Lắp ráp mạch cảnh báo rò rỉ khí gas sử dụng cảm biến MQ2 và IC NE555

MỤC LỤC

Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng a. Biến trở

Mỗi điện trở bên trong có giá trị bằng nhau và bằng giá trị ghi trên gói. - Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một điện áp cho trước.

Hình 1.7: Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở
Hình 1.7: Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở

Tụ điện

Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng

Tụ xoay là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trong Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài.

Ký hiệu, cấu tạo và phân loại

Cuộn cảm gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơn emay cỏch điện, lừi cuộn dõy cú thể là khụng khớ, hoặc là vật liệu dẫn từ như Ferit hay lừi thộp kỹ thuật điện. Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở mà ta có thể đo được bằng đồng hồ đo điện trở, thông thường cuộn dây có phẩm chất tốt thì điện trở thuần phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở thuần còn gọi là điện trở tổn hao vì chính điện trở này sinh ra nhiệt khi cuộn dây hoạt động. Ở thí nghiệm trên : Khi K1 đóng, dòng điện qua cuộn dây tăng dần ( do cuộn dây sinh ra cảm kháng chống lại dòng điện tăng đột ngột ) vì vậy bóng đèn sáng từ từ, khi K1 vừa ngắt và K2 đóng , năng lương nạp trong cuộn dây tạo thành điện áp cảm ứng phóng ngược lại qua bóng đèn làm bóng đèn loé sáng => đó là hiên tượng cuộn dây xả điện.

Rơle cũng là một ứng dụng của cuộn dây trong sản xuất thiết bị điện tử, nguyên lý hoạt động của Rơle là biến đổi dòng điện thành từ trường thông qua cuộn dây, từ trường lại tạo thành lực cơ học thông qua lực hút để thực hiện một động tác về cơ khí như đóng mở công tắc, đóng mở các hành trình của một thiết bị tự động vv. Loa gồm một nam châm hình trụ có hai cực lồng vào nhau, cực N ở giữa và cực S ở xung quanh, giữa hai cực tạo thành một khe từ có từ trường khá mạnh, một cuôn dây được gắn với màng loa và được đặt trong khe từ, màng loa được đỡ bằng gân cao su mềm giúp cho màng loa có thể dễ dàng dao động ra vào. Khi ta cho dòng điện âm tần (điện xoay chiều từ 20 Hz => 20.000Hz) chạy qua cuộn dây, cuộn dây tạo ra từ trường biến thiên và bị từ trường cố định của nam châm đẩy ra, đẩy vào làm cuộn dây dao động => màng loa dao động theo và phát ra âm thanh.

, biến áp này hoạt động ở tần số điện lưới 50Hz , lừi biến ỏp sử dụng cỏc lỏ Tụnsilic hỡnh chữ E và I ghộp lại, biến áp này có tỷ số vòng / vol lớn. + Biến áp âm tần sử dụng làm biến áp đảo pha và biến áp ra loa trong các mạch khuyếch đại cụng suất õm tần, biến ỏp cũng sử dụng lỏ Tụnsilic làm lừi từ như biến áp nguồn, nhưng lá tônsilic trong biến áp âm tần mỏng hơn để tránh tổn hao, biến áp âm tần hoạt động ở tần số cao hơn , vì vậy có số vòng/ vol thấp hơn, khi thiết kế biến áp âm tần người ta thường lấy giá trị tần số trung bình khoảng 1KHz - đến 3KHz. Lừi biến ỏp xung làm bằng ferit, do hoạt động ở tần số cao nên biến áp xung cho công suất rất mạnh, so với biến áp nguồn thông thường có cùng trọng lượng thì biến áp xung có thể cho công suất mạnh gấp hàng chục lần.

Hình 1.29: Máy biến áp xung và cao áp
Hình 1.29: Máy biến áp xung và cao áp

Chất bán dẫn

Tiếp giáp P-N

Electron từ N sang P, lỗ trống từ P sang N, tạo thành một điện trường tiếp xúc Etx. Sau một thời gian ngắn, hiện tượng khuếch tán sẽ chấm dứt, hai bên tiếp xúc P–N sẽ tạo ra một vùng nghèo hạt mang điện đa số, vùng này có điện trở lớn.

Transistor lưỡng cực (BJT)

Cấu tạo và ký hiệu

- Vùng B: pha tạp chất nồng độ rất ít (nhỏ nhất), vùng B rất mỏng (vài micromet).

Nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của Transistor

- Khi có nguồn UBE, nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện. - Khi có dòng IBE, do lớp bán dẫn N tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp ít nên các lỗ trống từ lớp bán dẫn P tại cực E vượt qua lớp tiếp giáp để sang lớp bán dẫn N tại cực B với số lượng nhiều hơn điện tử. - Một phần nhỏ trong số các lỗ trống đó thế vào điện tử tạo thành dòng IB, số còn lại bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE để tạo thành dòng ICE.

Nếu coi cực E là nguồn phát ra hạt dẫn đa số, hạt này một phần nhỏ chạy qua cực gốc B tạo thành dòng IB, phần lớn còn lại chạy đến cực góp C để tạo nên dòng IC. Để đánh giá mức độ hao hụt dòng khuếch tán trong vùng B, người ta đưa ra hệ số khuếch đại dòng điện. Nếu bây giờ ta ta đặt vào mạch cực phát một nguồn tín hiệu biến thiên thì điện áp phân cực lớp tiếp giáp EB cũng thay đổi làm cho IB biến thiên, kéo theo IE biến thiên và IC thay đổi.

Đặt ở cực góp một tải RC lớn, khi dòng IC biến thiên sẽ tạo ra trên RC một điện áp biến thiên nhưng biên độ lớn hơn nhiều (nhờ RC khá lớn). Khi dòng IB giảm, dòng IC giảm theo và UCE tăng hay điện áp tín hiệu lấy ra ở chân C ngược pha với điện áp tín hiệu vào khuếch đại ở chân B (transistor mắc theo kiểu phát chung sẽ được trình bày vào phần sau). Dòng IC qua Rt gây sụt áp UR, nên ta có điện áp UCE (chính là VC) được tính theo công thức (*) ở trên.

Hình 1.36: Mạch điện ở chế độ khuếch đại của transistor loại NPN
Hình 1.36: Mạch điện ở chế độ khuếch đại của transistor loại NPN

Đặc tuyến của Transistor lưỡng cực - Đặc tuyến ngừ vào

Lúc này nguồn phân cực EB có chiều như hình vẽ để tiếp xúc BE được phân cực thuận. Dòng IB thay đổi ở mạch vào sẽ tạo ra dòng IC thay đổi đồng pha tương ứng ở mạch ra tại cực C. IC tăng làm VC giảm và ngược lại, ta nói điện áp ra VC ngược pha với điện áp vào.

Từ đặc tuyến ngừ vào và đặc tuyến ngừ ra, ta cú thể suy ra đặc tuyến truyền của Transistor. Tín hiệu cần khuếch đại được đưa vào giữa cực B và E, tín hiệu ra được lấy ra gữa cực C và E, E là cực chung. Tín hiệu cần khuếch đại được đưa vào giữa cực B và E, tín hiệu ra được lấy ra giữa cực C và B, B là cực chung.

Tín hiệu cần khuếch đại được đưa vào giữa cực B và C, tín hiệu ra được lấy ra giữa cực E, C là cực chung.

Hỡnh 1.37: (b) Đặc tuyến ngừ ra  - Đặc tuyến truyền:
Hỡnh 1.37: (b) Đặc tuyến ngừ ra - Đặc tuyến truyền:

TÌM HIỂU VỀ IC NE555, CẢM BIẾN MQ2 VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG

  • Cảm biến khí gas MQ2 1. Giới thiệu về MQ2

    NE555 là loại linh kiện khá phổ biến với việc dễ dàng tạo xung vuông và thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản, dễ dàng tạo độ rộng xung. + Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Là đầu điều khiển điện áp, dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài, hay dùng các điện trở ngoài nối với GND. Chân này có thể không nối cũng được nhưng để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện, các tụ điện này lọc nhiễu, ngăn các xung trở lại nguồn cung cấp và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định.

    + Chân số 6 (THRESHOLD): Là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác (đầu trị số ngưỡng) và cũng được dùng như 1 chân chốt, dùng để đo kiểm tụ điện áp ở bên ngoài. Đõy là mạch khuếch đại đảo, cú ngừ ra là chõn Q của FF, nờn khi Q ở mức cao thỡ ngừ ra chõn 3 của IC sẽ cú điện ỏp thấp và ngược lại, khi Q ở mức thấp thỡ ngừ ra chõn 3 của IC sẽ cú điện ỏp cao. MQ2 là cảm biến khí, dùng để phát hiện các khí có thể gây cháy (ví dụ các loại khí như: khí hóa lỏng, Methane, Alcohol, Hydrogen…) Nó được cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2.

    Tín hiệu đi ra từ cảm biến khí gas có dạng analog nhưng chưa thực sự ổn định và chưa thực sự chống được nhiễu, vì thế chúng ta sử dụng với mục đích thứ nhất là để khắc phục tỡnh trạng nhiễu và làm tăng tớnh ổn định của ngừ ra cảm biến, mục đích thứ hai là chuyển điện áp từ analog sang digital và so sánh điện áp ra từ cảm biến khí gas với mức báo động. Do đó người ta thiết kết nối cảm biến MQ2 này với IC LM358 để cho ta chân Dout có điện áp ra số có giá trị 0,1 phụ thuộc vào điện áp tham chiếu và nồng độ. Ở trạng thái bình thường không có khí gas, điện áp ra AOUT<VREF , điện áp ra của bộ so sánh DOUT sẽ ở mức cao, khối báo động sẽ không hoạt động.

    Bảng 2: Thông số các loại của IC định thời 555
    Bảng 2: Thông số các loại của IC định thời 555

    MÔ PHỎNG HỆ MẠCH CẢNH BÁO KHÍ GA BẰNG PHẦN MỀM VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ

    Sơ lược về phần mềm mô phỏng

    PROTEUS VSM là sự kết hợp giữa chương trình mô phỏng mạch điện theo chuẩn công nghiệp SPICE3F5 và mô hình linh kiện tương tác động (animated model). Nó cho phép người dùng tự tạo linh kiện tương tác động và thực ra có rất nhiều linh kiện loại này được tạo ra mà không cần code lập trình. Do đó, PROTEUS VSM cho phép người dùng thực hiện các “mô phỏng có tương tác”.