Giáo trình Chế tạo mạch in và hàn linh kiện (Trình độ: Sơ cấp)

nhanh nên không ảnh hưởng đến tải. 45 b. Mạch ổn áp mắc song song + Nguyên lý mạch điện Mạch ổn áp mắc rẽ hay còn gọi là mắc song song, mắc shunt mạch có đặc điểm phần tử rẽ dòng ổn áp mắc song song với tải, mạch này có lợi điểm là khi tải chạm, phần tử ổn áp vẫn không bị ảnh hưởng. + Mô hình của mạch Ta có Inguồn = Irẽ + Itải. - Khi chưa có tải: Inguồn = Irẽ, toàn bộ công suất của mạch nguồn được truyền qua mạch ổn áp. - Khi có tải: Inguồn = Irẽ + Itải. Khi áp tải tăng, Itải tăng, Irẽ sẽ giảm để dòng vào Inguồn không đổi, ổn định điện áp ra V0. + Mạch ổn áp mắc rẽ thực tế Mạch ổn áp mắc rẽ được hình thành nhờ các thành phần linh kiện như R1, DZ, R2 và transistor Q Phần tử rẽ dòng ổn áp Tải Cấp dòng + - Inguồn Irẽ Itải Vi Vo 46 Điện áp ra V0 là V0 = VZ + VBE = VZ + 0,6V Như vậy ta thấy điện áp ra luôn ổn định Khi chưa có tải Irẽ = Vi – (VZ + VBE )/ R1. như vậy transistor Q vẫn dẫn mạnh. Khi đã có tải, dòng qua tải rẽ bơt sẽ làm giảm dòng qua transistor Q (Irẽ = Inguồn - Itải) Nhược điểm căn bản của mạch cấp điện mắc rẽ là luôn luôn bị tổn hao một công suất rất đáng kể trên transistor ổn áp. 2.4. Mạch ổn áp có điều chỉnh 2.4.1. Sơ đồ khối hoạt động của mạch ổn áp có điều chỉnh - Tầng công suất thường là mối nối CE của một Transistor. - Tầng lấy mẫu có nhiệm vụ phát hiện sự sai biệt của điện áp ra cấp cho tầng dò sai. - Tầng dò sai có nhiệm vụ so sánh điện áp từ tầng lấy mẫu với điện áp chuẩn, điện áp ngõ ra của tầng dò sai được dùng để điều khiển sự hạot động mạnh yếu của tầng công suất. 2.4.2. Sơ đồ chi tiết mạch ổn áp mắc nối tiếp a. Sơ đồ mạch điện Công suất Dò sai Lấy mẫu Tạo áp chuẩn VIN VOUT 47 b. Nhiệm vụ các linh kiện trong mạch điện R1: Điện trở lấy điện áp phân cực cho Q2, cũng là điện trở tải RC của Q2. R2: Điện trở lấy dòng cho diode zener DZ. R3, VR và R4 tạo thành mạch phân áp để lấy một phần điện áp ra VOUT đưa tới cực B của Q2. Điện áp này gọi là điện áp lấy mẫu, để so sánh với điện áp chuẩn VZ do diode zener tạo ra tại cực E. C1, C2: là các tụ lọc Q1: Là Transistor ổn áp Q2: La transistor dò sai điều khiển Q1. c. Nguyên tắc hoạt động của mạch Điện áp sẽ thay đổi trong các trường hợp. - Điện áp vào VIN thay đổi - Tải của mạch thay đổi. Giả sử vì một lý do nào đó làm cho điện áp Vo tăng lên. Khi đó điện áp lấy mẫu VS tăng lên, tức là điện áp lấy mẫu tại cực B của Q2 tăng lên. VBE(Q2) = VB – VE tăng lên (do VE không đổi) điều này sẽ làm cho Q2 dẫn mạnh, điện áp cực C của Q2, VC(Q2)giảm xuống tức là điện áp cực B của Q1 VB(Q1) giảm xuống, kéo theo VBE(Q1) = VB – VE giảm xuống, Q1 dẫn yếu, nội trở C-E RCE(Q1) tăng lên làm cho điện áp Vo giảm xuống. Ngược lại, nếu Vo giảm xuống. Khi đó điện áp lấy mẫu VS giảm xuống, tức là điện áp lấy mẫu tại cực B của Q2 giảm xuống. VBE(Q2) = VB – VE giảm xuống (do VE không đổi) điều này sẽ làm cho Q2 dẫn yếu, điện áp cực C của Q2, VC(Q2) tăng lên tức là điện áp 48 cực B của Q1 VB(Q1) tăng lên, kéo theo VBE(Q1) = VB – VE tăng lên, Q1 dẫn mạnh, nội trở C-E RCE(Q1) giảm làm cho điện áp Vo tăng lên. Kết quả: Điện áp rơi trên tải sẽ được ổn định. Trong mạch này điện áp Vo có thể được điều chỉnh tăng lên hay giảm xuống bằng cách chỉnh biến trở VR, do đó biến trở VR được gọi là biến trở chỉnh điện áp nguồn ổn áp. d. Mạch ổn áp tuyến tính tiêu biểu Trong thực tế với các nguồn công suất lớn, nguời ta thường mắc thêm một điện trở công suất song song với RCE của transistor ổn áp Q1 để phân bớt dòng điện qua transistor. Transistor ổn áp thường là các transistor công suất âm tần có hệ số khuếch đại dòng bé. Để tăng hệ số khuếch đại dòng người ta dùng hai transistor mắc theo kiểu Darlington. Mạch bảo vệ để phòng trường hợp chập tải, dòng điện tăng quá lớn làm hỏng transistor, người ta thường thiết kế thêm mạch bảo vệ quá dòng. Trong sơ đồ dưới đây transistor Q4 làm nhiệm vụ bảo vệ. - R5: Làm nhiệm vụ phân dòng cho Q1. - Q1 và Q2 mắc theo kiểu Darlington để nâng cao hệ số khuếch đại dòng. - Q4, R6, R7 hình thành mạch bảo vệ quá dòng. Trong đó R7 phân cực cho Q4, bình thường R6 có trị số rất bé nên sụt áp trên R6 rất nhỏ, Q4 không dẫn. Khi có sự cố chấp tải, dòng tải tăng lên nên sụt áp trên điện trở R6 cũng tăng lên làm cho áp VBE(Q4) tăng lên, Q4 dẫn bão hoà làm cho VB của Q2 giảm xuống nhỏ hơn 49 VE(Q1), cặp transistor Q1, Q2 không dẫn. Lúc đó dòng điện chỉ chạy qua điện trở R5 mạch hoạt động ở trạng thái bảo vệ. 2.5. Mạch ổn áp dùng mạch tổ hợp (IC) Hiện nay do công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn phát triển, các nhà sản xuất đã chế tạo một số IC ổn áp rất tiện dụng trong thực tế, chúng có kích thước nhỏ gọn, điện áp ra ổn định với rất nhiều mức ra khác nhau. Các IC ổn áp được dùng phổ biến hiện nay là các IC thuộc dòng họ 78XX, 79XX 2.5.1. Mạch ổn áp họ 78XX IC ổn áp họ 78XX là IC ổn áp nguồn dương, hai số sau “XX” biểu thị điện áp ổn định của IC Thí dụ: 7805: ổn áp ra +5V 7809: ổn áp ra +9V 7812: ổn áp ra +12V 7824: ổn áp ra +24V Ta cũng lên lưu ý là tuỳ theo hãng sản xuất khác nhau mà chữ số đầu của mã hiệu IC có thể khác nhau Thí dụ: AN7805: IC ổn ra +5V do hãng Nationnal-Panasonic chế tạo. PC7805: IC ổn ra +5V do hãng NEC chế tạo. LA7805: IC ổn ra +5V do hãng Sanyo chế tạo. HA7805: IC ổn ra +5V do hãng Hitachi chế tạo. KA7805: IC ổn ra +5V do hãng Samsung chế tạo. MC7805: IC ổn ra +5V do hãng Motorola chế tạo. TA7805: IC ổn ra +5V do hãng Toshiba chế tạo. Ngoài ra trên IC ổn ápcòn có một số ký hiệu để chỉ dòng điện ra ổn áp. Thí dụ: 78LXX: Dòng ra danh định là 100mA 78XX: Dòng ra danh định là 1A 78HXX: Dòng ra danh định là 5A * Mạch ổn áp +5V dùng IC 7805 50 2.5.2. Mạch ổn áp họ 79XX IC họ 79XX có ký hiệu quy ước hoàn toàn giống với IC 78XX. Thí dụ 7905, 7909 Tuy nhiên các bố trí chân IC họ 79XX hoàn toàn khác. Sơ đồ thực tế sử dụng IC ổn áp 7905 để tạo nguồn âm 5V. 2.5.3. Mạch ổn áp dùng IC điều chỉnh a. Bộ điều chỉnh điện áp dương LM317 LM317 được coi là một linh kiện chuyển đổi khá tiện dụng, dùng để chuyển đổi điện áp dương từ +1,25V đến +37V và có khả năng cung cấp dòng quá 1,5A Hình dạng xác định chân ngoài thực tế. Trong đó: ADJ: Là chân điều khiển V0: Là điện áp đầu ra Vi: Là điện áp đầu vào * Thông số của LM317 - Điện áp đàu vào Vi = 40V 51 - Nhiệt độ vận hành t = 0 ÷ 1250. - Công suất tiêu thụ lớn nhất 20W - Dòng điện dầu ra lớn nhất Imax = 1,5A * Sơ đồ nguyên lý Với sơ đồ trên ta có thể điều chỉnh điện áp đầu ra bằng điện trở R1 và R2 được nối như hình vẽ. Dòng điện qua chân điều chỉnh phải nhỏ hơn 100µA Điện áp đầu ra được tính xấp xỉ bằng: V0 = 1,25.(1 + R1/R2) Với công thức trên ta chỉ cho R1 là một giá trị nhất định. Một điều quan trọng là dòng điện qua chân điều chỉnh và chân đầu ra phải có một điện áp nhất định tức là giữa hai điện trở R1 và R2 điện áp luôn bằng 1,25V (hằng số này không thay đổi). Chú ý: Điện áp đầu ra luôn nhỏ hơn điện áp vào là 5V. * Ứng dụng của LM317 LM317 dùng để tạo ra dải điện áp từ 1,25V đến 37V. Có thể làm điều chỉnh hay cố định điện áp đầu ra để sạc ắc quy 12V hay 6V. b. Điều chỉnh điện áp âm LM337 52 Tương tự như cách tính của LM317 nhưng điện áp đầu vào là -40V. Điện áp giữa chân điều khiển và chân ra là -1,25V. Điện áp đầu ra có dải là -1,25V đến -37V. 1.5 Bài tập thực hành a. Lắp ráp mạch ổn áp nguồn dùng transistor 1. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị vật liện a. Dụng cụ thiết bị Dụng cụ Thiết bị Bo cắm Panh kẹp Kìm uốn Kéo Đồng hồ VOM Máy hiện sóng 53 b. Linh kiện STT Tên linh kiện Số lượng 1 A671 01 2 C828 01 3 VR 10K 01 4 DZ 7,5V 01 5 R 4,7K 01 6 R 2,7K 01 7 R 1K 01 8 R 120 01 9 R 330 01 10 R 20/2W 01 2. Trình tự thực hiện Các bước công việc Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn - Kiểm tra board cắm - Xác định vị trí đặt linh kiện trên board - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính - Đo sự liên kết của board cắm - Xác định vị trí đặt linh kiện, các đường dây nối, đường cấp nguồn - Uốn chân linh kiện cho phù hợp với vị trí cắm trên board - Xác định đúng chân linh kiện - Chân linh kiện không được uốn sát vào chân tránh dễ bị đứt ngầm bên trong và không được vuông góc, vuông góc quá sẽ bị gẫy. - Vị trí đặt linh kiện phải thuận lợi cho quá trình cân chỉnh mạch Bước 2: - Lắp ráp linh kiện trên board Lắp theo trình tự - Lắp transistor Q1, Q2 - Lắp triết áp VR trục điều chỉnh phải quay ra ngoài - Mỗi linh kiện một chấu cắm - Các linh kiện cắm đúng vị trí đã xác định, tiếp xúc tốt, 54 - Lắp các linh kiện phụ trợ R, C, DZ. - Cắm dây liên kết mạch - Cắm dây cấp nguồn - Nối tải (motor DC) tạo dáng đẹp - Các dây nối không chồng chéo nhau Bước 3: - Kiểm tra mạch điện - Kiểm tra lại mạch từ sơ đồ lắp ráp sang sơ đồ nguyên lý và ngược lại - Đo kiểm tra an toàn, kiểm tra nguồn cấp Bước 4: - Cấp nguồn đo thông số mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện quan sát hiện tượng của mạch ta thấy motor quay bình thường điều chỉnh VR thấy tốc độ quay thay đổi ta tiến hành đo thong số kỹ thuật. - Khi cho điện áp vào +16V điện áp ra 10 V. Nếu tăng điện áp vào lên 19V thì điện áp ra 10V + 0,2V. Nếu giảm điện áp đầu vào xuống 13V thì điện áp ra còn 10V – 0,2V là mạch đã thực hiện ổn áp. - Điều chỉnh VR điện áp đầu rat hay đổi một dải điện áp. - Dùng đồng hồ vạn năng đo thông số của mạch Bước 5: - Hiệu chỉnh mạch và các sai hỏng thường xảy ra - Mạch không có điện áp ra motor không quay kiểm tra nguồn cấp vào hoặc kiểm tra đèn ổn áp Q1. - Mạch không ổn áp được khi thay đổi điện áp vào thì điện áp rat hay đổi theo: Kiểm tra phần tử tạo điện áp mẫu và điện áp chuẩn - Có điện áp ra điều chỉnh triết áp không tác dụng: Kiểm tra triết áp, kiểm tra mạch so sánh Q2, lấy mẫu, tạo điện áp chuẩn b. Lắp ráp mạch ổn áp nguồn dương dùng IC ổn áp 55 1. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị vật liện a. Dụng cụ thiết bị Dụng cụ Thiết bị Bo cắm Panh kẹp Kìm uốn Kéo Đồng hồ VOM Máy hiện sóng b. Linh kiện STT Tên linh kiện Số lượng 1 D 4007 04 2 C 2200µF/25V 02 3 IC 7809 01 4 R 1K 01 5 LED 01 2. Trình tự thực hiện Các bước công việc Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn - Kiểm tra board cắm - Xác định vị trí đặt linh - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính - Đo sự liên kết của board cắm - Xác định vị trí đặt linh - Xác định đúng chân linh kiện - Chân linh kiện không được uốn sát vào chân tránh dễ bị đứt ngầm bên trong và 56 kiện trên board kiện, các đường dây nối, đường cấp nguồn - Uốn chân linh kiện cho phù hợp với vị trí cắm trên board không được vuông góc, vuông góc quá sẽ bị gẫy. - Vị trí đặt linh kiện phải thuận lợi cho quá trình cân chỉnh mạch Bước 2: - Lắp ráp linh kiện trên board Lắp theo trình tự - Lắp các diode D1-D4. - Lắp IC ổn áp 7809 - Lắp các linh kiện phụ trợ C1, C2. - Cắm dây liên kết mạch - Cắm dây cấp nguồn - Nối tải R, LED - Mỗi linh kiện một chấu cắm - Các linh kiện cắm đúng vị trí đã xác định, tiếp xúc tốt, tạo dáng đẹp - Các dây nối không chồng chéo nhau Bước 3: - Kiểm tra mạch điện - Kiểm tra lại mạch từ sơ đồ lắp ráp sang sơ đồ nguyên lý và ngược lại - Đo kiểm tra an toàn, kiểm tra nguồn cấp Bước 4: - Cấp nguồn đo thông số mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện quan sát hiện tượng của mạch ta thấy đèn LED sang bình thường ta tiến hành đo thông số kỹ thuật. - Đo điện áp trước ổn áp - Đo điện áp sau ổn áp Bước 5: Hiệu chỉnh mạch và các sai hỏng thường xảy ra - Kích thước của IC ổn áp tùy theo công suất tiêu thụ của tải từ vài chục mA đến vài trăm A. Điện áp vào VIN = VOUT + 3V là tốt nhất. Nếu nhỏ hơn điện áp ra không đúng. Nếu điện áp vào lớn hơn điện áp ra vẫn ổn áp nhưng công suất chịu đựng của IC sẽ giảm làm cho IC nóng. - Khi sử dụng nên gắn cánh tản nhiệt cho IC để nâng cao công suất cung cấp cho tải - Chọn tụ chú ý điện áp chịu đựng - Chọn diode chú ý khả năng chịu đựng dòng của tải và điện áp ngược. 57 c. Lắp ráp mạch ổn áp nguồn dương có điều chỉnh điện áp ra dùng IC LM317 1. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị vật liện a. Dụng cụ thiết bị Dụng cụ Thiết bị Bo cắm Panh kẹp Kìm uốn Kéo Đồng hồ VOM Máy hiện sóng b. Linh kiện STT Tên linh kiện Số lượng 1 D 4007 04 2 C 2200µF/25V 02 3 IC LM317 01 4 R 1K 01 5 LED 01 6 VR 10K 01 7 R 270 01 58 2. Trình tự thực hiện Các bước công việc Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn - Kiểm tra board cắm - Xác định vị trí đặt linh kiện trên board - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính - Đo sự liên kết của board cắm - Xác định vị trí đặt linh kiện, các đường dây nối, đường cấp nguồn - Uốn chân linh kiện cho phù hợp với vị trí cắm trên board - Xác định đúng chân linh kiện - Chân linh kiện không được uốn sát vào chân tránh dễ bị đứt ngầm bên trong và không được vuông góc, vuông góc quá sẽ bị gẫy. - Vị trí đặt linh kiện phải thuận lợi cho quá trình cân chỉnh mạch Bước 2: - Lắp ráp linh kiện trên board Lắp theo trình tự - Lắp các diode D1-D4. - Lắp IC ổn áp LM317 - Lắp triết áp VR trục điều chỉnh phải quay ra ngoái - Lắp các linh kiện phụ trợ C1, C2. R1. - Cắm dây liên kết mạch - Cắm dây cấp nguồn - Nối tải R, LED - Mỗi linh kiện một chấu cắm - Các linh kiện cắm đúng vị trí đã xác định, tiếp xúc tốt, tạo dáng đẹp - Các dây nối không chồng chéo nhau Bước 3: - Kiểm tra mạch điện - Kiểm tra lại mạch từ sơ đồ lắp ráp sang sơ đồ nguyên lý và ngược lại - Đo kiểm tra an toàn, kiểm tra nguồn cấp Bước 4: - Cấp nguồn đo thông số mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện quan sát hiện tượng của mạch ta thấy đèn LED sang bình thường ta tiến hành đo thông số kỹ thuật. - Đo điện áp trước ổn áp - Đo điện áp sau ổn áp - Đo dải điện áp ổn áp được Bước 5: - Khi sử dụng nên gắn cánh tản nhiệt cho IC để nâng cao 59 Hiệu chỉnh mạch và các sai hỏng thường xảy ra công suất cung cấp cho tải - Chọn tụ chú ý điện áp chịu đựng - Chọn diode chú ý khả năng chịu đựng dòng của tải và điện áp ngược. 3. Mạch hạn biên 3.1. Khái niệm Mạch hạn chế biên độ là một mạng bốn cực mà điện áp đầu ra của nó có dạng giống điện áp đầu vào khi điện áp đầu vào chưa vượt quá một giá trị nào đó, còn lại điện áp đầu ra sẽ gữ nguyên giá trị không đổi khi điện áp đầu vào vượt ra ngoài ngưỡng của mạch hạn chế . Giá trị không đổi đó được gọi là mức hạn chế (còn được gọi là mạch hạn biên) Tuỳ theo yêu cầu của mạch điện cần điều khiển đối với các tín hiệu xung người ta cần phải giới hạn ở một mức nào đó sao cho tín hiệu điều khiển không làm cho mạch điện bị nghẽn hoặc méo dạng Mạch được giới hạn ở phần đỉnh tín hiệu gọi là mạch hạn biên trên. Mạch giới hạn ở đáy tín hiệu gọi là mạch hạn biên dưới Mạch giới hạn cả hai mức trên và dưới của tín hiệu gọi là giới hạn trên và dưới . Về thực chất mạch hạn chế đóng vai trò như một cái khoá . Nếu khoá mắc nối tiếp với tải thì tín hiệu sẽ đi qua được khi khoá đóng và bị ngăn lại khi khoá mở, tức là nó đóng vai trò một phần tử không đường thẳng. Để làm nhiệm vụ đó,người ta có thể sử dụng các phần tử không tuyến tính như Điôt ,tranzito trong các mạch hạn chế. Khi đó ngoài nhiệm vụ hạn chế mạch còn làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu nên còn gọi là mạch hạn chế khuếch đại. Những yêu cầu cơ bản đối với một mạch hạn chế là độ sắc khi cắt , độ ổn định của ngưỡng và mức hạn chế. Những yêu cầu này lại phụ thuộc chủ yếu vào các linh kiện không tuyến tính được sử dụng. 3.2.Mạch hạn biên dùng Điốt: a. mạch hạn biên dùng đốt thường: 60 Do đặc tính của Diode dẫn điện theo 1 chiều nên khi diode được phân cực thuận thì sẽ dẫn điện cho phần xung làm cho nó phân cực thuận đi qua nên ta có dạng mạch như Hình 3.1 hoặc Hình 3.2 Hình 3.1: Mạch hạn biên trên mức 0 Hình 3.2: Mạch hạn biên dưới mức 0 Để giá trị xung nằm trên mức 0 hoặc dưới mức 0 phù hợp với điều kiện làm việc của mạch điện mạch hạn chế biên độ dùng Điôt có thể được mắc nối tiếp với một nguồn điện áp cố định một chiều Vc gọi là điện áp chuẩn . Nếu điện áp chuẩn có giá trị dương thì được gọi là giớ hạn trên (Hình 3-3). Nếu điện áp chuẩn có giá trị âm thì được gọi là giới hạn dưới (Hình 3-4). Hình 3.3: Mạch giới hạn trên (giới hạn xung dương) R D Vi Vo R D Vi Vo R D Vi Vo R D Vi Vo R D Vi Vo Vc VO = VC + VD 61 Vc: điện áp chuẩn Vd: điện áp phân cực thuận của Diode (VD 0,6 - 0,8v) tuỳ theo loại Diode Trong mạch Diode chỉ phân cực thuận để cho xung xuống Mass khi nào biên độ xung ngõ vào Vi lớn hơn giá trị VC + VD và sẽ có dạng mạch ngược lại nên ta muốn giới hạn dưới (giới hạn xung âm) ở hình 3.4 Vi Vo R D Vd + Hình 3.4: Mạch giới hạn dưới (giới hạn xung âm) b. Mạch hạn chế biên độ dùng điôt zene: Trong thực tế nguồn điện áp chuẩn Vd khó thực hiện do đó mạch thông thường được sử dụng chủ yếu là Điôt zenne ở hình 3.5 và 3.6 Vi Vo R D Vd Hình 3.5: Mạch gới hạn trên Vd D R VoVi Hình 3.6: Mạch giới hạn dưới Nguyên lí hoạt động của mạch như sau: Khi xung tín hiệu ngõ vào Vi thấp dưới mức ngưỡng làm việc của Điôt zenne Vd mức tín hiệu được giữ nguyên . Khi mức tin hiệu ngõ vào Vi cao hơn mức ngưỡng làm việc của Điôt zenne phần cao hơn dược đưa qua Điôt zenne trở về nguồn xung tín hiệu ngõ ra bị giới hạn không vượt quá giá trị Vd. 62 3.3. Mạch hạn biên dùng tranzistor: Mạch hạn chế khuếch đại dùng Tranzito được mắc theo kiêu E-C hình (3.7) Khi biên độ tín hiệu ngõ vào Vi đủ lớn, mạch sẽ thực hiện việc han chế. Việc hạn chế được sử dụng hai giới hạn bão hoà và ngưng dẫn của tranzito . Giới hạn dưới được dùng giới hạn ngưng dẫn của tranzito. Khi biên độ tín hiệu ngõ vào thấp dưới mức phân cực của tran zito mạch ngưng dẫn biên độ tín hiệu được giới hạn ở mức dưới. Giới hạn trên được dùng giới hạn bão hoà của tắt bỏ biên độ tín hiệu được giới hạn ở mức trên (hình 3.8) Điều quan trọng cần ghi nhớ do mạch được mắc theo kiểu E-C (tín hiệu đưa vào ở cực B của tranzito và lấy ra trên cực C) nên tín hiệu ngõ ra đảo pha so với tín hiệu ngõ vào. Vi Vo Q Vc R2 R1 Hình 3.7: Mạch hạn chế khuếch đại dùng Tranzitor R1: hạn chế dòng tín hiệu ngõ vào R2: Hạn chế dòng cực C (Điện trở tảI cực C) Q: Tranzito khuếch đại hạn chế Hình 3.8: Dạng tín hiệu ngõ vào và ngõ ra mạch hạn chế khuếch đại dùng Tranzito 63 4. Mạch khuếch đại tín hiệu Mạch khuyếch đại được sử dụng rất nhiều trong thực tế, là mạch có tính chất khi ta đưa cào một tín hiệu nhỏ, ở ngõ ra sẽ xuất hiện một tín hiệu có biên độ lớn hơn nhiều lần. Mạch khuyếch đại có điện áp tín hiệu ở ngõ ra lớn hơn điện áp tín hiệu ở ngõ vào được gọi là mạch khuyếch đại điện áp. Mạch khuyếch đại có cường độ dòng điện tín hiệu ở ngõ ra lớn hơn cường độ dòng điện tín hiệu ở ngõ vào được gọi là mạch khuyếch đại dòng điện. Mạch khuyếch đại có công suất tín hiệu ở ngõ ra lớn hơn công suất tín hiệu ở ngõ vào được gọi là mạch khuyếch đại công suất. Hệ số khuyếch đại điện áp của mạch khuyếch đại (còn gọi là độ lợi) là tỉ số giữa điện áp tín hiệu ra (Vout) trên điện áp tín hiệu vào (Vin). Hệ số khuyếch đại điện áp được ký hiệu KV. KV = Vout/ Vin. Hệ số khuyếch đại dòng điện của mạch khuyếch đại (còn gọi là độ lợi) là tỉ số giữa cường độ dòng điện tín hiệu ra (Iout) trên cường độ dòng điện tín hiệu vào (Iin). Hệ số khuyếch đại dòng điện được ký hiệu KI. KI = Iout/ Iin. Hệ số khuyếch đại công suất của mạch khuyếch đại là tỉ số giữa công suất tín hiệu ra (Pout) trên công suất tín hiệu vào (Pin). Hệ số khuyếch đại điện áp được ký hiệu KP. KP = Pout/ Pin = KV.KI. Pout = Iout.Vout. Pin = Iin.Vin. 4.1. Mạch khuếch đại tín hiệu dùng transistor Mạch khuyếch đại được sử dụng rất nhiều trong thực tế, là mạch có tính chất khi ta đưa cào một tín hiệu nhỏ, ở ngõ ra sẽ xuất hiện một tín hiệu có biên độ lớn hơn nhiều lần. Mạch khuyếch đại có điện áp tín hiệu ở ngõ ra lớn hơn điện áp tín hiệu ở ngõ vào được gọi là mạch khuyếch đại điện áp. Mạch khuyếch đại có cường độ dòng điện tín hiệu ở ngõ ra lớn hơn cường độ dòng điện tín hiệu ở ngõ vào được gọi là mạch khuyếch đại dòng điện. Mạch khuyếch đại có công suất tín hiệu ở ngõ ra lớn hơn công suất tín hiệu ở ngõ vào được gọi là mạch khuyếch đại công suất. 64 Hệ số khuyếch đại điện áp của mạch khuyếch đại (còn gọi là độ lợi) là tỉ số giữa điện áp tín hiệu ra (Vout) trên điện áp tín hiệu vào (Vin). Hệ số khuyếch đại điện áp được ký hiệu KV. KV = Vout/ Vin. Hệ số khuyếch đại dòng điện của mạch khuyếch đại (còn gọi là độ lợi) là tỉ số giữa cường độ dòng điện tín hiệu ra (Iout) trên cường độ dòng điện tín hiệu vào (Iin). Hệ số khuyếch đại dòng điện được ký hiệu KI. KI = Iout/ Iin. Hệ số khuyếch đại công suất của mạch khuyếch đại là tỉ số giữa công suất tín hiệu ra (Pout) trên công suất tín hiệu vào (Pin). Hệ số khuyếch đại điện áp được ký hiệu KP. KP = Pout/ Pin = KV.KI. Pout = Iout.Vout. Pin = Iin.Vin. Trong mạch điện tử tùy theo tính năng hoạt động của mạch mà ta có thể thiết lập chế độ làm việc (hay hạng làm việc) của mạch đó một cách hợp lý. Cụ thể ta có thể thay đổi chế độ làm việc của transistor bằng cách thay đổi chế độ phân cực VBE của nó tức thay đổi điểm làm việc tĩnh Q của transistor đó. Thông thường người ta có thể phân cực và cấp điện cho mạch khuyếch đại để mạch hoạt động ở một trong các chế độ sau: - Chế độ A - Chế độ B - Chế độ AB - Chế độ C 4.1.1. Mạch khuyếch đại chế độ A 65 Mạch khuyếch đại ở chế độ A, khi ta đưa một tín hiệu ở ngõ vào, ở ngõ ra lấy được một tín hiệu gồm đủ hai bán kỳ âm và dương của tín hiệu đó. Để transistor làm việc ở chế độ A ta phải phân cực sao cho: - UBE = 0,2V đối với transistor Germanium - UBE = 0,3V-0,4V đối với transistor Silicon Mạch khuyếch đại ở chế độ A được sử dụng trong các trường hợp có yêu cầu tín hiệu ra hoàn toàn giống với tín hiệu vào. * Xét mạch khuếch đại chế độ A sau: Trong đó: - Q: Tranzito khuếch đại công suất - Rc: Điện trở tải - Rb: Điện trở phân cực - C: Tụ lên lạc tí hiệu ngõ vào - Vi: Tín hiệu ngõ vào tầng khuếch đại công suất - Vo: Tín hiệu ngõ ra tầng khuếch đại công suất + Chế độ tĩnh: Dòng phân cực một chiều được tính theo công thức Vcc và Rb: 66 Rb Vcc Ib 7,0  Tương ứng với dòng cực C là: IbIc . Điện áp Vce: RcIcVccVce . Từ giá trị Vcc ta vẽ được đường tải một chiều AB. Từ đó xác định được điểm làm việc Q tương ứng vói Ibq trên đặc tuyến ra. Hạ đường chiếu từ điểm Q đến hai trục toạ độ sẽ được Icq và Vceq. Đặc tuyến làm việc của tranzitor + Chế độ động: Khi có một tín hiệu AC được đưa đến đầu vào của bộ khuếch đại, dòng điện và điện áp sẽ thay đổi theo đường tải một chiều. Một tín hiệu đầu vào nhỏ sẽ gây ra dòng điện cực B thay đổi xung quanh điểm làm việc tĩnh, dòng cực C và điện áp Vce cũng thay đổi xung quanh điểm làm việc này. Khi tín hiệu vào lớn biến thiên xa hơn so với điểm làm việc tĩnh đã được thiết lập từ trước. Dòng điện Ic và điện áp Vce biến htiên và đạt đến giá trị giới hạn. Đối với dòng điện, giá trị giới hạn này thấp nhất Imin =0, và cao nhất Imax = Vc/Rc. Đối với điện áp Vce, giới hạn thấp nhất Vce =0V, và cao nhất Vce =Vcc. - Công suất cung cấp từ nguồn một chiều: IcVccP . - Công suất ra: + tính theo giá trị hiệu dụng: IcVcePo . 67 RcIPo c . 2 Rc V Po c 2  + Tính theo gá trị đỉnh: Rc IIcVce Po c . 22 . 2  Rc V Po ce .2 2  + Tính theo giá trị đỉnh - đỉnh: 8 .IcVce Po  Rc I Po c . 8 2  Rc V Po ce 8 2  - Hiệu suất mạch: Hiệu suất của một mạch khuếch đại phụ thuộc tổng công suất xoay chiều trên tải và tổng công suất cung cấp từ nguồn 1 chiều. Hiệu suất được tính theo công thức sau: 100. P Po  % Trong đó: Po: Công suất ra P: Công suất cung cấp từ nguồn một chiều 4.1.2. Mạch khuyếch đại chế độ B Trong mạch khuyếch đại chế độ B, dòng cực thu chạy qua transistor trong một phần của nửa chu kỳ tín hiệu vào, khi ta cho một tín hiệu AC vào ngõ vào của mạch, ở 68 ngõ ra chỉ lấy đượng một phần của bán kỳ dương (nếu dùng transistor loại NPN) hoặc một phần của bán kỳ âm (nếu dùng transistor loại PNP) Muốn cho một transistor hoạt động ở chế độ B, ta không cấn phải phân cực cho transistor đó, mạch chỉ được phân cực và bắt đầu hoạt động khi có điện áp vào. Khi không có điện áp vào, transistor hoàn toàn ngưng dẫn. Mạch khuyếch đại hạng B thường được dùng trong các mạch khuyếch đại công suất mắc đẩy kéo. Mỗi transistor khuyếch đại một bán kỳ tín hiệu. Sau đó tín hiệu ở ngõ ra của hai transistor này được ghép lại thành một chu kỳ. Muốn tín hiệu rat rung thực thì hai transistor này phải có đặc tính hoàn toàn giống nhau. Nếu không tín hiệu ra sẽ bị méo. Tín hiệu ghép từ ngõ ra của hai transistor hoạt động ở hạng B luôn luôn bị mất một phần tại giao điểm của hai bán kỳ. Người ta gọi là méo giao điểm. Để khắc phục hiện tượng này người ta phân cực hai transistor hoạt động ở chế độ AB. 4.1.3. Mạch khuyếch đại chế độ AB Trong mạch khuyếch đại ở chế độ AB, khi đưa một chu kỳ tín hiệu vào ngõ vào ta lấy được đúng một bán kỳ của tín hiệu ở ngõ ra của mạch khuyếch đại. Do đó khắc phục được hiện tượng méo giao điểm ở chế độ B. 69 Để transistor hoạt động ở chế độ AB người ta phân cực cho nó một điện áp UBE nhỏ khoảng 0,1V với transistor Germanium, và 0,3V với transistor Silicon 4.1.4. Mạch khuyếch đại chế độ C Trong mạch khuyếch đại ở chế độ C, tín hiệu ở ngõ ra chỉ là một phần nhỏ của một bán kỳ của tín hiệu vào. Muốn transistor làm việc ở chế độ C người ta thường phân cực ngược tiếp giáp B-E sao cho VB< VE. Thí dụ: Như ở trên hình sau hai điện trở R1 và R2 được dùng để phân cực cho cực B, hai điện trở R3, R4 tạo thành cầu phân áp cho cực E sao cho VE> VB. Mạch khuyếch đại chế độ C thường dùng để tách một chỏm tín hiệu như tách xung đồng bộ ra khỏi tín hiệu hình tổng hợp trong ti vi. * Nhiệm vụ của các linh kiện trong mạch: C1: Liên lạc tns hiệu kích thích ngõ vào Rb: Phân cực tranzito nằm sâu trong vùng ngưng dẫn. Q: Khuếch đại công suất 70 L, C2: Khung cộng hưởng. C3: Tụ liên lạc lấy tín hiệu ngõ ra. * Hoạt động của mạch như sau: Ở trạng thái bình thường tranzito không dẫn điện do được phân cực nằm sâu trong vùng ngưng dẫn nên điện áp ngõ ra  VCC Khi có kích thích nguồn tín hiệu từ bên ngoài qua tụ liên lạc C1, một phần đỉnh bán kỳ dương của tín hiệu làm tăng phân cực B của tranzito làm cho tranzito dẫn điện bão hoà. Dong cực C chảy qua tranzito nạp điện lên cuộn dây l dưới dạng từ. Chấm dứt bán kỳ dương của tín hiệu tranzito trở về trạng thái ngưng dẫn. cuộn dây l xả điện qua tụ C2 tạo thành tín hiệu dạng sin ở ngõ ra trên cực C. Nếu có tín hiệu đến kích thích tiếp tục thì tín hiệu ra sẽ liên tục, và ngược lại nếu không có tín hiệu đến kích thích ngõ vào thì tín hiệu ngõ ra sẽ có dạng hình sin tắt dần do tổn thất trên khung cộng hưởng. 4.1.5 Bài tập thực hành Lắp ráp mạch khuếch đại công suất đẩy kéo ghép ra dùng tụ 1. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị vật liệu a. Dụng cụ thiết bị 71 Dụng cụ Thiết bị Bo cắm Panh kẹp Kìm uốn Kéo Đồng hồ VOM Máy hiện sóng b. Linh kiện STT Tên linh kiện Số lượng 1 C828 01 2 D468 01 3 B562 01 4 VR 100K 01 5 C 1µF 01 6 C 100µF 01 7 C 1000µF 01 8 R 2,2K; 1,2K; 6,8K; 10K 1+1+1+1+1 9 Loa 10W 8Ω 01 10 D4007 02 2. Trình tự thực hiện Các bước công việc Nội dung Yêu cầu kỹ thuật Bước 1: - Chuẩn bị các linh kiện đã chọn - Kiểm tra board cắm - Xác định vị trí đặt linh kiện trên board - Kiểm tra chất lượng và xác định cực tính - Đo sự liên kết của board cắm - Xác định vị trí đặt linh kiện, các đường dây nối, đường cấp nguồn - Uốn chân linh kiện cho - Xác định đúng chân linh kiện - Chân linh kiện không được uốn sát vào chân tránh dễ bị đứt ngầm bên trong và không được vuông góc, vuông góc quá sẽ bị gẫy. - Vị trí đặt linh kiện phải 72 phù hợp với vị trí cắm trên board thuận lợi cho quá trình cân chỉnh mạch Bước 2: - Lắp ráp linh kiện trên board Lắp theo trình tự - Lắp các transistor Q1, Q2, Q3 - Lắp triết áp VR truc điều chỉnh ở vị trí dễ điều chỉnh - Lắp các linh kiện phụ trợ C1, C2, R, D - Cắm dây liên kết mạch - Cắm dây cấp nguồn - Nối loa - Mỗi linh kiện một chấu cắm - Các linh kiện cắm đúng vị trí đã xác định, tiếp xúc tốt, tạo dáng đẹp - Các dây nối không chồng chéo nhau Bước 3: - Kiểm tra mạch điện - Kiểm tra lại mạch từ sơ đồ lắp ráp sang sơ đồ nguyên lý và ngược lại - Đo kiểm tra an toàn, kiểm tra nguồn cấp Bước 4: - Cấp nguồn đo thông số mạch điện - Cấp nguồn 12V cho mạch điện khi đã an toàn: Các transistor công suất không bị nóng, can nhiễu đầu vào phải có tiếng đáp ở loa là mạch đã hoạt động. - Dùng đồng hồ VOM để thang đo điện áp DC đo tại các điểm: + UBEQ1 = 0,6V + UCEQ1  0,6V + UBEQ2 = UBEQ3 = 0,5V + UA = 1/2UCC = 6V - Cấp tín hiệu ở đầu đĩa CD vào mạch với cường độ nhỏ (100mV) ở loa phải có tín hiệu lớn hơn nghe rõ lời, tiếng trong trung thực là mạch đã hoạt động tốt - Dùng máy hiện sóng đo dạng song tại các điểm: + Đo tín hiệu vào 73 X = / DIV CH1 = / DIV CH2 = / DIV + Tại CQ1. X = / DIV CH1 = / DIV CH2 = / DIV + Tại EQ2. X = / DIV CH1 = / DIV CH2 = / DIV Bước 5: Chú ý - Muốn đảm bảo cho transistor khi dùng không được vượt quá giới hạn + Dòng Icm. + Điện áp UCEm. + Công suất tiêu tán cho phép lớn nhất - Nếu chọn đúng UBQ1 thì Q2, Q3 cũng được phân cực đúng chế độ AB và chọn điểm giữa UA = 1/2UCC. Biến trở VR điều chỉnh điểm giữa UA. 3. Sai hỏng thường gặp 74 Hiện tượng sai hỏng Nguyên nhân Khắc phục Mạch bị tự kích: Khi chưa có tín hiệu đầu vào thì đã có tiếng rú ở đầu ra Do các nhiễu ký sinh tần số cao tác động vào Lắp them các tụ hồi tiếp âm tần số cao tại cực CB của transistor khuếch đại hoặc lắp các mạch thoát tần số cao Tín hiệu bị xén cả hai biên Do tín hiệu vào quá lớn làm cho Q1 rơi vào trạng thái bão hòa Giảm tín hiệu đầu vào Tín hiệu xén biên trên hoặc biên dưới Chọn điểm công tác của Q1 không đúng Định thiên lại cho Q1. 4.2. Mạch khuếch đại tín hiệu dùng IC LA4440 * IC LA4440 Trước khi bắt đầu chế tạo bộ khuếch đại này, chúng ta hãy hiểu thêm về IC khuếch đại công suất LA4440 để biết về các thông số kỹ thuật của nó để có thể thiết kế bộ khuếch đại của mình một cách hiệu quả. Như hình dưới đây LA4440 là IC khuếch đại âm thanh tuyến tính 14 chân do SANYO phát triển. 75 IC có thể được sử dụng như một bộ khuếch đại âm thanh đơn âm hoặc như một bộ khuếch đại âm thanh kênh đôi stereo. Nó có các chế độ cho phép kép, cụ thể là chế độ âm thanh nổi và chế độ cầu nối . Sự khác biệt chính giữa hai chế độ cấu hình đó là ở chế độ âm thanh nổi, một IC đơn có thể điều khiển tối đa 6W + 6W hai loa có nghĩa là chỉ tải 12 watt nhưng ở cấu hình chế độ cầu nối, bạn sẽ nhận được đầu ra âm thanh 19W từ một IC duy nhất. cho một người nói duy nhất. Do đó, chúng ta cần 2 IC để tạo âm thanh nổi và 2 bản sao của cùng một mạch mà chúng ta sẽ thảo luận trong phần sơ đồ mạch. Ở đây, tôi đã định cấu hình bộ khuếch đại âm thanh ở chế độ cầu nối để có được đầu ra âm thanh mạnh mẽ 20 W + 20W. Vì thiết kế của chúng tôi có hai IC nên nó còn được gọi là Mạch Khuếch đại IC Đôi 4440. Ngoài điều này, IC khuếch đại âm thanh của chúng tôi còn có những ưu điểm sau.  Loại bỏ Ripple Tốt 46db  Tách kênh tốt  Nhiễu dư nhỏ  Phục hồi âm thanh thấp trong một loạt các tần số thấp đến tần số cao của âm nhạc.  Nhiễu nhỏ khi bật lên hoặc lúc bắt đầu  Tích hợp chức năng Tắt tiếng Âm thanh  Bảo vệ tích hợp: Bảo vệ quá áp, bảo vệ điện áp tăng, bảo vệ ngắn pin-to-pin.  Yêu cầu phụ tùng thay thế tối thiểu Ripple là gì và tại sao nó lại quan trọng? Ripple là sự thay đổi của điện áp và dòng điện trên một giá trị trạng thái ổn định có thể thay đổi theo tải, điều này gây ra nhiễu ở đầu ra của mạch và do đó dẫn đến biến dạng. Để khắc phục sự cố này, một bộ lọc được sử dụng để giúp loại bỏ nhiễu/gợn sóng này. Nó được gọi là loại bỏ gợn. IC LA4440 cung cấp giá trị loại bỏ gợn sóng tốt là 46dB.  Lắp ráp mạch + Linh kiện đế làm mạch la4440 – 1 IC LA4440 76 – 3 Triết áp đôi 100K – 1 Triết áp đơn 50K – 4 Điôt 1A – 1 Tụ nguồn 25V 2200uF – 2 Jump công suất 3 – 1 Jump công suất 2 – 2 Tụ 1000uF 16V – 4 Trở cắm 10K – 2 Trở cắm 2.2Ohm – 4 Tụ 47uF 25V – 6 Tụ gốm 223 (22nF) – 2 Tụ gốm 102 (1nF) – 4 Tụ gốm 104 (0.1uF) – 2 Tụ 4.7uF 50V – 2 Trở cắm 1K Sơ đồ lắp ráp: 77 BÀI 3: KỸ THUẬT HÀN Giới thiệu: Trong cơ khí, kỹ thuật hàn đóng vai trò cực kỳ quan trọng, giúp đánh giá được chất lượng đào tạo nguồn nhân lực. Trong ngành điện tử việc thành thạo các kỹ thuật hàn linh kiện điện tử cũng như việc trang bị kiến thức tương đối hoàn thiện về linh kiện điện tử sẽ giúp cho sinh viên khỏi bỡ ngỡ khi ra trường đi làm. Mục tiêu: - Sử dụng được các dụng cụ cầm tay nghề điện tử đúng kỹ thuật. - Hàn đúng tiêu chuẩn kỹ thuật. - Tháo hàn an toàn cho mạch điện và linh kiện. - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp. 1. Giới thiệu vật liệu hàn, dụng cụ hàn 1.1. Vật liệu hàn a. Chì hàn:(xem hình 1.2) Chì hàn được sử dụng để kết nối mối hàn. - Chì hàn dùng trong quá trình lắp ráp các mạch điện tử là loại chì hàn dễ nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy khoảng 60oC đến 80oC. Loại chì hàn thường gặp trong thị trường Việt Nam ở dạng sợi ruột đặc (cuộn trong lõi hình trụ), đường kính sợi chì hàn khoảng 1mm. Sợi chì hàn này đã được bọc một lớp nhựa thông ở mặt ngoài (đối với một số chì hàn của nước ngoài, thì lớp nhựa thông này thường nằm ở trong lõi của sợi chì hàn). Lớp nhựa thông này dùng làm chất tẩy ngay trong quá trình nóng chảy chì tại điểm cần hàn. 78 Hình 1.2. Chì hàn. - Đối với những loại chì hàn có bọc sẵn một lớp nhựa thông thì màu sắc của nó sẽ bóng hơn là những sợ chì không có lớp nhựa thông bên ngoài. b. Nhựa thông:( xem hình 1.3) - Nhựa thông có tên gọi là chloro-phyll, nó là một loại diệp lục tố lấy từ cây thông, thường thì nhựa thông ở dạng rắn, có màu vàng nhạt (khi không chứa tạp chất). - Ngoài việc sử dụng nhựa thông trong lúc hàn thì nhựa thông còn được pha với hỗn hợp xăng và dầu lửa để phủ lên mạch in, nhằm mục đích bảo vệ mạch in tránh bị oxy hóa, đồng thời giúp cho việc hàn mạch in sau này được dễ dàng hơn. Ngoài ra việc phủ một lớp nhựa thông trên mạch in còn tăng tính thẩm mỹ cho mạch in. 79 Hình 1.3. Nhựa thông.  Công dụng của nhựa thông: - Rửa sạch (dùng làm chất tẩy) nơi cần hàn để chì dễ bám chặt. - Sau khi hàn thì nhựa thông sẽ phủ trên bề mặt của mối hàn làm cho mối hàn bóng đẹp, đồng thời nó sẽ cách ly mối hàn với môi trường xung quanh (tránh bị oxy hóa, bảo vệ mối hàn khỏi nhiệt độ, độ ẩm, ). - Giảm nhiệt độ nóng chảy của chì hàn.  Các lưu ý khi sử dụng chì hàn và nhựa thông - Chì hàn khi hàn nên đưa vào mối hàn, tránh đưa chì hàn vào mỏ hàn (mỏ hàn có thể hút chì hàn gây hao chì). - Khi sử dụng nhựa thông nên để vào đế mỏ hàn để tránh vỡ vụn nhựa thông. 1.2. Dụng cụ hàn Dụng cụ hàn bao gồm: Mỏ hàn và đế mỏ hàn (xem hình vẽ 1) - Mỏ hàn là dụng cụ được sử dụng để nung nóng chảy chì hàn, giúp hàn chặt chân linh kiện với bảng mạch, hay giữa các linh kiện với nhau. - Đế mỏ hàn: là nơi giữ mỏ hàn khi không dùng (vẫn còn nóng). Vì khi đang sử dụng mỏ hàn rất nóng và có thể gây nguy hiểm cho người sử dụng cũng như các vật dụng xung quanh nếu chạm phải. Ngoài ra đế mỏ hàn cũng là nơi giữ nhựa thông để thuận tiện hơn cho công việc hàn mạch. 80 Hình 1.1. Mỏ hàn và đế mỏ hàn.  Cách sử dụng mỏ hàn: (Thời gian đầu có thể cho 2 sinh viên cùng hàn một board mạch, một người giữ linh kiện người còn lại hàn, sau đó hoán đổi lại vai trò cho nhau). Trình tự thực hiện sử dụng mỏ hàn để hàn linh kiện: - Chấm mỏ hàn vào nhựa thông để rửa sạch mỏ hàn, giúp việc hàn mạch dễ dàng hơn. - Cho mỏ hàn tiếp xúc với mối hàn để truyền nhiệt. - Cho chì hàn vào mối hàn, chì hàn sẽ chảy đều khắp mối hàn. - Đồng thời rút chì hàn và mỏ hàn ra khỏi mối hàn. - Kiểm tra lại mối hàn:  Mối hàn phải chắc chắn.  Mối hàn ít hao chì. + Mối hàn bóng đẹp.  Chú ý: Chọn mỏ hàn điện sử dụng điện trở đốt nóng, không dùng dạng mỏ hàn đốt nóng theo nguyên lý ngắn mạch thứ cấp biến áp. Công suất của mỏ hàn thông thường là 40W. Sử dụng mỏ hàn với công xuất lớn hơn thì có thể phát sinh các vấn đề sau: - Nhiệt lượng quá lớn từ mỏ hàn khi tiếp xúc với linh kiện có thể làm hỏng linh kiện. - Nhiệt lượng quá lớn gây tình trạng oxy hóa bề mặt các dây dẫn bằng đồng ngay lúc hàn, và mối hàn lúc này sẽ khó hàn hơn. Ngoài ra nhiệt lượng lớn cũng có thể làm cháy nhựa thông (dùng kèm khi hàn) và bám thành lớp đen tại mối hàn, làm giảm độ bóng và tính thẩm mỹ của mối hàn. 81 - Nhiệt lượng quá lớn đòi hỏi người sử dụng phải khéo léo để truyền nhiệt thật nhanh và đủ vào nơi hàn. - Nhiệt lượng quá lớn cũng có thể làm gãy mũi hàn.  Một vài điểm lưu ý khi sử dụng mỏ hàn: - Sau khi hàn xong phải tắt mỏ hàn ngay, để bảo vệ đầu mỏ hàn. Tránh tình trạng gãy mũi mỏ hàn do vẫn cấp nguồn cho mỏ hàn quá lâu mà không dùng. - Mỏ hàn khi tạm thời không sử dụng phải đặt ngay vào đế mỏ hàn, tránh gây nguy hiểm cho các vật xung quanh cũng như người dùng. 1 . 3 . Các dụng cụ khác: Ngoài các dụng cụ thông thường đã được giới thiệu ở trên thì trong lúc thực hành, sinh viên cũng cần sử dụng thêm một vài loại dụng cụ khác: - Kìm: Sử dụng để uốn chân, cắt chân linh kiện, tuốt dây. - Dao: Sử dụng để cạo sạch lớp oxit bao quanh dây, đoạn chân linh kiện hay mối hàn. Dao còn sử dụng để gọt lớp nhựa bao quanh dây dẫn. - Giấy nhám: Sử dụng thay thế dao khi cần phải làm sạch lớp oxit. - Nhíp gắp linh kiện: sử dụng để tháo hoặc lắp linh kiện trên mạch. 2. Kỹ thuật hàn 2.1. Kỹ thuật hàn nối, ghép  Phương pháp hàn trên dây đồng Để hàn được hai dây đồng dính được vào với nhau thì cũng là một nghệ thuật. Cái này nó cũng gần giống như với sắt. - Dùng dao hay giấy nhám đánh sạch lớp oxyt hay lớp men bọc quanh dây (nếu dùng dây đồng tráng men ê may). Dây được xem là sạch khi ửng màu đồng (màu hồng nhạt), bóng đều quanh vị trí vừa được làm sạch. Điều quan trọng cần chú ý, sau khi làm sạch ta phải thực hiện việc xi chì ngay, vì nếu để lâu, lớp oxyt sẽ phát sinh lại. Tuy nhiên, trên các vị trí vừa làm sạch lớp oxyt, nếu ta dùng mỏ hàn có công suất quá lớn (phát sinh nhiều nhiệt lượng) để hàn cũng phát sinh lại lớp oxyt tại điểm hàn do sự quá nhiệt. - Muốn xi chì, đầu tiên phải làm nóng dây dẫn cần xi, ta đặt đầu mỏ hàn bên dưới dây cần xi để truyền nhiệt (dây dẫn và đầu mỏ hàn đặt vuông góc). Khi truyền nhiệt, quan sát màu hồng của dây, màu hồng sẽ sẫm dần khi nhiệt độ gia tăng, trong khi quan sát ta đưa 82 chì hàn (có bọc nhựa thông) tiếp xúc lên dây dẫn, chì hàn đặt khác phía với đầu mỏ hàn. - Khi điểm cần xi đủ nhiệt, chì hàn sẽ chảy ra và bọc quanh dây tại điểm cần xi, chì loang từ mặt trên xuống phía dưới (đi về phía nguồn nhiệt, tức đầu mỏ hàn). Nhờ thao tác này, nhựa thông có sẵn trong chì tan trước tẩy sạch điểm xi, tránh oxyt hóa, đồng thời chì nóng chảy sau dễ bám lên dây. Tuy nhiên, nếu đưa quá nhiều chì vào điểm xi (quá mức yêu cầu), lớp xi quá dày hoặc bị bám màu nâu do nhựa thông chảy ra và cháy trên điểm xi. - Dây đồng luôn phải tiếp xúc với đầu mỏ hàn và thực hiện liên tục theo nguyên tắc tiến hai bước lùi một bước và xoay tròn dây đồng, mỗi bước khoảng 2mm. Điều quan trọng cần nhớ (khi thực hiện lần lượt các điểm xi kế tiếp nhau), tại khớp tiếp giáp giữa hai khoảng xi phải thực hiện sao cho không có sự tích tụ chì thành lớp dày trên đó. Chú ý: trong quá trình xi chì, ta tránh các động tác sau: - Dùng đầu mỏ hàn kéo rê chì trên dây cần xi, vì sẽ làm cho lớp chì không bám hoàn toàn trên dây dẫn, đồng thời lớp chì bị đánh sọc theo đường kéo rê đầu mỏ hàn. Một nhược điểm nữa của động tác này là chì xi không bóng mà ngả màu xám do thiếu nhiệt và nhựa thông. - Đặt dây cần xi lên miếng nhựa thông, rồi dùng đầu mỏ hàn đặt tiếp xúc lên dây (làm nóng chảy nhựa thông và nóng dây), sau đó đưa chì hàn lên đầu mỏ hàn làm chảy chì và bám vào dây. Với động tác này, ta tránh được sự oxyt hóa bề mặt dây dẫn trong quá trình xi chì, dễ làm chì bám lên dây, tuy nhiên, do lượng nhựa thông chảy quá nhiều sẽ bám lên bề mặt dây sau khi xi làm dây không bóng và nhựa thông cháy dễ bám thành một lớp đen trên bề mặt xi chì của dây. Hình 1.6 xi chì lên dây đồng trước khi hàn 2.1.1. Hàn nối hai đầu dây dẫn (xem hình 1.7) Phương pháp hàn này còn gọi là mối hàn ghép đỉnh. Ta dùng phương pháp này khi muốn tạo các đoạn dây dẫn hình đa giác hoặc có thể nối dài hai dây dẫn ngắn. Tuy nhiên, 83 mối hàn này khó thực hiện và có độ bền cơ kém hơn các kiểu khác. Hình 1.7:. Mối ghép nối 2.1.2. Mối hàn ghép song song (xem hình 1.8) Thường dùng để nối hai dây dẫn với nhau. Khoảng cách giao nhau thường được chọn tuỳ theo yêu cầu. Trong quá trình thực tập nên chọn khoảng cách giao nhau ngắn nhất là 5mm rồi tăng dần theo trình độ. Hình 1.8: Mối ghép song song 2.1.3. Mối hàn ghép vuông góc Mối hàn đạt yêu cầu phải tạo chì bám xung quanh điểm đặt hai dây dẫn vuông góc. 84 Hình 1.9: Mối ghép vuông góc 2.2. Kỹ thuật hàn xuyên lỗ a. Các bước hàn xuyên lỗ: - Bước 1: Làm sạch bản mạch trước khi hàn linh kiện. + Trước khi hàn linh kiện chúng ta phải làm sạch bản mạch in bằng giấy nhám nhuyễn để loại bỏ lớp đồng oxit trên board (đặc biệt tại điểm hàn) để đảm bảo mối hàn dính thiếc với tỷ lệ diện tích bề mặt cao. Công việc này rất quan trọng đối với những bản mạch chưa được phủ thiếc. Để làm sạch các điểm hàn bằng đồng chúng ta có thể dùng một cục cao su bào mòn hoặc một vật liệu tương tự. - Bước 2: Vệ sinh đầu mỏ hàn trước khi hàn. + Chùi sạch đầu mỏ hàn bằng Cleaning Wire (giống như miếng chùi nồi) mỗi lần trước khi hàn xem hình 1.10. Hình 1.10 85 - Bước 3: Tráng chì hàn vào đầu mỏ hàn. + Dùng nhựa thông và chì hàn nóng chảy đặc để tráng đầu mỏ hàn trước mỗi lần hàn. Chú ý không để chì hàn bám dính quá nhiều ở đầu mỏ hàn. - Bước 4: Cắm linh kiện vào lỗ hàn: + Linh kiện là điện trở bẻ gập chân linh kiện bằng kìm vừa theo khoảng cách của 2 lỗ hàn. + Cắm linh kiện vào lỗ hàn. + Bẻ nghiêng chân linh kiện phía bên mặt hàn để linh kiện bám vào bản mạch in tránh trường hợp linh kiện bị rơi ra khi hàn, ngoài ra việc bẻ nghiêng chân linh kiện cũng có tác dụng tăng độ bền vật lý cho linh kiện trong quá trình sử dụng. - Bước 5: Bấm chân linh kiện. + Chúng ta thường hay thực hiện khâu bấm chân linh kiện sau khi hàn vì làm theo cách này dễ hơn, tránh việc linh kiện rơi ra khỏi mach in khi bấm chân. Thực ra cách này không có lợi cho bản mạch in. Tốt nhất nên bấm chân linh kiện trước khi hàn. - Bước 6: Làm nóng chân linh kiện và điểm hàn. + Đặt đầu mỏ hàn tiếp xúc đồng thời với chân linh kiện và điểm hàn để nung nóng cả hai cùng một lúc. Nhiều người chỉ chú tâm nung nóng điểm hàn trên bản mạch in và kết quả là lá đồng trên bản mạch in dễ bị bung ra hoặc chì hàn bao phủ xung quanh chân linh kiện nhưng không có sự tiếp xúc về mặt điện hay đôi khi nếu có thì độ bền vật lý của mối hàn cũng không cao.  Loại bỏ mối hàn Hàn nhầm, hỏng là chuyện bình thường trong lúc làm mạch. Việc loại bỏ mối hàn cũng khá đơn giản. Sau đây là cách loại bỏ mối hàn thông thường. - Cách 1: Dùng dây đồng hút chì hàn +Làm nóng dây đồng. +Làm chảy mối hàn. +Dùng dây đồng hút hết chì hàn. Cách này không được ưa chuộng vì hút không sạch mối hàn. 86 - Cách 2: Dùng ống hút chì (hình 1.11) Hình 1.11: Hút chì  Đánh giá - Sản phẩm xi: một lớp chì mỏng, bóng, phủ đều khắp dây đồng và ít hao chì. - Chắc chắn: đảm bảo không hở mạch khi có chấn động hoặc sử dụng lâu dài. - Sản phẩm hàn: chắc chắn, bóng, ít hao chì.  Thực hành Sử dụng dây đồng 1mm để hàn mắc lưới 10x10 cm (kích cỡ mỗi mắc lưới là 1x1 cm) (hình 1.12). - Hình 1.12 87 2.3. Kỹ thuật hàn công nghệ cao 2.3.1. Những dụng cụ cần thiết  Dụng cụ yêu cầu - Mỏ hàn. - Chì hàn. - Nhựa thông. - Panh gắp linh kiện. - Board mạch SMD Hình 1.13 board mạch SMD - Các linh kiện SMD 2.3.2. Hàn điện trở dán, tụ dán  Thực hiện - Bước 1: Xi chì hàn lên một điểm hàn trên mạch (hình 1.14). Chú ý không xi chì hàn lên nhiều điểm hàn. Làm như vậy tránh việc nhiều chì hàn dễ đội linh kiện lên gây mất thấm mỹ. 88 Hình 1.14 xi chì lên 1 đầu linh kiện - Bước 2: Dùng panh gắp linh kiện đặt vào điểm cần hàn. Chú ý phải đặt đúng vào vị trí. Một tay dùng panh ấn nhẹ lên linh kiện để giữ cho linh kiện ở đúng vị trí không xê dịch. - Bước 3: Dùng mỏ hàn hàn điểm đầu đã được xi chì hàn trước đó để cố định linh kiện. Sau đó hàn tiếp đầu còn lại (hình 1.15). Hình 1.15 linh kiện được cố định 1 đầu 2.3.3 Hàn IC dán Để hàn IC dán đúng tiêu chuẩn kỹ thuật, ta cần thực hiện theo đúng trình tự các bước sau: - Bước 1: Kiểm tra vị trí đặt IC. 89 - Bước 2: Hàn 2 chân ở hai góc của linh kiện để cố định (hình 1.16). Hình 1.16 cố định 2 đầu linh kiện - Bước 3: Sau khi linh kiện đã được cố định, cho một ít nhựa thông vào các chân linh kiện (hình 1.17). Nhựa thông sẽ làm mối hàn bóng đẹp và làm sạch bụi củng như chống oxy hóa sau khi hàn. Hình 1.17 phủ nhựa thông lên chân linh kiện 90 - Bước 4: Tiếp theo là hàn tất cả các chân còn lại của linh kiện (hình 1.18). Hình 1.18 hàn các chân linh kiện - Bước 5: Dùng dây hút chì nhúng vào nhựa thông (hình 1.19)sau đó đặt dây đồng vào giữa hai chân linh kiện bị dính nhiều chì. Nung nóng dây và chì hàn ở điểm này, dây đồng sẽ hút bớt chì ở vị trí này và sẽ tách hai chân linh kiện ra. Hình 1.19 dây hút chì Sau khi hút xong chì ta được kết quả như sau (hình 1.20) 91 Hình 1.20 Ic sau khi hàn xong 3. Phương pháp xử lý mạch sau hàn 3.1. Yêu cầu về mạch, linh kiện sau hàn Mạch in sau khi hoàn thiện phải đạt được một số yêu cầu sau: - Mach in nhìn bằng mắt thường phải đẹp, linh kiện bố trí hợp lý, đơn giản. - Linh kiện trong mạch phải được thay thế dễ dàng khi bị hỏng. - Mạch hoạt động phải ổn định. - Mối hàn phải bền, đẹp, không bị dính sang mối hàn khác. 3.2. Phương pháp xử lý mạch sau hàn Sau khi làm xong tất cả các bước thì ta tiến hành test mạch bằng cách dùng đồng hồ VOM hoặc đồng hồ điện tử để kiểm tra thông mạch và các thông số khác của mạch in. - Kiểm tra đường in nguồn điện trên mạch. - Kiểm tra linh kiện của mạch in đã được hàn. - Kiểm tra và test hoạt động của mạch. Hoàn thiện mạch và đưa vào hoạt động. Bài tập: Câu 1: Hãy nêu phương pháp hàn và tháo hàn? Gợi ý:  Các phương pháp hàn (Phương pháp hàn trên dây đồng): - Kỹ thuật hàn nối, ghép.  Hàn nối hai đầu dây dẫn.  Mối hàn ghép song song. 92  Mối hàn ghép vuông góc. - Hàn mạch in  Kỹ thuật hàn xuyên lỗ: bao gồm 6 bước. - Kỹ thuật hàn IC dán:  Hàn điện trở dán, tụ dán gồm 3 bước.  Hàn IC dán gồm 5 bước.  Các cách tháo hàn: hàn nhầm, hỏng là chuyện bình thường trong lúc làm mạch. Việc loại bỏ mối hàn cũng khá đơn giản. Sau đây là cách loại bỏ mối hàn thông thường. - Cách 1: Dùng dây đồng hút chì hàn +Làm nóng dây đồng. +Làm chảy mối hàn. +Dùng dây đồng hút hết chì hàn. Cách này không được ưa chuộng vì hút không sạch mối hàn. - Cách 2: Dùng ống hút chì Hình 1.21 ống hút chì Câu 2: Hãy nêu phương pháp xử lý mạch sau hàn? Gợi ý: Phương pháp xử lý mạch sau hàn Sau khi làm xong tất cả các bước thì ta tiến hành test mạch bằng cách dùng đồng hồ VOM hoặc đồng hồ điện tử để kiểm tra thông mạch và các thông số khác của mạch in. - Kiểm tra đường in nguồn điện trên mạch. - Kiểm tra linh kiện của mạch in đã được hàn. - Kiểm tra và test hoạt động của mạch. 93 Hoàn thiện mạch và đưa vào hoạt động Bài tập: Tiến hành hàn các mạch điện tham khảo sau: Bài 1: Hàn mạch tăng âm với ic lai họ STK4392 của hãng Sanyo có sơ đồ nguyên lý (hình 1.22) Hình 1.22 sơ đồ nguyên lý mạch tăng âm Gợi ý: 94 Hình 1.23 Các linh kiện trên bản mạch in Hình 1.24 các linh kiện trên board mạch sau khi hàn Bài 2: Hàn mạch dao động IC 555 (hình 1.25) 95 Gợi ý: Hình 1.25 mạch dao dộng dùng IC 555 Hình 1.26 cách hàn linh kiện 96 Hình 1.26 board mạch hoàn thiện Hình mạch sau khi gắn và hàn các linh kiện trên bản mạch in Chú ý: Khi hàn mạch Bạn làm theo trình tự sau: - Cắm linh kiện và board mạch in. - Khi hàn, trước hết dùng mõ hàn làm nóng chổ hàn, đưa chì vào, chờ chì chảy ra phủ đều chổ hàn, lấy chì ra trước, rồi mới lấy đầu mõ hàn ra, chờ chổ hàn nguội. Sau cùng cắt chân linh kiện. - Nếu vết hàn nhìn thấy láng bóng là tốt. Nếu vết hàn nhám sần là do thiếu nóng và nếu vết hàn chảy bẹp ra là do quá nóng. 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 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) [2] Giáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng (TS Nguyễn Viết Nguyên - Nhà xuất bản Giáo dục) [3] Kỹ thuật mạch điện tử (Phạm Xuân Khánh, Bồ Quốc Bảo, Nguyễn Viết Tuyến, Nguyễn Thị Phước Vân - Nhà xuất bản Giáo dục) [4] Kĩ thuật điện tử - Đỗ xuân Thụ NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 (Đỗ xuân Thụ - NXB Giáo dục) [5] Sổ tay tra cứu các tranzito Nhật Bản (Nguyễn Kim Giao, Lê Xuân Thế)