Giáo trình Chế tạo, lắp đặt mạch điện tử nâng cao

nhanh vào chì. Như vậy muốn khò thành công một IC bạn phải có đủ 3 thứ : Gió;nhiệt; và nhựa thông lỏng * Việc chỉnh nhiệt và gió là tuỳ thuộc vào thể tích IC (Chú ý đến diện tích bề mặt) và thông thường linh kiên có diện tích bề mặt càng rộng thì lùa nhiệt vào sâu càng khó khăn-nhiệt nhiều thì dễ chết IC; gió nhiều thì tuy có thể lùa nhiệt sâu hơn nhưng phải bắt IC ngậm nhiệt lâu. Nếu qúa nhiều gió sẽ làm “rung” linh kiện, chân linh kiện sẽ bị lệch định vị, thậm chí còn làm “bay” cả linh kiện *Đường kính đầu khò quyết định lượng nhiệt và gió. Tùy thuộc kích cỡ linh kiện lớn hay nhỏ mà ta chọn đường kính đầu khò cho thích hợp, tránh quá to hoặc quá nhỏ: Nếu cùng một lượng nhiệt và gió, đầu khò có đường kính nhỏ thì đẩy nhiệt sâu hơn, tập trung nhiệt gọn hơn, đỡ “loang” nhiệt hơn đầu to, nhưng lượng nhiệt ra ít hơn, thời gian khò lâu hơn. Còn đầu to thì cho ra lượng nhiệt lớn nhưng lại đẩy nhiệt nông hơn, và đặc biệt nhiệt bị loang làm ảnh hưởng sang các linh kiện lận cận nhiều hơn. Kỹ thuật khò linh kiện: được chia làm 2 giai đoạn: a. Giai đoạn lấy linh kiện ra: Giai đoạn này ai cũng cố không để nhiệt ảnh hưởng nhiều đến IC, giữ IC không bị chết. Do vậy tạo tâm lý căng thẳng dẫn đến sai lầm là sợ khò lâu; sợ tăng nhiệt dẫn đến chì bị “sống” làm đứt chân IC và mạch in. Để tránh những sự cố đáng tiếc như trên, ta phải nhất quán các quy ước sau đây: - Phải giữ bằng được sự toàn vẹn của chân IC và mạch in bằng cách phải định đủ mức nhiệt và gió, khò phải đủ cảm nhận là chì đã “chín” hết 19 - Gầm của IC phải thông thoáng, muốn vậy phải vệ sinh sạch xung quanh và tạo “hành lang” cho nhựa thông thuận lợi chui vào . - Nhựa thông lỏng phải ngấm sâu vào gầm IC , muốn vậy dung dịch nhựa thông phải đủ “loãng”- Đây chính là nguy cơ thường gặp đối với nhiều kỹ thuật viên ít kinh nghiệm. - Khi khò lấy linh kiện chúng ta thường phạm phải sai lầm để nhiệt thẩm thấu qua thân IC rồi mới xuống main. Nếu chờ để chì chảy thì linh kiện trong IC đã phải “chịu trận” quá lâu làm chúng biến tính trước khi ta gắp ra. Để khắc phục nhược điểm chí tử này, ta làm như sau: Dùng nhựa thông lỏng quét vừa đủ quanh IC , nhớ là không quét lên bề mặt và làm loang sang các linh kiện lân cận. Theo linh cảm, các bạn chỉnh gió đủ mạnh “thúc” nhựa thông và nhiệt vào gầm IC-Chú ý là phải khò vát nghiêng đều xung quanh IC để dung dịch nhựa thông dẫn nhiệt sâu vào trong. - Khi cảm nhận chì đã nóng già thì chuyển “mỏ” khò thẳng góc 90◦ lên trên, khò tròn đều quanh IC trước (thường “lõi” của nó nằm ở chính giữa), thu dần vòng khò cho nhiệt tản đều trên bề mặt chúng để tác dụng lên những mối chì nằm ở trung tâm IC cho đến khi nhựa thông sôi đùn IC trồi lên , dùng “nỉa” nhấc linh kiện ra - Kỹ năng này đặc biệt quan trọng vì IC thường bị hỏng là do “già” nhiệt vùng trung tâm trong giai đoạn khò lấy ra. Tất nhiên nếu “non” nhiệt thì chì bị “sống”- khi nhấc IC nó sẽ kéo cả mạch in lên, thì đây mới chính là điều kinh khủng nhất. b. Giai đoạn gắn linh kiện vào: Trước tiên làm vệ sinh thật sạch các mối chân trên main, quét vừa đủ một lớp nhựa thông mỏng lên đó. Xin nhắc lại: Nhựa thông chỉ vừa đủ tạo một lớp màng mỏng trên mặt main. Nếu quá nhiều , nhựa thông sôi sẽ “đội” linh kiện lên làm sai định vị. Chỉnh nhiệt và gió vừa đủ → khò ủ nhiệt tại vị trí gắn IC. Sau đó ta chỉnh gió yếu hơn (để sức gió không đủ lực làm sai định vị). Nếu điều kiên cho phép, lật bụng IC khò ủ nhiệt tiếp vào các vị trí vừa làm chân cho nóng già→ đặt IC đúng vị trí (nếu có thể ta dùng dùi giữ định vị) và quay dần đều mỏ khò từ cạnh ngoài vào giữa mặt linh kiện. Nên nhớ là tất cả các chất bán dẫn hiện nay chỉ có thể chịu được nhiệt độ khuyến cáo (tối đa cho phép) trong thời gian ngắn (có tài liệu nói nếu để nhiệt cao hơn nhiệt độ khuyến cáo 10 % thì tuổi thọ và thông số của linh kiện giảm hơn 30%). Chính vì vậy cho dù nhiệt độ chưa tới hạn làm biến chất bán dẫn nhưng nếu ta khò nhiều lần 20 và khò lâu thì linh kiện vẫn bị chết. Trong trường hợp bất khả kháng (do lệch định vị, nhầm chiều chân) ta nên khò lấy chúng ra ngay trước khi chúng kịp nguội. Tóm lại khi dùng máy khò ta phải lưu ý: Nhiệt độ làm chảy chì phụ thuộc vào thể tích của linh kiện, linh kiện càng rộng và dày thì nhiệt độ khò càng lớn-nhưng nếu lớn quá sẽ làm chết linh kiện. Gió là phương tiện đẩy nhiệt tác động vào chân linh kiện bên trong gầm, để tạo thuận lợi cho chúng dễ lùa sâu, ta phải tạo cho xung quanh chúng thông thoáng nhất là các linh kiện có diện tích lớn. Gió càng lớn thì càng lùa nhiệt vào sâu nhưng càng làm giảm nhiệt độ, và dễ làm các linh kiện lân cận bị ảnh hưởng. Do vậy luôn phải rèn luyện cách điều phối nhiệt-gió sao cho hài hoà. Nhựa thông vừa là chất làm sạch vừa là chất xúc tác giúp nhiệt “cộng hưởng” thẩm thấu sâu vào gầm linh kiện, nên có 2 lọ nhựa thông với tỷ lệ loãng khác nhau. Khi lấy linh kiện thì phải quét nhiều hơn khi gắn linh kiện, tránh cho linh kiện bị “đội” do nhựa thông sôi đùn lên, nếu là IC thì nên dùng loại pha loãng để chung dễ thẩm thấu sâu. 2. Phương pháp hàn và tháo hàn 2.1. Kỹ thuật tháo hàn - Bật máy hàn lên, với máy hàn loại 952-A ở hình 2.2 - Nhiệt độ ở vịtrí 50% vòng xoay (nhiệt độ là triết áp HEATER) - Chỉnh gió ở vịtrí 30% vòng xoay (gió là chiết áp AIR) Với một máy hàn bất kỳ bạn chỉnh và thửmức nhiệt như sau: Để đầu khò cách tờ giấy trắng 3cm, đưa đầu khò lướt qua tờgiấy thấy tờgiấy xám đi là được. Hình 2.3: Máy hàn 952-A Trải một chiếc khăn mặt lên mặt bàn rồi đặt vỉ máy lên, hoặc có thể dùng giá đỡ giữ cố định vỉ máy. Bôi đều một chút mỡ hàn lên trên lưng IC. 21 Để đầu mỏ hàn khò cách lưng IC khoảng 2 đến 3cm và thổi đều gió trên lưng IC. - Thời gian khò từ 40 đến 50 giây là bạn nhấc được IC ra, không nên tháo ra quá nhanh hay quá chậm. - Trước khi tháo bạn cần nhớ chiều gắn IC để khi thay thế không bị lắp ngược. - Sau khi tháo IC ra ngoài, bạn dùng mỏ hàn kim gạt cho sạch thiếc còn thừa ởchân IC trên vỉ máy, sau đó dùng nước rửa mạch in rửa sạch. 2.2. Kỹ thuật hàn a. Cách tháo và tái tạo chân IC 22 Bạn có thể thay IC mới, cũng có thể thay IC cũ tháo từ máy khác ra. - Nếu là IC mới, khi ta mua thì chân IC đã được tạo sẵn. - Nếu là IC cũ, ta cần phải tạo lại chân cho IC Cách tạo lại chân cho IC cũ: + Trong nhiều trường hợp ta phải hàn lại IC cũ vào máy như khi: - Tháo IC ra và hàn lại trong trường hợp IC bong mối hàn - Thay thử IC từ máy khác sang trước khi quyết định thay IC mới - Tháo IC ra khỏi vỉ mạch để cô lập khi máy bị chập nguồn V.BAT v v ... => Trong các trường hợp trên ta cần tạo lại chân cho IC. + Để tạo chân ta cần chuẩn bị các tấm làm chân như sau: - Tìm một ô đúng với chân của IC bạn đang làm. - Gạt sạch thiếc trên IC cũ, sau đó rửa sạch sẽ. - Đặt IC vào đúng vị trí của IC đó trên tấm sắt. 23 Ta đặt IC sao cho chân IC đúng vào vị trí của các lỗ trên tấm sắt, khi đặt IC lên tấm sắt, bạn nên bôi một chút mỡ để tạo độ dính. - Khi đã đặt chuẩn bạn dùng băng dính để dán cố định IC lại. - Cho thiếc nước (ở thể dẻo, không được quá lỏng và không quá khô) vào trên bề mặt tấm sắt và miết mạnh tay để cho thiếc lọt đều vào tất cả các lỗ của tấm sắt, sau đó gạt hết thiếc còn dư trên bề mặt tấm sắt. 24 - Chỉnh lại nhiệt độ cho mỏ hàn thấp hơn lúc tháo IC (để ở khoảng 35% mức điều chỉnh). - Khò vào chân IC trên tấm sắt cho đến khi thiếc nóng chảy và chuyển mầu sáng óng ánh là được. - Đợi sau 1 phút cho IC nguội rồi gỡ IC ra khỏi tấm sắt - Kiểm tra lại, tất cảcác chân IC phải có thiếc và đều nhau là được. 25 b. Cách hàn IC vào máy - Sau khi làm sạch chân IC trên vỉmáy, bạn láng một lượt thiếc mỏng vào chân IC trên mạch in, chú ý láng đều thiếc, sau đó rửa sạch bằng nước rửa mạch và bôi đều một chút mỡ để tạo độ dính. Đặt IC vào vịtrí, chú ý đặt đúng chiều - Chỉnh IC dựa vào đánh dấu ở hai góc như hình dưới. - Chỉnh nhiệt độmáy hàn ở 50% (như lúc tháo ra) - Khò đều trên lưng IC, sau khoảng 30 giây thì dùng Panh ấn nhẹ trên lưng IC để tất cảcác mối hàn đều tiếp xúc. 2.3. Các điểm cần lưu ý Trước khi thao tác phải suy luận xem nhiệt tại điểm khò sẽ tác động tới các vùng linh kiện nào để che chắn chúng lại, nhất là các linh kiện bằng nhựa và nhỏ. Các linh kiện dễ bị nhiệt làm chết hoặc biến tính theo thứ tự là: Tụ điện, nhất là tụ một chiều; điốt; IC; bóng bán dẫn; điện trở 26 Đây là vấn đề rộng đòi hỏi kỹ thuật viên phải luôn rèn luyện kỹ năng, tích lũy kinh nghiệm - Bởi chính nhiệt là 1 trong những kẻ thù nguy hiểm nhất của phần cứng, để chúng tiếp cận với nhiệt độ lớn là việc “vạn bất đắc dĩ”, bởi vậy kỹ năng càng điêu luyện càng tốt! 3. Phương pháp xử lý vi mạch sau hàn 3.1. Các yêu cầu về mạch, linh kiện sau hàn đối với vi mạch + Yêu cầu đối với mạch in: Sơn phủ hay lấp phủ bảo vệ là dùng một lớp vật chất không dẫn điện để che phủ phần linh kiện cùng PCB để bảo vệ các mạch điện tử chống lại các tác động ô nhiễm, hơi muối (từ nước biển), độ ẩm không khí, nấm, bụi và ăn mòn do môi trường khắc nghiệt hay cực kỳ khắc nghiệt gây ra. Sơn phủ hay lấp phủ thường được dùng cho các mạch điện tử ngoài trời nơi mà nhiệt độ và độ ẩm là phổ biến. Lớp bảo vệ này cũng ngăn chặn các thiết hại do va đập từ vận chuyển, lắp đặt và giảm thiểu ứng suất do nhiệt và do các lực tác động. Nó cũng giúp kéo dài tuổi thọ sản phẩm. Đồng thời giúp gia tăng độ bền điện môi giữa các dây dẫn cho phép thiết kế mạch nhỏ gọn hơn cũng như giúp chống lại tác động của sự mài mòn và các loại dung môi. + Qui trình sơn/lấp phủ bảo vệ Trước khi sơn/lấp phủ bảo vệ PCB, PCB phải được làm sạch và khử ẩm trong vòng 8 giờ. Khử ẩm có thể thực hiện bằng lò sấy liên tục trong khoảng 4 giờ ở nhiệt độ từ 88oC đến 98oC. Phương pháp sơn/lấp phủ bảo vệ bao gồm phun sơn, dùng chổi quét sơn hoặc nhúng chìm. Với paraxylene thì dùng phương pháp bay hơi lắng đọng hóa học. Các bước của phun sơn/lấp bảo vệ được liệt kê dưới đây: a. Làm sạch PCB 27 b.Che đậy các vùng không cần sơn như chân, trạm kết nối bằng các mặt nạ hoặc các thứ che đậy khác c. Phun sơn bảo vệ vào PCB vào cả hai mặt và các cạnh bên của nó d. Làm khô bằng lò sấy tùy theo loại sơn e. Tháo các mặt nạ và các thứ che đậy khác f. Chuyển PCB đi kiểm tra để khẳng định nó vẫn còn tốt sau khi sơn/lấp. Lưu ý : Chức năng hoạt động của PCB không bị ảnh hưởng bởi qui trình sơn/lấp phủ 3.2. Các phương pháp xử lý mạch sau hàn a. Xử lý linh kiện sau khi hàn vi mạch + Sau khi hàn xong PCB muốn sử dụng được phải cắt bỏ bớt phần thừa dôi dư ra của chân linh kiện bởi vì muốn hàn tốt chân linh kiện phải có đủ độ dài cần thiết để chống hiện tượng trồi ngược bởi vậy khi hàn xong chân thừa linh kiện vẫn khá dài và gây nguy cơ chập mạch không mong muốn nên buộc phải cắt ngắn, một hiện tượng xảy ra khi cắt chân thừa linh kiện là gây ứng lực lên chân linh kiện làm nứt mối hàn và quá trình oxi-hóa sẽ phát triển từ vết nứt này làm giảm tuổi thọ mối hàn, biện pháp khắc phục là quan sát bằng mắt, tìm các vết nứt hoặc có dấu hiệu nứt để hàn tay bổ sung, công đoạn này được gọi là cắt chân sửa lỗi. b. Một số các lổi thường gặp Trên thực tế có nhiều lỗi xảy ra cần hàn tay để sửa lỗi, xin giới thiệu 8 lỗi cơ bản nhất: Thiếu thiếc hàn trong lỗ Dư thừa thiếc hàn Thiếu thiếc hàn 28 Thiếc đóng băng Chập chân, bắt cầu, ngắn Không hàn Bi thiếc hà 29 BÀI 3: MẠCH ĐIỆN TỬ NÂNG CAO Mã bài: MĐ ĐTCN26 - 03 Giới thiệu: Lúc đầu các bộ khuếch đại thuật toán được thiết kế nhằm mục đích thực hiện các phép toán: Cộng, trừ, tích phân, vi phântrong các máy tính tương tự. Tuy nhiên, ngày nay các linh kiện này còn có thêm nhiều ứng dụng khác, được dùng làm linh kiện chủ yếu trong các mạch khuếch đại, ổn áp, dao động, mạch đo lường Ngoài phần lý thuyết để tiếp thu tốt kiến thức còn phải kết hợp với phần thực hành để tạo khả năng ứng dụng thực tế cho học viên. Mục tiêu: - Phân tích được sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch - Gia công, lắp ráp đúng kỹ thuật các mạch điện tử - Sử dụng thành thạo các loại máy đo thông dụng để đo kiểm, sửa chữa các mạch điện tử đúng yêu cầu kỹ thuật - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp. Nội dung chính: 1. Nguồn Switching 1.1. Khái niệm Nguồn switching hay thường gọi là nguồn xung hay nguồn tổ ong là là tên gọi thường dùng để phân biệt giữa nguồn dùng biến áp xung và biến áp thường là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung. Tùy theo mức điện áp đầu ra phù hợp với thiết bị sử dụng, các nhà sản xuất đã tính toán và thiết kế với mức điện áp ra mong muốn. Một số điện áp ngõ ra một chiều thường dùng như 5VDC, 9VDC, 12VDC, 24VDC, 48VDC... Ví dụ: 30 Nguồn xung 12V - 34A chống nước Nguồn xung được thiết kế dựa trên chuyển mạch tần số cao dùng biến áp xung cho hiệu suất cao, tối giản được về kích thước và trọng lượng khi thiết kế, trong mạch sử dụng linh kiện chuyển mạch tần số cao ít suy hao như mosfet hoặc transistor high speed, biến áp xung nhỏ gọn. Có 2 kiểu thiết kế nguồn xung, thiết kế rời riêng biệt để cung cấp đến thiết bị như dùng nguồn để thắp sáng LED, điều khiển motor, đóng ngắt thiết bị và thiết kế mạch nguồn xung được tích hợp sẵn trong board mạch các thiết bị điều khiển tạo ra các điện áp như 3.3V, 5V, 9V, 12V, 24V...để làm nguồn nuôi cho các IC hoạt động... Nguồn tổ ong 1.2. Mạch Switching nguồn boost - Mạch boost converter cho điện áp DC đầu ra cao hơn đầu vào (cùng dấu). Sơ đồ nguyên lý mạch boost converter như sau: 31 - Hoạt động cơ bản như sau: Khi công tác đóng, dòng qua cuộn dây tăng dần lên. Khi công tắc mở ra, dòng qua cuộn dây giảm (do có thêm tải) khiến điện áp cuộn dây tăng lên. Điện áp này đặt vào tụ khiến cho tụ được nạp với điện áp lớn hơn điện áp Vin. - Lưu ý rằng năng lượng đầu ra chỉ có thể nhỏ hơn hoặc bằng năng lượng đầu vào, do đó ở mạch boost converter dòng đầu ra phải nhỏ hơn dòng đầu vào (do áp đầu ra lớn hơn áp đầu vào). 1.3. Mạch Switching buck - Buck converter: Đây là loại thông dụng nhất trong các loại nguồn switching. Người ta sử dụng nó trong các mạch với đầu vào DC lớn (24-48V) với các mức đầu ra 15V, 12V, 9V, 5V... với hao phí điện năng rất thấp. Buck converter sử dụng một transistor để đóng cắt liên tục theo chu kỳ điện áp đầu vào qua một cuộn dây. Sơ đồ nguyên lý cơ bản như sau: 32 - Hai hình bên dưới mô tả hoạt động của mạch ở 2 trạng thái nạp và xả của cuộn dây. Ta sẽ tính dòng qua điện trở LOAD (tải) ở hai trạng thái. + Trạng thái nạp: Do chênh lệch điện thế giữa 2 điểm SW và V0, dòng qua cuộn dây tăng dần lên, tụ C0 đồng thời được nạp. Dòng điện qua LOAD tính theo công thức I(LOAD)=I(L)-I(C0). + Trạng thái xả: Nguồn Vin bị ngắt ra, lúc này dòng cấp cho tải LOAD sẽ là dòng xả của cuộn dây và của tụ C0. I(LOAD)=I(L)-I(C0) (dấu - vì chiều quy ước của I(C0) chảy về C0). Với cuộn dây có điện cảm đủ lớn và tụ có điện dung đủ lớn, ta sẽ có điện áp ra tải V0 gần như phẳng (gợn sóng chỉ cỡ mV) V0=I(LOAD)*R(LOAD). 2. Mạch bảo vệ 2.1. Khái niệm Mạch bảo vệ là mạch mà khi có sự cố xảy ra (quá áp hay ngắn mạch). Chúng sẽ bị tách khỏi hệ thống. 2.2. Mạch bảo vệ điện áp Các Pan thường gặp của bộ nguồn ATX Bộ nguồn không hoạt động: - Kích nguồn không chạy (Quạt nguồn không quay): * Nguyên nhân hư hỏng trên có thể do: - Chập một trong các đèn công suất => dẫn đến nổ cầu chì , mất nguồn 300V đầu vào. - Điện áp 300V đầu vào vẫn còn nhưng nguồn cấp trước không hoạt động, không có điện áp 5V STB - Điện áp 300V có, nguồn cấp trước vẫn hoạt động nhưng nguồn chính không hoạt động. * Kiểm tra: - Cấp điện cho bộ nguồn và kiểm tra điện áp 5V STB ( trên dây mầu tím) xem có không ? ( đo giữ dây tím và dây đen) => Nếu có 5V STB ( trên dây mầu tím ) => thì sửa chữa như Trường hợp 1 ở dưới - Nếu đo dây tím không có điện áp 5V, bạn cần tháo vỉ nguồn ra ngoài để kiểm tra. - Đo các đèn công suất xem có bị chập không ? đo bằng thang X1Ω 33 => Nếu các đèn công suất không chập =>thì sửa như Trường hợp 2 ở dưới. => Nếu có một hoặc nhiều đèn công suất bị chập => thì sửa như Trường hợp 3 ở dưới * Sửa chữa: Trường hợp: Có điện áp 5V STB nhưng khi đấu dây PS_ON xuống Mass quạt không quay. Phân tích: Có điện áp 5V STB nghĩa là có điện áp 300V DC và thông thường các đèn công suất trên nguồn chính không hỏng, vì vậy hư hỏng ở đây là do mất dao động của nguồn chính, bạn cần kiểm tra như sau: - Đo điện áp Vcc 12V cho IC dao động của nguồn chính - Đo kiểm tra các đèn Q3 và Q4 khuếch đại đảo pha. - Nếu vẫn có Vcc thì thay thử IC dao động Hình 3.21 Mạch nguồn ATX 2.2.1. Mạch bảo vệ điện áp thấp Mạch bảo vệ chống ngắn mạch dùng IC: Nguồn 12 V/5 A dùng LM340K-12 hoặc 7812: Bộ nguồn này dùng IC LM340K-12 có gắn tỏa nhiệt với transistor Q2 dùng để nâng dòng điện lên 5 A, có khả năng bảo vệ khi ngắn mạch tải bằng giới hạn dòng Q1 và R2. Ngỏ ra giãm xuống 0 ngay khi dòng ra vượt quá 5 A, R2 là điện trở 0,3 Ω/6 W loại dây quấn đường kính 22, thứ cấp biến áp có điễm giữa với điện áp đối xứng 18 V/8 34 Hình 3.19 Nguồn 12 V/5 A dùng LM340K-12 2.2.2. Mạch bảo vệ điện áp cao Mạch bảo vệ chống quá áp dùng IC: Nguồn ổn áp 5 V tại 200 mA hoặc thay đổi được 7 – 20 V tại 100 mA dùng 7805 (hoặc LM340-05) và LM741 Hình 3.20 Ổn áp 5 V/200 mA hoặc 7-20 V/100 mA 3. Mạch điều chế tín hiệu, khống chế và điều khiển 3.1. Khái niệm Mạch điện tử dùng để điều khiển sự thay đổi trạng thái của các tín hiệu, trạng thái hoạt động, chế độ làm việc của máy móc thiết bị,... mạch đó gọi là mạch điều khiển tín hiệu. Ví dụ: Sự thay đổi tắt, sáng của đèn giao thông, hệ thống báo cháy, màn hình làm việc của máy giặt, nồi cơm điện 35 3.2. Mạch điều chỉnh độ sáng của đèn sợi đốt 3.2.1. Mạch điều chỉnh độ sáng của đèn sợi đốt dùng Thyristor Theo như sơ đồ trên các bạn sẽ thấy sw2 là một nút nhấn thường đóng, còn sw1 là một nút nhấn thường mở. Một nguồn điện sẽ cấp cho một bóng đèn thông qua một Thyristor được kết nối như trên sơ đồ. Ở trạng thái bình thường thì bóng đèn luôn được cấp nguồn thông qua sw2 nhưng không sáng vì thyristor không dẫn. Muốn bóng đèn sáng thì các bạn cần phải nhất nút sw1 để cho một dòng điện đi qua trở 560 ôm vào chân G của thyristor. Khi nhấn sw1 thì Thyristor sẽ cho dòng điện đi từ A sang K làm kín mạch và bóng điện sáng. Đặc điểm của thyristor là có khả năng tự giữ dòng điện kể cả khi bạn nhả sw1 không cho dòng kích thích vào chân G nữa. Điều đó có nghĩa là bạn chỉ cần nhấn sw1 một lần thì thyristor đã dẫn dù nhả sw1 ngay sau đó. Muốn ngắt bóng đèn hay dòng điện qua thyristor thì bạn chỉ cần nhấn sw2 để hở nguồn cấp là được. Từ đó chúng ta sẽ thấy một điều quan trọng khi sử dụng Thyristor đó là khả năng tự duy trì dòng dẫn khi chỉ cần một dòng kích thích trong thời gian ngắn, khi thyristor được kích dẫn thì nó có khả năng tự duy trì dòng dẫn đó. Muốn ngắt dòng qua thyristor chỉ có cách ngắt nguồn cấp cho nó. 3.2.2. Mạch điều chỉnh độ sáng của đèn sợi đốt dùng Triac Triac là một linh kiện bán dẫn 3 chân mà nếu chỉ nhìn bên ngoài nhiều người sẽ nghĩ đó là transistor, ic hoặc mosfet. Quay trở lại với ví dụ về một công tắc điều khiển thiết bị điện bạn sẽ thấy công tắc có 2 cực tiếp điểm và một nút nhấn. Khi chúng ta ấn công tắc thì hai tiếp điểm sẽ tiếp xúc với nhau để khép kín mạch điện. Ở đây triac được coi như một công tắc điện chuyên dùng để điều khiển thiết bị điện xoay chiều vì Khoa ĐT – ĐL (Httc.edu.vn) 36 thế các chân của nó cũng gần tương đương với các thành phần của một công tắc điện tử. Một triac sẽ có 3 chân cơ bản đó chân A1 ( đôi khi còn ký hiệu T1), chân A2 ( đôi khi còn ký hiệu là T2) và chân G. Trong đó chân A1 và chân A2 được xem như là hai tiếp điểm của một công tắc, còn chân G được coi như nút nhấn của công tắc. Khi cho một dòng điện kích chạy từ chân G sang chân A1 hoặc ngược lại thì sẽ cho phép dòng điện chính chạy thông từ A1 sang chân A2. Để các bạn có thể hình dung trực quan hơn thì hãy xem cách mắc một triac để điều khiển bóng đèn như dưới đây. Hình trên mô tả cách thức điều khiển một bóng đèn sợi đốt 100W. Một nguồn điện lưới xoay chiều được mắc nối tiếp với bóng thông qua một triac. Rất dễ để nhìn ra là cực T1 của triac được đấu trực tiếp với một cực của nguồn , cực T2 của Triac được đấu với một cực của bóng và cực còn lại của bóng được đấu với cực còn lại của nguồn. Chân điều khiển G của triac được đấu nối tiếp với một điện trở 50 Ôm. Một nguồn điện áp điều khiển VG sẽ cấp một tín hiệu điện đến chân G thông qua điện trở này. Khi chưa cấp tín hiệu điện VG thì bóng đèn sẽ không sáng vì T1 và T2 không thông nhau, khi cấp một tín hiệu VG đến điện trở thì sẽ có dòng điện kích chạy từ G sang T1. Dòng điện kích này được coi là dòng mồi để cho T1 và T2 thông nhau, lúc này bóng đèn của chúng ta sẽ sáng. Vậy để T1 và T2 thông nhau thì bắt buộc phải cho một dòng điện kích chạy từ G sang T1 hoặc chạy từ T1 sang G. Trong thực tế thì tín hiệu điều khiển sẽ từ các mạch điều khiển bơm ra một dòng điện để kích vào chân G, lúc đó T1 và T2 sẽ thông nhau để cấp điện cho tải của chúng ta. Hãy nhớ rằng dòng điện điều khiển đi vào chân G có giá trị rất nhỏ từ vài mA đến vài chục mA trong khi đó dòng đi qua tải chạy từ chân T1 sang chân T2 có thể lên đến hàng trăm, hàng nghìn A. Khoa ĐT – ĐL (Httc.edu.vn) 37 Đây là mạch điều khiển dòng điện qua tải dùng triac, diac kết hợp với quang trở Cds để tác động theo ánh sáng. Khi quang trở Cds được chiếu sáng sẽ có trị số điện trở nhỏ làm điện thế nạp được trên tụ C thấp và diac không dẫn điện, triac không được kích nên không có dòng qua tải. Khi quang trở Cds bị che tối sẽ có trị số điện trở lớn làm điện thế trên tụ C tăng đến mức đủ để triac dẫn điện và triac được kích dẫn điện cho dòng điện qua tải. Tải ở đây có thể là các loại đèn chiếu sáng lối đi hay chiếu sáng bảo vệ, khi trời tối thì đèn tự động sáng. TRIAC hoạt động trong mạch này như một công tắc điều khiển điện áp. Chú ý khi sử dụng: Những dụng cụ điện tải thuần trở làm việc tốt với các giá trị trung bình nhờ tác dụng san làm đồng đều. Nhưng các dụng cụ điện tải điện kháng sẽ bị ảnh hưởng đáng kể, ví dụ động cơ sẽ bị phát nóng hơn mức bình thường, tiêu tốn năng lượng cao hơn. Kết luận: Triac có ưu điểm trong mọi vấn đề như gọn nhẹ, rẻ tiền Dùng Triac làm biến dạng sin là nhược điểm chính trong sử dụng. 3.3. Mạch điều chỉnh tốc độ quay của Mô tơ 3.3.1. Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ động cơ DC 12V dùng Mosfet đơn giản Mạch điện đơn giản điều khiển động cơ DC bằng Mosfet, điều chỉnh tốc độ bằng biến trở. Dựa trên nguyên lý cầu phân áp, điều chỉnh điện áp ở cực G để điều khiển Mosfet. Điện áp phân áp tăng thì điện áp rơi trên Mosfet giảm, tốc độ động cơ tăng lên. 38 Mạch điều khiển tốc độ động cơ DC đơn giản Mạch điện đơn giản chỉ với vài linh kiện có thể thay đổi điện áp động cơ DC 12 V công suất nhỏ. Nhược điểm mạch này là công suất nhỏ do điện áp rơi trên Mosfet lớn, nếu động cơ lớn sẽ làm nóng mau chết Mosfet. Thiết kế này làm Mosfet không dẫn bảo hòa nên động cơ không thể đạt tốc độ đối đa. 3.3.2. Mạch điều khiển tốc độ motor dùng IC555 IC NE555 nhận xung điện áp có dạng xung răng cưa do mạch R, C tạo ra tại chân 2, 6. Sau khi qua IC555 ta được xung vuông, có độ rộng xung có thể thay đổi được. Tần số xung điện phụ thuộc vào giá trị R, C. IC555 tạo ra xung PWM điều khiển đóng mở Mosfet công suất. Tốc độ động cơ một chiều sẽ phụ thuộc vào độ rộng xung PWM. Sơ đồ mạch điện như hình bên dưới. 39 Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ motor dc dùng IC555 + Ưu điểm: Không cần phải lập trình, mạch giá rẻ nhưng công suất lớn. Dãy điều khiển tốc độ rộng và hiệu suất cao. Điều khiển được động cơ có điện áp cao. + Nhược điểm: Mạch khá phức tạp, không thể điều khiển chiều động cơ. 3.3.3. Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ motor DC bằng arduino Tương tự với mạch điều khiển bằng IC555, chỉ khác ở mạch điều khiển dùng vi điều khiển Arduino thay vì IC555. Arduino có khả năng tạo xung PWM có tần số 490Hz và 980Hz. Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ motor DC + Ưu điểm: Mạch đơn giản, có công suất và hiệu suất cao. Vì được lập trình nên có thể dễ dàng thay đổi bằng phần mềm. Và có thể mở rộng thêm các ứng dụng khác chạy song song. 40 + Nhược điểm: Arduino UNO có giá khoảng130 nghìn VND (Giá tham khảo trên Hshop.vn), giá cao hơn so với mạch dùng IC555. Cần lập trình cho Arduino đọc giá trị biến trở và xuất xung PWM. Không thể đảo chiều động cơ. 3.3.4. Mạch cầu H dùng 4 Mosfet kênh N Chức năng của mạch cầu H là điều khiển chiều và tốc độ động cơ một chiều. + Phần điều khiển có thể dùng vi điều khiển hoặc IC555 phát xung PWM. Tốc độ động cơ tăng khi thay đổi độ rộng xung từ 50% về 0 hoặc 100%. Động cơ đảo chiều quay khi độ rộng xung thay đổi qua cột mốc 50%. + Phần mạch lái dùng IC IR2103 để đảm bảo khi dẫn các Mosfet dẫn bảo hòa, tăng hiệu suất cho mạch. + Mạch công suất dùng 4 Mosfet công suất lớn để phù hợp cho cả tải động cơ lớn. Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ motor dc bằng mạch cầu H được vẽ như hình dưới. Sơ đồ mạch điều khiển tốc độ motor dc mạch cầu H + Ưu điểm mạch điều khiển và động lực được cách ly tốt nên điện áp phần điều khiển không phụ thuộc phần mạch công suất. Do đó điều khiển được động cơ công suất lơn, điện áp lên đến 220V. Điều khiển đảo chiều động cơ bằng biến trở. + Nhược điểm: Mạch điện phức tạp, cần có kiến thức cơ bản về điện tử để làm mạch này. 3.4. Mạch tạo thời gian trễ dùng timer 555 * Tính năng: 41 - Mạch tạo trễ thời gian 12V NE555 ứng dụng trong việc tạo thời gian trễ cho việc đóng, ngắt các thiết bị. Cấp nguồn sau khoảng thời gian cài đặt mạch này sẽ tự động đóng tải. - Tạo thời gian trễ cho thiết bị khi bật nguồn. Thời gian trễ được tạo ra nhờ IC NE555 và có thể điều chỉnh được độ trễ bằng biến trở. Thời gian trễ trong khoảng từ 0 đến 10s. - Có thể điều khiển được điện áp tối đa 250VAC. * Thông số kỹ thuật: - Điện áp làm việc: 12V DC - Điện áp điều khiển tiếp điểm đóng ngắt Relay: 220VAC/10A , 0V- 30VDC/10A - Công suất tải: 2000W (Tối đa) - Kích thước: 66 * 21 * 18 mm - Khối lượng: 20g - Thời gian trễ: 0 - 10 giây - Để tăng thêm thời gian trễ có thể tăng giá trị tụ điện C hoặc giá trị biến trở. 4. Mạch điều khiển, khống chế từ xa 4.1. Khái niệm Điều khiển từ xa hay khống chế từ xa cụ (remote controller) là thành phần của một thiết bị điện tử, thường là TV, đầu đĩa, máy hát, máy điều hòa, quạt và được sử dụng để điều khiển chúng từ một khoảng cách ngắn không qua dây dẫn. Điều khiển từ xa đã liên tục được phát triển và nâng cấp trong những năm gần đây và hiện có thêm kết nối Bluetooth, cảm biến chuyển động và chức năng điều khiển bằng giọng nói. 42 Điều khiển từ xa thường sử dụng tia hồng ngoại giúp người dùng ra lệnh cho thiết bị chính thông qua một số nút nhấn để thay đổi các thiết lập khác nhau. Trong thực tế, tất cả các chức năng của đa số các thiết bị điện tử hiện nay đều có thể được điều chỉnh thông qua điều khiển từ xa, trong khi các nút trên thiết bị chính chỉ có một số ít các nút chính thiết yếu. Hầu hết các điều khiển từ xa giao tiếp với các thiết bị của mình thông qua tín hiệu hồng ngoại và một số ít dùng sóng vô tuyến. Thông thường tín hiệu từ điều khiển từ xa được mã hóa và yêu cầu thiết bị chính phải cùng thuộc một dòng sản phẩm hay thương hiệu cụ thể. Nhưng cũng có những điều khiển từ xa đa năng có thể làm việc được với hầu hết các thiết bị có thương hiệu phổ biến. 4.2. Mạch tắt mở đèn theo ánh sáng Cảnh báo ánh sáng: Hình 3.49: Mạch cảnh báo ánh sáng Nhìn vào mạch trên khá là đơn giản vì mạch chỉ sử dụng 1 con 555 để tạo dao động phát âm thanh ra loa và 1 con LDR cảm biến ánh sáng. IC NE 555 ở đây là con tạo dao động xung vuông trong mạch này nó tạo dao động là 1Khz cấp cho tải là Loa. Mạch bật/tắt thiết bị bằng ánh sáng: Dưới đây là một công tắc đơn giản phù hợp cho mục đích gia đình và công nghiệp. Mạch bật/tắt rơle khi cường độ ánh sáng rơi trên cảm biến vượt qua giới hạn đặt. Mạch hoạt động dựa trên NE555 và hai transistor để điều khiển rơle. Điện trở R1 được điều chỉnh sao cho trong điều kiện bình thường, điện áp trên LDR nhỏ hơn 43 1/3 điện áp cung cấp. Trong điều kiện này, đầu ra của IC ở mức cao. Điều này làm cho transistor Q1 dẫn .Transistor của Q2 được kết nối với cực C của Q1. Vì vậy, Q2 sẽ tắt để rơle giảm năng lượng. Khi ánh sáng giảm điện áp trên LDR tăng lên trên 2/3 Vcc làm cho rơle được kích hoạt. Kết quả chúng ta có một rơle hoạt động theo cường độ ánh sáng rơi vào LDR. Sơ đồ mạch Ghi chú - Lắp ráp mạch trên PCB chất lượng tốt - Điều chỉnh R1 sao cho điện áp trên LDR nhỏ hơn. 4.3. Mạch báo động Mạch được tạo bởi 2 con IC 555 dùng để tạo dao động. Tần số được điều khiển bởi chân 5 của IC. Đầu tiên là IC 1 được làm việc xung quang tần số là 1hz và tụ 47uF được nạp điện và sau đó là xả điện liên tục quá trình đó cứ diễn ra liên tục như vậy. Tần số ra loa được điều chế bởi IC2 và ta nghe được âm thanh ra loa. 44 Hình 3.49: Mạch còi báo động 4.4. Mạch điều khiển từ xa dùng vi mạch PT2248, 2249 4.4.1. Mạch điều khiển từ xa dùng vi mạch PT2248 IC phát tín hiệu hồng ngoại PT2248: IC PT2248 là một bộ truyền phát tia hồng ngoại được ứng dụng công nghệ CMOS, phạm vi điện áp nguồn điện là 2,2V~5V. Vì sử dụng công nghệ CMOS để chế tạo nên công suất tiêu hao cực thấp. Nó có thể nhấn giữ nhiều phím cùng 1 lúc (tối đa 6 phím), linh kiện bên ngoài rất ít. Thông số kỹ thuật:  Điện áp làm việc: 2.2V đến 5V  Dòng điện chờ: 1mA  Mức áp cao/thấp: 5V/0.5V  Tần số hoạt động: 400~600kHz  Tổng trở dao động: 4500 kΩ  Dải nhiệt độ: -65°C ~ 150°C Hình 1-3: Sơ đồ chân PT2248 Chức năng của các chân:  Chân 1 (Vss): Chân mass được nối với cực âm của nguồn điện.  Chân 2 và chân 3: Hai đầu nối với thạch anh bên ngoài cho bộ tạo dao động ở bên trong IC.  Chân 4 – 9 (K1-K6): Đầu vào của tín hiệu bàn phím kiểu ma trận, các chân từ K1 đến K6 kết hợp với các chân 10 đến 12 (T1-T3) để tạo thành ma trận 18 phím.  Chân 13 (CODE): Chân mã số dùng để kết hợp với các chân T1-T2 để tạo ra tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu. 45  Chân 14 (TEST): Chân dùng để kiểm tra mã của phần phát, bình thường không sử dụng có thể bỏ trống.  Chân 15 (TXOUT): Đầu ra của tín hiệu đã được điều chế FM.  Chân 16 (Vcc): Chân cấp nguồn dương. Nguyên lý hoạt động: Trong IC PT2248 chứa bộ đảo pha có điện trở định thiên cùng kết nối bộ dao động bằng thạch anh hoặc mạch dao động. Khi tần số của bộ phận dao động thiết kế xác định là 455kHz thì tần số phát xạ sóng mang là 38kHz. Chỉ khi có thao tác nhấn phím mới có thể tạo ra dao động, vì thế ta có thể kết nối các chân từ K1 đến K6 và đến các chân từ T1 đến T3 để tạo ra bàn phím 6×3 theo kiểu ma trận 18 kênh được trình bày ở hình dưới: Hình 1-4: Sơ đồ bàn phím điều khiển  Hàng chân T1 kết nối với các chân từ K1 đến K6 là hàng chân có thể gửi tín hiệu liên tục khi giữ phím.  Hai hàng chân T2 và T3 kết nối các chân từ K1 đến K6 là hàng chân gửi tín hiệu không liên tục khi giữ phím.  Nếu như các phím ở cùng hàng đồng thời được ấn xuống thì thứ tự được ưu tiên là K1>K2>K3>K4>K5>K6. Còn đồng thời nhấn phím trên cùng một đường ngang thì thứ tự ưu tiên của nó là T1>T2>T3. Lệnh phát ra của nó do mã 12 bit tạo thành. Trong đó C1-C3 (CODE) là mã số người dùng, tổ hợp C2, C3 phối hợp với mạch IC thu PT2249. Mỗi loại tổ hợp có 3 trạng thái đó là 01, 10, 11 và không dùng trạng thái 00. 46 Dữ liệu của 3 bit mã T1, T2, T3 sẽ là “1” nếu một diode được nối giữa chân CODE và chân Tn (n=1,2,3); và là “0” khi không nối diode. Vì IC thu PT2249, chỉ có 2 bit mã (CODE 2, CODE 3), nên chân T1 của PT2248 sẽ luôn ở mức “1”.  C1, C2, C3: mã người dùng  H: mã tín hiệu liên tục  S1, S2: mã tín hiệu không liên tục  D1-D6: mã tín hiệu ngõ vào - Dạng sóng truyền: Hình 1-5: Dạng sóng truyền Thời gian của bit “a” phụ thuộc vào tần số dao động và được tính bởi công thức: - Tín hiệu không liên tục Hình 1-6: Dạng sóng của tín hiệu không liên tục Khi ấn bất kì một phím không liên tục, tín hiệu không liên tục chỉ truyền hai từ lệnh đến ngõ ra. - Tín hiệu liên tục: 47 Hình 1-7: Dạng sóng của tín hiệu Khi nhấn bất kỳ một phím liên tục, tín hiệu liên tục sẽ lặp lại chu kỳ sau khi truyền hai từ lệnh và thời gian dừng cho đến khi phím không được nhấn nữa. Hình 1-8: Mạch ứng dụng của PT2248 Mạch điều khiển thiết bị từ xa bằng ngoại: Sơ đồ nguyên lí mạch phát: Hình 1-11: Sơ đồ mạch phát Nguyên lí hoạt động:  Để mạch gửi tín hiệu liên tục. Nối K1 qua 1 đầu của nút nhấn SW1, K2 qua 1 đầu của nút nhấn SW2, K3 qua 1 đầu của nút nhấn SW3. Các chân còn lại của nút 48 nhấn SW1, SW2, SW3 nối vào T1. Từ T1 nối diode vào chân CODE mục đích cho mã người dùng lên mức 1.  Để mạch gửi tín hiệu không liên tục. Nối K1 qua 1 đầu của nút nhấn SW4, K2 qua 1 đầu của nút nhấn SW5, K3 qua 1 đầu của nút nhấn SW6. Các chân còn lại của nút nhấn SW4, SW5, SW6 nối vào T2. Từ T2 nối diode vào chân CODE mục đích cho mã người dùng lên mức 1.  Chân T3 ta không dùng nên ta để hở. Vậy mã người dùng là: 110.  Khi nhấn nút SW1, K1 thông với T1 mạch sẽ gửi kênh 1.  Khi nhấn nút SW2, K2 thông với T1 mạch sẽ gửi kênh 2.  Khi nhấn nút SW3, K3 thông với T1 mạch sẽ gửi kênh 3.  Khi nhấn nút SW4, K1 thông với T2 mạch sẽ gửi kênh 7.  Khi nhấn nút SW5, K2 thông với T2 mạch sẽ gửi kênh 8.  Khi nhấn nút SW6, K3 thông với T2 mạch sẽ gửi kênh 9.  Lúc này PT2248 sẽ xuất chuỗi tín hiệu xung điện liên tục ra chân TX đi qua A1013 nhằm khuếch đại tần số để cho led phát thành tia sáng hồng ngoại.  Khi nhấn nút SW4 ( SW5, SW6 tương tự), K1 thông với T2 lúc này PT2248 sẽ xuất chuỗi tín hiệu không liên tục ra chân TX đi qua A1013 nhằm khuếch đại tần số để cho led phát thành tia sáng hồng ngoại. 4.4.2. Mạch điều khiển từ xa dùng vi mạch PT2249 IC thu tín hiệu hồng ngoại PT2249: IC PT2249 cũng được chế tạo bởi công nghệ CMOS, nó đi cặp với IC phát PT2248 để tạo thành bộ IC thu – phát trong điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại. Hình 1-9: Sơ đồ chân IC PT2249 49 Chức năng các chân:  Chân 1 (Vss): Chân mass được nối với cực âm của nguồn điện.  Chân 2 (RXIN): Đầu vào tín hiệu thu.  Các chân 3 – 7 (HP1 – HP5): Đầu ra tín hiệu liên tục. Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó luôn duy trì ở mức logic “1”.  Các chân 8 – 12 (SP5 –SP1): Đầu ra tín hiệu không liên tục. Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1” trong khoảng thời gian là 107ms.  Chân 14 và 13 (CODE 2 và CODE 3): Để tạo ra các tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu. Mã số của 2 chân này phải giống tổ hợp mã hệ thống của phần phát thì mới thu được tín hiệu.  Chân 15 (OSC) : Dùng để nối với tụ điện và điện trở bên ngoài tạo ra dao động cho mạch.  Chân 16 (Vcc) : Chân được nối với cực dương của nguồn điện. Nguyên lý hoạt động: Sau khi IC phát PT2248 phát tín hiệu (2 chu kỳ) đi, tín hiệu sẽ được mắt thu tiếp nhận rồi đưa nó đến chân Rxin. Chân Rxin có nhiệm vụ sẽ chỉnh lại dạng sóng của tín hiệu cho chuẩn. Sau đó, tín hiệu được đưa tới bộ lọc số. Bộ lọc số có nhiệm vụ lọc lấy các dữ liệu rồi đưa đến thanh ghi. Dữ liệu đầu tiên được lưu vào thanh ghi 12 bit. Tiếp đến, dữ liệu thứ hai sẽ được nạp vào thanh ghi. Dữ liệu đầu tiên sẽ được đưa qua bộ đệm ngõ ra nếu mã của nó khớp với mã của phần phát. Trường hợp, mã của dữ liệu không khớp với mã của phần phát thì quá trình sẽ được lặp lại. Khi các dữ liệu nhận đã được thông qua, ngõ ra sẽ chuyển từ mức thấp lên mức cao. Do trong tín hiệu phát ra của IC phát có C1, C2 và C3 cung cấp tín hiệu mã số cho người dùng, vì vậy đầu tiếp nhận phải có tín hiệu mã số tương ứng. 50 Hình 1-10: Mạch ứng dụng của PT2249 Sơ đồ nguyên lí mạch thu: Hình 1-12: Sơ đồ mạch thu Nguyên lí hoạt động:  Khi tín hiệu từ mạch phát gửi qua mạch thu. Led thu nhận được và xuất chuỗi tín hiệu ra chân số 1 của led thu. Chuỗi tín hiệu này sẽ đi qua transistor C1815 và khôi phục lại thành chuỗi xung điện y như ban đầu của mạch phát khi gửi. Sau đó chuỗi xung điện này được đưa vào RXIN của mạch thu.  Lúc này chuỗi tín hiệu sẽ nhận mã người dùng là 110, đúng mã người dùng mạch sẽ tiếp tục nhận. Để PT2249 nhận với mã người là 110. Chân CODE1 mặc định 51 trong PT2249 là mức 1, Chân CODE2 để hở là mức 1, chân CODE3 nối xuống đất là mức 0. Nếu nhận được:  Kênh 1 sẽ cho chân HP1 lên mức 1.  Kênh 2 sẽ cho chân HP2 lên mức 1.  Kênh 3 sẽ cho chân HP3 lên mức 1.  Kênh 7 sẽ cho chân SP1 lên mức 1.  Kênh 8 sẽ cho chân SP2 lên mức 1.  Kênh 9 sẽ cho chân SP3 lên mức 1. Hình ảnh thực tế: Hình 1-13: Mạch phát hồng ngoại Hình 1-14: Mạch thu hồng ngoại 52 BÀI 4: CHẾ TẠO MẠCH IN Mã bài: MĐ ĐTCN26 - 04 Giới thiệu: Sinh viên cần được trang bị kiến thức về thiết kế mạch để tự thực hành thiết kế và hoàn chỉnh một số mạch điện thông dụng bằng phương pháp bằng tay. Việc thiết kế và chế tạo mạch in cần sinh viên nắm bắt được kỹ thuật hàn linh kiện và khối lượng kiến thức tương đối lớn về các linh kiện điện tử: điện trở, tụ điện...và một số IC: 555, CD4017, MSC51...Vì vậy,thiết kế và chế tạo mạch in là sự tổng hợp kiến thức của sinh viên về điện tử,diều này giúp người dạy có cơ sở để đánh giá năng lực của sinh viên trong qua trình học. Mục tiêu: - Trình bày được các phương pháp chế tạo mạch in - Chế tạo được mạch in đúng yêu cầu kỹ thuật - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp. Nội dung chính: 1. Quy trình chế tạo mạch in trong công nghiệp Một PCB được sử dụng để kết nối các linh kiện điện tử bằng điện. Điều này được thực hiện bằng cách tạo các đường dẫn dẫn điện cho các kết nối mạch bằng cách khắc các đường ray từ tấm đồng ép lên một chất nền không dẫn điện. PCB bao gồm một lớp dẫn điện được tạo thành từ lá mỏng đồng. Lớp cách điện di- điện được ép cùng với nhựa epoxy prepreg. Loại PCB được sử dụng phổ biến nhất là FR-4. Bảng có thể là một mặt hoặc hai mặt. Hai mặt PCB có thể được sử dụng để kết nối các linh kiện điện tử trên cả hai mặt thông qua các lỗ xuyên qua lỗ. Điều này được thực hiện bằng cách đồng mạ các bức tường của mỗi lỗ để kết nối các lớp dẫn điện của PCB. 53 Bảng mạch in (PCB) Ưu điểm của PCB trên Bread-board: 1. Bạn có thể nhận được một bảng mật độ cao hơn nhiều với PCB. 2. Bạn sẽ tìm thấy thiết kế PCB đáng tin cậy hơn thiết kế được chế tạo trên bảng bánh mì. Các mạch sẽ trông gọn gàng mà không có bất kỳ dây popped lên và sẽ không sụp đổ. 3. Bạn có thể điều khiển rất chính xác thành phần mạch bạn đang sử dụng và bạn có thể thoải mái phù hợp với các thành phần có hình dạng kỳ quặc khó sửa trên bảng bánh mì. 4. Đối với sản xuất khối lượng lớn của bảng mạch, chi phí trở nên ít hơn và hàn có thể được thực hiện bởi các máy hoàn toàn tự động. Đối với chế tạo PCB, phải thực hiện một số bước cơ bản. Mô tả chi tiết về cách làm cho PCB được giải thích dưới đây. Bạn có thể lấy quy trình từng bước bằng cách kiểm tra các liên kết sau. Một khi bạn đã quyết định mạch điện tử nào sẽ được thực hiện trên PCB, bạn sẽ phải tạo ra thiết kế cho bo mạch trên máy tính của bạn. Bạn có thể sử dụng các phần mềm CAD thiết kế PCB khác nhau như EAGLE. Điểm quan trọng nhất cần lưu ý là mọi thứ phải được thiết kế ngược lại vì bạn đang xem bảng từ trên cao. Nếu bạn cần mạch được thiết kế trên PCB, bố cục phải có độ lật 360 độ. Bước tiếp theo là in bố trí bằng máy in laser. Bạn phải chăm sóc đặc biệt trong loại giấy mà bạn sẽ sử dụng. Mặc dù một ít tốn kém, hình ảnh cơ bản giấy bóng trong suốt được biết đến là phù hợp nhất cho quá trình này. 54 Bạn cũng phải chắc chắn rằng bạn có thể phù hợp với tất cả các thành phần của bạn trên để in. Đầu tiên lấy một bản sao của bản in trên giấy thông thường và đặt xuống tất cả các thành phần của IC và các thành phần khác. Kích thước của bố cục cũng phải phù hợp với kích thước của PCB. Hãy thử để có được độ phân giải cao nhất khi bạn đang in trên giấy. Luôn sử dụng mực đen để thực hiện bố cục. Tăng độ tương phản và làm cho bản in tối hơn và dày hơn. Không được in ngay khi nó xuất hiện. Đợi chút thời gian để mực khô. Phương pháp nói trên là một chút không chuyên nghiệp, và do đó màu sắc có thể không b tối, đủ để bạn có thể nhìn thấy thông qua nó. Cũng có thể có một vài điểm ở đây và ở đó. Nhưng điều này là quá đủ miễn là nó có thể chặn tia UV so với vùng trống. Cắt bố cục bằng cách để lại một khoảng trống rộng rãi. Đặt bố cục giấy trên PCB và áp dụng một ít nhiệt bằng cách nhấn một hộp sắt trên đầu giấy trên bảng mạch in. Áp dụng áp lực trong một thời gian và giữ cho PCB còn nguyên vẹn trong vài phút. Bây giờ bố trí được gắn vào cả bảng và giấy. Chúng ta phải loại bỏ giấy, để nó được gắn vĩnh viễn vào bảng. Cách duy nhất để làm điều này là ngâm nó trong nước. Sau hai phút, bóc lớp giấy đầu tiên ra. Sau hai đến ba giờ ngâm, lấy nó ra và chà nó bằng ngón tay của bạn để loại bỏ tất cả các bit giấy ra. Quá trình khắc PCB: Tất cả PCB được tạo ra bằng cách liên kết một lớp đồng trên toàn bộ đế, đôi khi trên cả hai mặt. Quá trình khắc phải được thực hiện để loại bỏ đồng không cần thiết sau khi áp dụng một mặt nạ tạm thời, chỉ để lại những dấu vết đồng mong muốn. Mặc dù có rất nhiều phương pháp có sẵn để khắc, phương pháp phổ biến nhất được sử dụng bởi những người có sở thích điện tử là khắc axit ferric clorua bằng axit clohydric. Cả hai đều phong phú và giá rẻ. Nhúng PCB vào trong dung dịch và giữ cho nó di chuyển bên trong. Tháo nó ra nhiều lần và dừng quá trình ngay sau khi lớp đồng đã biến mất. Sau khi khắc, chà xát PCB với một ít axeton để loại bỏ màu đen, do đó tạo cho PCB một cái nhìn hấp dẫn sáng. Bố cục PCB hiện đã hoàn tất. Khoan PCB: Các thành phần phải được gắn vào PCB nhiều lớp có thể được thực hiện chỉ bằng khoan VIAS. Đó là, một lỗ thông qua được khoan trong hình dạng của vòng hình khuyên. Các mũi khoan nhỏ được làm từ cacbua vonfram được sử dụng để khoan. Một 55 máy khoan dremel thường được sử dụng để đục lỗ. Thông thường, một bit khoan 0,035 inch được sử dụng. Đối với máy khoan tự động sản xuất khối lượng lớn được sử dụng. Đôi khi, các lỗ rất nhỏ có thể phải được khoan, và các phương pháp cơ học có thể làm hỏng vĩnh viễn PCB. Trong những trường hợp như vậy, máy khoan laser VIAS có thể được sử dụng để tạo ra bề mặt bên trong hoàn thiện bên trong các lỗ. Dây dẫn mạ: Lớp bên ngoài của PCB chứa các kết nối đồng (một phần nơi các thành phần được đặt) mà không cho phép khả năng hàn của các thành phần. Để làm cho nó solderable, bề mặt của vật liệu đã được mạ vàng, thiếc, hoặc niken. Solder Resist Các khu vực khác mà không được solderable được bao phủ với một vật liệu chống hàn. Nó về cơ bản là một lớp phủ polymer ngăn cản các hàn từ mang dấu vết và có thể tạo ra các phím tắt để dẫn thành phần lân cận. Thử nghiệm PCB: Trong các ứng dụng công nghiệp, PCB được kiểm tra bằng các phương pháp khác nhau như Kiểm tra Móng tay, Bộ chuyển đổi kim cứng, kiểm tra quét CT, v.v. Cơ bản của tất cả các bài kiểm tra bao gồm một chương trình máy tính sẽ hướng dẫn thiết bị kiểm tra điện áp dụng một điện áp nhỏ cho mỗi điểm tiếp xúc và xác minh rằng một điện áp nhất định xuất hiện tại các điểm tiếp xúc thích hợp. Lắp ráp PCB: Lắp ráp PCB bao gồm lắp ráp các thành phần điện tử trên các lỗ tương ứng trong PCB. Điều này có thể được thực hiện bằng cách xây dựng lỗ thông qua hoặc xây dựng bề mặt gắn kết. Trong phương pháp cũ, các thành phần dẫn được chèn vào các lỗ khoan trong PCB. Trong phương pháp thứ hai, một pad có chân tương tự như thiết kế PCB được chèn vào và của IC được đặt hoặc cố định trên đầu trang của họ. Khía cạnh chung trong cả hai phương pháp là các thành phần dẫn điện được cố định về mặt cơ học và máy móc với bảng bằng hàn kim loại nóng chảy. 2. Quy trình chế tạo mạch in thủ công 2.1. Chế bản trên phim Vẽ sơ đồ nguyên lý mạch (Schematic) 56 Có nhiều phần mềm hỗ trợ thiết kế mạch điện tử như Proteus, Altium, Orcad, Eagle Ở đây thiết kế một mạch đếm dùng IC 74LS192 bằng phần mềm Proteus vì phần mềm này khá dễ sử dụng thích hợp với các bạn mới làm quen với điện tử. Vẽ sơ đồ nguyên lí được vẽ trên phần mềm Proteus: Chuyển từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ mạch in: Để thiết kế mạch in các bạn có thể sử dụng một trong các phần mềm đã giới thiệu ở trên. Với cách này, phần mềm sẽ tự động cập nhất các thông số linh kiện từ mạch nguyên lý sang mạch in. Sau khi thiết kế xong mạch in chúng xuất mạch in ra định dạng file PDF rồi tiến hành in mạch ra giấy với tỷ lệ 1:1 hoặc 100%. Đây là mạch in sau khi xuất ra định dạng PDF: 57 Các bạn đem file mạch in ra cửa hàng photocopy để in, nhớ in bằng máy in lazer và dùng giấy loại bóng 1 mặt để in (in lên mặt bóng của giấy). Mạch in sau khi in ra giấy: 58 2.2. Chuẩn bị mạch in Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ - Cồn hoặc Axeton (xăng thơm) - Xăng pha nhựa thông - Thiếc hàn (chì hàn) - Mỏ hàn chì - Giấy nhám (giấy ráp) - Bút lông dầu - Mạch in - Kềm cắt chân linh kiện - Dao cắt mạch - Board Đồng (phíp đồng) - Bàn ủi - Máy khoan mạch - Thước kẻ - Thuốc ngâm mạch (bột sắt FeCl3) - 59 Bước 2: Cắt board đồng theo kích thước của mạch in Sau đó bạn các bạn dùng giấy nhám chà thật sạch board đồng rồi dùng cồn lau cho board đồng thật sạch. Lưu ý : Nếu bước này các bạn đánh board đồng không sạch thì ở bước sau các bạn sẽ không ủi mạch được. ( đánh đến khi nào bóng loáng là được ^^) 60 2.3. In mạch in trên tấm mạch in Ủi mạch: Đây là công đoạn cần sức lực và cũng khá khó khăn đấy, đòi hỏi bạn phải có chút kinh nghiệm thì mới thành công được. - Bạn áp phần có hình mạch in trên giấy vào mặt có đồng của board đồng, căn chỉnh sao cho khớp, sau đó tận dụng phần thừa của giấy in mạch để dán cố định giấy với board đồng (có thể dùng băng keo giấy để cố định) - Sau đó bạn ủi sơ qua toàn bộ bề mặt cần ủi để cho giấy định hình tiếp xúc hoàn toàn với board đồng. - Tiếp theo bạn dùng mũi và cạnh của bàn ủi tập trung ủi các góc và cạnh của board mạch cần ủi vì góc và cạnh của board mạch là nơi khó ủi nhất và nhiệt khó tập trung ở những nơi đó khó nhất, vùng trung tâm thì bạn ủi 2-3 lần là dính hết rồi. - Thời gian ủi tùy thuộc vào từng loại board to nhỏ và kinh nghiệm của mỗi người. 61 Chú ý: Nên đẻ bàn ủi ở mức nhiệt cao nhất và ủi thật kỹ các góc, cạnh của mạch. Bạn ủi mạch khoảng 5-10 phút cho đến khi nào lớp mực in trên giấy bám hết vào mặt đồng của board đồng. Sau đó đợi mạch nguội ta dùng tay nhẹ nhang bóc 1 ít ra xem nếu mạch mực chưa bám xuống hết ta cố định lại và ủi lại khoảng 3 phút . Sau khi ủi xong mạch ta dùng bút lông dầu tô lại những chỗ mực in chưa ăn xuống hết. 2.4. Ăn mòn mạch in Ngâm mạch: - Pha bột sắt ( FeCl3) với nước theo tỉ lệ 100g bột sắt pha với 250ml nước. - Sau đó ngâm mạch trong dung dịch FeCl3 khoảng 10 phút cho đến khi lớp đồng được ăn mòn hết thì lấy mạch ra rửa với nước cho sạch. Một số lưu ý: 62 - Bột sắt pha với nước với tỷ lệ vừa phải đừng loãng quá điều đó sẽ làm mạch bị ăn mòn lâu hoặc pha quá nhiều sẽ làm mạch in tróc hết. - Vì thuốc rửa mạch có hại cho da nên bạn hãy cẩn thận hạn chế bị dính vào người, tốt nhất là nên đeo găng tay và kính bảo hộ khi thực hiện. Nếu không may bị dính vào tay thì hãy nhanh chóng rửa nhanh bằng nước sạch. Mạch in sau khi ngâm và rửa sạch bằng nước: Vậy là chỉ còn lại phần đồng được che phủ bởi mực in, những phần đồng không được che phủ bởi mực in đều đã bị ăn mòn hoàn toàn. Khoan lỗ: Dùng giấy nhám làm sạch hết lớp mực trên mạch. Sau đó tiến hành khoan mạch. Một số lưu ý khi khoan mạch: 63 - Bạn nên đặt board cần khoan trên một cuốn vở, khi bạn lỡ khoan sâu quá thì mũi khoan xuyên vào giấy không bị dính mũi khoan, đồng thời bảo vệ mặt bàn. - Khi khoan cố gắng đặt mũi khoan vuông góc với board mạch. - Đặt mũi khoan vào những lỗ chấm nhỏ có tác dụng cố định đầu khoan. - Bạn có thể tập khoan trên những tấm board hư để làm quen với việc khoan mạch, sau khi đã thành thạo thì khoan trên mạch cần làm. - Chọn mũi khoan phù hợp với linh kiện. Mạch in sau khi đã khoan xong: Hàn mạch: Hàn từ linh kiện thấp nhất đến cao nhất. Mạch này có 1 jump, ta hàn jump đầu tiên. Sau đó hàn tiếp điện trở, đế IC, tụ điện, điện trở, nút nhấn Đây là mạch in sau khi hoàn chỉnh: Sau khi hàn xong, các bạn nên quét một lớp nhựa thông pha xăng thơm lên mạch để bảo vệ mạch, nếu không thì chỉ sau 1 vài ngày đường đồng bị oxy hoá đen thui, dẫn điện kém và nhìn board rất xấu. Kiểm tra và chạy thử mạch: 64 - Kiểm tra kĩ các đường mạch các chân IC xem có bị dính chân hay chập mạch hay không. - Cấp nguồn và chạy thử mạch - Và đây sản phẩm của mình đã làm thành công trong một ngày nổ lực. 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Sổ tay linh kiện điện tử cho người thiết kế mạch (R. H.WARRING - người dịch KS. Đoàn Thanh Huệ - nhà xuất bản Thống kê) - Giáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng (TS Nguyễn Viết Nguyên - Nhà xuất bản Giáo dục) - Kỹ thuật mạch điện tử (Phạm Xuân Khánh, Bồ Quốc Bảo, Nguyễn Viết Tuyến, Nguyễn Thị Phước Vân - Nhà xuất bản Giáo dục) - Kĩ thuật điện tử - Đỗ xuân Thụ NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 (Đỗ xuân Thụ - NXB Giáo dục) - Sổ tay tra cứu các tranzito Nhật Bản (Nguyễn Kim Giao, Lê Xuân Thế) - Sách tra cứu linh kiện điện tử SMD. (Nguyễn Minh Giáp - NXB Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội, 2003)