Giáo trình Điện tử ứng dụng (Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Lào Cai

của Q1 giảm, tụ C1 nạp điện từ nguồn qua R2, C1 đến Q1 về âm nguồn, làm cho cực B của Q2 giảm xuống, Q2 nhanh chóng ngưng dẫn. Trong khi đó, dòng IB1 tăng cao dẫn đến Q1 dẫn bảo hòa. Đến khi tụ C1 nạp đầy, điện áp dương trên chân tụ tăng điện áp cho cực B của Q2, Q2 chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn điện, trong khi đó, tụ C2 được nạp điện từ nguồn qua R3 đến Q2 về âm nguồn, làm điện áp tại chân B của Q1 giảm thấp, Q1 từ trạng thái dẫn sang trạng thái ngưng dẫn. Tụ C1 xả điện qua mối nối B-E của Q2 làm cho dòng IB2 tăng cao làm cho tranzito Q2 dẫn bão hoà. Đến khi tụ C2 nạp đầy, quá trình diễn ra ngược lại. Dạng xung trên các tranzito được trình bày ở Hình 1.18. Trên cực C của 2 tranzito Q1 và Q2 xuất hiện các xung hình vuông, chu kỳ T được tính bằng thời gian tụ nạp điện và xả điện trên mạch. T = (t1 + t2) = 0,69 (R2. C1+R3. C2) (1.8) Do mạch đối xứng, ta có: T = 2 x 0,69. R2. C1 = 1,4.R3. C2 (1.9) Trong đó: t1, t2: thời gian nạp và xả điện trên mạch R1, R3: điện trở phân cực B cho tranzito Q1 và Q2 C1, C2: tụ liên lạc, còn gọi là tụ hồi tiếp xung dao động 1.3.2. Mạch dao động đa hài dùng không ổn dùng IC 555 IC 555 trong thực tế còn gọi là IC định thời. Họ IC được ứng dụng rất rộng rãi, nhất là trong lĩnh vực điều khiển, vì nó có thể thực hịên nhiều chức năng như định thời, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích thích điều khiển các linh kiện bán dẫn công suất. Sơ đồ mạch điện của mạch dao động đa hài dùng IC 555: 57 Hình 1.20 a. Mạch điện căn bản Nguyên lí hoạt động của mạch: Khi được cấp nguồn Vcc, tụ C1 được nạp điện qua R1, R2 với hằng số thời gian nạp: tnạp = 0,69 (R1 + R2)C1 (2.12) Đồng thời R1, R2 làm nhiệm vụ phân cực bên trong IC, lúc này mạch sẽ tự dao động. Hằng số thời gian xả là: txả = 0,69R2C1 (2.13) Điện áp ngõ ra ở chân 3 có dạng hình vuông với chu kỳ là: T = 0,69 (R1 + 2R2)C1 (2.14) Do thời gian nạp vào và thời gian xả ra không bằng nhau (tnạp > txả) nên tần số của tín hiệu xung là: f = T 1 = 121 )C2R(R 0,69 1  (2.15) Dạng xung ngõ ra ở chân 3 có dạng: V cc t C1 R2 R1 7 4 8 IC 555 1 3 2 6 C2 Vcc R3 R4 D1 D2 58 Hình 1.21: Dạng xung ngõ ra của mạch dao động đa hài dùng IC 555 Hình 1.22: Mạch dao động đa hài dùng IC 555 Trong thực tế, để có dạng xung vuông đối xứng, có thể thực hiện một số phương pháp sau: Phương pháp 1: chọn trị số R1 << R2 lúc này sai số giữa thời gian nạp và thời gian xả xem như không đáng kể. Phương pháp 2: Chọn R1  R2 sau đó mắc song song một điôt D phân cực thuận nạp cho tụ không qua R2, còn khi xả điện, điôt D bị phân cực ngược nên vẫn xả điện qua R2. Tuy nhiên, trong thực tế, điôt có nội trở, nên thời gian nạp qua R1 và D vẫn lớn hơn R2, nên để cho mạch đối xứng, người ta thường bổ sung thêm một điôt D2 giống như điốt D1. Điôt D2 được mắc nối tiếp với R2 để cho đường nạp và đương xả điện hoàn toàn giống nhau. 1.3.3. Mạch dao động đa hài dùng cổng logic Để thực hiện mạch dao động đa hài không ổn dùng cổng logic, người ta có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau trên cơ sở 2 mạch đảo, như trình bày trên Hình 2.24. C1 R2 R1 7 4 8 IC 555 1 3 2 6 C2 Vcc R3 R4 D1 D2 D 59 a.Mạch dùng cổng NOT (cổng đảo): Hình 1.24: Mạch dao động dùng hai cổng đảo Trong Hình 1.24, ngõ ra của cổng đảo 1 được nối đến ngõ vào của cổng đảo 2 và ngõ ra của cổng đảo 2 được nối trở lại ngõ vào của cổng đảo 1 qua tụ liên lạc C. Việc chuyển đổi trạng thái của mạch được thực hiện nhờ quá trình nạp xả của tụ C qua điện trở R tạo thành đường vòng hồi tiếp dương kín. Giả sử, cổng đảo 1 có Q = 1 thì cổng đảo 2 có Q = 0, do đó, lúc này tụ nạp điện qua R đến khi tụ C nạp đầy điện áp ngõ vào cổng đảo 1 tăng lên mức cao, ngõ ra Q = 0 tác động đến ngõ vào cổng đảo 2 làm ngõ ra Q = 1, điện áp trên tụ tăng, tụ xả điện qua R đến khi hết điện, điện áp ngõ vào cổng đảo 1 lúc này giảm thấp, Q chuyển sang trạng thái Q = 1 tác động ngõ vào cổng đảo 2 làm cho Q = 0. Quá trình cứ thế tiếp tục diễn ra, mạch thực hiện chức năng tự dao động. Chu kỳ xung ra T = 2,3 RC (1.16) Tần số xung f = T 1 = 2,3RC 1 (1.17) b.Mạch dùng cổng NAND: Hình 1.25: Mạch dao động đa hài dùng hai cổng NAND Mạch trong sơ đồ Hình1.25 có 2 ngõ vào nối tắt nên thực chất cũng giống như cổng đảo. C Q Q R 1 2 C 2 1 Q Q R 60 Ngõ ra của cổng NAND 1 có Q được nối với ngõ vào cổng NAND 2 và ngược lại ngõ ra của cổng NAND 2 có Q được nối đến ngõ vào của cổng NAND 1, tạo thành một mạch vòng kín hồi tiếp dương. Tụ C và điện trở R dùng để xác lập tần số của mạch, công thức được tính giống như công thức 2.16 và 2.17. Trong thực tế còn có nhiều cách tạo mạch dao động đa hài không ổn dùng IC, các linh kiện R, C và thạch anh để có tần số dao động ổn định. Chúng ta có thể tham khảo trong các tài liệu về mạch điện tử cơ bản và về mạch IC số khác. 1.4. Mạch dao động sin: Trong mạch tạo dao động hình sin người ta có thể dùng một trong ba cách sau: 1.4.1. Mạch dao động Colpitts: Mạch dao động Colpitts còn được gọi là mạch dao động ba điểm điện dung hay mạch dao động hình sin hồi tiếp trên nhánh tụ (Hình 2.26). Hình 1.26: Mạch dao động sin kiểu Colpitts Trong đó nhiệm vụ các linh kiện trên mạch: L: Khung cộng hưởng C1, C2: Tụ cộng hưởng Ccc: Tụ hồi tiếp dương tín hiệu cho tranzito Q. R1,R2: Điện trở phân cực cho tranzito Q RE: Điện trở ổn định nhiệt cho Tranzito Q CE: Tụ thoát mass xoay chiều, nâng cao hệ số khuếch đại tín hiệu. Nguyên lý hoạt động Khi có nguồn cung cấp cho mạch, do được phân cực ở vùng khuếch đại nên tranzito Q dẫn điện cho dòng điện chạy từ nguồn nạp điện cho khung cộng C1 C2 RE R1 R2 Q Cc CE Vo L +V 61 hưởng L, C1, C2. Xuất hiện dao động tự sinh trên mạch, một phần tín hiệu dao động được tụ Ccc đưa trở về cực B của tranzito Q để bổ sung năng lượng trong mỗi chu kỳ dao động. Dao động được duy trì và được lấy ra trên mạch ở ngõ ra Vo. Dạng sóng ngõ ra được thể hiện ở Hình 2.27 Hình 1.27: Dạng sóng tín hiệu dao động hình sin. Tần số dao động của mạch là: eq o CL f ..2 1   (1.18) 21 21. CC CCCtd   (1.19) 1.4.2. Mạch dao động Hartley Mạch dao động Hartley còn được gọi là mạch dao động ba điểm điện cảm hay mạch dao động hình sin hồi tiếp trên nhánh cuộn (Hình 1.28). Hình 1.28: Mạch dao động hình sin kiểu Hartley Nhiệm vụ các linh kiện trên sơ đồ mạch điện như sau: L: khung cộng hưởng C1: tụ cộng hưởng C2: tụ nối mass khung cộng hưởng u, t Vo CE Cc Q R2 R1 RE C2 C1 L1 L2 62 Ccc: tụ hồi tiếp dương tín hiệu cho tranzito Q. R1,R2: điện trở phân cực cho tranzito Q RE: điện trở ổn định nhiệt cho tranzito Q CE: tụ thoát mass xoay chiều, nâng cao hệ số khuếch đại tín hiệu. Nguyên lý hoạt động như sau: Khi có nguồn cung cấp cho mạch, do được phân cực ở vùng khuếch đại nên tranzito Q dẫn điện cho dòng điện chạy từ nguồn vào mạch, nạp điện cho khung cộng hưởng L1, L2, C1. Xuất hiện dao động tự sinh trên mạch, một phần tín hiệu dao động được tụ Ccc đưa trở về cực B của tranzito Q để bổ xung năng lượng trong mỗi chu kỳ dao động. Dao động được duy trì và được lấy ra trên mạch ở ngõ ra Vo. Tần số dao động của mạch được tính theo công thức: 1.2 1 CL f td o   (1.20) MLLLtd 221  (1.21) Trong đó M là hệ số cảm ứng từ giữa hai cuộn L1, L2. Trong thực tế để có hệ số cảm ứng từ lớn hai cuộn L1, L2 được quấn chung trên một lõi. 1.2. Mạch biến đổi dạng xung 1.2.1. Mạch biến đổi xung sin thành xung vuông. 1.2.1.1. Mạch biến đổi xung sin thành xung vuông dùng transistor + Khi có tín hiệu sin ở ngõ vào điôt D cắt bỏ bán kỳ âm của tín hiệu chỉ còn bán kỳ dương đặt vào cực B của tranzito. Điện trở Rb phân cực B cho tranzito bằng phương pháp phân cực tự động nằm sâu trong vùng ngưng dẫn ở chế độ khuếch đại hạng B. Bán kỳ dương của tín hiệu sin làm tăng phân cực B cho tranzito, tranzito nhanh chóng chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn điện bão hoà nếu giá trị của tín hiệu sin đủ lớn thời gian dẫn điện bão hoà khá lâu trong suốt thời gian đỉnh của tín hiệu sin, khi đỉnh của tín hiệu sin giảm xuống đến mức thấp tranzito nhanh chóng chuyển sang trạng thái ngưng dẫn đến khi nhận bán kỳ dương kế tiếp. Ở ngõ ra cực C của tranzito người ta nhận được tín hiệu có dạng vuông. Vi Rt Rb D Ri +V Vout 63 1.2.1.2. Mạch biến đổi xung sin thành xung vuông dùng IC555. 1.2.2. Mạch biến đổi xung bất kỳ thành xung vuông Trái ngược với mạch tạo xung vuông từ tín hiệu sin. Mạch tạo xung từ tín hiệu bất kỳ được dùng rộng rãi trong kỹ thuật số, chúng được dùng để tạo ra các xung tín hiệu số cho các mạch xử lý dạng số từ các tín hiệu tương tự như Hình2.12 gọi là mạch Schmitt trigge Trên sơ đồ (Hình vẽ 2.12) hai tranzito Q1 và Q2 dược mắc trực tiếp có chung cực E. Cực B2 được phân cực nhờ Rb2 lấy từ VC1 để có điện áp vào là xung vuông thì hai trasistor Q1 và Q2 phải làm việc luân phiên ở chế độ bão hòa và ngưng dẫn. khi Q1 ngưng dẫn thì Q2 bão hoà và ngược lại khi Q1 bão hòa thì Q2 ngưng dẫn Hình 2.12: Mạch Schmitt trigơ căn bản Nguyên lí hoạt động : Vout Vi Q2 Q1 RE RB2 RB1 RC2 RC1 C1 C2 R2 R1 555 6 2 4 8 5 1 3 Vcc 64 - Khi chưa có tín hiệu ngõ vào : Tranzito Q1 ngưng dẫn do phân cực Vbe  0 (RB1 nối mass) Tranzito Q2 dẫn bão hòa do VC1 tăng cao qua RB2 phân cực VBE2  0,7v. Khi chưa có tín hiệu thời gian dẫn bão hòa lâu, có thể làm Q2 thủng nên dòng phân cực qua RC2 nhỏ. Tín hiệu phải có biên độ đủ lớn để kích Q1 dẫn bão hòa do đó tín hiệu trước khi được đưa đến mạch Schmitt trigơ được đưa qua các mạch khuếch đại Tín hiệu ngõ vào thường được ghép qua tụ để phân cách thềm điện áp phân cực giảm sự ảnh hưởng do ghép tầng - Khi có tín hiệu ngõ vào: Tranzito Q1 chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn làm điện áp VC1 0 giảm qua RB2 làm cho VB2 giảm, kéo theo sự giảm điện áp VE2 cũng chính là VE1 do được mắc chung làm cho VBE1 nhanh chóng tăng cao hơn 0,7 V, Q1 dẫn bão hòa VCE1  0,2v qua RB2 VCE2  0,2vm, Q2 ngưng dẫn ở ngõ ra VC2 ta được tín hiệu có dạng xung phụ thuộc vào dạng xung ngõ vào ở Hình2.13 Hình 1.13: Dạng tín hiệu ngõ vào và ngõ ra mach Schmitt trigơ Như vậy ngõ ra của mạch Schmitt trigơ ta có được các xung vuông có biên độ bằng nhau nhưng độ rộng xung phụ thuộc độ rộng tín hiệu tương tự ngõ vào HOẠT ĐỘNG 2: Các bước và cách thức thực hiện công việc 1. Nội dung: - Lắp và khảo sát các mạch dao động tạo xung và biến đổi dạng xung. 2. Hình thức tổ chức: Vout Vi Q2 Q1 RE RB2 RB1 RC2 RC1 C 65 - Chia nhóm 2 ÷4 HSSV/nhóm - Giáo viên thao tác mẫu. 3. Dụng cụ, thiết bị, vật tư: - Máy hiện sóng - Đồng hồ VOM - Bộ dụng cụ đồ nghề - Bộ nguồn thực hành điện tử - Panel thực hành mạch tạo xung - Linh kiện rời - Bo cắm - Dây tín hiệu, HOẠT ĐỘNG III: Bài tập thực hành của học sinh sinh viên 1. Lắp và khảo sát mạch dao động tạo xung vuông Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng R1 C2 R2 IC 555 C1 Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. C1 R2 R1 2 4 8 6 IC 555 C2 Vcc 7 Out 1 5 3 66 Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp (quan sát đường nối) - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng máy hiện sóng đo và kiểm tra tín hiệu đầu ra - Vẽ dạng sóng tại đầu ra. 2. Lắp và khảo sát mạch dao động tạo xung răng cưa - xung nhọn dùng IC555. Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. C1 R2 R1 2 4 8 6 IC 555 R3 C2 D2 D1 Q R4 Vout Vcc 7 1 5 67 Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng R1 C1 R2 C2 R3 Q R4 IC 555 Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp (quan sát đường nối) - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng máy hiện sóng đo và kiểm tra tín hiệu đầu ra - Vẽ dạng sóng tại đầu ra. 3. Lắp và khảo sát mạch xung răng cưa – xung nhọn dùng vi mạch khuếch đại thuật toán. 741 6 7 4 3 2 C R1 VR1 VR2 R3 R2 D1 D2 Out put 68 Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng R1 C1 R2 C2 R3 Q R4 IC 555 Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp (quan sát đường nối) 69 - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng máy hiện sóng đo và kiểm tra tín hiệu đầu ra - Vẽ dạng sóng tại đầu ra. 4. Lắp và khảo sát mạch dao động đa hài dùng IC555 Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng R1 C1 R2 C2 R3 Q R4 IC 555 D D1, D2 Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. C1 R2 R1 7 4 8 IC 555 1 3 2 6 C2 Vcc R3 R4 D1 D2 D 70 Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng máy hiện sóng đo và kiểm tra tín hiệu đầu ra - Vẽ dạng sóng tín hiệu đầu ra. *. Bài tập. Lắp và khảo sát mạch dao động đa hài dùng dùng transistor. Lắp và khảo sát mạch dao động đa hài dùng dùng IC 7400. Lắp và khảo sát mạch dao động đa hài dùng dùng 7404. Lưu ý: Tiến hành thực hiện đầy đủ các bước như đối với IC555. 5. Lắp và khảo sát mạch dao động sine. Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: C1 C2 RE R1 R2 Q Cc CE Vo L +V 71 Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng R1 C1 R2 C2 RE Q CC L CE Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng máy hiện sóng đo và kiểm tra tín hiệu đầu ra - Vẽ dạng sóng tín hiệu đầu ra. 6. Lắp và khảo sát mạch biến đổi xung sine thành xung vuông dùng transisitor Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Vi Rt Rb D Ri +V Vout 72 Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng Ri D Rb Q Rt Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Cấp tín hiệu đầu vào - Dùng máy hiện sóng đo và kiểm tra tín hiệu đầu vào, ra. 7. Lắp và khảo sát mạch biến đổi xung sine thành xung vuông dùng IC555 Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. 73 Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng R1 C1 R2 C2 IC555 Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Cấp tín hiệu đầu vào C1 C2 R2 R1 555 6 2 4 8 5 1 3 Vcc 74 - Dùng máy hiện sóng đo và kiểm tra tín hiệu đầu vào, ra. 8. Lắp và khảo sát mạch biến đổi xung bất kỳ thành xung vuông Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng RB1 RB1 RC1 Q1 RE Q2 RC2 C Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Vout Vi Q2 Q1 RE RB2 RB1 RC2 RC1 C 75 Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Cấp tín hiệu đầu vào - Dùng máy hiện sóng đo và kiểm tra tín hiệu đầu ra - Vẽ dạng sóng tín hiệu đầu vào, đầu ra. HOẠT ĐỘNG IV: Đánh giá kết quả học tập Lần luyện tập Thời gian định mức Yêu cầu Thời gian HS luyện tập Nhận xét của giáo viên Lần 1 15 phút - Lắp mạch - Vận hành - Khảo sát Lần 2 12phút - Lắp mạch - Vận hành - Khảo sát Lần 3 10phút - Lắp mạch - Vận hành - Khảo sát HOẠT ĐỘNG V: Ghi nhớ - Khái niệm mạch dao động tạo xung và biến đổi dạng xung. - Nguyên lý hoạt động của dao động tạo xung và biến đổi dạng xung - Chọn linh kiện phù hợp với sơ đồ. - Lắp và khảo sát được một số mạch điện đã học theo yêu cầu. Bài 3: MẠCH ỔN ÁP Mã bài: 6520227 28 03 76 Giới thiệu: Khả năng làm việc của các thiết bị phụ thuộc rất nhiều vào nguồn cung cấp điện cho các mạch điện. Trong đó vai trò của hệ thống ổn áp là yếu tố quyết định. Điện áp càng ổn định khả năng làm việc của thiết bị và mạch điện càng tốt, càng chính xác. Do đó trong các thiết bị điện, điện tử càng hiện đại thì vai trò của hệ thống ổn áp cho mạch điện, thiết bị càng trở nên quan trọng. Mục tiêu: - Phân tích nguyên lý, sơ đồ các dạng mạch ổn áp dùng IC, transistor cơ bản. - Kiểm tra sửa chữa được các hư hỏng ở hệ thống nguồn ổn áp theo đúng yêu cầu kỹ thuật của mạch điện thực tế. - Thay thế/lắp ráp được các mạch điện ổn áp đúng với tiêu chuẩn kỹ thuật, yêu cầu của mạch điện. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và an toàn. Nội dung chính: Mạch ổn áp dùng tranzitor Mạch ổn áp dùng IC Mạch ổn áp xoay chiều. HOẠT ĐỘNG 1: Kiến thức cần thiết để thực hiện công việc 1. Mạch ổn áp. Định nghĩa: Ổn áp là mạch thiết lập nguồn cung cấp điện áp ổn định cho cỏc mạch điện trong thiết bị theo yêu cầu thiết kế của mạch điện, từ một nguồn cung cấp ban đầu. Phân loại: tuỳ theo nhu cầu về điện áp, dũng điện tiêu thụ, độ ổn định mà trong kỹ thuật người ta phân chia mạch ổn áp thành hai nhóm gồm ổn áp xoay chiều và ổn áp một chiều. Ổn áp xoay chiều dùng để ổn áp nguồn điện từ lưới điện trước khi đưa vào mạng cục bộ hay thiết bị điện. Ngày nay với tốc độ phát triển của kỹ thuật người ta có các loại ổn áp như: ổn áp bù từ, ổn áp dựng mạch điện tử tương tự, ổn áp dùng kỹ thuật số.... Ổn áp một chiều dùng để ổn định điện áp cung cấp bên trong thiết bị, mạch điện của thiết bị theo từng khu vực, từng mạch điện tuỳ theo yêu cầu ổn định của mạch điện. Người ta cú thể chia mạch ổn áp một chiều thành hai nhóm lớn là ổn 77 áp tuyến tính và ổn áp không tuyến tính (cũng gọi là ổn áp xung). Việc thiết kế mạch điện cũng đa dạng phức tạp, từ ổn áp dùng diode zener, ổn áp dùng tranzito, ổn áp dựng IC...Trong đú mạch ổn áp dựng tranzito rất thông dụng trong việc cấp điện áp thấp, dũng tiêu thụ nhỏ cho các thiết bị và mạch điện có công suất tiêu thụ thấp. Thông cơ bản số của mạch ổn áp: - Điện áp cung cấp: là điện áp ngõ ra của mạch ổn áp dùng để cung cấp cho mạch điện được quyết định bởi cấu tạo thiết kế mạch. Tính bằng vôn. - Sai số ngõ ra cho phép: là phạm vi sai lệch điện áp cho phép trong quá trình thiết kế mà mạch điện, thiết bị vẫn hoạt động ổn định tốt, được tính bằng tỷ lệ %, thông thường tỷ lệ này càng nhỏ độ ổn định làm việc càng tốt. Trong các thiết bị điện tử thông thường sai số thường được chọn nằm trong khoảng (1 - 5%) - Điện áp giới hạn ngõ vào: Là khoảng điện áp ngõ vào cung cấp cho mạch ổn áp mà hệ thống mạch ổn áp làm việc ổn định, chính xác. - Dòng chịu tải: là dòng điện mà hệ thống ổn áp có thể cung cấp cho mạch điện mà không ảnh hưởng đến các thong số khác của hệ thống ổn áp trong một thời gian làm việc lâu dài. Tuỳ vào thiết kế mà dòng chịu tải có thể được tính bằng Ampe hay mA. - Công suất nguồn là khả năng cung cấp nguồn cho tải của hệ thống ổn áp, được tính bằng W hay kW. 1.1. Dùng Tranzito cùng loại . 1.1.1. Sơ đồ Trong đó: Q1 làm nhiệm vụ khuếch đại so sánh 78 R2, Dz: bộ ổn áp tham số tạo điện áp chuẩn đưa vào cực E của Q1 (Uch = UDz) R3, R4: bộ phân áp. Điện áp trên R4 tạo thành điện áp mẫu (Um = Us) đưa vào cực B của Q1. R1 tải của Q1, đồng thời phân cực cho Q2. Q2: phần tử điều chỉnh, thường dùng transistor công suất. C1, C2: tụ lọc bổ sung và chống tự kích để mạch làm việc ổn định. Ur là điện áp lấy trên tụ C2 Có Um = Ur Xét Q1, ta có: Um = UBQ1 = Uch + UBEQ1 = Uch + 0,6 = hằng số Nên Ur = UDz + 0,6 Như vậy điện áp Ur sẽ ổn định và có trị số phụ thuộc vào Uch và tỉ lệ cầu phân áp R3, R4. 1.1.2. Nguyên lý điều chỉnh điện áp: - Ta có: Ur = Uv – Uđc (Uv là điện áp trên tụ C1) - Mà Uđc = UR1 + UBEQ2 - Giả sử Uv tăng, Ur tăng, Um tăng, trong khi điện áp cực E của Q1 không đổi, do đó UBEQ1 tăng, làm Q1 dẫn mạnh. Dòng IC1 tăng làm cho điện áp rơi trên điện trở R1 là UR1 tăng, dẫn đến Uđc tăng. Do đó Ur không tăng. Nếu Uv giảm, quá trình tác động ngược lại làm cho Ur không đổi. Nếu dòng tải tăng làm cho Ur giảm, điện áp mầu Um giảm, Q1 dẫn yếu, dòng Ic1 giảm, UR1 giảm, kết quả Ur không giảm. Khi dòng tải giảm quá trình xảy ra ngược lại. Tóm lại: Mạch luôn luôn tác động làm cho khi điện áp vào thay đổi thì điện áp ra trên phần tử điều chỉnh thay đổi một cách tương ứng làm cho điện áp ra ổn định. 2. Mạch ổn áp dùng IC. Sự phát triển của công nghệ chế tạo linh kiện cho phép tích hợp các mạch điện tử thành các mạch tổ hợp (IC) công suất lớn. Các mạch ổn áp dùng tranzito có thể thay thế bằng các mạch ổn áp dùng IC có chức năng tương đương như mạch dùng Tranzito nhưng gọn nhẹ và đơn giản hơn. Đối với các mạch ổn áp công suất nhỏ dùng để cung cấp nguồn điện ổn định cho các mạch điều khiển thông thường người ta dùng OP-AMP hoặc kết hợp OP-AMP với tranzito 2.1. Ổn áp dương. 79 Mạch ổn áp dương được sử dụng rộng rãi hiện nay trên thị trường cũng như trong kỹ thuật. Tuỳ vào nhu cầu mà người ta có thể dùng loại IC 3 chân hay 4 chân. Mạch ổn áp dùng IC thường có ba chân thông thường thuộc họ 78XX. Họ 78XX có ưu điểm là gọn, thiết kế mạch đơn giản nhưng dùng điện cung cấp và điện áp làm việc không lớn, và điện áp ra cố định cho từng loại IC. Trên thực tế để tiện việc sử dụng nhà sản xuất chế tạo ra ba loại họ 78XX có dòng cung cấp khác nhau 100 mA có kích thước bằng một tranzito C1815, 500mA có kích thước lớn hơn và 1A . Điện áp lớn nhất hiện nay trên thị trường là 7824. Để đảm bảo tầm làm việc của IC điện áp ngõ vào (input) được chọn lớn hơn điện áp ngõ ra (ouput) khoảng 20% đến 100%. Họ 78XX trên thực tế có thể gặp loại bốn chân vì có thêm một chân điều khiển (Control) có công dụng để tắt mở nguồn cung cấp cho mạch điện. Mạch ổn áp dương dùng IC thường có ba chân thông thường thuộc họ 78XX. Sau đây là một mạch điện điển hình sau: Trong sơ đồ mạch điện dùng IC ổn áp 78xx. Điện áp xoay chiều được đưa qua biến áp để giảm áp sau đó được nắn lọc thành điện áp một chiều khoảng từ 15 đến 25 vôn DC đặt vào ngõ vào (input) của IC, ở ngõ ra (output) người ta có được điện áp ổn định một chiều đầu ra. Ngoài họ 78XX có điện áp ngõ ra cố định IC LM317 ba chân cho ra điện áp có thể điều chỉnh được như sơ đồ sau: 2.2. Ổn áp âm. D4 D3 D2D1 IC 78xx C2C1 + O O O O o O A B b a O O VR C1 C2 C3 LM 317 R Điện áp được điều chỉnh 80 Mạch ổn áp âm, là mạch tạo ra nguồn âm cung cấp cho mạch điện. Tương tự như ổn áp dương, mạch ổn áp âm cũng có hai loại: Loại cho ra nguồn cố định họ 79XX và họ điều chỉnh được LM337. Mạch điện ổn áp âm cố định không điều chỉnh được dùng IC79XX như sau: Khác mạch ổn áp dương, mạch ổn áp âm có vị trí các chân vào (input) ra (ouput) không giống họ 78XX, và điện áp ngõ vào có giá trị âm. Tương tự như nguồn dương, nguồn âm cũng có thể thiết kế được nguồn âm điều chỉnh. 3. Mạch ổn áp xoay chiều. Mạch ổn áp xoay chiều có công dụng giữ mức điện áp xoay chiều cung cấp cho thiết bị ổn định trong quá trình thiết bị làm việc, chính từ lí do này mà các mạch ổn áp xoay chiều thường phải làm việc với công suất tương đối lớn từ hàng chục W đến vài trăm W, trong một số trường hợp có thể lớn đến vài kW hoặc vài chục kW. 3.1 Nguyên lý chung Về nguyên tắc khi điện áp trên lưới điện thay đổi dẫn đến điện áp cung cấp cho thiết bị thay đổi theo để khắc phục nhược điểm này ở các thiết bị điện dùng mạch điện tử và thiết bị điện tử người ta thiết kế các mạch ổn áp một chiều (DC) để ổn định nguồn cung cấp cho mạch điện trong thiết bị. Tuy nhiên với các thiết bị không được thiết kế mạch ổn áp một chiều thì khi lưới điện không ổn định khả năng làm việc có thiết bị cũng kém ổn định theo. Để khắc phục nhược điểm này đối với các thiết bị công suất lớn để ổn định điện áp xoay chiều người ta dùng biến tần. Đối với cỏc thiết bị công suất nhỏ người ta có thể dùng các thiết bị ổn áp xoay chiều. Có hai dạng ổn áp chính - Đối với hiện tượng không ổn định điện áp xảy ra liên tục trong phạm vi hẹp người ta thường sử dụng ổn áp theo nguyên lý bù từ (được gọi là ổn áp sắt từ ).( hình 3.20) 0 _OO O O C 2C1 IC 79XX 81 Ổn áp gồm hai cuộn L1 gọi là cuộn tuyến tính, cuộn L2 gọi là cuộn bão hoà, mắc nối tiếp nhau. Khi điện áp ngõ vào biến thiên nhưng do đặc tính bão hoà của cuộn dây lõi thép nên điện áp ra biến thiên trong phạm vi rất nhỏ. Hình 3.20: Mạch ổn áp bù từ - Đối với hiện tượng điện áp xảy ra trong một khoảng thời gian dài, có phạm vi thay đổi rộng người ta dùng mạch ổn áp theo kiểu sevo (cũng được gọi là ổn áp kiểu động cơ chấp hành ) (Hình 3.21) Uv Ur Hình 3.21: Mạch ổn áp sevo (Kiểu động cơ chấp hành) Mạch có nguyên tắc hoạt động như sau: Một phần điện áp ngõ ra được đưa trở về mạch so sánh và lấy mẫu, tại đây điện áp sai lệch được tạo ra đưa đến khuếch đại và điều khiển động cơ quay con trượt của biến áp chọn đến vị trí thích hợp mà điện áp sai biệt ngõ ra bằng không, mạch khuếch đại mất điện áp điều khiển làm động cơ ngừng hoạt động. Như vậy mức điện áp ngõ ra được quyết định bởi việc chọn điện áp lấy mẫu thích hợp. 3.2 Một số mạch trong thực tế 3.2.1 Mạch ổn áp bù từ kiểu Liên Xô: ( Hình 3.22 ) Điều khiển động cơ Khuếch đại Lấy mẫu và so sánh Điện áp ra Ur L1 L2 Uv Ur Vin Vout L3 L1 L2 82 Hình 3.22: Mạch ổn áp bự từ kiểu Liên Xô Trong mạch ổn áp có chứa một tụ điện C để tích trữ điện trường và một cuộn dây L3 để tích trữ từ trường, hai phần tử này kết hợp với nhau thành một khung cộng hưởng LC. ở trạng thái bình thường mạch tích trữ ở trạng thái ngậm điện ( dao động cộng hưởng với tần số của nguồn điện), khi điện áp ngõ vào thay đổi mạch tích trữ xả điện bù vào khoảng thiếu hụt và nạp bớt khoảng dư thừa để điện áp ngõ ra được ổn định. Phạm vi giữ điện áp ra được ổn định phụ thuộc vào giá trị của tụ và cuộn dây tích trữ điện nên thường không lâu và sự biến động không quá lớn do không thể dựng các tụ điện và cuộn dây có giá trị quá lớn làm cho thiết bị trở nên cồng kềnh. Trong thực tế như ổn áp của Liên Xô sản xuất trước đây thì dùng điện tải khoảng từ 2 đến 5 Ampe phạm vi điều chỉnh khoảng 20% điện áp danh định. 3.2.2. Mạch ổn áp cơ sắt từ Loại ổn áp này rất đơn giản, làm việc ở trạng thái bão hòa từ. Cấu tạo thường có 2 phần khác nhau, một phần giống máy biến áp thông thường, còn phần kia được tính theo chế độ bão hòa từ. Chúng có thể ghép chung vào một lõi chữ E không đối xứng(một nhánh có tiết diện lớn, còn nhánh kia nhỏ để đạt bão hòa) cũng có khi tách thành 2,3 lõi riêng biệt cho dễ bố trí và điều chỉnh. * Nguyên lý hoạt động Uv L3 L2 L1 Uout C Đ 83 Lõi dẫn từ hình vành khăn, trên đó quấn cuộn dây L3 kiểu biến áp tự ngẫu, tụ C được chọn và nối theo mạch cộng hưởng song song để giữ U ra ổn định. Điện áp U ra được bù bởi cuộn kháng L1 và cuộn bù L2 (cuộn lọc). Giả sử U vào tăng qua 220V thì dòng I có tính cảm sẽ gây sụt áp tăng lên trên cuộn kháng L1, để giữ được U2 vẫn ở mức 220V dòng điện I sẽ giảm xuống nhưng nhờ tụ C có tính dung ở L2 sẽ bù lại phần điện áp sụt này. Vì vậy điện áp đầu ra luôn ổn định. * Lưu ý; Ổn áp sắt từ làm việc ở chế độ bão hòa từ nên rất nóng, tổn hao điện nhiều, độ ổn định không cao nhưng tác động nhanh, nhạy, độ bền cao, công suất phù hợp với đồ dùng điện gia đình. 3.2.3. Mạch ổn áp kiểu sevo: ( Hình 3.23) Là sơ đồ cấu tạo nguồn ổn áp hiệu SALI Model MVS.5.500 W.Gồm biến áp có dạng hình xuyến, trên lõi quấn cuộn dây, lớp ngoài cùng được quấn phẳng và mài mòn lớp vỏ cách điện để chổi quét tiếp xúc tốt và trượt êm. Điện áp ngõ ra được lấy trên chổi và một nhánh ngõ vào. Hình 3.23: Sơ đồ cấu tạo mạch ổn áp SALI Model MVS.5.500 W Việc điều chỉnh chổi quétt được thực hiện nhờ motơ M và mạch điện tử điều khiển REG, với nguồn vào được lấy một phần điện áp AC trên biến áp Làm nhiệm vụ tạo nguồn cung cấp cho mạch điện và làm điện áp mẫu cho mạch được trình bày ở hình 3.24. 84 Điện áp ngõ vào qua biến áp có cuộn sơ cấp và thứ cấp cách li, điện áp ngõ ra được lấy trên hai nhánh. Nhánh trên tạo nguồn âm dương đối xứng cấp điện cho hai tranzitor đối xứng D669 được cấp nguồn dương và B649 được cấp nguồn âm nhằm cấp điện đảo chiều cho motơ. Khi D669 dẫn môtơ quay theo chiều thuận, khi B649 dẫn môtơ quay theo chiều nghịch. Điện áp phân cực cho hai tranzitor được lấy từ nguồn dò sai từ bộ nắn cầu phía dưới, qua cầu chia điện thế R1, R2, R3 và được hiệu chỉnh bằng biến trở trong mạch. Điều đặc biệt cần lưu ý đối với người sửa chữa là khái niệm ổn áp là giữ điện áp ổn định trong một phạm vi và thời gian nhất định cho từng loại ổn áp nên khi điện áp lưới điện thay đổi liên tục và trong thời gian đủ ngắn thì mạch ổn áp không thể đáp ứng được có thể dẫn đến hư hỏng ổn áp hoặc hư hỏng thiết bị. HOẠT ĐỘNG 2: Các bước và cách thức thực hiện công việc 1. Nội dung: - Lắp và khảo sát các mạch ổn áp dùng transistor, IC học 78 và IC họ 79. 2. Hình thức tổ chức: - Chia nhóm 2 ÷ 4 HSSV/nhóm - Giáo viên thao tác mẫu. 3. Dụng cụ, thiết bị, vật tư: - Đồng hồ VOM - Bộ dụng cụ đồ nghề - Bộ nguồn thực hành điện tử 85 - Linh kiện rời IC họ 78, họ 79, tụ điện, điện trở,. - Bo cắm - Dây tín hiệu, HOẠT ĐỘNG III: Bài tập thực hành của học sinh sinh viên 1. Lắp và khảo sát mạch ổn áp dùng transistor cùng loại Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng R1 C1 R2 Q1 R3 Q2 R4 C2 Dz Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. 86 Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng đồng hồ VOM đo và kiểm tra điện áp đầu vào, ra 2. Lắp và khảo sát mạch ổn áp dùng transistor khác loại Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng R1 VR R2 Dz R3 Q1 R4 Q2 Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Dz Q1 R2 R1 Q2 R3 R4 VR 87 Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng đồng hồ VOM đo và kiểm tra điện áp đầu vào, ra. Bài tập Lắp mạch, khảo sát và phân tích nguyên lý làm việc của mạch sau: 3. Lắp và khảo sát mạch ổn áp dùng IC họ 78. Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. R4 R1 R2 VR R5 DZ C1 Q3 Q2 Q1 C2 C3 Ura 88 Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng C1 R1 C2 R2 C3 IC1 D1 IC2 D2 Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng đồng hồ VOM đo và kiểm tra điện áp đầu vào, ra. 78xx C3 R1 D1 C1 D2 R2 78xx UR1 UR2 89 Bài tập: Thiết kế vẽ, lắp và khảo sát mạch dùng IC họ 78xx lấy ra 3 mức điện áp dương khác nhau. 4. Lắp và khảo sát mạch ổn áp dùng IC họ 79. Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng C0 R1 C1 R2 C2 IC1 D1 IC2 D2 Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp 9 79xx C0 C1 C2 R1 R2 Ur Ur Uv 90 - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng đồng hồ VOM đo và kiểm tra điện áp đầu vào, ra. Bài tập 1: Thiết kế vẽ, lắp và khảo sát mạch dùng IC họ 79xx lấy ra 3 mức điện áp âm khác nhau. Bài tập 2: Thiết kế vẽ, lắp và khảo sát mạch dùng IC họ 78xx, 79xx lấy ra 2 mức điện áp đối xứng nhau. Bài tập 3: Thiết kế vẽ, lắp và khảo sát mạch dùng IC họ 78xx, 79xx lấy ra 2 mức điện áp âm và 2 mức điện áp dương. HOẠT ĐỘNG IV: Đánh giá kết quả học tập Lần luyện tập Thời gian định mức Yêu cầu Thời gian HS luyện tập Nhận xét của giáo viên Lần 1 18 phút - Lắp mạch - Vận hành - Khảo sát Lần 2 15phút - Lắp mạch - Vận hành - Khảo sát Lần 3 10phút - Lắp mạch - Vận hành - Khảo sát HOẠT ĐỘNG V: Ghi nhớ - Khái niệm về ổn áp và ứng dụng của mạch ổn áp - Chọn được linh kiện phù hợp với sơ đồ. - Lắp và khảo sát được một số mạch điện theo yêu cầu. 91 Bài 4: MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ Mã bài: 6520227 28 04 Giới thiệu: Công dụng chủ yếu của mạch điện tử trong các thiết bị điện là điều khiển và khống chế mạch điện, nó tồn tại trong các khí cụ điện, các thiết bị điện hiện đại. Nghiên cứu các mạch điều khiển và khống chế để hiểu, phân tích được một phần nguyên lí hoạt động của các khí cụ điện, mạch điện trong các dây chuyền công nghiệp là một nội dung quan trọng không thể thiếu được trong lĩnh vực điện công nghiệp. Mục tiêu: - Phân tích nguyên lý, sơ đồ các dạng mạch điều khiển và khống chế, các mạch ứng dụng BJT, IC,... - Kiểm tra xác định được nguyên nhân hư hỏng theo chế độ làm việc của mạch điện. - Sửa chữa được các hư hỏng ở tần công suất nhỏ điều khiển theo đúng yêu cầu kỹ thuật của mạch điện. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và an toàn. Nội dung chính: - Mạch điều khiển - Mạch khống chế HOẠT ĐỘNG 1: Kiến thức cần thiết để thực hiện công việc 1. Khái niệm điều khiển và khống chế. Xu thế chung hiện nay là không ngừng nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, muốn vậy phải nâng cao trình độ tự động hóa của các máy móc. Mạch điều khiển có nguồn gốc từ nhu cầu tự động hóa máy móc trong sản xuất nhằm thực hiện công việc sản xuất với tốc độ nhanh cũng như độ chính xác cao hơn. Nhờ có nó, chúng ta có thể không ngừng nâng cao sản xuất và cả chất lượng sản phẩm. Để đáp ứng yêu cầu về tự động hóa cần có các mạch điện tử điều khiển Mạch điện tử điều khiển là gì ? Những mạch điện tự thực hiện chức năng điều khiển được coi là mạch điện tử điều khiển. 92 Những mạch điện tự thực hiện chức năng khống chế được coi là mạch điện tử khống chế. Sơ đồ tổng quát ` Khi có tín hiệu đưa vào, mạch điện tử điều khiển (MĐTĐK, KC) xử lí khuếch đại tín hiệu và đưa lệnh điều khiển tới đối tượng điều khiển, đối tượng khống chế. 1.1.Ứng dụng Điều khiển tín hiệu - Mạch điện tử được áp dụng trong đèn tín hiệu giao thông, còi hú, đèn số và trong quảng cáo, Điều khiển ánh sáng - Được áp dụng trong hệ thống chiếu sáng đèn đường, đèn ngủ trong các hộ gia đình, Tự động hóa các máy móc, thiết bị - Việc sản xuất hiện nay theo một dây chuyền khép kín, để đạt được điều đó, cần phải tự động hóa các máy móc, thiết bị. Mạch điều khiển điện tử có thể giúp ta làm được công việc đó. Điều khiển thiết bị dân dụng Ta xét ví dụ sau đây : Lúc trước khi sản xuất máy quạt thì nó chỉ có thể chạy với một tốc độ. Nhưng hiện nay, máy quạt có thể chạy với nhiều tốc độ khác nhau. Đó chính là nhờ ứng dụng của mạch điện tử điều khiển trong việc điều khiển các thiết bị dân dụng. Nó cũng được sử dụng trong nhiều loại thiết bị khác như: máy điều hòa, bình nóng lạnh, bếp từ, lò vi sóng, máy giặt, Điều khiển trò chơi, giải trí Ngoài các ứng dụng kể trên, mạch điện tử điều khiển còn được áp dụng trong điều khiển trò chơi, giải trí. Những ví dụ đơn giản là: máy bay, ô tô điều khiển từ xa, 1.2. Phân loại Người ta đưa ra nhiều cách phân loại mạch điện tử điều khiển và khống chế với mục đích nghiên cứu riêng. MĐTĐK, KC Tín hiệu vào Đối tượng ĐK, KC 93 Phân loại theo công suất: Công suất lớn, công suất nhỏ Phân loại theo chức năng: Theo tín iệu và theo tốc độ Phân loại theo mức độ tự động hóa: Điều khiển cứng bằng mạch điện tử và điều khiển có lập trình. 2. Mạch điều khiển. Điều khiển tự động là quá trình điều khiển hoặc điều chỉnh được thực hiện mà không có sự tham gia trực tiếp của con người. 2.1. Mạch điều khiển đóng cắt đèn đường dùng Transistor cùng loại. 2.1.1 Sơ đồ 2.1.2. Nguyên lý hoạt động + Khi trời sáng: Điện trở CDS tăng dẫn điện thế tại chân B của transisitor Q1 tăng làm Q dẫn. Khi Q1 dẫn sụt áp tại Bc của transisitor Q2 giảm nên Q2 khóa Khi Q2 khóa thì transistor Q3 dẫn. Khi Q3 dẫn có dòng qua cuộn hút của role làm tiếp điểm thường mở đóng lại nên đèn L sáng. + Khi trời tối: Điện trở CDS giảm dẫn điện thế tại chân B của transisitor Q1 giảm làm Q khóa. Khi Q1 dẫn sụt áp tại B của transisitor Q2 tăng nên Q2 dẫn Khi Q2 dẫn thì transistor Q3 khóa. Khi Q3 khóa không có dòng qua cuộn hút của role làm tiếp điểm thường mở vẫn mở lại nên đèn L không sáng. 2.2. Mạch điều khiển đóng cắt đèn đường dùng Transistor khác loại. 2.2.1. Sơ đồ Cds Q1 Q2 +Vcc VR R1 220V Q3 R2 R3 L 94 2.2.2. Nguyên lý hoạt động + Khi trời tối: Điện trở CDS tăng dẫn điện thế tại chân B của transisitor Q1 tăng làm Q dẫn. Khi Q1 dẫn sụt áp tại B của transisitor Q2 giảm nên Q2 dẫn Khi Q2 dẫn thì transistor Q3 dẫn. Khi Q3 dẫn có dòng qua cuộn hút của role làm tiếp điểm thường mở đóng lại nên đèn L sáng. + Khi trời tối: Điện trở CDS giảm dẫn điện thế tại chân B của transisitor Q1 giảm làm Q1 khóa. Khi Q1 dẫn sụt áp tại B của transisitor Q2 tăng nên Q2 khóa. Khi Q2 dẫn thì transistor Q3 khóa. Khi Q3 khóa không có dòng qua cuộn hút của role làm tiếp điểm thường mở vẫn mở lại nên đèn L không sáng. 2.3. Mạch điều khiển đóng cắt đèn đường dùng IC. 2.3.1. Sơ đồ 2.3.2. Nguyên lý hoạt động Phân tích tương tự như dùng transistor đó là mạch sử dùng CDS nên cần phân tích trong 2 trường hợp đó là khi trời tối và khi trời sáng nhưng lưu ý ở đây dùng IC. Q3 Q1 R3 CDS R2 Q2 220V R1 VR R4 L VR Vcc IC741 Q1 D R6 R5 R4 R1 R3 R2 220V L 95 3. Mạch khống chế Khái niệm: Tùy theo yêu cầu sử dụng mà các mạch điện được xây dựng và thiết kế làm việc ở trạng thái bình thường. Những trạng thái sự cố hay hư hỏng khác thường được dự đoán khi thiết kế tính toán chúng để áp dụng những linh kiện cần thiết. Những trạng thái làm việc của mạch điện tự động linh kiện như tụ điện, điện trở, Tùy theo yêu cầu mà các linh kiện có giá trị khác nhau. Việc chuyển từ giá trị này sang giá trị khác nhau được thực hiện tự động nhờ hệ thống điều khiển. Kết quả hoạt động của mạch sẽ đưa đến một trạng thái làm việc mới, trong đó có ít nhất một linh kiện đặc trưng cho mạch phải lấy giá trị mới. Như vậy để điều khiển hệ thống là đưa vào hoặc đưa ra khỏi mạch điện những phần tử, thiết bị nào đó (chẳng hạn điện trở, tụ điện,) để thay đổi một hoặc nhiều thông số đặc trưng hoặc để giữ một thông số nào đó (chẳng hạn tốc độ quay của động cơ hay độ sáng của đèn,) không thay đổi khi có sự thay đổi ngẫu nhiên của thông số khác. Có nhiều nhiều cách điều khiển nhưng phần này chúng ta nghiên cứu các mạch điều khiển theo thời gian dựa trên cơ sở là thông số làm việc của các linh kiện điện tử biến đổi theo thời gian. Những tín hiệu ddieuf khiển phát ra theo một quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái làm việc của mạch điện. 3.1. Mạch hẹn giờ khống chế thời gian dùng Transistor cùng loại 3.1.1. Sơ đồ 3.1.2. Nguyên lý hoạt động Phân tích tương tự như mạch điều khiển dùng transistor cùng loại nhưng khác ở chỗ để khống chế thời gian đèn l sáng phải thông qua công tắc S1 và thời gian nạp của tụ C1. C1 Vcc S1 VR2 Q2 Q1 R2 R3 R1 220V L D 96 3.2. Mạch hẹn giờ khống chế thời gian dùng Transistor khác loại 3.2.1. Sơ đồ 3.2.2. Nguyên lý hoạt động Khi cấp nguồn tụ C nạp điện gây sụt áp tại chân BQ1 làm Q1 khóa. Khi Q1 khóa Q2 khóa và khi Q2 khóa Q3 khóa. Không có dòng qua cuộn hút nên tiếp điểm mở vẫn mở nên đèn Đ tắt. Đèn Đ sáng được trong trường hợp ngược lại. Vậy mạch khóng chế phụ thuộc vào thời gian nạp của tụ C. 3.3. Mạch hẹn giờ khống chế thời gian dùng IC 3.3.1. Sơ đồ 3.3.2. Nguyên lý hoạt động Q2 R1 R2 R3 Q1 Q3 220V R1 VR C R4 Đ Vcc C 220VAC BT137 R1 VR + 741 R2 R3 R4 R5 60W/220VVcc S 97 3. Một số ứng dụng khác. 3.1. Mạch bảo vệ quá nhiệt cho thiết bị điện dùng nhiệt trở với role - Sơ đồ: Hình 4.5: Sơ đồ bảo vệ quá nhiệt - Nguyên lý hoạt động: Khi nhiệt độ của thiết bị tác động vào Th thấp thì nhiệt trở có giá trị điện trở nhỏ làm xuất hiện dòng điện qua Rb và Th, làm UB1  UE1 thấp làm Q1 khoá. Khi Q1 khóa sụt áp tại BQ2 dương nên Q2 dẫn, khi Q2 dẫn thì có dòng điện đi như sau ( Theo mạch + VCC →Role→ CQ2 → EQ2 → R4 → Mass ) làm đóng tiếp điểm thường mở cấp điện cho thiết bị điện làm việc. Khi nhiệt độ của thiết bị tác động vào Th tăng quá mức cho phép làm giá trị điện trở của nhiệt trở tăng nên UB1 tăng phân cực thuận cho BE của Q1 làm Q1 dẫn bão hoà. Khi Q1 dẫn bão hoà thì điện trở của Q1 rất nhỏ do đó UBE của Q2 ≈ 0 bóng Q2 khoá rơ le mất điện mở tiếp điểm thường mở mở ra cắt điện thiết bị để bảo vệ 3.2. Mạch điều khiển ổn định nhiệt dùng triăc - Sơ đồ: D Q1 Q2 R1 R2 R4 R5 +V R3 220V L Th+ ~ + ~ - 220V R2 Dz R3 R4 VR Th- C Triac Tải R1 D MBA UJT 98 Hình 4.6: Mạch điều khiển ổn định nhiệt dùng Triắc Nguyên lí hoạt động: Khi triắc chưa được dẫn điện, dòng chưa được dẫn qua tải, nguồn 220V qua mạch nắn cầu không lọc điện, cho ra bán kỳ dương liên tục và gợn sóng. Điện trở R1 và điốt zener Dz là mạch cắt ngọn tín hiệu, tạo nguồn điện đồng bộ cấp cho UJT. Nhiệt trở dùng trong mạch là nhiệt trở hệ số nhiệt âm, ở nhiệt độ thấp có giá trị điện trở rất lớn. Khi mới mở điện do Th có điện trở lớn nên điện áp được nạp cho tụ C, tụ C nạp điện nhanh qua điện trở R2 và Điốt D để cho ra xung kích vao UJT, UJT dẫn kích xung vào chân G cho Triắc dẫn lúc này có dòng qua tải ở mức cao, nhiệt độ sẽ tăng nhanh. Khi nhiệt độ tăng lên, nhiệt trở giảm trị số làm điện áp giảm, tụ không nạp đủ điện áp đỉnh để tạo xung kích, tụ phải nạp tiếp qua điện trở R3 và biến trở VR nên cho ra xung kích trễ hơn, làm cho nhiệt độ tăng chậm lại. Khi nhiệt độ đạt đến mức nhiệt độ giới hạn, điện trở nhiệt giảm thấp đến mức giới hạn, Tụ C nạp điện rất chậm qua điện trở R3 và VR, góc kích rất trễ, Triắc được kích trễ nên dòng qua điện trở tải rất nhỏ, chỉ đủ cung cấp công suất cho tải bù năng lượng nhiệt thất thoát ra ngoài. Biến áp xung dùng để đưa xung kích do UJT tạo ra để kích cho cực G của Triắc công suất lớn nhưng vẫn cách li được điện áp thấp của mạch điều khiển. HOẠT ĐỘNG 2: Các bước và cách thức thực hiện công việc 1. Nội dung: - Lắp và khảo sát các mạch điều khiển và khống chế, dùng transisitor cùng loại, transistor khác loại và IC. 2. Hình thức tổ chức: - Chia nhóm 2 ÷ 4 HSSV/nhóm - Giáo viên thao tác mẫu. 3. Dụng cụ, thiết bị, vật tư: - Đồng hồ VOM - Bộ dụng cụ đồ nghề - Bộ nguồn thực hành điện tử - Linh kiện rời - Bo cắm - Dây tín hiệu, 99 HOẠT ĐỘNG III: Bài tập thực hành của học sinh sinh viên 1. Lắp và khảo sát mạch điều khiển đóng cắt đèn đường dùng transistor cùng loại Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Cds Q1 Q2 +Vcc VR R1 220V Q3 R2 R3 L 100 Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng tay che tối hoặc không che tối CDS. Quan sát độ sáng của đèn. Bài tập: Lắp, khảo sát mạch điện và trình bày nguyên lý hoạt động của mạch sau: 2. Lắp và khảo sát mạch điều khiển đóng cắt đèn đường dùng transistor khác loại. Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng R3 Cds D Q1 Q2 +Vcc R5 R4 R2 R1 220V Q3 Q1 R3 CDS R2 Q2 220V R1 VR R4 L 101 Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng tay che tối hoặc không che tối CDS. Quan sát độ sáng của đèn. Bài tập Lắp, khảo sát mạch điện và trình bày nguyên lý hoạt động của mạch sau: 3. Lắp và khảo sát mạch điều khiển đóng cắt đèn đường dùng IC. Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Q2 220V CDS R1 VR R2 R3 Q1 Đ 102 Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Dùng tay che tối hoặc không che tối CDS. Quan sát độ sáng của đèn. VR Vcc IC741 Q1 D R6 R5 R4 R1 R3 R2 220V L 103 4. Lắp và khảo sát mạch mạch hẹn giờ khống chế thời gian dùng Transistor cùng loại. Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện C1 Vcc S1 VR2 Q2 Q1 R2 R3 R1 220V L D 104 Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Quan sát độ sáng của đèn sau thời gian khống chế. 5. Lắp và khảo sát mạch mạch hẹn giờ khống chế thời gian dùng Transistor khác loại. Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Q2 R1 R2 R3 Q1 Q3 220V R1 VR C R4 Đ Vcc 105 Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Quan sát độ sáng của đèn sau thời gian khống chế. Bài tập Lắp, khảo sát mạch điện và trình bày nguyên lý hoạt động của mạch sau: 6. Lắp và khảo sát mạch mạch hẹn giờ khống chế thời gian dùng IC. Bước 1: Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch điện. Q2 R1 R3 R2 Q1 VR S1 C1 220V Vcc 220VAC Q1R1 C VR + 741 R2 R3 R4 R5 60W/220VVcc S 106 Nhiệm vụ, tác dụng linh kiện: Tên linh kiện Chức năng Tên linh kiện Chức năng Bước 2: Từ sơ đồ nguyên lý vẽ sơ đồ lắp ráp. Bước 3: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ Bước 4: Kiểm tra quá trình lắp ráp mạch điện - Kiểm tra sơ đồ lắp ráp - Kiểm tra các đường nối linh kiện Bước 5: Khảo sát đặc tính mạch điện - Cấp nguồn cho mạch điện - Quan sát độ sáng của đèn sau thời gian khống chế. Bài tập Lắp mạch, khảo sát và phân tích nguyên lý hoạt động của mạch sau + 123456 78 555 220V L R1 C1 C2 R2 R3 SW1 SW2 Set Reset R4 R5 Q1 D Vcc 107 HOẠT ĐỘNG IV: Đánh giá kết quả học tập Lần luyện tập Thời gian định mức Yêu cầu Thời gian HS luyện tập Nhận xét của giáo viên Lần 1 18 phút - Lắp mạch - Vận hành - Khảo sát Lần 2 15phút - Lắp mạch - Vận hành - Khảo sát Lần 3 10phút - Lắp mạch - Vận hành - Khảo sát HOẠT ĐỘNG V: Ghi nhớ - Khái niệm về điều khiển và khống chế, phân loại, ứng dụng. - Chọn được linh kiện phù hợp với sơ đồ. - Lắp và khảo sát được một số mạch điện theo yêu cầu. 108 XÁC NHẬN KHOA Bài giảng mô đun “ Điện tử ứng dụng” đã bám sát các nội dung trong chương trình môn học, mô đun. Đáp ứng đầy đủ các nội dung về kiến thức, kỹ năng, năng lực tự chủ trong chương trình môn học, mô đun. Đồng ý đưa vào làm Bài giảng cho mô đun Điện tử ứng dụng thay thế cho giáo trình. Người biên soạn ( Ký, ghi rõ họ tên) Lãnh đạo Khoa ( Ký, ghi rõ họ tên)