mach bat tat den tu dong

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Để thúc đẩy nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội. Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao. Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “ Thiết kế chế tạo mạch tự động bật tắt đèm theo ánh sáng” nhằm củng cố về mặt kiến thức trong quá trình thực tế. Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn cùng với sự lỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành. Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót. Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đườngcông nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Ngành điện tử nói chung đã có những bướctiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể Để thúc đẩy nền kinh tế của đấtnước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ có đủ kiến thức đểđáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạothì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học cónhư vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội.Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việchiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu cũng như giúp sinh viên có khả năngthực tế cao

Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế,

chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “ Thiết kế chế tạo mạch tự động bật tắt đèm theo ánh sáng” nhằm củng cố về mặt kiến thức trong quá trình thực tế

Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn cùng với sự lỗlực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng em

về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng dotrình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót Chúng emmong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trongkhoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng Yên , ngày … tháng … năm 2014

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 3

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

1.1 Giới thiệu về mạch 4

1.2.Mạch Nguồn 4

1.2.1 Tụ điện 4

1.2.2 Máy Biến Áp 7

1.2.3.IC_7812_Ổn Áp 12Vol 8

1.2.4.Chỉnh Lưu Cầu 8

1.3.Mạch Điều Khiển 9

1.3.1 Điện trở 9

1.3.2.Biến trở 11

1.3.3.Quang trở và ứng dụng của quang trở 12

1.3.4 IC_LM311 13

1.3.5.Transistor 14

1.3.6.Các bộ phận chính của rơle 16

1.3.7 Diode 16

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO 18

2.1.Sơ đồ khối 18

2.2.Thiết kế chi tiết từng khối 19

2.2.1.Khối nguồn: 19

2.2.2.Khối Cảm Biến Và So Sánh, Xử lý: 20

CHƯƠNG 3: THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ 23

3.1.THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH IN 23

3.1.1.Thiết kế mạch in 23

3.1.2.Thi công làm mạch in 24

3.2.KẾT QUẢ 24

KẾT LUẬN 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

4 Khối công suất

 Chức năng và cấu tạo của 3 khối :

1 Khối nguốn: Cung cấp nguồn cho mạch điện

+ Dùng 1 biến áp lấy nguồn AC_220V để hạ áp xuống AC_12V

+ Dùng cầu diode để có điện áp DC_12V

+ Dùng Rơle để bật và tắt đèn khi trời sáng và tối

+ Dùng diode để dẫn điện áp ngược sinh ra trong rơle

+Dùng 1 đèn sử dụng điện áp AC_220V để hiển thị đầu ra Trời sáng thì đèn tắt

và trời tối thì đèn sáng

1.2.Mạch Nguồn

1.2.1 Tụ điện

1.2.1.1.Khái niệm và cấu tạo của tụ điện

- Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động dùng để làm phần tử tích trữ và giảiphóng năng lượng trong mạch điện.Tụ điện cách điện với dòng điện một chiều và chodòng điện xoay chiều truyền qua Chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọcnhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động

- Cấu tạo: gồm hai điện cực tách rời nhau nhờ một màng mỏng chất điện phân,khi có một điện áp tác dụng lên điện cực sẽ xuất hiện một màng oxit kim loại khôngdẫn điện đóng vai trò như chất điện môi

Hình 1.1 Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ:

1.2.1.2.Phân loại tụ điện

- Phân loại theo tính chất: gồm

* Tụ không phân cực: gồm các lá kim loại ghép xen kẽ với lớp cách điện mỏng giátrị của nó thường từ 1,8pF-1.000nF còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớnkhông tiện chế tạo

* Tụ phân cực: có cấu tạo gồm 2 điện cực cách ly nhau nhờ một lớp chất điện phânmỏng làm điện môi.Lớp điện môi càng mỏng thì trị số điện dung càng cao Loại tụ này

có sự phân cực và ký hiệu các cực được ghi trên thân của tụ

- Phân loại theo cấu tạo: gồm: tụ gốm, tụ mica, tụ polycacbonat, tụ giấy

polyste, tụ hóa, tụ tantan, tụ biến đổi

1.2.1.3.Cách đọc giá trị của tụ

-Cách đọc giá trị của tụ điện:

- Đọc trực tiếp trên thân điện trở, ví dụ 100µF (100 micro Fara)

Nếu là số dạng 103J, 223K, 471J vv thì đơn vị là pico, hai số đầu giữ nguyên ,

số thứ 3 tương ứng số lượng số 0 thêm vào sau( chữ J hoặc K ở cuối kà ký hiệu cho saisố)

-Ví dụ 1:103J sẽ là 10000 pF (thêm vào 3 số 0 sau số 10) = 10 nF

- Ví dụ 2: 471K sẽ là 470 pF (thêm 1 số 0 vào sau 47)

Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính

là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì tụ điện có thể bị hư hỏng hoặc bị cháy nổ

Các tụ điện mắc nối tiếp có điện dung tương đương được tính bởi công thức :

1 / C tđ = (1 / C1 ) + ( 1 / C2 ) + ( 1 / C3 )

Khi mắc nối tiếp thì điện áp chịu đựng của tụ tương đương bằng tổng điện áp của các tụ: Utđ = U1+U2+U3

1.2.2Máy Biến Áp

1.2.2.1 Cấu tạo của biến áp.

Biến áp là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm một cuộn sơcấp ( đưa điện áp vào ) và một hay nhiều cuộn thứ cấp ( lấy điện áp ra sử dụng) cùngquấn trên một lõi từ có thể là lá thép hoặc lõi ferit

Hình 1.3.Cấu tạo vòng dây của biến áp 1.2.2.2 Tỷ số vòng / vol của biến áp

Gọi n1 và n2 là số vòng của quộn sơ cấp và thứ cấp

U1 và I1 là điện áp và dòng điện đi vào cuộn sơ cấp

U2 và I2 là điện áp và dòng điện đi ra từ cuộn thứ cấp

1.2.2.3 Công xuất của biến áp.

Công xuất của biến áp phụ thuộc tiết diện của lõi từ, và phụ thuộc vào tần sốcủa dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động ở tần số càng cao thì cho công xuất cànglớn

1.2.3.IC_7812_Ổn Áp 12Vol

Hình.1.4 Cấu tạo chân của IC7812

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC

ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản Các loại ổn ápthường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn áp 5V,

7812 ổn áp 12V Khi cấp nguồn cho ổn áp họ 78xx thì điện áp vào phải lớn hơn điện

áp đầu ra là 3V Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là minhhọa cho IC ổn áp 7812

Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân:

Chân số 1 là chân IN

Chân số 2 là chân GND

Chân số 3 là chân OUT

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 12V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi Mạchnày dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 12V (các loại IC thườnghoạt động ở điện áp này) Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột, điện áp tăng cao thìmạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7812 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT12V không đổi

1.2.4.Chỉnh Lưu Cầu

Hinh.1.5.Hình ảnh thực tế của chỉnh lưu cầu

Chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển dùng để biến đổi điện áp soay chiều

thành điện áp 1 chiều Mắc nguồn soay chiều vào 2 chân AC của chỉnh lưu và nguồn

một chiều sẽ được cho ra ở 2 chân có ký hiệu (+); (-)

1.3.Mạch Điều Khiển

1.3.1 Điện trở

- Điện trở là gì ? - Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một

vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn

- Trong kỹ thuật : Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dòng điện và làm một

số chức năng khác tùy vào vị trí điện trở trong mạch điện

- Cấu tạo: điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làmbằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn Để biểu thị giá trị điện trở.Người ta dung các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở

Hình 1.6 Vòng màu điện trở

Quy ước mầu Quốc tế

+Mầu sắc Giá trị Mầu sắc Giá trị

Đen: 0 Cam: 3 Xanh Lơ: 6 Trắng: 9

- Vạch thứ ba: là vạch để xác định nhân tử lũy thừa: 10(giá trị của màu) Giá trị củađiện trở được tính bằng cách lấy trị số nhân với nhân tử lũy thừa.Giá trị điện trở bằngtrị số x nhân tử lũy thừa

- Vạch thứ tư: là vạch màu nằm tách biệt với ba vạch màu trước, thường có màuhoàng kim hoặc màu bạc, dùng để xác định sai số của giá trị điện trở, hoàng kim là5%, bạc là 10%

Hình.1.7 Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.

Hình.1.8 Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.

1.3.1.1.Phân loại điện trở

Phân loại điện trở gồm có:

- Điện trở than(carbon-film)

- Điện trở màng kim loại(metal-film)

- Điện trở dây cuốn

Rtd = R1 + R2 + R3

Dòng điện chạy qua các điện trở mắc nối tiếp có giá trị bằng nhau và bằng:

I = (U1/R1)= (U2/R2)= (U3/R3)

b) Mắc song song

Hình.1.11 Sơ đồ điện trở mắc song songCác điện trở mắc song song có giá trị tương đương Rtd được tính bởi công thức :

Rtđ = (R1.R2)/(R1+R2)+R3

1.3.2.Biến trở

Biến trở: là loại điện trở có thể thay đổi trị số theo yêu cầu, thường gọi là chiết

áp Có 2 loại biến trở: Biến trở dây quấn và biến trở than

Công dụng: Biến trở có vai trò phân áp, phân dòng cho mạch hay để thay đổi âmlượng, độ sáng tối.

Hình.1.13.Kí hiệu và các hình dạng thực tế của biến trở

1.3.3.Quang trở và ứng dụng của quang trở

* Quang trở: là hiện tượng điện trở của chất bán dẫn giảm đi khi bị ánh sáng chiếu

vào và ngược lại

- Quang điện trở sử dụng trong các mạch điện tử như mạch điều khiển thiết bị bằngánh sáng, mạch đếm sản phẩm, đo tốc độ quay, mạch tự động đóng ngắt đènđường,mach báo động…

Hinh.1.14.Hình ảnh thực tế của quang trở

1.3.4 IC_LM311

IC_LM324 là IC khuyếch đại thuật toán và là bộ so sánh điện áp tốc độ cao.

Các op-amp trong LM311 được thiết kế hoạt động từ một loạt các điện từ nguồn cungcấp điện , tức là chỉ cần VCC và GND là đủ Nguồn cung cấp của LM311 có thể hoạtđộng độc lập với nguồn tín hiệu

Hình.1.15 Hình ảnh thực tế của IC_LM311

* Nguyên tắc hoạt động của LM311:

Khi điện áp so sánh ở chân IN (+) lớn hơn điện áp so sánh ở chân IN (-) thì IC

sẽ cho điện áp ngõ ra Vout=Vcc-1,5V

Khi điện áp so sánh ở chân IN (+) nhỏ hơn điện áp so sánh ở chân IN (-) thì sẽkhông có điện áp ra khỏi IC, Vout=0

* Sơ đồ chân của LM311:

Hình.1.16 Sơ đồ chân của LM311

Vấn đề cần quan tâm khi thiết kế mạch với IC LM311:

-Điện áp cung cấp: Nguồn cung cấp cho LM311 tầm từ 5V~15V

-Đầu vào tối đa hiện tại là 150nA

-Tối đa bù đắp hiện tại là 20nA

-Sai phạm vi điện áp đầu vào là –+30V

-Công suất tiêu thụ : 135mW tại -+15V

-Sản lượng hiện tại : 50mA

1.3.5.Transistor

*Cấu Tạo: Cấu tạo: bởi 2 tiếp xúc P-N ghép liên tiếp gồm các vùng bán dẫn

loại P và N xếp xen kẽ nhau, vùng giữa có tính chất dẫn điện khác với 2 vùng lân cận

và có bề rộng rất mỏng khoảng 10A0 m đủ nhỏ để tạo lên tiếp xúc P-N gần nhau Nếu vùng giữa là N ta có transistor PNP, ngược lại nếu vùng giữa là vùng P ta có transistor NPN

Hình.1.17 Kí hiệu và hình dạng thực tế của Transistor

Hình.1.18 Hình ảnh thực tế của transistor_C828

*Nguyên tắc hoạt động của Transistor NPN

Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của transistor NPN:

Hình.1.19 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

Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làmbóng 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 mộtcông thức

IC = β.IB

Trong đó : IC là dòng chạy qua mối CE

IB là dòng chạy qua mối BE

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 quamối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tạicực 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

1.3.6.Các bộ phận chính của rơle

+ Cơ cấu tiếp thu( khối tiếp thu)

Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cầnthiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian

+ Cơ cấu trung gian (khối trung gian)

Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thànhđại lượng cần thiết cho rơle tác động

+ Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành)

Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển

+ dạng thực tế của rơle

Hình.1.20 Hình ảnh thực tế của rơle

1.3.7 Diode

*Cấu tạo của điôt và ký hiệu trong sơ đồ mạch điện.

Điốt bán dẫn là cấu kiện gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực là anốt (ký hiệu

là A) và catốt (ký hiệu là K) Anốt được nối tới bán dẫn P, catốt được nối với bán dẫn

N được bọc trong vỏ bảo vệ bằng kim loại hoặc nhựa tổng hợp

Hình.1.21 Cấu tạo và ký hiệu của điốt bán dẫn trên sơ đồ mạch

Hình.1.22.Hình dạng thực tế của Diode

*Phân cực cho diode:

- Phân cực thuận : khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện

áp âm(-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp,miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diodeloại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không

=> Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng

nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức0,6V )

- Phân cực ngược : Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt(bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp ngược,miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếp giáp, Diode có thểchiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO2.1.Sơ đồ khối

Hình.2.1 Sơ đồ khối

+ Khối Nguồn Nguồn: Biến đổi dòng diện xoay chiều 220V/50Hz thành

dòng 1 chiều ổn định 12C DC.

+ Khối Cảm Biến: Nhận biết cường độ ánh sáng ngày và đêm, thay đổi điện

áp để đưa tín hiệu sang khối So Sánh Và Xử Lý.

+ Khối So Sánh Và Xử Lý: Nhận tín hiệu từ khối cảm biến quang, so sánh

tín hiệu vào với tín hiệu đã được định sẵn, đư tín hiệu ra để điều khiển rơ le đóng hay cắt để điều khiển khối hiển thị.

+ Khối Công Suất: nhận tín hiệu điện và hiển thị kết quả.

2.2.Thiết kế chi tiết từng khối

2.2.1.Khối nguồn:

Hình.2.2 Khối nguồna)- Lựa chọn linh kiện:

Do yêu cầu mạch cần nguồn 12VDC nên ta chọn IC ổn áp 7812với

điện áp đầu vào từ 7 ÷ 25V, Io = 100mA

2.2.2.Khối Cảm Biến Và So Sánh, Xử lý:

Hình.2.3 Sơ đồ khối Cảm Biến Và So Sánh, Xử lý.

a)- Cảm Tính toán khối Biến Và So Sánh, Xử lý:

Đo được giá trị của quang trở khi sáng là:

Đo được giá trị của quang trở khi tối là:

Tính toán mạch điện ta cho cố định điện áp tại =6V

- Khối điều khiển:

khi có ánh sáng chiếu vào quang trở(ban ngày) thì giá trị quang trở giảm dẫn đếnV3 giảm lên và V3 >V2 nên điện áp ngõ ra ở mức thấp không làm cho Q1dẫn nênrelay chưa hoạt động và bóng đèn cũng chưa sáng

khi không có ánh sáng chiếu vào (ban đêm)thì giá trị quang trở tăng dẫn đến V3tăng và V3<V2 dẫn đến ngõ ra của op-amp ở mức cao phân cực cho Q1 dẫn khi đó cổdòng đổ từ nơi có điện thế 12V qua cuộn hút xuống mass và tiếp điểm thường đóngcủa relay mở ra và tiếp điểm thường mở đóng lại làm bóng đèn sáng

2.2.3.Sơ đồ toàn mạch: