mạch dò kim loại

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÝ  MẠCH DÒ KIM LOẠI Luận văn tốt nghiệp đại học Ngành: SƢ PHẠM VẬT LÝ Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: Vƣơng Tấn Sĩ Đỗ Sĩ Trung MSSV: 1110262 Lớp: SP Vật lý-Tin học Khóa: 37 Cần Thơ, năm 2015 Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại LỜI CẢM ƠN Thời gian trôi nhanh, thấm thoát chặn đƣờng bốn năm Đại học gần kết thúc sau thời gian dài nghiên cứu hoàn thành luận văn Để có đƣợc thành nhƣ hôm nay, bên cạnh nỗ lực thân xin chân thành cảm ơn quí thầy cô Bộ môn SP Vật Lý, khoa Sƣ phạm, trƣờng Đại học Cần Thơ tận tính giảng dạy, bảo ngần thời gian học tập Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Vƣơng Tấn Sĩ, thầy trực tiếp hƣớng dẫn hết lòng bảo suốt trình giảng dạy bục giảng nhƣ suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp Dƣới dìu dắt quí thầy cô bên cạnh thiếu ngƣời bạn Tôi xin cảm ơn tất bạn tập thể lớp Vật lý-Tin học K37 sát cánh bên chia sẻ với suốt thời gian làm luận văn thời gian ngồi dƣới giảng đƣờng Đại học đầy kỉ niệm Tuy dành nhiều tâm thực cố gắng hoàn thành luận văn nhƣng chƣa có nhiều kinh nghiệm nên không tránh khỏi có nhiều sai phạm thiếu sót, mong nhận đƣợc ý kiến quý báu quý thầy cô bạn bè để đề tài đƣợc hoàn thiện Cuối lời, xin gửi lời chúc sức khỏe thành công đến tất ngƣời Cần Thơ, ngày 27 tháng 04 năm 2015 Sinh viên thực Đỗ Sĩ Trung SVTH: Đỗ Sĩ Trung GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thực Các số liệu, kết phân tích luận văn hoàn toàn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình nghiên cứu trƣớc Mọi tham khảo, trích dẫn đƣợc rõ nguồn danh mục tài liệu tham khảo luận văn Cần Thơ, ngày 27 tháng 04 năm 2015 Tác giả Đỗ Sĩ Trung SVTH: Đỗ Sĩ Trung GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU GIỚI HẠN ĐỀ TÀI PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG 1: MẠCH DAO ĐỘNG DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ TRONG MẠCH RLC 1.1 Dao động điện từ mạch RLC 1.2 Chạy mô mạch điện RLC MẠCH DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 10 2.1 Mạch di pha khâu – BJT 10 2.1.1 Mô tả 10 2.1.2 Mô 11 2.2 Mạch dao động điểm 12 2.2.1 Mạch dao động Hartley – BJT 14 2.2.2 Mạch dao động Hartley – FET 15 2.2.3 Mạch dao động Colpits – BJT 17 2.3 Mạch dao động T đôi: 18 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý 18 2.3.2 Giải thích hoạt động: 18 2.3.3 Tiến hành nghiên cứu board đa máy dao động ký 19 2.4 Dao động thạch anh 20 2.4.1 Sơ đồ mạch nguyên lý 22 2.4.2 Nghiên cứu dao động lắp ráp board đa qua dao động ký 22 2.5 Một số mạch dao động khác 23 2.5.1 Mạch tạo xung dùng IC555 23 2.5.2 Mạch dao dộng cổng NAND 25 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN VÀ THI CÔNG ĐỀ TÀI 26 SVTH: Đỗ Sĩ Trung i GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại TỔNG QUÁT VỀ IC 4093 26 1.1 Chức chung 26 1.2 Chức chân IC 26 1.3 Sơ đồ cấu trúc bảng chân lý IC 4093 26 TỔNG QUÁT VỀ IC 567 27 2.1 Vòng khóa pha PPL (Phase Locked Loop – PLL) 27 2.1.1 Cấu trúc 27 2.1.2 Hoạt động vòng khóa pha(PLL) 28 2.2 Chức chung IC 29 2.3 Chức chân IC 29 2.4 Sơ đồ cấu trúc chức phận 30 TỔNG QUÁT VỀ IC 555 30 3.1 Chức chung IC 30 3.2 Chức chân IC 555 30 3.3 Sơ đồ cấu trúc chức IC 555 31 3.3.1 Hình dạng sơ đồ cấu trúc 31 3.3.2 Chức phận IC 555 31 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐỀ TÀI 33 4.1 Thiết kế mạch còi 33 4.1.1 Sơ đồ mạch nguyên lý mạch in 33 4.1.2 Chức linh kiện nguyên lý hoạt động mạch 33 4.2 Tiến hành thi công lắp ráp mạch dò kim loại dùng IC 567 IC 4093 35 4.2.1 Lắp ráp, kiểm tra mạch chạy thử board đa 35 4.2.2 Tiến hành nghiên cứu dao động qua máy dao động ký 36 4.2.3 Sử dụng phần mềm vẽ mạch in Realpcb Version 2.0 37 4.2.4 Chức linh kiện nguyên lý hoạt động mạch 38 4.2.5 Hoàn thành sản phẩm 39 4.3 Tiến hành thi công lắp ráp mạch dò kim loại dùng IC 4093 41 4.3.1 Thiết kế mạch nguyên lý 41 4.3.2 Lắp ráp, kiểm tra mạch chạy thử board đa 41 4.3.3 Tiến hành nghiên cứu dao động qua máy dao động ký 42 4.3.4 Sử dụng phần mềm vẽ mạch in Realpcb Version 2.0 44 SVTH: Đỗ Sĩ Trung ii GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 4.3.5 Nguyên lý hoạt động 45 4.3.6 Hoàn thành đóng gói sản phẩm 45 4.4 Ƣu điểm nhƣợc điểm mạch dò kim loại 47 4.4.1 Ƣu điểm 47 4.4.2 Nhƣợc điểm 47 4.5 Kết nhận đƣợc 47 PHẦN KẾT LUẬN 48 VỀ LÝ THUYẾT 48 VỀ THỰC NGHIỆM 48 HẠN CHẾ 48 PHƢƠNG HƢỚNG 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC 50 CHƢƠNG 1: PHẦN MỀM NATIONAL INSTRUMENTS CIRCUIT DESIGN SUITE 12.0 50 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM NATIONAL INSTRUMENTS CIRCUIT DESIGN SUITE 12.0 50 HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM NATIONAL INSTRUMENTS CIRCUIT DESIGN SUITE 12.0 50 2.1 Cài đặt chƣơng trình 50 2.2 Khởi động chƣơng trình 51 2.3 Thoát khỏi chƣơng trình 52 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM NATIONAL INSTRUMENTS CIRCUIT DESIGN SUITE 12.0 52 3.1 Khảo sát giao diện National Instruments Circuit Design Suite 12.0 52 3.2 Giới thiệu menu 52 3.2.1 Menu File có lệnh 53 3.2.2 Menu Edit có lệnh 53 3.2.3 Menu View có lệnh 54 3.2.4 Menu Place có lệnh 54 3.2.5 Menu Simulate có lệnh 55 3.2.6 Menu Options có lệnh 55 SVTH: Đỗ Sĩ Trung iii GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 3.2.7 Menu Tools có lệnh 55 3.2.8 Các Menu khác 56 3.3 Giới thiệu công cụ 57 3.3.1 Standard Toolbar 57 3.3.2 View Toolbar 57 3.3.3 Main Toolbar 58 3.3.4 Components Toolbar 59 3.3.5 Virtual Toolbar 60 3.3.6 Graphic Annotation Toolbar 61 3.3.7 Instruments Toolbar 62 3.4 Giới thiệu nhóm linh kiện 63 3.5 Giới thiệu thiết bị đo 70 3.5.1 Thêm công cụ vào mạch 70 3.5.2 Cài đặt cấu hình cho thiết bị đo Oscilloscope (Dao động nghiệm) 71 CÁC THAO TÁC TRÊN LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ ĐO 72 4.1 Cách lấy linh kiện ráp mạch 72 4.1.1 Lấy linh kiện 72 4.1.2 Ráp mạch 73 4.2 Thay đổi nhãn giá trị linh kiện 74 4.3 Tìm kiếm linh kiện 75 4.4 Thay đổi màu xoay linh kiện 76 4.5 Chạy tạm dừng mô mạch điện 77 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM THIẾT KẾ MẠCH IN REALPCB VERSION 2.0 78 GIỚI THIỆU CHUNG 78 TIẾN HÀNG VẼ MẠCH IN 78 2.1 Khởi động Real PCB version 2.0 78 2.2 Tạo Design 79 2.3 Các menu lệnh cần ý 79 2.3.1 Menu Settings 79 2.3.2 Menu File > Print setup 80 2.3.3 Menu File > Print 81 SVTH: Đỗ Sĩ Trung iv GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 2.4 Các đối tƣợng làm việc 82 2.5 Lấy mạch in linh kiện 83 2.5.1 Nối linh kiện 84 2.5.2 Hƣớng dẫn vẽ mạch in cụ thể 85 CHƢƠNG 3: LINH KIỆN CƠ BẢN TRONG MẠCH 89 TỤ ĐIỆN 89 1.1 Khái quát tụ điện 89 1.2 Tính chất tụ điện 89 1.2.1 Điện dung đơn vị tụ điện 89 1.2.2 Điện 89 1.3 Các loại tụ điện 90 1.3.1 Tụ điện phân cực 90 1.3.2 Tụ điện không phân cực 90 ĐIỆN TRỞ 90 2.1 Hình dáng ký hiệu 90 2.2 Đơn vị điện trở cách ghi trị số điện trở 90 2.3 Cách đọc trị số điện trở 91 TRANSISTOR 92 3.1 Khái quát chung transistor 92 3.2 Phân loại 93 RELAY 94 4.1 Khái quát chung Relay 94 4.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 94 4.3 Một số thông số cần lƣu ý sử dụng 95 4.4 Ứng dụng 95 DIOD 95 5.1 Khái quát chung Diod 95 5.2 Cấu tạo 95 5.3 Các loại Diode 96 5.3.1 Diode Zener 96 5.3.2 Diode nắn điện 96 5.3.3 Diode Phát quang (Light Emiting Diode: LED) 97 SVTH: Đỗ Sĩ Trung v GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, với tốc độ phát triển mạnh mẽ điện tử công nghệ thông tin, hàng loạt sản phẩm với công nghệ cao đời, từ thiết bị phổ biến nhƣ máy vi tính, điện thoại, máy nghe nhạc, máy chụp hình kỹ thuật số, vật dụng gia đình nhƣ tivi, tủ lạnh hay máy giặt, Những thiết bị góp phần nâng cao đời sống cho ngƣời chúng có ý nghĩa lớn cách mạng công nghệ Trong sống thƣờng ngày tìm kiếm vật kim loại trình lao động sản xuất, tìm kiếm vật dụng kim loại sau chiến tranh hay lĩnh vực khảo cổ xây dựng Kỹ thuật điện tử trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ đáp ứng nhu cầu thời gian tìm kiếm giá thành, kích thƣớc,… Trong trƣờng hợp Xuất phát từ nhu cầu trên, với kiến thức với hứng thú, muốn tìm hiểu em chọn: “Mạch dò kim loại” làm đề tài luận văn tốt nghiệp MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Những máy dò kim loại đƣợc tạo vào năm 1919, đƣợc sử dụng để tìm bom mìn chƣa nổ Pháp sau Thế chiến thứ I Từ hữu ích mà đem lại nên máy dò kim loại đƣợc nhà khoa học nghiên cứu cải tiến, làm nhiều cách khác nhƣ: thiết kế cuộn dây mới, xung cảm ứng với nhiều cuộn dây,… với theo phát triển tiên tiến xã hội ngày nhiều máy dò kim loại với công suất lớn, dò tìm kim loại vùi sâu vào lòng đất hay vật khác lên đến hàng chục mét Song nhƣng máy dò có giá đắc phục vụ công nghiệp hay với mục đích có nhu cầu cao Yêu cầu đặt tạo máy dò với công suất vừa nhỏ sử dụng đời sống hay dùng làm thí nghiệm mô học tập, ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU - Ứng dụng mạch dao động IC tích hợp tạo dao động - Phần mềm phần mềm National Instruments Circuit Design Suite 12.0 - Phần mềm thiết kế mạch in Realpcb Vesion 2.0 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu tổng quát mạch dò kim loại, lý thuyết mạch dao động số IC tích hợp tạo mạch dao động SVTH: Đỗ Sĩ Trung GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại Tiến hành lắp ráp máy dò kim loại dựa theo tƣợng cảm ứng điện từ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Trong đề tài nghiên cứu lý thuyết thiết kế máy dò kim loại dựa mạch dao động IC tích hợp tạo dao động, thông qua tƣợng cảm ứng điện từ, với mục đích phục vụ đời sống, với kích thƣớc gọn nhẹ đơn giản, sử dụng nguồn điện chiều hay xoay chiều có điện thấp SVTH: Đỗ Sĩ Trung GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 2.5 Lấy mạch in linh kiện Cách 1: Thả chọn trực tiếp cột bên phải giao diện Chọn nhóm linh kiện (Component Library) > chọn linh kiện (Components) > xem chân linh kiện datasheet (Schematic Symbol View) > xem chân mạch in linh kiện (PCB Footprint Preview) Hình 4.9: Chọn mạch in linh kiện Sau đó, dùng chuột kéo linh kiện từ tên hiển thị Components từ khung PCB Footprint Preview ra, linh kiện dính vào trỏ chuột: Hình 4.10: Kéo lấy mạch in linh kiện Thả chuột để đặt linh kiện vị trí thích hợp Cách 2: Chọn biểu tƣợng , sau chọn nhóm linh kiện (Component Library) > chọn linh kiện (Components) > xem chân linh kiện datasheet (Schematic Symbol Preview) > xem chân mạch in linh kiện (PCB Footprint Preview) SVTH: Đỗ Sĩ Trung 83 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại Hình 4.11: Chọn chân mạch in linh Nhấn Add để chọn linh kiện kiện, lúc linh kiện dính theo trỏ chuột, nhấp chuột trái để đặt linh kiện, đặt nhiều linh kiện nhiều lần nhấp chuột Muốn dừng việc đặt, nhấn phím ESC Hình 4.12: Lấy mạch in 2.5.1 Nối linh kiệnlinh kiện Nhấp vào công cụ công cụ, nhấp chuột để nối chân linh kiện lại với nhau: Hình 4.13: Nối chân linh kiện SVTH: Đỗ Sĩ Trung 84 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 2.5.2 Hƣớng dẫn vẽ mạch in cụ thể Hƣớng dẫn vẽ mạch in cụ thể: Mạch còi cảnh sát Sơ đồ mạch nguyên lý: Hình 4.14: Mạch còi cảnh báo Lấy linh kiện: Nhấp vào biểu tƣợng chọn nhƣ hình, chọn thƣ viện chứa linh kiện Components Library > chọn linh kiện Components > Add: Hình 4.15: Lấy điện trở SVTH: Đỗ Sĩ Trung 85 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại Sau lấy linh kiện xong, không gian thiết kế xuất hiện: Hình 4.16: Sau lấy mạch in linh kiện xong Ta thấy linh kiện ngổn ngang, để di chuyển chúng, nhấp vào linh kiện (Place), rê đến vị trí cần đặt nhả chuột, xoay linh kiện (Rotate One Step), nhân đôi linh kiện (Duplicate), thay đổi thuộc tính (Properties) linh kiện cách nhấp chuột phải vào linh kiện, menu Hình 4.17: Các menu tác động đến linh kiện Khi chọn Properties, cửa sổ Properties - Component Thay đổi hiển thị tên linh kiện, thay đổi vị trí linh kiện thẻ Component chọn giá trị linh kiện thẻ Component Value: SVTH: Đỗ Sĩ Trung 86 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại Hình 4.18: Thay đổi hiển thị tên linh kiện Bây ta tiến hành nối dây (dùng ) linh kiện, dựa vào sơ đồ nguyên lý datasheet linh kiện, ta tiến hành nối dây mạch in cho sơ đồ nguyên lý Sau nối xong, ta đƣợc: Hình 4.19: Sau nối dây Nhƣng dùng mạch in để làm mạch đồng đƣợc, phải chuyển mạch in trắng đen phƣơng pháp xuất mạch in nhƣ trên: Hình 4.20: Mạch in hoàn chỉnh SVTH: Đỗ Sĩ Trung 87 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại Lƣu mạch in, chọn biểu tƣợng , xuất cửa sổ Save As: Hình 4.21: Cửa sổ Save As lưu vẽ mạch in Chọn đƣờng dẫn đến nơi lƣu trữ, sau đặt tên khung File name nhấn Save SVTH: Đỗ Sĩ Trung 88 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại CHƢƠNG 3: LINH KIỆN CƠ BẢN TRONG MẠCH TỤ ĐIỆN 1.1 Khái quát tụ điện Tụ điện linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện đƣợc ngăn cách điện môi Khi có chênh lệch điện hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích độ lớn, nhƣng trái dấu Sự tích tụ điện tích hai bề mặt tạo khả tích trữ lƣợng điện trƣờng tụ điện Khi chênh lệch điện hai bề mặt điện xoay chiều, tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng tụ điện mạch điện xoay chiều Về mặt lƣu trữ lƣợng, tụ điện có phần giống với ắc quy Mặc dù cách hoạt động chúng hoàn toàn khác nhau, nhƣng chúng lƣu trữ lƣợng điện Ắc quy có hai cực, bên xảy phản ứng hóa học để tạo electron cực chuyển electron sang cực lại Tụ điện đơn giản hơn, tạo electron lƣu trữ chúng Tụ điện có khả nạp xả nhanh Đây ƣu so với ắc quy 1.2 Tính chất tụ điện 1.2.1 Điện dung đơn vị tụ điện Điện dung đại lƣợng vật lý nói lên khả tích điện hai cực tụ điện, điện dung tụ điện phụ thuộc vào diện tích cực, vật liệu làm chất điện môi khoảng cách giữ hai cực theo công thức: C   0 S d Trong đó: C: điện dung tụ điện, đơn vị Fara [F] ε: số điện môi lớp cách điện ε0: số điện thẩm d: chiều dày lớp cách điện S: diện tích cực tụ điện Đơn vị đại lƣợng điện dung Fara (F) Trong thực tế đơn vị Fara trị số lớn, thƣờng dùng đơn vị đo nhỏ nhƣ micro Fara (1µF=10 −6F), nano Fara (1nF=10−9F), pico Fara (1pF=10−12F) 1.2.2 Điện Tụ điện mạch thông thƣờng có thông số điện áp: 5V, 10V, 12V, 16V, 24V, 25V, 35V, 42V, 47V, 56V, 100V, 110V, 160V, 180V, 250V, 280V, 300V, 400V… SVTH: Đỗ Sĩ Trung 89 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 1.3 Các loại tụ điện 1.3.1 Tụ điện phân cực Tụ điện phân cực (có cực xác định) theo cấu tạo gọi tụ hóa Thƣờng tụ quy ƣớc cực âm phân biệt vạch màu sáng dọc theo thân tụ, tụ chƣa cắt chân chân dài cực dƣơng Khi đấu nối phải cực âm - dƣơng Trị số tụ phân cực vào khoảng 0,47μF – vài ngàn μF, thƣờng sử dụng mạch hoạt động với tần số thấp, dùng lọc nguồn Hình 5.1: Tụ hóa 1.3.2 Tụ điện không phân cực Tụ điện không phân cực (không xác định cực dƣơng âm), theo cấu tạo tụ giấy, tụ gốm, tụ mica Tụ xoay chiều thƣờng có trị số điện dung nhỏ 0,47μF thƣờng đƣợc sử dụng mạch điện tần số cao mạch lọc nhiễu Hình 5.2: Một số loại tụ ĐIỆN TRỞ 2.1 Hình dáng ký hiệu Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng đƣợc làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà ngƣời ta tạo đƣợc loại điện trở có trị số khác Hình dạng điện trở thiết bị điện tử Hình 5.3: Điện trở Ký hiệu điện trở sơ đồ nguyên lý 2.2 Đơn vị điện trở cách ghi trị số điện trở Đơn vị điện trở Ω (Ohm), KΩ, MΩ,…(1KΩ = 1000 Ω, 1MΩ = 1000 KΩ = 1000.000 Ω) Các điện trở có kích thƣớc nhỏ đƣợc ghi trị số vạch màu theo quy ƣớc chung giới (Hình 2.4) điện trở có kích thƣớc lớn từ 2W trở lên thƣờng đƣợc ghi trị số trực tiếp thân Ví dụ nhƣ điện trở công suất, điện trở sứ SVTH: Đỗ Sĩ Trung 90 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại Hình 5.4: Điện trở sứ 2.3 Cách đọc trị số điện trở Quy ƣớc vạch màu Quốc tế: Vạch màu Giá trị Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Xanh Xanh dƣơng Tím Xám Trắng Nhũ vàng -1 Nhũ bạc -2 Bảng 3.1: Quy ước vạch màu điện trở Điện trở thƣờng đƣợc ký hiệu vòng màu, điện trở xác ký hiệu vòng màu - Cách đọc trị số điện trở vòng màu Hình 5.5: Cách đọc điện trở vòng màu SVTH: Đỗ Sĩ Trung 91 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại - Cách đọc trị số điện trở vòng màu (điện trở xác) Hình 5.6: Cách đọc điện trở vòng màu Vòng số vòng cuối cùng, vòng ghi sai số, trở vòng màu màu sai số có nhiều màu, gây khó khăn cho ta xác định đâu vòng cuối cùng, nhiên vòng cuối có khoảng cách xa chút Đối diện vòng cuối vòng số Tƣơng tự cách đọc trị số trở vòng màu nhƣng vòng số bội số số 10, vòng số 1, số 2, số lần lƣợt hàng trăm, hàng chục hàng đơn vị Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 (mũ vòng 4) tính vòng số số số không "0" thêm vào Hiện nhà sản xuất cho nhiều loại điện trở theo quy định nhƣ: 100 - 330 - 1k - 2k2 - 3k3 - 3k9 Các giá trị giá trị chuẩn TRANSISTOR 3.1 Khái quát chung transistor Transitor gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta đƣợc transistor thuận, ghép theo thứ tự NPN ta đƣợc transistor ngƣợc Cấu trúc đƣợc gọi Bipolar Junction Transitor (BJT) dòng điện chạy cấu trúc bao gồm hai loại điện tích âm dƣơng (Bipolar nghĩa hai cực tính) Hình 5.7: Hình dạng cấu trúc transistor Ba lớp bán dẫn đƣợc nối thành ba cực, lớp gọi cực ký hiệu B (Base), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độ tạp chất thấp Hai lớp bán dẫn bên đƣợc nối thành cực phát (Emitter) viết tắt E, cực thu hay cực góp (Collector) viết SVTH: Đỗ Sĩ Trung 92 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại tắt C, vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn (loại N hay P) nhƣng có kích thƣớc nồng độ tạp chất khác nên không hoán vị cho đƣợc 3.2 Phân loại - NPN Hình 5.8: Hình dạng cấu trúc transistor NPN NPN linh kiện điện tử cấu tạo từ nối ghép bán dẫn điện dƣơng hai bán dẫn điện âm "N" ám negative, nghĩa "cực âm"; "P" positive, nghĩa "cực dƣơng" Transitor đƣợc sử dụng nhiều việc khuếch đại, công tắc, hay điện dẫn (buffer) công nghiệp điện tử hay làm cổng logic gate điện tử số Để transitor hoạt động hay dẫn điện cần phải có điện kích hoạt Lối mắc transitor với điện trở cho chức hoạt động transitor - PNP Hình 5.9: Hình dạng cấu trúc transistor PNP NPN hai loại transitor lƣỡng cực, loại thứ hai PNP, linh kiện điện tử kết hợp chất bán dẫn điện "N" ám negative nghĩa "cực âm", "P" positive nghĩa "cực dƣơng" Các transitor NPN bao gồm lớp bán dẫn đƣợc pha tạp loại P (tác nhân pha tạp thƣờng Boron, ký hiệu hóa học Bo) đóng vai trò cực nền, nằm hai lớp bán dẫn đƣợc pha tạp loại N (tác nhân pha tạp Asernic) Các transitor NPN thƣờng đƣợc kích hoạt cực phát đƣợc nối đất cực góp đƣợc nối với nguồn dƣơng SVTH: Đỗ Sĩ Trung 93 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại Hình ảnh Transistor thực tế: Hình 5.10: Transistor RELAY 4.1 Khái quát chung Relay Relay linh kiện dùng điều khiển, “tác động” (đóng công tắc lại chẳng hạn) ngõ tín hiệu điều khiển ngõ vào (tín hiệu dạng điện, từ, ánh sáng, nhiệt,…) đạt đến ngƣỡng (set point) Nói tóm lại, relay công tắc điều khiển gián tiếp (nghĩa không cần tay ngƣời vặn nhƣ công tắc cơ) Relay loại linh kiện đóng ngắt điện đơn giản Nó gồm phần nam châm điện tiếp điểm Cấu tạo relay: relay có cấu tạo đơn giản, gồm phận sau đây: - Nam châm điện - Lõi sắt – lò xo - Các tiếp điểm 4.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Trong hình bên trên, bạn thấy relay gồm phần tách rời phần đế dƣới phần nam châm điện Khi công tắt đóng (on), nam châm điện có từ trƣờng hút sắt Thanh sắt dịch chuyển hai vị trí giống nhƣ công tắt Khi có lực hút từ trƣờng, sắt vị trí hai thƣờng hở (NO) Ngƣợc lại, lò xo kéo sắt lên vị trí thƣờng đóng (NC) làm hở mạch Hình 5.11: Relay SVTH: Đỗ Sĩ Trung 94 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 4.3 Một số thông số cần lƣu ý sử dụng - Điện áp dòng điện cần thiết hoạt động (hút sắt) - Điện áp dòng điện tối đa mà relaycó thể chịu đựng - Số lƣợng sắt (đóng ngắt tốt hơn) - Số lƣợng tiếp điểm (trƣờng hợp hình tiếp điểm) - Tiếp điểm thƣờng đóng (NC) hay thƣờng hở (NO) 4.4 Ứng dụng Công dụng relay "dùng lƣợng nhỏ để đóng cắt nguồn lƣợng lớn hơn" Ví dụ nhƣ bạn dùng dòng điện 5V, 50mA để đóng ngắt dòng điện 120V, 2A Relay đƣợc dùng thông dụng ứng dụng điều khiển động chiếu sáng Relay linh kiện dùng điều khiển, “tác động” (đóng công tắc lại chẳng hạn) ngõ tín hiệu điều khiển ngõ vào (tín hiệu dạng điện, từ, ánh sáng, nhiệt, ) đạt đến ngƣỡng (set point) Nói tóm lại, relay công tắc điều khiển gián tiếp (nghĩa không cần tay ngƣời vặn nhƣ công tắc cơ) DIOD 5.1 Khái quát chung Diod Diod bán dẫn linh kiện điện tử thụ động phi tuyến, cho phép dòng điện qua theo chiều mà không theo chiều ngƣợc lại, sử dụng tính chất chất bán dẫn 5.2 Cấu tạo Khi có đƣợc hai chất bán dẫn P N, ghép hai chất bán dẫn theo tiếp giáp P - N ta đƣợc diode, tiếp giáp P - N có đặc điểm: bề mặt tiếp xúc, điện tử dƣ thừa bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào lỗ trống => Tạo thành lớp ion trung hoà điện => Lớp ion tạo thành miền cách điện hai chất bán dẫn Hình 5.12: Mối tiếp xúc P – N SVTH: Đỗ Sĩ Trung 95 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại Ở Hình 5.13 mối tiếp xúc P - N cấu tạo diode bán dẫn Hình 5.13: Hình dạng cấu trúc Transistor 5.3 Các loại Diode 5.3.1 Diode Zener Cấu tạo: diode Zener có cấu tạo tƣơng tự diode thƣờng nhƣng có hai lớp bán dẫn P-N ghép với nhau, diode Zener đƣợc ứng dụng chế độ phân cực ngƣợc, phân cực thuận diode Zener nhƣ diode thƣờng nhƣng phân cực ngƣợc diode Zener ghim lại mức điện áp cố định giá trị ghi diode Hình 5.14: Diode Zener (Dz) sơ đồ lắp mạch - Sơ đồ minh hoạ ứng dụng DZ, nguồn U1 nguồn có điện áp thay đổi, DZ diode ổn áp, R trở hạn dòng - Ta thấy nguồn U1> DZ áp D Z luôn cố định cho dù nguồn U1 thay đổi - Khi nguồn U1 thay đổi dòng ngƣợc qua DZ thay đổi, dòng ngƣợc qua D Z có giá trị giới hạn khoảng 30mA - Thông thƣờng ngƣời ta sử dụng nguồn U1>1,5 => 2lần D Z lắp trở hạn dòng R1 cho dòng ngƣợc lớn qua D Z < 30mA Nếu U1< DZ U1 thay đổi điện áp DZ thay đổi Nếu U1> DZ U1 thay đổi => Điện áp DZ không đổi 5.3.2 Diode nắn điện Là diode tiếp mặt dùng để nắn điện chỉnh lƣu nguồn AC 50Hz, diode thƣờng có loại 1A, 2A 5A Hình 5.15: Diode nắn điện 5A SVTH: Đỗ Sĩ Trung 96 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 5.3.3 Diode Phát quang (Light Emiting Diode: LED) Diode phát quang diode phát ánh sáng đƣợc phân cực thuận, điện áp làm việc led khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua led khoảng từ 5mA đến 20mA led đƣợc sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện, Hình 5.16: Diode phát quang (led) SVTH: Đỗ Sĩ Trung 97 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ [...]... Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại - Mô phỏng: Hình 1.26: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung IC555 Đồ thị mạch tạo xung dùng IC555 Hình 1.27: Tín hiệu thu được theo thời gian SVTH: Đỗ Sĩ Trung 24 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 2.5.2 Mạch dao dộng bằng cổng NAND Hình 1.28: Sơ đồ nguyên lý mạch dao động từ cổng logic NAND Đồ thị của mạch dao động dùng cổng NAND Hình... dao động của mạch: f dđ  f ch  1 2 ( L1  L2 )C (12) - Ba điểm điện dung: X1, X2 < 0 và X3 > 0 ta có mạch Colpits Tần số dao C C 1 động của mạch: với C  1 2 (13) fo  C1  C 2 2 LC SVTH: Đỗ Sĩ Trung 13 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 2.2.1 Mạch dao động Hartley – BJT  Ráp mạch điện nhƣ hình vẽ: Hình 1.13: Mạch nguyên lý dao động Hartley – BJT - Đồ thị của mạch dao động... Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 2.2.3 Mạch dao động Colpits – BJT Ráp mạch điện nhƣ hình vẽ: Hình 1.17: Mạch dao động colpits - BJT Đồ thị của mạch dao động Colpits Hình 1.18: Tín hiệu ra và vào dao động Colpits theo thời gian  Tính toán lý thuyết: Tần số dao động của mạch: fo  1  C C 2  1 2  C1  C 2  .L   1  1F 1F  .1mH 2   1F  1F   7.118Hz Mạch tạo ra hai tín hiệu... là tần số dao động riêng của mạch Trƣờng hợp ta vừa xét trên là trƣờng hợp của mạch lý tƣởng không có điện trở, do đó dao động của mạch là điều hòa và duy trì mãi SVTH: Đỗ Sĩ Trung 5 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại 1.2 Chạy mô phỏng mạch điện RLC  Mắc mạch điện nhƣ hình vẽ Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý mạch RLC Hình 1.1: chỉ chứa file setup  Dạng sóng quan sát đƣợc trênĐịa Oscilloscope... Đỗ Sĩ Trung 20 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại thƣớc lớn, giá thành cao, khi đó ngƣời ta dùng thạch anh có tần số cỡ MHz và mạch chia tần kỹ thuật số để đạt đƣợc tần số mong muốn Trong mạch dao động, thạch anh có ký hiệu và mạch tƣơng đƣơng hình 1.22 gồm một mạch nối tiếp L, Rq, Cq song song với điện dung Cp Các thông số mạch đặc trƣng của Quartz: L là điện cảm động; Rq là điện...  1 1   1.625,93Hz T 615,034.10 6 Kết luận: Mạch tạo ra hai tín hiệu dao động hình sin và ngƣợc pha nhau 180 o Kết quả thực tế phù hợp với tính toán lý thuyết 2.2.2 Mạch dao động Hartley – FET  Ráp mạch điện nhƣ hình vẽ: Hình 1.15: Mạch dao động Hartley - FET SVTH: Đỗ Sĩ Trung 15 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp - Mạch dò kim loại Đồ thị của mạch dao động Hartley – FET Hình 1.16: Tín hiệu... tốt nghiệp Mạch dò kim loại  Dạng sóng quan sát đƣợc trên Oscilloscope Hình 1.9: Dòng quan sát trên Oscilloscope Nhận xét: Khi R = 1k, dao động có biên độ giảm rất nhanh Kết luận: Dao động điện từ trong trƣờng hợp có điện trở là dao động tắt dần Điện trở có giá trị càng lớn thì biên độ dao động giảm càng nhanh theo hàm mũ 2 MẠCH DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 2.1 Mạch di pha 3 khâu – BJT 2.1.1 Mô tả Mạch tạo ra...Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG 1: MẠCH DAO ĐỘNG 1 DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ TRONG MẠCH RLC 1.1 Dao động điện từ trong mạch RLC Trong cơ học, các dao động có vai trò quan trọng Tƣơng tự nhƣ vậy trong điện học, ngƣời ta cần nghiên cứu các dao động điện từ, là những quá trình trong đó các đại lƣợng điện (điện tích, dòng điện, điện trƣờng, từ trƣờng,…) biến thiên... trở là dao động tắt dần - Mô phỏng  Ráp mạch điện nhƣ hình vẽ: Hình 1.6: Ráp mạch chạy mô phỏng SVTH: Đỗ Sĩ Trung 8 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại  Dạng sóng quan sát đƣợc trên Oscilloscope Hình 1.7: Dạng sóng quan sát được trên Oscilloscope Nhận xét: Khi R = 100, dao động có biên độ giảm dần  Ráp mạch điện nhƣ hình vẽ: Hình 1.8: Ráp mạch chạy mô phỏng SVTH: Đỗ Sĩ Trung 9... GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại  Thực tế: Dựa vào dạng sóng quan sát đƣợc trên Oscilloscope ta thấy: T = T2 – T1 = 141,23  s  f  1 1   7.081Hz T 141,23.10 6 Kết luận: Mạch tạo ra hai tín hiệu dao động hình sin và ngƣợc pha nhau 180 o Kết quả thực tế phù hợp với tính toán lý thuyết 2.3 Mạch dao động T đôi Một phƣơng pháp khác để tạo ra mạch dao động tạo sóng hình sin là nối ... thƣờng đóng, dòng điện cấp cho mạch cảnh báo, loa không kêu Mạch hoạt động có kim loại: SVTH: Đỗ Sĩ Trung 38 GVHD: Vƣơng Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Mạch dò kim loại - Khi có kim loại tác động... công lắp ráp mạch dò kim loại dùng IC 4093 4.3.1 Thiết kế mạch nguyên lý Hình 2.20: Nguyên lý mạch dò kim loại dùng IC 4093 4.3.2 Lắp ráp, kiểm tra mạch chạy thử board đa Từ sơ đồ mạch nguyên... hành thi công lắp ráp mạch dò kim loại dùng IC 567 IC 4093 Từ giả thuyết chức linh kiện điện tử cở tiến hành thiết kế mạch nguyên lý lắp ráp mạch dò kim loại Hình 2.9: Sơ đồ mạch nguyên lý 4.2.1