KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ

Điểm đánh giá: Xếp loại:

Tp HCM, ngày…tháng…năm 2014.

Giáo viên hướng dẫn.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Giáo viên hướng dẫn :………

Họ và tên sinh viên :

Lớp : 12CTD01 Mssv : 1212350026

Tên đề tài: MẠCH KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ

Điểm đánh giá: Xếp loại:

Tp HCM, ngày…tháng…năm 2014.

Giáo viên phản biện.

MỤC LỤC Nội dung Trang

PHẦN I: KHÁI QUÁT MẠCH VÀ CÁC LINH KIỆN

1.1 TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN ÁNH SÁNG:

Mạch điện này sẽ tự động bật đèn khi trời tối, và nó sẽ tự động tắt khi trời sáng nhờ 1 bộ cảm biến ánh sáng tự nhiên vào mỗi buổi sáng

1.2 QUANG TRỞ :

1.2.1 Định nghĩa:

Quang trở là linh kiện có giá trị điện trở thay đổi tùy thuộc vào chế độ ánh sáng chiếu lên nó (tức quang trở hoạt động theo hiệu ứng quang dẫn)

Thông thường, điện trở của quang trở khoảng 20Ω đến Ω Khi chiếu ánh sáng vào thì điện trở này giảm xuống rất thấp nên người ta thường dùng quang trở vào mạch phát hiện sáng tối

1.2.2 Cấu tạo:

• Để chế tạo quang trở người ta dùng chất cách điện dày, rồi rãi trong chân không một lớp bán dẫn nhạy quang mỏng (có độ dẫn suất thay đổi rõ rệt khi

có ánh sáng vào) Hai đầu mạ kim loại để hàn điện cực ra ngoài Toàn bộ phiến bán dẫn được bọc trong vỏ kim loại hoặc chất dẻo, có cửa sổ trong suốt

để ánh sáng có thể chiếu vào phiến bán dẫn Hình dạng và ký hiệu của quang trở như sau:

Hình1.1: Hình dạng và kí hiệu quang trở

• Quang trở có hai loại:

• Loại sử dụng với ánh sáng thường

• Loại sử dụng với ánh sáng hồng ngoại

1.2.3 Nguyên lý hoạt động:

Khi có bức xạ chiếu vào, chất bán dẫn sẽ hấp thụ năng lượng làm phát sinh cái điện tử tự do và lỗ trống, tức sự dẫn điện tang lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn Các đắc tính điện và độ nhạy của quang trở tùy thuộc vào vật liệu dùng trong chế tạo

1.2.4 Ứng dụng: Quang trở được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực điều khiển từ

xa: Đóng mở thiết bị từ xa, mạch báo thức, mạch tự động mở tắt đèn, máy đếm tiền…

1.3 IC LM358:

IC LM358 là một trong những IC thông dụng trong ngành điện tử Đây là Ic chuyên so sánh điện áp, chuyển đổi Analog – Digital, cảm biến đo lường, khuếch đại…vv

1.3.1 Sơ đồ chân và chức năng các chân của ICLM358:

Hình1.2: Sơ đồ chân của IC LM358

• Chân số 1 (OUTPUT A): Ngõ ra thứ nhất

• Chân số 2 (INERTING INPUT A): Ngõ vào đảo thứ nhất.

• Chân số 3 (NON INERTING INPUT A): Ngõ vào không đảo thứ hai.

• Chân số 4 (V-): Nguồn cung cấp –Vcc.

• Chân số 5 (NON INERTING INPUT B): Ngõ vào không đảo thứ hai.

• Chân số 6 (INERTING INPUT B): Ngõ vào đảo thứ nhất.

• Chân số 7(OUTPUT B): Ngõ ra thứ hai.

• Chân số 8 (V+):Nguồn cung cấp +Vcc

1.3.2 Cấu tạo bên trong của IC LM358:

Hình1.3: Cấu tạo bên trong của IC LM358

Nhìn vào sơ đồ cấu tạo trên ta thấy cấu trúc củ IC LM358 gồm 13 Transistor ,

1 điện trở, 1 tụ

1.4 MOC3021 :

1.4.1 định nghĩa :

MOC3021 là một opto hay còn gọi là cách ly quang là linh kiện tích hợp

có cấu tạo gồm một đèn led và 1 photo diot Được sử dụng để cách ly giữa các khối chệnh lệch nhau về điện hay công suất như khối có công suất nhỏ với khối

có điện áp lớn

1.4.2 Sơ đồ chân và chức năng các chân của MOC3021 :

Hình1.4: Cấu tạo bên trong của MOC3021

• Chân số 1 (ANODE): chân điều khiển.

• Chân số 2 (CATHODE): chân điều khiển

• Chân số 3 (NC).

• Chân số 4 (MAIN TERMINAL): ngõ ra thứ nhất.

• Chân số 5 (SUBSTRATE)

• Chân số 6 (MAIN TERMINAL): ngõ ra thứ hai.

1.4.3 Cấu tạo bên trong và nguyên lý hoạt động của MOC3021:

o Cấu tạo :

Cấu tạo bên trong của moc3021 bao gồm 1 led va 1 photo diot

o Nguyên lý hoạt động :

Khi có dòng nhỏ đi qua 2 đầu của led có trong moc3021 làm cho led phát sáng Khi led phát sáng làm thông 2 cực của photo diot, mở cho dòng điện chạy qua

1.5 TRANSISTOR C1815 :

1.5.1 định nghĩa :

Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược

Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau

Hình1.5: Cấu tạo bên trong của transistor

• Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi

là cực gốc ký hiệu là B ( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp

• Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được

1.5.2 Nguyên lý hoạt động :

Hình1.6: mạch khảo sát nguyên tắc hoạt động của transistor NPN

• Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C

và (-) nguồn vào cực E

• Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E

• Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC = 0 )

• Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB

• Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB

• Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức

IC = β.IB

o Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE

o IB là dòng chạy qua mối BE

o β là hệ số khuyếch đại của Transistor

Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor

 high Voltage and high Current:

VCEO=50v(Min), IC=150mA(Max)

 Excellent hFE linearity:

HFE(2)=100(Typ.) at VCE=6v, Ic=150mA

HFE(IC=0.1mA)/hFE(iC=2mA0=0.95(Typ.)

 Low Noise:

NF=1dB(Typ.)at f=1khz

 Complementary to 2SA1016(O, Y, GR class)

1.6 TRIAC BT137

1.5.1 định nghĩa :

Triac là viết tắt cuả Triode for Alternating Current là phần tử bán dẫn gồm năm lớp bán dẫn tạo nên cấu trúc p-n-p-n như ở thyristor theo cả hai chiều giữa các cự T1 và T2, do đó có thể dẫn dòng theo cả hai chiều giữa T1 và T2 TRIAC có thể coi tương đương với 2 thyristor đấu song song ngược.Để điều khiển Triac t chỉ cần cấp xung cho chan G của Triac

1.5.2 Các cách kích từ triac và thông số kĩ thuật BT137 :

• Các cách kích từ Triac :

Hình1.7: Các cách kích từ Triac

• Thông số kĩ thuật của Triac BT137

IGT(dòng cổng kích khởi) cỡ 10mA đến 100mA

Dòng đóng IL ứng với VD=12V; IGT = 0.1 A khoảng từ 10mA- 60mA

Dòng đi qua Triac cực đại là 12A

Điện áp cục đại chịu đựng là : 600Vac

PHẦN II: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG CÁC KHỐI

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI :

Hình2.1: Sơ đồ khối tổng quát

2.2.1 Khối nguồn :

Có chức năng cung cấp điện áp ổn định cho mạch hoạt động trong

thời gian dài Bộ nguồn có thể là bình Acquy hay pin hoặc là các thiết bị

chuyển điện áp xoay chiều ~220V thành điện áp ra một chiều 9v.Ở đây

em chọn nguồn là pin 9v

2.2.2 Khối cảm biến :

Cảm biến ánh sáng khi trời tối và sáng Ta dùng quang trở để cảm biến

2.2.3 Khối báo đèn :

Là khối hiển thị đầu ra Ta dùng một con LED cho hiển thị này, khi trời tối thì LED sáng và khi trời sáng thì LED tắt

2.2.4 Khối điều khiển tải :

Bộ phận chính ở khối này là opto MOC3021 và Triac BT137

PHẦN III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH

3.1 KHỐI CẢM BIẾN:

Hình3.1: Khối cảm biến

- Nhìn vào mạch ta thấy ở đây chân số 8 nối vcc ngõ ra số 1 phụ thuộc vào sự chênh lệch điện áp giữa chân số 2 và chân số 3

- Khi có ánh sáng chiếu vào thì điện trở của quang trở rất nhỏ điều này đồng

Hình3.2: Khối điều khiển tải

- ở khối này thì khi khối không có ánh sáng chiếu vào khối cảm biến thì điện áp ngõ ra IC LM358 Vout ≈ Vcc nên kích transistor C1815 mở có dòng vào MOC3021 va khi đó led trong MOC3021 sáng nên triac trong Moc3021 được kích qua ánh sáng của led khi đó sẽ có dòng điện chay qua chân G của triac BT 137 kích cho triac BT 137 mở nên thông mạch

PHẦN IV: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT

ĐỘNG

4.1 SƠ ĐÒ NGUYÊN LÝ :

Hình4.1: Sơ đồ nguyên lý

4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG :

Do đặc tính của quang trở nên khi có ánh sáng chiếu vào thì điện trở là rất nhỏ điều này đồng nghĩa áp trên quang trở nhỏ nên V+ < V- do vậy ngõ ra out=0v nên không kích transistor c1815 nên không có dòng điện vào khối điều khiển tải Ngược lại khi không có ánh sáng chiếu vào thì điện trở của quang trở vô cùng lớn đồng nghĩa với áp của quang trở lớn nên V+ > V- nên điện áp ngõ ra out ≈ Vcc nên kích cho transistor c1815 nên transistor này mở tiếp đến là MOC3021, MOC3021 là linh kiện cách ly quang nghĩa là điện áp trên chân điều khiển và chân ra là hoàn toàn độc lập Khi tới Moc3021 thì led trong MOC3021 sáng nên triac trong Moc3021 được kích qua ánh sáng của led khi đó sẽ có dòng điện chay qua chân G của triac BT 137 kích cho triac BT 137 mở nên thông mạch và đèn sẽ sáng

4.3 THI CÔNG MẠCH :

Hình4.2: sơ đồ mạch in

PHẦN V: KẾT LUẬN

• Mạch tự hoạt động ít tương tác giữa con người với mạch: tự bặt đèn khi trời tối

và tắt đèn khi trời sáng, đặc biệt hữu dụng với người hay quên tắt đèn

• Mạch có thể sử dùng được 2 nguồn cung cấp là nguồn điện DC từ máy biến áp

và nguồn điện từ pin

5.2 NHƯỢC ĐIỂM :

• Quang trở cảm nhận mọi ánh sáng nên khi có vật che khuất đèn cũng sẽ sáng

• Mạch còn cồng kềnh chưa tích hợp khối nguồn chuyển từ 220v thành 9v nên sử dụng không được thuận tiện.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bài Giảng Điện Tử Tương Tự - ThS Nguyễn Thị Ngọc Anh

1 http://www.dientuvietnam.net

2 http://www hoiquandientu com