Đồ án 2 trả lời câu hỏi môn điện tử viễn thông
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện Tử Viễn Thông ======o0o====== ĐỒ ÁN Trả lời câu hỏi Giảng viên hướng dẫn: Vũ Sinh Thượng Sinh viên thực hiện: 1 Hà Nội, 11/2012 Mục lục 2 Danh mục hình vẽ 3 Đề Câu 1: Tìm hiểu cấu tạo, cách mắc, cách kiểm tra linh kiện thụ động, linh kiện tích cực, IC, VĐK? Câu 2: Vẽ phân tích loại mạch khuếch đại sử dụng transistor? Nêu ứng dụng cách mắc trans (E, B, C chung) Câu 3: Kể tên nêu cách mắc mạch khuếch đại thuật toán? Câu 4: Thiết kế sơ đồ khối (mạch điện) nguồn dùng biến áp hạ áp, nguồn xung Nêu nguyên lý làm việc, linh kiện hay hỏng, cách phát phương án sửa chữa, thay Câu 5: Thiết kế mạch điện tử đồng hồ sử dụng đèn LED thanh, IC Yêu cầu: thể ngày, giờ, phút, lịch âm, lịch dương, nhiệt độ trời Câu 6: Hãy cho biết có cách mắc linh kiện để tạo dao động mạch điện, cho biết tên linh kiện cụ thể, cách thay thế? Câu 7: Thiết kế, nêu nguyên lí làm việc tác dụng linh kiện nguồn mạch nhân áp Ur=4Uv? Khi D4 bị chập (đứt) R tải bao nhiêu? Tại sao? Trả lời 2.1 Tìm hiểu cấu tạo, cách mắc, cách kiểm tra linh kiện thụ động, linh kiện tích cực, IC, VĐK? • Các linh kiện điện tử thụ động là: điện trở, tụ điện, cuộn cảm • Các linh kiện điện tử tích cực là: transistor, diode 2.1.1 Điện trở a Điện trở (register) linh kiện điện tử thụ động mạch điện, đặc trưng cho tính cản trở dịng điện, giá trị điện trở xác định theo định luật Ohm 4 Trong đó: U hiệu điện hai đầu điện trở, đơn vị volt [V] I cường độ dòng điện chạy qua điện trở, đơn vị ampe [A] R giá trị điện trở, đơn vị ohm [Ω] Điện trở mạch điện nguyên lý vẽ hình Hình 1: Ký hiệu điện trở mạch điện b Cấu tạo điện trở Điện trở có cấu tạo chung bao gồm vỏ bọc, mũ chụp, chân điện trở, vật liệu cản điện lõi Cấu tạo điện trở vẽ hình Hình 2: Cấu tạo chung điện trở c Các cách mắc điện trở Có hai cách mắc điện trở mắc nối tiếp mắc song song Điện trở mắc nối tiếp: Rtđ = R1 + R2 + … + Rn Điện trở mắc song song: 5 d Các kiểm tra điện trở Bật đồng hồ đo thang đo Ohm, đặt hai đầu đo đồng hồ vào chân điện trở, so sánh kết hiển thị đồng hồ giá trị điện trở đọc linh kiện điện trở 2.1.2 Tụ điện a Tụ điện linh kiện điện tử thụ động, tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách điện môi Điện dung đại lượng vật lý đặc trưng cho khả tích điện hai cực tụ điện Điện dung tụ điện phụ thuộc vào diện tích hai cực, vật liệu làm chất điện môi khoảng cách hai cực theo công thức: Trong đó: C điện dung tụ điện, đơn vị fara [F] ε số điện môi lớp cách điện ε0 số điện thẩm, đơn vị F.m-1 d khoảng cách hai tụ, đơn vị met [m] S diện tích cực tụ, đơn vị m2 Hình 3: Ký hiệu loại tụ điện mạch điện 6 a Tụ thường b Tụ phân cực c Tụ xoay d Tụ tinh chỉnh b Cấu tạo chung tụ điện Hình 4: Cấu tạo chung tụ điện c Các cách mắc tụ điện • Mắc nối tiếp: • Mắc song song: Ctđ = C1 + C2 + … + Cn d Cách kiểm tra tụ điện đồng hồ kim vạn • Đối với tụ phân cực: Bước 1: Chập chân tụ với để triệt tiêu điện trường tụ 7 Bước 2: Chỉnh thang đo đồng hồ thang đo Ohm theo nguyên tắc giá trị điện dung tụ cao thang đo nhỏ ngược lại Bước 3: Đặt que đo đồng hồ vào chân tụ quan sát, kim vọt lên quay đảo chiều que đo quan sát, kim lại vọt lên quay tụ cịn tốt cịn kim lên mà khơng quay tụ bị đánh thủng • Đối với tụ khơng phân cực: Thực bước tụ phân cực, với bước khơng cần đảo chiều que đo, tượng tương tự, kim vọt lên quay tụ cịn tốt, cịn kim không vọt lên vọt lên mà không quay tụ hỏng 2.1.3 Cuộn cảm a Cuộn cảm linh kiện điện tử thụ động tạo dây dẫn điện với vài vòng quấn, sinh từ trường có dịng điện chạy qua Đại lượng vật lý đặc trưng cho cuộn cảm độ tự cảm, ký hiệu L, đơn vị Henry [H] Hệ số tự cảm cuộn cảm phụ thuộc vào số vịng dây, kích cỡ cuộn dây tính chất lõi từ Hình 5: Ký hiệu loại cuộn cảm (a) Cuộn dây lõi khơng khí (d) Cuộn dây lõi ferit (b) Cuộn dây lõi sắt từ dây chỉnh (e) Cuộn dây có lõi chỉnh (f) Cuộn dây lõi thép kỹ thuật b Các cách mắc cuộn cảm • Mắc nối tiếp 8 (c) Cuộn Ltđ = L1 + L2 + … + Ln • Mắc song song c Cách kiểm tra cuộn cảm 2.1.4 Diode a Diode linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện qua theo chiều mà khơng theo chiều ngược lại Diode bao gồm loại diode chỉnh lưu, diode tách sóng, diode schottky, diode ổn áp, diode biến dung, diode tunnel, diode phát quang, diode thu quang Hình 6: Ký hiệu loại điốt (a) Diode chỉnh lưu (b) Diode schottky (c) Diode ổn áp (d) Diode biến dung (e) Diode tunnel (f) Diode phát quang (g) Diode thu quang b Cấu tạo diode 9 Các loại diode có nguyên lý cấu tạo chung khối bán dẫn loại P ghép với khối bán dẫn loại N c Các cách mắc diode Có hai cách mắc cho diode là: mắc phân cực thuận mắc phân cực ngược Hình 7: Các cách mắc diode (a) Phân cực thuận d Các loại mạch diode Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Mạch chỉnh lưu chu kỳ Mạch nhân điện áp Mạch ghim Mạch ghim (b) Phân cực ngược 10 10 Tùy theo cách mắc LM35 để ta đo giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống đo từ đến 150 Chi tiết bạn xem datasheet Tính tốn nhiệt độ đầu LM35: Việc đo nhiệt độ dụng LM35 thông thường sử dụng cách LM35 - > ADC - > Vi điều khiển Như ta có: điện áp đầu nhiệt độ môi trường đo hệ số theo nhiệt độ LM35 10mV/1 độ C Giả sử điện áp Vcc cấp cho LM35 5V ADC 10bit Vậy bước thay đổi LM35 5/(2^10) = 5/1024 Giá trị ADC đo điện áp đầu vào LM35 là: Vậy nhiệt độ ta đo t = giá trị ADC/2048 Tương tự với ADC 11bit Vcc khác ta tính để công thức lấy nhiệt độ Sai số LM35 • Tại độ C điện áp LM35 10mV • Tại 150 độ C điện áp LM35 1.5V ==> Giải điện áp ADC biến đổi • ADC 11 bit nên bước thay đổi ADC : n = 2.44mV Vậy sai số hệ thống đo : 2.5.2.3 IC dịch 79HC595 Thường dùng mạch quét led 7, led matrix…để tiết kiệm số chân VDK tối đa (3 chân) Có thể mở rộng số chân vi điều khiển tùy thích mà 47 47 khơng IC làm việc mắc nối tiếp đầu vào liệu IC với Hình 39: Thanh ghi dịch 74HC595 Chức chân: (input) Chân 14 : đầu vào liệu nối tiếp Tại thời điểm xung clock đưa vào bit (output) QA=>QH : chân (15,1,2,3,4,5,6,7) Xuất liệu chân chân 13 tích cực mức thấp có xung tích cực sườn âm chân chốt 12 (output-enable) Chân 13 : Chân cho phép tích cực mức thấp (0) Khi mức cao, tất đầu 74595 trở trạng thái cao trở, khơng có đầu cho phép (SQH) Chân 9: Chân liệu nối tiếp Nếu dùng nhiều 74595 mắc nối tiếp chân đưa vào đầu vào dịch đủ 8bit (Shift clock) 48 48 Chân 11: Chân vào xung clock Khi có xung clock tích cực sườn dương(từ lên 1) 1bit dịch vào ic (Latch clock) Chân 12 : xung clock chốt liệu Khi có xung clock tích cực sườn dương cho phép xuất liệu chân output lưu ý xuất liệu lúc bạn muốn ,ví dụ đầu vào chân 14 dc bit có xung clock chân 12 liệu chân Qa Qb (chú ý chiều dịch liệu từ Qa=>Qh) (Reset) Chân 10: chân mức thấp(mức 0) liệu bị xóa chip) 2.5.2.4 LED Khối led số kiểu Anode chung có sơ đồ nguyên lý hình sau: 49 49 Hình 40: Sơ đồ nguyên lý khối LED số Trên hình, LED1 sáng khi: • Chân điều khiển (chân số 6) mức • Các chân liệu tương ứng với thanh: a,b,c,d,e,f,g,dp mức Ta có bảng mã hiển thị số từ – hình Led hình 1: 50 50 Hình 41: Bảng mã led anot chung 2.5.3 Cách mắc LM35 DS1307 LED: Hình 42: Mắc LM35 DS 51 51 Hình 43: Mạch LED 2.5.4 Lập trình Khai báo biến tồn cục unsigned char StSet=0; //bien tao nhap nhay vung cai dat // unsigned char StNumber=0;//bien cho phep cai dat 0-11 // unsigned char Number=0; //bien phuc vu quet led 0-22 // unsigned char Temp; //Nhuet // 52 52 unsigned char sec,min,hrs,day_d,month_d,year_d,date; //thoi gian duong lich // unsigned char day_a,month_a,year_a; //thoi gian am lich // unsigned char dsec=0; //bien phuc vu update time // //unsigned char CharCode[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; Khai báo hàm unsigned char ADC_Convert(); //chuong trinh chuyen doi ADC 10bit chanel // void VietNam_Calendar(unsigned char day_d,month_d,year_d);/*Chuyen doi am lich// VietNam den nam 2030*/ void OutLed(unsigned char DATA);// Chuong trinh Xuat data PORTD // void Sys_init(); //Chuong trinh khoi tao chip // void Program_init(); // chuong trinh khoi tao // void Setup();//Chuong trinh cai dat thoi gian // void Led7segment(unsigned char day_d,month_d,year_d,day_a,month_a,year_a,date,// Temp,hrs,min,sec ); //chuong trinh quet LED dung ngat hoan toan tan so fV=25Hz// // Chương trình void Program_init() { ds1307_init(0,0,0); // initialize 1307 //ds1307_set_date_time(31,6,13,2,23,59,55); //ds1307_set_date(1,1,13,3); 53 53 delay_ms(100); ds1307_get_date(day_d,month_d,year_d,date); ds1307_get_time(hrs,min,sec); VietNam_Calendar(day_d,month_d,year_d); Temp=ADC_convert(); delay_ms(200); enable_interrupts(INT_RTCC); enable_interrupts(INT_TIMER1); enable_interrupts(GLOBAL); } 2.6 Hãy cho biết có cách mắc linh kiện để tạo dao động mạch điện, cho biết tên linh kiện cụ thể, cách thay thế? 2.6.1 Các loại mạch dao động • • • • Mạch dao động hình Sin Mạch dao động đa hài Mạch dao động nghẹt Mạch dao động dùng IC 54 54 2.6.2 Các linh kiện tạo dao động cách mắc 2.6.2.1 Mạch dao động dùng phần tử L C Hình 44: Mạch dao động hình sin Mạch dao động có tụ C1 // L1 tạo thành mạch dao động L - C Để trì dao động tín hiệu dao động đưa vào chân B Transistor, R1 trở định thiên cho Transistor, R2 trở gánh để lấy tín hiệu dao động ra, cuộn dây đấu từ chân E Transistor xuống mass có tác dụng lấy hồi tiếp để trì dao động Tần số dao động mạch phụ thuộc vào C1 L1 theo công thức: f = / 2.p.( L1.C1 )1/2 55 55 2.6.2.2 Mạch dao động dùng thạch anh Hình 45: Mạch tạo dao động thạch anh • X1: thạch anh tạo dao động , tần số dao động ghi thân thạch anh, thạch anh cấp điện tự dao động sóng hình sin Thạch anh thường có tần số dao động từ vài trăm KHz đến vài chục MHz • Đèn Q1 khuyếch đại tín hiệu dao động từ thạch anh cuối tín hiệu lấy chân C • R1 vừa điện trở cấp nguồn cho thạch anh vừa định thiên cho đèn Q1 • R2 trở ghánh tạo sụt áp để lấy tín hiệu Hình 46: Thạch anh dao động tivi mầu, máy tính 2.6.2.3 Mạch dao động dùng transistor Tiêu biểu mạch dao dộng da hài: 56 56 Hình 47: Mạch dao động đa hài tạo xung vuông Khi cấp nguồn, giả sử đèn Q1 dẫn trước, áp Uc đèn Q1 giảm => thông qua C1 làm áp Ub đèn Q2 giảm => Q2 tắt => áp Uc đèn Q2 tăng => thông qua C2 làm áp Ub đèn Q1 tăng => xác lập trạng thái Q1 dẫn bão hoà Q2 tắt, sau khoảng thời gian t, dòng nạp qua R3 vào tụ C1 điện áp > 0,6V đèn Q2 dẫn => áp Uc đèn Q2 giảm => tiếp tục Q2 dẫn bão hoà Q1 tắt, trạng thái lặp lặp lại tạo thành dao động, chu kỳ dao động phụ thuộc vào C1, C2 R2, R3 2.6.2.4 Mạch dao động dùng IC IC tạo dao động XX555 ; XX TA LA… Hình 48: Mạch dao động tạo xung IC 555 57 57 • Bạn mua IC họ 555 tự lắp cho mạch tạo dao động theo • sơ đồ nguyên lý Vcc cung cấp cho IC sử dụng từ 4,5V đến 15V, đường mạch mầu đỏ • dương nguồn, mạch mầu đen âm nguồn Tụ 103 (10nF) từ chân xuống mass cố định bạn bỏ qua ( khơng • lắp được) Khi thay đổi điện trở R1, R2 giá trị tụ C1 bạn thu dao động có tần số độ rộng xung theo ý muốn theo cơng thức: Trong đó: T = Thời gian chu kỳ tồn phần tính (s) f = Tần số dao động tính (Hz) R1 = Điện trở tính ohm (W ) R2 = Điện trở tính ohm (W ) C1 = Tụ điện tính Fara ( W ) T T = : Tm chu + kỳ Ts toàn phần Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1 Tm : thời gian điện mức cao Ts = 0,7 x R2 x C1 Ts : thời gian điện mức thấp Hình 49: Chu kỳ tồn phần T bao gồm thời gian có điện mức cao Tm thời gian có điện mức thấp Ts • Từ cơng thức ta tạo dao động xung vng có độ rộng • Tm Ts Sau tạo xung có Tm Ts ta có T = Tm + Ts f = 1/ T 58 58 2.6.3 Cách thay Việc thay linh kiện sử dụng bị hỏng tiến hạnh phần thay linh kiện dễ hỏng câu trả lời câu hỏi số 2.7 Thiết kế, nêu nguyên lí làm việc Tác dụng linh kiện nguồn mạch nhân áp Ur=4Uv? Khi D4 bị chập (đứt) R tải bao nhiêu? Tại sao? 2.7.1 Mạch nguyên lý Hình 50: Sơ đồ nguyên lý mạch nhân áp lần Đầu tiên nạp điện đến (là điện áp đầu vào) dẫn điện bán kỳ dương Bán kỳ âm dẫn điện, nạp điện đến (tổng điện đỉnh cuộn thứ cập tụ ) Bán kỳ dương dẫn, nạp điện đến ( ngưng nên điện nạp vào ) Bán kỳ âm dẫn, điện nạp vào … Điện đầu đầu đầu 59 59 Hình 51: Mạch điện nhân điện áp mơ Multisim Khi D4 đứt mạch điện không thay đổi, D4 có tác dụng chỉnh lưu Hình 52: Mạch mô D4 bị đứt 60 60 Khi D4 bị chập Hình 53: Mạch mơ D4 bị chập 61 61