Giáo trình mô đun Điện tử nâng cao (Nghề Điện tử công nghiệp – Trình độ cao đẳng)

BM/QT10/P.ĐTSV/04/04 Ban hành lần: ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN ĐIỆN TỬ NÂNG CAO NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐN… ngày…….tháng….năm ………… Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề tỉnh BR – VT Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Giáo trình Điện tử nâng cao dùng nhà trường với mục đích làm tài liệu giảng dạy cho giáo viên học sinh, sinh viên nên nguồn thơng tin tham khảo Giáo trình Điện tử nâng cao trường Cao đẳng kỹ thuật công nghệ Bà Rịa Vũng Tàu in ấn phát hành Việc sử dụng tài liệu với mục đích thương mại khác với mục đích bị nghiêm cấm bị coi vi phạm quyền LỜI NĨI ĐẦU Trong chương trình đào tạo nghề điện tử công nghiệp trường cao đẳng Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa Vũng Tàu mô đun môn học điện tử nâng cao mô đun giữ vị trí quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần giáo trình nội bộ, mang tính khoa học đáp ứng với yêu cầu thực tế Nội dung giáo trình “Điện tử nâng cao” xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập nội dung bản, cốt yếu để tùy theo tính chất ngành nghề đào tạo mà giảng viên tự điều chỉnh ,bổ xung cho thích hợp khơng trái với quy định chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận tham gia đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngành Xin trân trọng cảm ơn! Bà Rịa , ngày….tháng… năm2020 Tham gia biên soạn Chủ biên: Bùi Văn Vinh MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN Tên mơn học/mơ đun: Điện tử nâng cao Mã mơn học/mơ đun:MĐ24 I Vị trí, tính chất mơ đun: - Vị trí mơ đun: Mơ đun bố trí dạy cuối chương trình sau học xong môn chuyên môn như: Điện tử bản, điện tử công suất, kỹ thuật xung - số, Vi điều khiển -Tính chất mơ đun: Là mơ đun chuyên ngành bắt buộc cho sinh viên hệ cao đẳng II Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: + Nhận dạng, đọc, đo linh kiện điện tử hàn bề mặt xác + Tìm, nhận dạng, thay tương đương, tra cứu số IC thông dụng + Phân tích, thiết kế số mạch ứng dụng phức tạp dùng IC - Về kỹ năng: + Lắp ráp, kiểm tra, thay linh kiện, mạch điện tử chuyên dụng yêu cầu kỹ thuật + Hàn tháo mối hàn mạch điện, điện tử phức tạp an toàn + Chế tạo mạch in phức tạp thiết kế đạt chất lượng tốt - Về lục tự chủ trách nhiệm: Người học có khả làm việc độc lập làm nhóm, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn học tập rèn luyện, có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm công việc III Nội dung mô đun: Bài 1: ĐỌC, ĐO VÀ KIỂM TRA LINH KIỆN SMD I Giới thiệu Linh kịên dán bao gồm điện trở, tụ điện,transistor linh kiện dùng phổ biến mạch điện tử Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, linh kiện chế tạo để sử dụng cho nhiều loại mạch điện tử khác có đặc tính kỹ thuật tương ứng với loại mạch điện tử Thí dụ, mạch thiết bị đo lường cần dùng loại điện trở có độ xác cao, hệ số nhiệt nhỏ; mạch thiết bị cao tần cần dùng loại tụ điện có độ tổn hao nhỏ; mạch cao áp cần dùng tụ điện có điện áp cơng tác lớn Những linh kiện linh kiện rời rạc, lắp ráp linh kiện vào mạch điện tử cần hàn nối chúng vào mạch Trong kỹ thuật chế tạo mạch in vi mạch, người ta chế tạo ln điện trở, tụ điện, vòng dây mạch in vi mạch II Mục tiêu: • Phân biệt loại linh kiện điện tử hàn bề mặt rời mạch điện • Đọc, tra cứu xác thơng số kỹ thuật linh kiện điện tử dán • Đánh giá chất lượng linh kiện máy đo chuyên dụng • Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh công nghiệp Linh kiện hàn bề mặt (SMD) Mục tiêu + Nhận biết linh kiện SMD + Sử dụng máyđo chuyên dụng + Biết sử dụng phần mềm để kiểm tra sữa chữa 1.1 Khái niệm chung Linh kiện SMD (Surface Mount Devices) - loại linh kiện dán bề mặt mạch in, sử dụng công nghệ SMT (Surface Mount Technology) gọi tắt linh kiện dán Các linh kiện dán thường thấy mainboard: Điện trở dán, tụ dán, cuộn dây dán, diode dán, Transistor dán, mosfet dán, IC dán Rỏ ràng linh kiện thơng thường có linh kiện dán tương ứng 1.2 Linh kiện thụ động SMD Hình1.1: hình ảnh số linh kiện SMD a Điện trở SMD Cách đọc trị số điện trở dán: Hình 1.2: Giá trị điện trở SMD Điện trở dán dùng chữ số in lưng để giá trị điện trở chữ số đầu giá trị thông dụng số thứ số mũ mười (số số khơng) Ví dụ: 334 = 33 × 10^4 ohms = 330 kilohms 222 = 22 × 10^2 ohms = 2.2 kilohms 473 = 47 × 10^3 ohms = 47 kilohms 105 = 10 × 10^5 ohms = 1.0 megohm Điện trở 100 ohms ghi: số cuối = (Vì 10^0 = 1) Ví dụ: 100 = 10 × 10^0 ohm = 10 ohms 220 = 22 × 10^0 ohm = 22 ohms Đơi 10 hay 22 để trán hiểu nhầm 100 = 100ohms hay 220 Điện trở nhỏ 10 ohms ghi kèm chữ R để dấu thập phân Ví dụ: 4R7 = 4.7 ohms R300 = 0.30 ohms 0R22 = 0.22 ohms 0R01 = 0.01 ohms Hình 1.3: Một số giá trị điện trở SMD thơng dụng Trường hợp điện trở dán có chữ số chữ số đầu giá trị thực chữ số thứ tư số mũ 10 (số số khơng) Ví dụ: 1001 = 100 × 10^1 ohms = 1.00 kilohm 4992 = 499 × 10^2 ohms = 49.9 kilohm 1000 = 100 × 10^0 ohm = 100 ohms Một số trường hợp điện trở lớn 1000ohms ký hiệu chữ K (tức Kilo ohms) điện trở lớn 1000.000 ohms ký hiệu chử M (Mega ohms) Các điện trở ghi 000 0000 điện trở có trị số = 0ohms Bảng tra Code Resistor SMD (nguồn Cooler Master AcBel dung nhiều loại này) 1/ Mã điện trở giá trị tuơng ứng Hình 1.4: Bảng tra linh kiện SM 2/ Hệ số nhân kí hiệu chữ cái: - S Y: hệ số nhân 10-2 - R X: hệ số nhân 10-1 - A: hệ số nhân 100 - B: hệ số nhân 101 - C: hệ số nhân 102 - D: hệ số nhân 103 - E: hệ số nhân 104 - F: hệ số nhân 105 Ví dụ - 51S = 51Y = 3.32 ohm - 12R = 12X = 13 ohm - 09A = 121 ohm - 24B = 1.74 K ohm - 63C = 44.2 K ohm - 20D = 158 K ohm - 31E = 2.05 M ohm - 74F = 57.6 M ohm b Tụ SMD Quy định ký mã số biểu diễn trị số tụ điện, cách đọc trị số tụ điện Cũng giống điện trở, tụ điện ký hiệu để xác định thông số chúng Khi nắm vững ký mã số tụ điện, xác định trị số tụ điện Tụ điện thường ký hiệu hai cách: ký hiệu nhận rõ ký mã số Ký hiệu nhận rõ dùng với tụ có kích cỡ lớn, đủ diện tích để ghi trị số tụ Các tụ lớn làm gốm có dạng hình đĩa, tụ mylar (một loại polyeste) tụ hố có dư thừa diện tích để ghi ký hiệu Chú ý tụ phân cực khơng kể kích cỡ, phải quan tâm đến cực âm cực dương tụ Cần xác định cực tính tụ phân cực cách nghiêm ngặt, không làm hỏng tụ lắp ráp thay tụ vào mạch điện Ngày nay, người ta dùng ký mã số tụ cỡ nhỏ, không phân cực tụ hàn bề mặt có kích cỡ khác Các ký mã số dễ dàng nhận biết chúng tương tự kỹ thuật lập ký mã số điện trở Một dãy ba số sử dụng sau: hai số trị số tụ điện số thứ ba hệ số nhân (có số thêm vào sau trị số đặc trưng hai số đầu tiên) Ký mã số tụ điện trình bày Hình 1.5 Hầu hết ký mã số tụ điện dựa sở đơn vị đo lường pF Do đó, tụ có ký mã số 150 đọc trị số 15 khơng có số thêm vào (có nghĩa tụ có trị số 15 pF) Nếu ký mã số tụ 151 có nghĩa 15 thêm số vào bên phải, trị số tụ 150 pF Nếu ký mã số tụ 152, có nghĩa trị số tụ 1500 pF v.v Một ký mã số 224 có nghĩa số 22 có thêm số vào bên phải, trị số tụ 220000 pF Vị trí thập phân ln ln dịch sang phải Mặc dù hệ thống ký mã số dựa sở đơn vị pF, trị số biểu thị micrơfara (ỡF) đơn giản cách chia trị số picofara cho triệu (1000000) Ví dụ, tụ có trị số 15 pF gọi tụ 0,000015 ỡF Việc điện dung tụ nhỏ, ví dụ 15 pF, chuyển sang đơn vị ỡF không thuận tiện, ghi đơn vị pF lại thuận tiện ghi trị số thân tụ dễ dàng đọc trị số tụ Các tụ có trị số điện dung lớn thường thể đơn vị ỡF Để khẳng định ước đốn trị số tụ, đo trị số điện dung tụ điện đồng h o in dung Trị số Hệ số nhân (số ch÷ sè 0) Hình 1.5: Đọc ký hiệu mã số thân tụ điện c Cuộn cảm SMD Loại: SMD 4042 Ví dụ: L040 2- 2N7J có thơng số 2.7nH SMD 0402 5% inductor Loại: SMD 0805 Ví dụ L0402-8N2J: có thơng số : 8.2nH SMD 0402 5% inductor d Diode SMD Diode cầu SMD Diode chỉnh lưu SMD: 1N4007 – M7: Diode switching SMD Ví dụ : LL4148 SMD Diode 50mA/100V 1.3 Linh kiện tích cực SMD a Transistor SMD : 2SC3356 SMD Transistor b.Mosfet SMD VD: SUB85N03: N-Channel 30V 85A 107W POWER MOSFET 45 Hình 3.27 Mạch dao động cầu Wien 150 Hz – 1,5 KHz Hình 3.28 Mạch dao động Wien ổn định diode Hình 3.29 Mạch dao động Wien ổn định diode zener 46 Hình 3.30 Dao động Wien nguồn cung cấp Hình 3.31 Mạch dao động tremolo Hz 3.3.3 Mạch dao động khơng Sin Hình 3.32a Mạch dao động tích 47 Hình 3.32b Dao động sóng vng 500 Hz – KHz Hình 3.33 Dao động vng 500 Hz – KHz có cải tiến Hình 3.34 Dao động sóng vng Hz – 20 KHz thang Hình 3.35 Mạch tạo âm nút nhấn 48 3.3.4 Mạch tạo sóng đặc biệt Hình 3.36 Dao động vuông thay đổi tần số bề rộng xung Hình 3.37 Mạch tạo sóng tam giác 300 Hz độ dốc thay đổi Hình 3.38 Mạch tạo sóng tam giác/vng 100 Hz – KHz 49 Hình 3.39 Bộ biến đổi cho mạch tạo hàm có bề rộng xung thay đổi Hình 3.40 Bộ biến đổi tín hiệu độ dốc thành sin Hình 3.41 Mạch tạo sóng vng tam giác điều chỉnh 50 3.4 Mạch nguồn chiều dùng OP-AMP 3.4.1 Mạch chỉnh lưu xác Trong thực tế, đơi lúc người ta cần mạch chỉnh lưu có điện áp ngõ hình vẽ điều kiện lý tưởng, thực tế dù diode phân cực thuận dẫn dịng có sụt áp đáng kể diode (chỉnh lưu cầu sụt áp 2VD) Điều dẫn đến méo dạng điện áp ngõ hình vẽ Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng mạch chỉnh lưu xác sử dụng OpAmps hình vẽ Hình 3.42: dạng sóng mạch chỉnh lưuu xác Do dịng điện hai ngõ vào Op-Amps không nên chu kỳ phân cực thuận diode (chu kỳ chỉnh lưu) Vin=Vout, sóng dạng điện áp ngõ chỉnh lưu sóng dạng chỉnh lưu lý tưởng 3.4.2 Nguồn dịng cơng suất lớn Trong thực tế đơi nguồn dòng cung cấp lượng tải tốt nguồn áp ví dụ nạp bình ắc qui, sử dụng nguồn dịng bình lâu hư nhiều lần so với nạp nguồn áp; đặc biệt nguồn áp cung cấp thường xuyên có giá trị bất ổn định (như lấy điện từ lượng mặt trời, sức gió ) Những lúc ta sử dụng nguồn dịng trình bày hình sau: 51 Hình 3.43: Mạch nguồn dịng cơng suất Có thể tăng thêm dịng cho mạch điện thay Q2 transistor darlington (transistor lắp ghép sẵn dạng darlington bên linh kiện) Nhưng lúc R1 phải giảm theo cách tương ứng 3.4.3 Nguồn ổn áp Hiện nay, ổn áp DC sử dụng vi mạch chuyên dụng đạt đến độ ổn định cao, nhiên muốn chế tạo ổn áp sử dụng Op-Amps có độ ổn định tương đối tốt khơng phải điều khó! Có thể thực theo mạch sau: Hình 3.44: Mạch nguồn ổn áp dùng op- amp Khi chỉnh định tỉ số R2 R3 thay đổi hệ số khuếch đại vịng kín mạch làm thay đổi điện áp ngõ mức ổn định Với dòng tải tối đa 1A điện áp ngõ vào biến thiên dãy điện áp rộng, nguồn chắn sử dụng nhiều việc lĩnh vực điện tử vi mạch 3.5 Kiểm tra, sửa chữa, thay IC mạch ứng dụng dùng OP-APM 3.5.1 Mạch khuếch đại vi sai dùng OP-AM 52 - Tín hiệu ra: - Với R1=R3, R4=R2, Av= R2/R1 - Dùng VOM đo điện áp Vo ghi giá trị vào bảng sau 3.5.2 Mạch khuếch đại đảo Yêu cầu Đo vẽ dạng sóng ngõ Vo, ngõ vào Vi ? Nhận xét Xác định thông số Av, Ai, Zi, Zo Nhận xét kết Xác định tần số cắt dưới, tần số cắt trên, băng thông Vẽ đáp tuyến biên độ-tần số mạch 53 ❖ Hướng dẫn thực Bước 1: Cấp Vi’ tín hiệu hình Sin, biên độ 2V, tần số 1Khz vào A Bước 2: Nối điểm B1 B2 Dùng OSC đo tín hiệu Vo kênh 1, tiếp tục chỉnh biến trở cho Vo đạt lớn không bị méo dạng Bước 3: Xác định Av: - Dùng OSC đo Vi B, Vo C kênh CH1 CH2 Vẽ lại dạng sóng nhận xét độ lệch pha Vi Vo Sau tính Av theo công thức Bước 4: Xác định Zi: - Mắc nối tiếp điện trở Rv=1.5KΩ điểm B1 B2, sau tính Zi: - Với: V1 giá trị điện áp ngõ B1 V2 giá trị điện áp ngõ B2 Chú ý: Các thông số V1, V2 phải đo OSC Bước 5: Xác định Zo - Với : Vo1 điện áp ngõ C chưa mắc RL Vo2 điện áp tai ngõ C mắc RL = 12KΩ Bước 6: Xác định góc lệch pha φ - Dùng OSC đo Vi, Vo kênh cho hiển thị lúc 54 - Xác định góc lệch pha theo cơng thức: - Với: T chu kỳ tín hiệu φ góc lệch pha a độ lệch thời gian Bước 7: Xác định tần số cắt fL, fH băng thông Bước 8: Vẽ đáp tuyến biên độ - tần số - Giữ nguyên biên độ, thay đổi tần số tín hiệu vào Vi theo bảng sau: Một số mạch khuếch đại, lọc chất lượng cao dùng IC Mục tiêu: + Lắp mạch khuếch đại dùng IC + Sửa chữa mạch khuếch đại dùng IC 4.1 Lắp ráp mạch theo sơ đồ 4.1.1 Mạch khuếch đại dùng IC sử dụng IC TDA7294 Đây mạch khuếch đại âm sử dụng IC TDA7294 có cơng suất 100W, mạch đơn giản, nhỏ gọn, dễ lắp ráp, cân chỉnh Mạch hoạt động chế độ AB có bảo vệ ngắn mạch, nhiệt, hoạt động ổn điịnh 55 Hình 3.45: Mạch khuếch đại dùng IC sử dụng IC TDA7294 Sơ đồ nguyên lý: Hình 3.45: Mạch nguyênlý IC TDA7294 Sơ đồ mạch in: Hình 3.45: Mạch in IC TDA729 56 4.1.2 Sơ đồ lắp ráp linh kiện HÌnh 3.46 sơ đồ lắpmạch IC TDA729 Để cho mạch hoạt động ta cần phải có nguồn Hình 3.47: Mạch nguồn dung cho IC TDA729 4.2 Sửa chữa mạch khuếch đại, mạch lọc dùng IC Cách kiểm tra IC opamp Thực tế người ta chế tạo nhiều op- amp đúc khối đen nhiều chân ( thường 14 hay 16 chân) Giả sử xét op amp LM324 có sơ đồ chân sau 57 Hình 3.48: sơ đồ nguyên lý LM 324 + Quy ước đánh số thứ tự theo chiều kim đồng hồ số chọn tính kể từ chân có dấu chấm + Bên IC tích hợp op-amp + Để kiểmtra IC trước tiên ta phải cấp nguồn vào hai chân chân 11 IC khoảng 9V hay 12V + Nếu cấp nguồn đôi khoảng +(-) 4.5V hay +(-) 6V lưu ý phải âm dương Nếu sai làm hỏng IC + Đo volt ngõ Op- amp phải thay đổi ta thay đổi volt cấp cho hai ngõ vào (+) (-) giống nhau, khác Ví dụ: kiểm tra opam hai chân 1.2.3 Câp 12V cho chân Mass vào chân 11 Nối chân hàn vào mass 12V đo chân gần 0V Hàn chân xuồng mass, chân hàn vào 12V đo chân 7V tốt Một mố mạch báo động dùng IC cảm biến Mục tiêu: + Lắp mạch theo dung sơ đồ nguyên lý + Sửa chữa mạch báo động dung IC cảm biến 5.1 Lắp ráp mạch theo sơ đồ ngun lý 5.1.1 Cịi báo động Hình 3.49: Mạch cịi báo động Mạch tạo IC 555 dùng để tạo dao động Tần số điều khiển 58 chân IC Đầu tiên IC làm việc xung quang tần số 1hz tụ 47uF nạp điện sau xả điện liên tục q trình diễn liên tục Tần số loa điều chế IC2 ta nghe âm loa 5.1.2 Cảnh báo ánh sáng Hình 3.49: Mạch cảnh báo ánh sáng Nhìn vào mạch đơn giản mạch sử dụng 555 để tạo dao động phát âm loa LDR cảm biến ánh sáng + 555 tạo dao động xung vuông mạch tạo dao động 1Khz cấp cho tải Loa 5.1.3 Mạch báo trộm Hình 3.50: Mạch báo trộm 5.1.4 Cảnh báo thị mức nước đèn LED 59 Hình 3.51: Mạch cảnh báo thị mức nước đèn LED 5.1.5 Báo động mức nước đến hay đầy Hình 3.51: Mạch báo động mức nước đến hay đầy 5.2 Sửa chữa mạch báo động dùng IC cảm biến Sữa chữa mạch báo động mực nước + Kiểm tra điện áp nguồn ngõ vào IC555 + kiểm tra điện áp ngỏ chân IC + đo kiểm tra chân transistor BC109 ... QUYỀN Giáo trình Điện tử nâng cao dùng nhà trường với mục đích làm tài liệu giảng dạy cho giáo viên học sinh, sinh viên nên nguồn thơng tin tham khảo Giáo trình Điện tử nâng cao trường Cao đẳng... NĨI ĐẦU Trong chương trình đào tạo nghề điện tử công nghiệp trường cao đẳng Kỹ Thuật Công Nghệ Bà Rịa Vũng Tàu mô đun môn học điện tử nâng cao mô đun giữ vị trí quan trọng: rèn luyện tay nghề... MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN Tên mơn học/mơ đun: Điện tử nâng cao Mã mơn học/mơ đun: MĐ24 I Vị trí, tính chất mơ đun: - Vị trí mơ đun: Mơ đun bố trí dạy cuối chương trình sau học xong môn chuyên