Thiết kế mạch nhỏy chu kỳ:
Sau khi tham khảo một số tài liệu trong kỹ thuận điện tử nhúm 3Pro quyết định chế tạo mạch nhỏy đuổi, Do điều kiện về thời gian, về trỡnh độ nờn nhúm 3Pro chỉ đề xuất tƣởng chế tạo một bảng điện tử sử dụng cỏc linh kiện bỏn dẫn.
Một số thụng số kỹ thuật mà nhúm đó tỡm hiểu và thiết kế Rx – cỏc điện trở hạn chế dũng cho LED
Bài toỏn: Nếu nội trở của tranzito khi thụng là khụng đỏng kể mỗi đốn LED tiờu thụ dũng 20 mA
Rx = ( 12-2 )/( 0.02n )
Vớ dụ: Mỗi đốn LED tiờu thụ 2V và dựng 1 dóy đốn 10 búng đốn LED thỡ:Rx = ( 12-2 )/(0,002*10 ) = 50 ( ễm )
CHÚ í:
Ta cần chọn điện trở Rx cú giỏ trị đủ lớn
Mạch tiờu thụ dựng ớt nờn cú thể dựng nguồn ỏcquy 9 – 12V. Nếu muốn dựng điện lõu dài thỡ phải chỉnh lưu dũng điện xoay chiều thành thành 1
Hỡnh 3.4 Mạch nhỏy cú chu kỳ – Sản phẩm của nhúm 3Pro chạy băng phần mềm Crocodile Physics
- 99 -
chiều 9 – 12V, thớch hợp cho trang trớ cõy Noel, cành đào, mắc cho tủ ly gia đỡnh, trang trớ nhà cửa.
Nhúm cũng sử dụng phần mềm mụ phỏng cấu tạo của mạch, nhƣng cú nhƣợc điểm cỏc thụng số vẫn chƣa hợp lý nờn sự điều cỏc biển trở hai đốn LED nhỏy khụng đều và thậm chớ cũn gõy ra hiện tƣợng chỏy LED. Tuy nhiờn sau khi điều chỉnh lại một số thụng số của tụ C và cỏc biến trở thỡ mạch đó hoạt động ổn định trở lại.
Dựa vào cấu tạo của mạch đú cú thể thiết kế nhiều đốn LED và đặt tại nhiều vị trớ khỏc nhau cú thể chế tạo đƣợc cỏc bảng điện tử, cỏc biển quảng cỏo, lụgụ....
+ Dự ỏn của nhúm Green-Summer: “Nghiờn cứu và thiết kế lắp đặt đốn sử dụng năng lượng mặt trời nạp điện ban ngày, thắp sỏng vào ban đờm”.
Vấn đề đặt ra: Hiện nay tỡnh trạng thiếu điện vẫn thƣờng xảy ra, Đảng và nhà nƣớc ta kờu gọi toàn dõn tiết kiệm điện. Vậy mỗi chỳng ta sử dụng điện nhƣ thế nào vừa an toàn tiết kiệm và hiệu quả cao nhất. Đú là lý do nhúm Green- Summer đó chọn đề tài trờn.
So với hai dự ỏn trờn, nhúm Green-Summer phõn tớch tƣơng đối kỹ về cấu tạo và sự hỡnh thành cỏc hạt tải điện trong bỏn dẫn tạp loại n và loại p, đồng thời cũng phõn tớch sơ bộ về đặc tớnh dẫn điện của dũng điờn qua lớp chuyển tiếp p-
Hỡnh3. 5 Đại diện nhúm Green-Summer trỡnh bày tớnh chất điện của bỏn dẫn tạp, giới thiệu sản phẩm ứng dụng pin mặt trời bỏn dẫn
- 100 -
n. Tuy nhiờn sau đú nhúm chỉ đi sõu tỡm hiểu về hiện tƣợng quang dẫn xảy ra ở vựng tiếp xỳc p-n. Trờn cơ sở đú trỡnh bày dự ỏn ứng dụng của pin mặt trời.
Quan điểm của nhúm nờu ra sản phẩm chỉ nghiờn cứu ở dạng sơ đồ và mụ hỡnh. Mặc dự vậy đú cũng là quỏ trỡnh tỡm tũi sỏng tạo, cú sự liờn hệ với thực tiễn nhằm đỏp ứng những yờu cầu của thực tiễn.
+ Nhúm Group 4 “Thiết kế và lắp rỏp mạch chỉnh lưu dũng điện xoay chiều thành dũng điện khụng đổi”.
Số liệu điều tra của nhúm Group 4 nờu ra tham khảo: Qua kết quả khảo sỏt 30 gia đỡnh hộ dõn sống lõn cận thị trấn Vĩnh Bảo sử dụng cỏc thiết bị điện cho kết quả:
- Tổng thiết bị điện sử dụng thƣờng xuyờn: 510 thiết bị. - Trong đú:
Số thiết điện sử dụng trực tiếp dũng điện xoay chiều (Búng đốn, quạt,nồi cơm điện, siờu điện..): 256 thiết bị.
Số thiết điện sử dụng dũng điện một chiều đƣợc chỉnh lƣu từ dũng điện xoay chiều (Đài, Tivi..): 130 thiết bị.
Số thiết bị sử dụng trực tiếp dũng điện khụng đổi (Đốn pin. điều khiển từ xa..)102 thiết bị.
Số thiết bị sử dụng cả dũng điện xoay chiều và dũng điện khụng đổi là 13 Số thiết bị chƣa rừ sử dụng nguồn điện loại nào 5.
Căn cứ kết quả trờn, nhúm Group 4 cú nhận xột: Dũng điện xoay chiều đƣợc sử dụng rộng rói trong đời sống và trong kỹ thuật. Tuy nhiờn dũng điện xoay chiều khụng thể thay thế đƣợc dũng điện một chiều trong nhiều trƣờng hợp cụ thể. Đặc biệt là trong cụng nghiệp (đỳc điện, mạ điện..), trong giao thụng vận tải (xe điện, xe lửa)....
Dũng điện một chiều do pin và ỏc quy cung cấp khụng cú cụng suất lớn, khụng đạt đƣợc hiệu điện thế cao. Mỏy phỏt điện một chiều chế tạo tốn kộm, hiệu suất truyền tải đi xa là rất thấp. Do vậy phƣơng phỏp kinh tế và phổ biến
- 101 -
nhất để cú dũng điện một chiều là chỉnh lƣu từ dũng điện xoay chiều, sử dụng thiết bị thiết bị bỏn dẫn.
Tiếp theo nhúm Group 4 tỡm hiểu về tớnh chất điện của chất bỏn dẫn và đi sõu vào đặc tớnh chỉnh lƣu của dũng điện qua lớp chuyển tiếp p-n. Dựa vào tớnh chất đú của dũng điện mà lớp chuyển tiếp p-n đƣợc ứng dụng để chỉnh lƣu dũng điện xoay chiều thành dũng điện khụng đổi.
Sản phẩm của nhúm chỉ xột đƣợc hai mạch chỉnh lƣu nửa chu ký và chỉnh lƣu hai nửa chu kỳ.
Sau khi cỏc nhúm trỡnh bày xong sản phẩm của cỏc nhúm của mỡnh, đại diện cho cỏc nhúm nhận xột, đỏnh giỏ chộo nhau về bài trỡnh chiếu của cỏc nhúm. Trong đú cỏc đại diện cho cỏc nhúm cú một số đúng gúp cụ thể nhƣ sau:
Ƣu điểm:
Với cỏc dự ỏn trờn cú một nhận xột chung là đều nờu đƣợc tớnh cấp thiết của dự ỏn, nờu đƣợc cỏc kiến thức tƣơng đối cơ bản về chất bỏn dẫn và cỏc linh kiện bỏn dẫn. Đặc biệt cỏc dự ỏn đều chỳ ý vào cấu tạo và cỏc chế độ hoạt động của cỏc linh kiện bỏn dẫn liờn quan đến sản phẩm của nhúm mỡnh.
Cỏc sản phẩm của cỏc tổ đều đƣợc sử dụng cỏc phần mềm mụ phỏng để chạy trực tiếp trờn lớp và thành cụng với cỏc sản phẩm đú.
Đảm bảo đƣợc cỏc yờu cầu về kiến thức cần đạt đƣợc cho bài học
Hỡnh3.6 Đại diện nhúm Group 4 giới thiệu sản phẩm mạch chỉnh lƣu
- 102 -
Bài trỡnh chiếu cú cỏc hỡnh ảnh phự hợp, thiết thực với nội dung, gõy đƣợc ấn tƣợng mạnh đối với ngƣời nghe.
Kết thỳc mỗi dự ỏn cỏc nhúm đều mang lại một thụng điệp cụ thể.
Một số tồn tại:
Khả năng thuyết trỡnh của cỏc nhúm chƣa thật tự nhiờn, cũn phụ thuộc vào nhiều vào nội dung trỡnh bày, sự chuyển tiếp cỏc nội dung chƣa cú sự liờn kết chặt chẽ
Do lần đầu tiờn tổ chức làm dự ỏn nờn cỏc bài trỡnh chiếu đụi khi lạm dụng nhiều cỏc hiệu ứng Power Point, hỡnh nền cũn tựy tiện chƣa thật phự hợp với nội dung.
Cỏc sản phẩm mà cỏc nhúm xõy dựng vẫn chỉ là cỏc ý trƣởng dựa vào ứng dụng cụ thể, tớnh khả thi cho một sản phẩm chƣa thực sự rừ ràng.
Về nội dung kiến thức là một phần tƣơng đối khú.
Chỳng tụi cú đặt ra một số cõu hỏi nhƣ sau:
Dự ỏn của nhúm Baby animals
Với mạch khuếch đạt cụng suất một tầng thỡ tớn hiệu ra ngƣợc pha với tớn hiệu đầu vào, vậy làm thế nào để hai tớn hiệu này cựng pha? Làm thế nào để tăng cụng suất của mạch? Khi chế tạo mạch khuếch đại trong mỏy trợ thớnh cần chỳ ý những điểm gỡ?
Sau khi thảo luận thỡ đại diện của nhúm đó cú cõu trả lời tƣơng đối tốt bằng cỏch ghộp thờm một tầng cụng suất nữa. HS cũng đó đề xuất đƣợc phƣơng phỏp tăng hệ số cụng suất của mạch là tăng điện ỏp nguồn nuụi thụng qua biến trở (chiết ỏp. Nhƣng với mỗi mạch điện thỡ cú điện ỏp cung cấp giới hạn nờn đại diện của nhúm cũng nờu đƣợc giải phỏp là phải tăng số tầng cụng suất. Khi đú số tầng cụng suất của một mạch khuếch đại cú thể là 4, 6 hoặc 8.
Đối với mỏy trợ thớnh, sơ đồ nguyờn tắc hoạt động của mạch điện cũng là một mạch khuếch đại tớn hiệu nhƣng yờu cầu cỏc linh kiện phải cú kớch thƣớc nhỏ, nờn dựng cỏc mạch khuếch đại bằng cỏc IC cụng suất nhỏ mà trong đú đó
- 103 -
tớch hợp cỏc linh kiện bỏn dẫn, hệ số cụng suất vừa phải, cú thể điều chỉnh hệ số khuếch đại trong phạm vi cho phộp.
Với mạch nhỏy chu kỳ chỳng tụi đặt cõu hỏi: Cú thể thay đổi thời gian sỏng, tắt của cỏc LED, cƣờng độ sỏng của cỏc LED, muốn cú thờm nhiều đốn LED thỡ mắc chỳng nhƣ thế nào?
Do HS sử dụng phần mềm chế tạo mạch nờn đại diện nhúm đó trả lời một cỏch dễ dàng: Để thay đổi thời gian sỏng, tắt cần phải điều chỉnh biến trở RX và điều chỉnh điện ỏp nạp cho tụ.
Muốn ghộp thờm nhiều búng LED thỡ cỏc nột cần phải ghộp với nhau, khi đú cần phải tăng điện ỏp của nguồn nuụi.
Chỳng tụi cú hỏi thờm: Để cú một bảng điện tử tạo ra cỏc logo với cỏc hỡnh ảnh xinh động chỳng ta cú thể thiết kế nhƣ thế nào dựa trờn sơ đồ mạch nhỏy đú?
Với cõu hỏi này HS chỉ nờu đƣợc giải phỏp ghộp nhiều búng LED với nhau và định cỏc vị trớ của cỏc búng LED đú ở cỏc vị trớ thớch hợp
+ Với dự ỏn của nhúm Green – Summer: “Đốn sử dụng năng lƣợng mặt trời nạp điện ban ngày, thắp sỏng vào ban đờm chỳng tụi cú một số cõu hỏi:
Trong trƣờng hợp nhiều ngày khụng đủ ỏnh sỏng để nạp đốn, nhúm cú giải phỏp gỡ?
Trong trƣờng hợp ban ngày vừa cú nhu cầu thắp sỏng vừa nạp điện thỡ cần phải cú hệ thống khúa nhƣ thế nào cho phự hợp? Búng thắp sỏng đốn tại sao phải dựng cỏc LED mà khụng dựng cỏc đốn sợi đốt?
Với cõu hỏi thứ nhất HS của nhúm đó chọn giải phỏp dựng ắc quy tớch điện cú dung lƣợng đủ lớn.
Cú thể vừa thắp sỏng và vừa nạp điện thỡ phải thiết kế lại khúa chuyển mạch. HS cú phỏt hiện thờm là cỏc búng đốn LED hiệu suất phỏt sỏng cao hơn đốn sợi đốt.
Cỏc nhúm cũng đó thảo luận tƣơng đối sụi nổi và cũng cú một số vấn đề khụng giải quyết ngay đƣợc.
- 104 -
Những cõu hỏi của GV và cỏc cõu trả lời của HS đó khắc sõu thờm kiến thức đó học về cỏc linh kiện bỏn dẫn, một số kiến thức đó vƣợt khỏi phạm vi sỏch giỏo khoa. Điều đú chứng tỏ HS đó học tƣơng đối sõu.
+ Với dự ỏn của nhúm Group 4: Chỉnh lƣu dũng điện xoay chiều thành dũng điện khụng đổi, GV đặt ra hai vấn đề: Một là khi chỉnh lƣu thành dũng điện khụng đổi thỡ dũng điện thu đƣợc vẫn cũn nhấp nhỏy. Do vậy, hóy đề xuất giải phỏp hạn chế sự nhấp nhỏy đú? Hai là liệu cú thể chỉnh lƣu dũng điện khụng đổi tử dũng điện xoay chiều hai nửa chu kỳ với hai điụt bỏn dẫn?
Với cõu hỏi thứ nhất HS của cỏc nhúm đều đƣa ra cựng một giải phỏp: Ghộp thờm nhiều tụ lọc. Cũn cõu hỏi thứ hai thỡ chớnh cỏc thành viờn trong nhúm nghiờn cứu lại khụng tỡm đƣợc giải phỏp. Đại diện của nhúm Baby animals (Lớp trƣởng-Đỗ Phƣơng) đó phỏt hiện ra một sơ đồ mạch chỉnh lƣu mà trong kỹ thuật điện tử gọi là mạch chỉnh lƣu hỡnh tia.
Chỳng tụi nhận xột chung và cuối cựng HS đỏnh giỏ kết quả của mỗi bài trỡnh diễn bằng phƣơng phỏp đỏnh giỏ đồng đẳng, cho điểm đỏnh giỏ cỏc tổ, điểm này chỳng tụi gọi là điểm lý thuyết.
Đa số HS ý thức đƣợc ý nghĩa của đỏnh giỏ đồng đẳng và thực hiện rất nghiờ m tỳc và cẩn thận. HS cú đối chiếu sự tớch cực của mỡnh với cỏc thành viờn khỏc và của cỏc thành viờn khỏc với nhau. Kết quả đỏnh giỏ đồng đẳng của cỏc nhúm khỏ phự hợp với quan sỏt của GV về sự tớch cực của HS trong mỗi nhúm.
Đỏnh giỏ kết quả dự ỏn của cỏc nhúm:
Mỗi HS cho điểm sản phẩm dự ỏn của cỏc nhúm theo cỏc tiờu chớ đó đề ra trƣớc khi thực hiện dự ỏn. HS khỏ khỏch quan trong việc đối chiếu kết quả cỏc nhúm với nhau, tuy nhiờn cú phần ƣu ỏi nhúm mỡnh trong việc cho điểm.
- 105 -
Bảng điểm tổng hợp bài trỡnh chiếu của cỏc nhúm cụ thể nhƣ sau
TIấU CHÍ ĐÁNH GIÁ NỘI DUNG CỤ THỂ N1 N2 N3 N4
Trỡnh bày đƣợc tớnh chất điện của chất bỏn dẫn-3 tớnh chất: (10đ) - Trỡnh bày đƣợc mỗi tớnh chất: 3 đ - Trỡnh bày rừ ràng: 1đ 9 8.7 8.5 8.5 Trỡnh bày đƣợc bản chất của dũng điện trong chất bỏn dẫn tinh khiết và bỏn dẫn của tạp chất: (10đ)
Bản chất của hạt tải điện trong chất bỏn dẫn tinh khiết: 5đ Bản chất của hạt tải điện cơ bản bỏn dẫn tạp chất: 5đ 4.5 5 5 4.5 5 5 5 5 Nờu đƣợc cấu tạo và hoạt
động của cỏc điụt và tranzito
(10đ)
Nờu đƣợc cấu tạo của mỗi loại: 5đ Cú thể chỉ nờu đƣợc một loại phụ thuộc vào ứng dụng của dự ỏn thỡ cú thể đạt 10đ 8.3 7.3 7 8.7 Đƣa ra đƣợc cỏc ứng dụng trong thực tế về cỏc linh kiện bỏn dẫn: (20đ) Nờu đƣợc trờn 3 ứng dụng: 5đ Dƣới 3 ứng dụng: 3đ ứng dụng phự hợp với bài học: 10đ Cỏc ứng dụng cú tớnh cấp thiết: 5đ 3 10 3.5 3 9.3 4 3 9.5 4.3 3 8.5 4.5 Nờu đƣợc một dự ỏn cú ý nghĩa thiết thực, đỏp ứng đƣợc nhu cầu hiện nay: (40đ)