khi hấp thụ các photon).
Có thể thay đổi khả năng dẫn điện của các chất bán dẫn bằng việc pha thêm tạp chất lựa chọn đặc biệt để tạo ra các lỗi trong mạng tinh thể có thừa electron tự do (bán dẫn loại n) hoặc thiếu electron gọi là lỗ trống điện tử (bán dẫn loại p). Nồng độ tạp chất quyết định số lỗ trống hay điện tử tự do trong vật liệu, do đó quyết định tính dẫn điện của vật liệu.
Tổn thất do điện trở:
Khi dòng điện có cường độ I chạy qua một vật có điện trở R, điện năng được chuyển thành nhiệt năng thất thoát có công suất
P=I2 .R (1) trong đó:
P là công suất, đo theo W
I là cường độ dòng điện, đo bằng A R là điện trở, đo theo Ω
Hiệu ứng này có ích trong một số ứng dụng như đèn điện dây tóc hay các thiết bị cung cấp nhiệt bằng điện, nhưng nó lại là không mong muốn trong việc truyền tải điện năng. Các phương thức chung để giảm tổn thất điện năng là: sử dụng vật liệu dẫn điện tốt hơn, hay vật liệu có tiết diện lớn hơn hoặc sử dụng hiệu điện thế cao. Các dây siêu dẫn được sử dụng trong một số ứng dụng đặc biệt, nhưng khó có thể phổ biến vì giá thành cao và nền công nghệ vẫn chưa phát triển.
Điện trở của dây dẫn
Điện trở R của dây dẫn tỉ lệ thuận với điện trở suất và độ dài dây dẫn, tỉ lệ nghịch với tiết diện của dây
R= S p L.
trong đó:
L là chiều dài của dây dẫn, đo theo mét S là tiết diện (diện tích mặt cắt), đo theo m2
p là điện trở suất (hay còn gọi là điện trở riêng hoặc suất điện trở), nó là thước đo khả năng kháng lại dòng điện của vật liệu. Điện trở suất của một dây dẫn là điện trở của một dây dẫn dài 1m có tiết diện 1mm2, nó đặc trưng cho vật liệu dây dẫn.
Lưu ý bổ sung: Có hai lý do giải thích tại sao một vật dẫn có tiết diện ngang nhỏ có xu hướng tăng trở kháng. Lý do thứ nhất là các điện tử có cùng điện tích âm, đẩy lẫn nhau, do vậy trong một không gian nhỏ thì sự phản kháng sẽ tăng lên. Lý do thứ hai là các điện tử "va chạm" vào nhau, sinh ra hiện tượng "phân tán" và do đó chúng bị làm trệch hướng. (Xem thêm trang 27 của Industrial Electronics viết bởi D. J. Shanefield, nhà xuất bản Noyes, Boston, 2001 bằng tiếng Anh để biết thêm về các thảo luận.)
Trở kháng vi phânKhi điện trở có thể bị phụ thuộc vào hiệu điện thế và cường độ dòng điện, trở kháng vi phân hay trở kháng lượng gia được định nghĩa như là đường cong của đồ thị có hai trục V-I ở một điểm cụ thể nào đó, do vậy:
R= dI dV
(3)
Đại lượng này đôi khi đơn giản được gọi là điện trở, mặc dù hai định nghĩa này chỉ tương đương đối với các thiết bị ôm chẳng hạn như các điện trở lý tưởng. Nếu đồ thị V-I không phải là biến thiên đều (tức là có các điểm lồi hay lõm), trở kháng vi phân sẽ là âm đối với một số giá trị nào đó của hiệu điện thế và cường độ dòng điện. Thuộc tính này thông thường được biết đến như là "trở kháng âm", mặc dù chính xác hơn phải gọi là trở kháng vi phân âm, do giá trị tuyệt đối của điện trở V/I vẫn là một số dương.
Sự phụ thuộc nhiệt độ : R = R0 + T (4)
Điện trở của kim loại tăng lên khi bị nung nóng. Hệ số nhiệt độ (an pha) của điện trở là lượng tăng điện trở của một dây dẫn có điện trở 1 ôm khi nhiệt độ tăng lên 1 độ C (hệ số an pha được ghi ở bảng)
(5) Trong dòng điện xoay chiều
Đối với dòng điện xoay chiều, Điện trở thuần là một tính chất của dây dẫn, nó phụ thuộc vào vật liệu và kích thước của dây dẫn, những nguyên tử của dây dẫn ngăn cản sự chuyển động của các điện tử tự do, nghĩa là ngăn cản dòng điện. Những phần tử được làm bằng các vật liệu có điện trở thông thường cũng được gọi là điện trở. Trong mạch điện chỉ có điện trở thuần, tại thời điểm cực đại của điện áp thì dòng điện cũng cực đại. Khi điện áp bằng không thì dòng điện trong mạch cũng bằng không. Điện áp và dòng điện cùng pha. Tất cả các công thức dùng cho mạch điện một chiều đều có thể dùng cho mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở thuần mà các trị số dòng điện xoay chiều lấy theo trị số hiệu dụng. Trong kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuật điện tử, người ta ứng dụng những tính chất khác nhau của ba loại kháng trở chính là: Điện trở thuần, dung kháng, và cảm kháng để thiết kế các mạch điện tổ hợp.
Dung kháng : Sự cản trở mà tụ điện gây ra đối với dòng điện xoay chiều. Nếu tụ điện có điện dung C, dòng điện xoay chiều hình sin có tần số góc ω thì dung kháng có giá trị: Xc= 1/ω.C (6)
Nếu đấu nối tiếp một tụ điện với một điện trở thuần vào dòng điện xoay chiều, I là dòng điện chung cho cả hai phần tử nối tiếp. Điện áp trên điện trở thuần cùng pha với dòng điện I, thành phần điện áp trên điện dung Uc chậm sau dòng điện I là 900. Cả hai thành phần này xác định điện áp của nguồn U, điện áp này bị chậm sau dòng điện một góc (an pha).
Nếu đấu song song, thì dòng điện vượt trước điện áp 90 độ (1/4 chu kỳ)
Cảm kháng Sự cản trở do độ tự cảm L của một cuộn dây gây ra đối với dòng điện xoay chiều. Nếu ω là tần số góc của dòng điện thì cảm kháng của cuộn dây có giá trị:
XL = Lω. (7)
Nếu đấu nối tiếp một cuộn cảm (có cảm kháng) với một điện trở thuần vào dòng điện xoay chiều (biến thiên). Thì dòng điện chạy qua chúng như nhau nhưng tạo nên
các Điện áp rơi và theo Định luật Kiếckhốp: Tổng đại số của tất cả các sức điện động của mạch kín bằng tổng đại số tất cả các điện áp rơi trên điện trở cửa mạch vòng đó
Nếu đấu song song một cuộn cảm (có cảm kháng) với một điện trở thuần vào dòng điện xoay chiều (biến thiên). Thì điện áp nguồn là như nhau nhưng dòng điện trên điện trở thuần thì cùng pha còn trên cuộn dây (cảm kháng) thì dòng điện lại chậm sau điện áp 90 độ (1/4 chu kỳ). Để xác định dòng điện chung ta phải cộng hình học (đồ thị véc tơ) các dòng điện trong cả hai mạch nhánh. Dòng điện này chậm sau điện áp một góc (an pha). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.4.6 Tụ điện
Là một linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi. Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng cường độ, nhưng trái dấu.
Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng lượng điện trường của tụ điện. Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay chiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.
Về mặt lưu trữ năng lượng, tụ điện có phần giống với ắc qui. Mặc dù cách hoạt động của chúng thì hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng đều cùng lưu trữ năng lượng điện. Ắc qui có 2 cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra electron ở cực này và chuyển electron sang cực còn lại. Tụ điện thì đơn giản hơn, nó không thể tạo ra electron - nó chỉ lưu trữ chúng. Tụ điện có khả năng nạp và xả rất nhanh. Đây là một ưu thế của nó so với ắc qui.
Điện dung, đơn vị và ký hiệu của tụ điện
Điện dung là đại lượng vật lý nói lên khả năng tích điện giữa hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức:
Trong đó,
C : là điện dung tụ điện, đơn vị là Fara [F] ε : Là hằng số điện môi của lớp cách điện; ε0 : Là hằng số điện thẩm;
d : là chiều dày của lớp cách điện; S : là diện tích bản cực của tụ điện.
Đơn vị của đại lượng điện dung là Fara [F]. Trong thực tế đơn vị Fara là trị số rất lớn, do đó thường dùng các đơn vị đo nhỏ hơn như micro Fara (1µF=10−6F), nano Fara (1nF=10−9F), pico Fara (1pF=10−12F).
Tụ điện phân cực
Hình 30: Tụ điện phân cực, tụ hóa
Tụ điện phân cực (có cực xác định) hoặc theo cấu tạo còn gọi là tụ hóa. Thường trên tụ quy ước cực âm phân biệt bằng một vạch màu sáng dọc theo thân tụ, khi tụ mới chưa cắt chân thì chân dài hơn sẽ là cực dương. Khi đấu nối phải đúng cực âm - dương. Trị số của tụ phân cực vào khoảng 0,47μF - 4.700μF, thường dùng trong các mạch tần số làm việc thấp, dùng lọc nguồn.
Hình 31: Tụ không phân cực
Tụ điện không phân cực (không xác định cực dương âm); theo cấu tạo có thể là tụ giấy, tụ gốm, hoặc tụ mica. Tụ xoay chiều thường có trị số điện dung nhỏ hơn 0,47μF và thường được sử dụng trong các mạch điện tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu.
Tụ điện có trị số biến đổi
Tụ điện có trị số biến đổi, hay còn gọi tụ xoay (cách gọi theo cấu tạo), là tụ có thể thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được sử dụng trong kỹ thuật Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài (kênh tần số).
2.3.4.7 Đèn LED
LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.
Hình 32: Hình ảnh led
Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn.
Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong
Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó). Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông. Có nghiên cứu về các loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí neon. Đèn chiếu sáng bằng LED được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng. Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồ điện tử dân dụng.
2.3.4.8 IC ULN2803
Sơ đồ chân
Hình 33: Sơ đồ chân IC ULN2803
Chức năng các chân
Chân 9 : mass (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chân 1…8 : các ngõ vào Chân 11…18 : các ngõ ra đảo
Có tác dụng đệm dòng ,đệm được 8 đường riêng biệt (nối trực tiếp với 8 chân của IC74HC595 vào 8 chân kia nối vào các led).
Dòng ra tối đa là 500mA.
Chức năng của ULN2803 có tác dụng như bộ hút dòng
Thông số của ic ULN 2803
Ta có thể tăng điện áp ngõ ra bằng cách thêm các điện trở treo ở các ngõ ra với điện áp kéo lên cao.
Điện áp cung cấp 5-12v
Điện áp ngõ vào tối đa 30v
Điện áp ngõ ra tối đa 50v
Dòng điện ngõ ra tối đa 500mA
Dòng điện ngõ vào 25mA
Bảng 8: Bảng thông số hoạt động của IC
-Các chân đầu của IC ULN2803 sẽ được kết nối vào 8 chân dữ liệu của các led tương ứng
-ULN2803 có tác dụng kích dòng cho bảng hiển thị
2.3.5Lưu đồ thuật toán và chương trình điều khiển
Chương trình phím nhấn
Begin
- Thiết lập các thông số - Khai báo biến
Đọc dữ liệu DS1307 Hiển thị phút Hiển thị giờ Chương trình phím nhấn End. Chương trình phím nhấn
S S
Đ Đ
2.3.6 Lắp ráp, chạy thử.
Sau khi thiết kế các mô hình cơ khí và mạch điều khiển chúng em đưa ra mô hình sản phẩm như sau: KT chỉnh phút KT chỉnh giờ Hiển thị chỉnh phút Hiển thị chỉnh giờ Ret
Hình 34: Mô hình thực tế
Mô hình hoàn thiện hoạt động ổn định theo đúng yêu cầu đặt ra của tính toán cũng như của đề tài.
2.4 KẾT LUẬN
2.4.1 Kết quả đạt được
Đồng hồ led là thiết bị cần thiết và ứng dụng nhiều trong thực tế. Với sự cố gắng của cả nhóm cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy Phạm Tuấn Tài, chúng em đã hoàn thành đề tài đáp ứng đủ yêu cầu và đúng thời hạn. Tuy nhiên không tránh khỏi một vài thiếu sót chúng em mong nhận được sự bổ xung góp ý từ quý thầy cô cùng các bạn để đề tài này được hoàn thiện thêm.
Khuyết điểm
-Quá trình chuyển giao giữa nguyên lý và mô phỏng sang sản phẩm thực tế khác nhau do các tác động bên ngoài gây nhiễu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Việc thay đổi nội dung chương trình là bất tiện. Khi làm mạch với mô hình lớn hơn thì kết nối phức tạp hơn.
CHƯƠNG III KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 3.1 Kết luận
Sau thời gian thực hiện đồ án trên chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các bạn, thầy cô giáo bộ môn cơ điện tử khoa Cơ khí và thầy Phạm Tuấn Tài đã giúp đỡ nhóm chúng em để chúng em hoàn thiện tốt nhiệm vụ được giao.
Hoàn thành đúng tiến độ được giao
Hoàn thành được sản phẩm và bản thuyết minh
Sản phẩm hoạt động ổng định,chính xác và có thẩm mĩ
Những khó khăn:Trong quá trình hoàn thành đề tài được giao nhóm chúng em dã gặp những khó khăn như:
Thời gian thực hiện đồ án và thời gian học trên lớp xen kẽ nhau chúng em phải bố trí thời gian hợp lý để làm việc nhóm được hiệu quả cao
Quá trình chuyển giao giữa nguyên lý và mô phỏng sang sản phẩm thực tế khác nhau do các tác động bên ngoài gây nhiễu...
Thuận lợi: tuy gặp nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài nhưng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn và các thầy cô giáo và nắm vững các kiến thức cơ bản nên chúng em đã hoàn thành đúng tiến độ được giao.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
3.2. Phương hướng phát triển của đề tài
Việt Nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam của đất nước, với cường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2. Trong khi đó cường độ bức xạ mặt trời lại thấp hơn ở các vùng phía Bắc, ước tính khoảng 4 kWh/m2 do điều kiện thời tiết với trời nhiều mây và mưa phùn vào mùa đông và mùa xuân. Ở Việt Nam, bức xạ mặt trời trung bình 230-250 kcal/cm2 theo hướng tăng dần về phía Nam chiếm khoảng 2.000 - 5.000 giờ trên năm, với ước tính tiềm năng lý thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE. Năng lượng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm. Năng lượng mặt trời được khai thác sử dụng chủ yếu cho các mục đích như: sản xuất điện và cung cấp nhiệt.Vì vậy chúng ta cần phải tận dụng nguồn năng lượng mặt trời đó vào các thiết bị, vật dụng phục vụ cho cuộc sống con người ngày càng nhiều