Giáo trình Mô đun Điện tử cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp)

đối xứng. - Ngước lại nếu các thông số trên khác nhau thì có mạch đa hài không đối xứng - Chu kỳ của xung ra là: T = 1 + 2. 2.4. Lắp ráp mạch 2.4.1. Xây dựng quy trình T T Nội dung thực hiện Yêu cầu kỹ thuật TB-DC-VT Chú ý 1 Chọn, kiểm tra linh kiện. - C1: 47uF, C2: 47uF - D468 - R14: 1,5kΩ, LED xanh, đỏ, R23: 33kΩ - VR: 100kΩ, R5,6: 1,2kΩ, R7: 470Ω - Kiểm tra các linh kiện phải còn tốt. - VOM, - Tụ điện, điện trở, LED. - D468 - Biến trở - Chính xác. - Cẩn thận. 2 Bố trí linh kiện lên test board. - Dựa vào sơ đồ nguyên lý để bố trí. - Linh kiện bố trí không được chồng chéo lên nhau. - Bố trí phù hợp để thuận tiện khi đấu dây. - Test board - Kìm, diode - D468, R,C VR, LED - Chính xác. - Chắc chắn. - Thẫm mỹ. 3 Đấu dây. - Đấu dây đúng sơ đồ mạch điện. - Đi dây gọn, đảm bảo sự kết nối, dẽ sữa chửa. - Kìm - VOM - Dây điện - Chính xác. - Cực tính. - Chắc chắn. - Thẩm mỹ. 4 Kiểm tra, cấp nguồn và đo các thông số kỹ thuật. - Kiểm tra mạch hoạt động tốt - Cấp nguồn (UAC). - Đo điện áp DC trên chân CQ1, CQ2 - Đo dạng sóng trên chân CQ1, CQ2 - Kìm - VOM - Dây điện - Máy hiện sóng - Chính xác. - Cẩn thận. 2.4.2. Lắp ráp 76 Hình 5.6b Sơ đồ mạch dao động đa hài Lắp ráp mạch theo quy trình: Bước 1: Chọn, kiểm tra linh kiện. Bước 2: Bố trí linh kiện lên test board. Bước 3: Đấu dây. Bước 4: Kiểm tra, cấp nguồn và đo các thông số kỹ thuật. 2.4.3. Vận hành Cấp nguồn cho mạch hoạt động, đo các thông số. Dùng máy hiện sóng đo tín hiệu sóng ra của mạch, Vẽ lại dạng sóng ra: Đo dạng sóng ngõ ra trên chân CQ1: VCK t VCQ1 t 77 Đo dạng sóng ngõ ra trên chân CQ2: VCK t VCQ2 t CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Trình bày cấu tạo, sơ đồ chân và chức năng chân của IC555? Câu 2: Trình bày phương pháp đo kiểm tra IC555? Câu 3: Phân tích chức năng và nguyên lý hoạt động của mạch dao động đa hài dùng IC555, transistor? 78 BÀI 6: LẮP RÁP VÀ KHẢO SÁT MẠCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN Giới thiệu: Trong thực tế người ta sử dụng các mạch điều khiển rất nhiều thường là các mạch công suất lớn như sử dụng các mạch dùng DIAC, SCR, TRIAC. Mục tiêu: Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Trình bày được cấu tạo, ký hiệu, hình dáng và nguyên lý của DIAC, SCR, TRIAC. - Phân tích được chức năng, nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển động cơ dùng SCR, DIAC, TRIAC. - Đo, đọc, kiểm tra được SCR, DIAC, TRIAC. - Lắp ráp, cân chỉnh, kiểm tra được mạch điều khiển động cơ dùng SCR, DIAC, TRIAC. - Rèn luyện tính nghiêm túc, cẩn thận, chính xác và khả năng làm việc nhóm trong công việc. Nội dung: 1. Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển động cơ AC dùng DIAC, SCR 1.1. DIAC 1.1.1. Cấu tạo, ký hiệu DIAC 1.1.1.1. Cấu tạo DIAC Hình 6.1: Cấu tạo của Diac DIAC giống như một SCR không có cực cổng hay đúng hơn là một transistor không có. 1.1.1.2. Ký hiệu DIAC Hình 6.2: Ký hiệu và Sơ đồ tương đương. 1.1.1.3. Đặc tuyếnV-A và nguyên lý hoạt động - Đặc tuyếnV-A 79 Hình 6.3: Đặc tuyến Vôn-Ampe Khi áp một hiệu điện thế một chiều theo một chiều nhất định thì khi đến điện thế +VBO, DIAC dẫn điện và khi áp hiệu thế theo chiều ngược lại thì đến trị số -VBO, DIAC cũng dẫn điện, DIAC thể hiện một điện trở âm (điện thế hai đầu DIAC giảm khi dòng điện qua DIAC tăng). Từ các tính chất trên, DIAC tương đương với hai Diode Zener mắc đối đầu. Thực tế, khi không có DIAC, người ta có thể dùng hai Diode Zener có điện thế Zener thích hợp để thay thế. - Nguyên lý hoạt động. Xét một mạch điện ứng dụng như hình sau: Hình 6.4 Mạch điện ứng dụng. Ở bán ký dương thì điện thế tăng, tụ nạp điện cho đến điện thế VBO thì DIAC dẫn, tạo dòng kích cho Triac dẫn điện. Hết bán kỳ dương, Triac tạm ngưng. Đến bán kỳ âm tụ C nạp điện theo chiều ngược lại đến điện thế -VBO, DIAC lại dẫn điện kích 1.1.2. Hình dáng DIAC Hình 6.5 Hình dáng DIAC. 80 1.2. SCR 1.2.1. Cấu tạo, ký hiệu, sơ đồ chân, hình dáng SCR 1.2.1.1. Cấu tạo SCR SCR được cấu tạo bởi 4 lớp bán dẫn PNPN (có 3 nối PN). Như tên gọi ta thấy SCR là một diode chỉnh lưu được kiểm soát bởi cổng silicium. Các tíêp xúc kim loại được tạo ra các cực Anod A, Catot K và cổng G. Hình 6.6. Cấu tạo SCR. 1.2.1.2. Ký hiệu SCR Hình 6.7. Ký hiệu SCR. 1.2.1.3. Sơ đồ chân, hình dáng SCR Hình 6.8. Sơ đồ chân, hình dáng SCR. 81 Chân 1: Cathode (-) Chân 2: Anode (+) Chân 3: Cổng (kích cho SCR) 1.2.2. Nguyên lý hoạt động của SCR Hình 6.9: Nguyên tắc hoạt động của SCR Nếu ta mắc một nguồn điện một chiều VAA vào SCR như hình sau. một dòng điện nhỏ IG kích vào cực cổng G sẽ làm nối PN giữa cực cổng G và catot K dẫn phát khởi dòng điện anod IA qua SCR lớn hơn nhiều. Nếu ta đổi chiều nguồn VAA (cực dương nối với catod, cục âm nối với anod) sẽ không có dòng điện qua SCR cho dù có dòng điện kích IG. Như vậy ta có thể hiểu SCR như một diode nhưng có thêm cực cổng G và để SCR dẫn điện phải có dòng điện kích IG vào cực cổng. Ta thấy SCR có thể coi như tương đương với hai transistor PNP và NPN liên kết nhau qua ngõ nền và thu.Khi có một dòng điện nhỏ IG kích vào cực nền của Transistor NPN T1 tức cổng G của SCR. Dòng điện IG sẽ tạo ra dòng cực thu IC1lớn hơn, mà IC1 lại chính là dòng nền IB2 của transistor PNP T2 nên tạo ra dòng thu IC2 lại lớn hơn trước Hiện tượng này cứ tiếp tục nên cả hai transistor nhanh chóng trở nên bảo hòa. Dòng bảo hòa qua hai transistor chính là dòng anod của SCR. Dòng điện này tùy thuộc vào VAA và điện trở tải RA. Cơ chế hoạt động như trên của SCR cho thấy dòng IG không cần lớn và chỉ cần tồn tại trong thời gian ngắn. Khi SCR đã dẫn điện, nếu ta ngắt bỏ IG thì SCR vẫn tiếp tục dẫn điện, nghĩa là ta không thể ngắt SCR bằng cực cổng, đây cũng là một nhược điểm của SCR so với transistor. Người ta chỉ có thể ngắt SCR bằng cách cắt nguồn VAA hoặc giảm VAA sao cho dòng điện qua SCR nhỏ hơn một trị số nào đó (tùy thuộc vào từng SCR) gọi là dòng điện duy trì IH (hodding current). * Đặc tuyến Volt-Ampere của SCR: 82 Hình 6.10: Đặc tuyến Volt-Ampere của SCR Đặc tuyến này trình bày sự biến thiên của dòng điện anod IA theo điện thế anod- catod VAK với dòng cổng IG coi như thông số. - Khi SCR được phân cực nghịch (điện thế anod âm hơn điện thế catod), chỉ có một dòng điện rỉ rất nhỏ chạy qua SCR. - Khi SCR được phân cực thuận (điện thế anod dương hơn điện thế catod), nếu ta nối tắt (hoặc để hở) nguồn VGG (IG=0), khi VAK còn nhỏ, chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua SCR (trong thực tế người ta xem như SCR không dẫn điện), nhưng khi VAK đạt đền một trị số nào đó (tùy thuộc vào từng SCR) gọi là điện thế quay về VBO thì điện thế VAK tự động sụt xuống khoảng 0,7V như diode thường. Dòng điện tương ứng bây giờ chính là dòng điện duy trì IH. Từ bây giờ, SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện và có đặc tuyến gần giống như diode thường. Nếu ta tăng nguồn VGG để tạo dòng kích IG, ta thấy điện thế quay về nhỏ hơn và khi dòng kích IG càng lớn, điện thế quay về VBO càng nhỏ. * Các thông số của SCR: - Dòng thuận tối đa: Là dòng điện anod IA trung bình lớn nhất mà SCR có thể chịu đựng được liên tục. Trong trường hợp dòng lớn, SCR phải được giải nhiệt đầy đủ. Dòng thuận tối đa tùy thuộc vào mỗi SCR, có thể từ vài trăm mA đến hàng trăm Ampere. - Điện thế ngược tối đa: Đây là điện thế phân cực nghịch tối đa mà chưa xảy ra sự hủy thác (breakdown). Đây là trị số VBR ở hình trên. SCR được chế tạo với điện thế nghịch từ vài chục volt đến hàng ngàn volt. - Dòng chốt (latching current): Là dòng thuận tối thiểu để giữ SCR ở trạng thái dẫn điện sau khi SCR từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn. Dòng chốt thường lớn hơn dòng duy trì chút ít ở SCR công suất nhỏ và lớn hơn dòng duy trì khá nhiều ở SCR có công suất lớn. - Dòng cổng tối thiểu (Minimun gate current): Như đã thấy, khi điện thế VAK lớn hơn VBO thì SCR sẽ chuyển sang trạng thái dẫn điện mà không cần dòng kích IG. Tuy nhiên trong ứng dụng, thường người ta phải tạo ra một dòng cổng để SCR dẫn điện ngay. Tùy theo mỗi SCR, dòng cổng tối thiểu từ dưới 1mA đến vài chục mA. Nói chung, SCR có 83 công suất càng lớn thì cần dòng kích lớn. Tuy nhiên, nên chú ý là dòng cổng không được quá lớn, có thể làm hỏng nối cổng-catod của SCR. - Thời gian mở (turn – on time): Là thời gian từ lúc bắt đầu có xung kích đến lúc SCR dẫn gần bảo hòa (thường là 0,9 lần dòng định mức). Thởi gian mở khoảng vài μS. Như vậy, thời gian hiện diện của xung kích phải lâu hơn thời gian mở. - Thời gian tắt (turn – off time): Để tắt SCR, người ta giảm điện thế VAK xuống 0Volt, tức dòng anod cũng bằng 0. Thế nhưng nếu ta hạ điện thế anod xuống 0 rồi tăng lên ngay thì SCR vẫn dẫn điện mặc dù không có dòng kích. Thời gian tắt SCR là thời gian từ lúc điện thế VAK xuống 0 đến lúc lên cao trở lại mà SCR không dẫn điện trở lại. Thời gian này lớn hơn thời gian mở, thường khoảng vài chục μS. Như vậy, SCR là linh kiện chậm, hoạt động ở tần số thấp, tối đa khoảng vài chục KHz. - Tốc độ tăng điện thế dv/dt:Ta có thể làm SCR dẫn điện bằng cách tăng điện thế anod lên đến điện thế quay về VBO hoặc bằng cách dùng dòng kích cực cổng. Một cách khác là tăng điện thế anod nhanh tức dv/dt lớn mà bản thân điện thế V anod không cần lớn. Thông số dv/dt là tốc độ tăng thế lớn nhất mà SCR chưa dẫn, vượt trên vị trí này SCR sẽ dẫn điện. Lý do là có một điện dung nội Cb giữa hai cực nền của transistor trong mô hình tương đương của SCR. dòng điện qua tụ là: dt dV Ci bcb  Dòng điện này chạy vào cực nền của T1. Khi dV/dt đủ lớn thì icb lớn đủ sức kích SCR. Người ta thường tránh hiện tượng này bằng cách mắc một tụ C và điện trở R song song với SCR để chia bớt dòng icb. - Tốc độ tăng dòng thuận tối đa di/dt: Đây là trị số tối đa của tốc độ tăng dòng anod. Trên trị số này SCR có thể bị hư. Lý do là khi SCR chuyển từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn, hiệu thế giữa anod và catod còn lớn trong lúc dòng điện anod tăng nhanh khiến công suất tiêu tán tức thời có thể quá lớn. Khi SCR bắt đầu dẫn, công suất tiêu tán tập trung ở gần vùng cổng nên vùng này dễ bị hư hỏng. Khả năng chịu đựng của di/dt tùy thuộc vào mỗi SCR. 1.2.3. Phương pháp đọc, đo và kiểm tra SCR * Nhận dạng các linh kiện bằng mã chữ cái Mã sốghi trênthân SCR dùng cho việc tra cứu: 84 - BR....... - BRX......... - Bry.......... - BT........ - BTW..... - C............. - ESM........ - MCR.... - RTJ...... - S............. - TAG......... - TD...... - TIC...... - 2N......... - 10.... Phía sau các dấu chấm là các mã số sản xuất của hảng, căn cứ vào đó ta tra cứu sổ tay linh kiện để biết được dòng, áp hoạt động của SCR một cách chính xác. Hình 6.11: Một số hình dạng thực tế của SCR * Xác định cực tính và kiểm tra chất lượng SCR - Xác định cực tính và kiểm tra chất lượng SCR bằng VOM Hình 6.12: Sơ đồ xác định cực tính và kiểm tra chất lượng SCR bằng VOM Vặn đồng hồ VOM ở thang đo Rx1 để có dòng chảy trên dây đo lớn. Khi đặt dây đỏ trên chân K (cho bơm dòng vào chân K) và dây đen trên chân Anode (cho hút dòng ra trên chân A), kim sẽ không lên vì không có dòng chảy qua SCR. 85 Bây giờ "tìm cách" cho chân cổng G chạm nhẹ vào chân Anode, kim sẽ lên, SCR đã vào trạng thái dẫn điện, và lúc này cho bỏ chân cổng ra khỏi chân Anode, kim vẫn tiếp tục lên, do khi SCR đã dẫn điện nó có tính tự giữ nên tiếp tục dẫn điện là SCR tốt. Còn lúc này cho bỏ chân cổng ra khỏi chân Anode, kim không lên,SCR không có tính tự giữ là SCR hư. - Xác định cực tính và kiểm tra chất lượng SCR bằng mạch thử SCR Hình 6.13: Sơ đồ kiểm tra chất lượng SCR bằng mạch thử - Ráp sẵn mạch gồm nguồn pin 9V, điện trở 470 , 10k, led và ba trạm cắm để cắm SCR thử. - Khi ta bấm công tắc S rồi buông ra thì đèn led vẫn luôn sáng  SCR tốt Cách xác định đúng ba chân A,G,K của SCR bất kỳ không nằm trong dạng quy chuẩn: - Cách đo kiểm tra SCR như trình bày ở trên là ta đã xác định đúng ba chân A,G,K, - Nếu gặp SCR của hảng sản xuất không quen thuộc  ta phải xác định đúng ba chân A,G,K. Để thực hiện việc xác định ba chân ta mô tả: Hình 6.14. Cấu trúc SCR gồm 3 lớp bán dẫn như hình vẽ Thấy ngay lớp P-N ở hai chân G,K đo giống như diode bình thường Đặc điểm chân A,G,K như sau - Số ohm giữa hai chân G và K rất bé: Nếu dùng đồng hồ kim nội trở thấp đo rất khó phát hiện, nếu dùng đồng hồ kim nội trở lớn hơn 10K, ta văn thang Rx1 đo hai lần rồi đổi que đo, ứng với chiều kim lên nhiêu hơn ( số ohm nhỏ hơn) thì que đỏ chỉ cực K và que đen chỉ cực G - Số  đo giữa chân A với K rất bé và A với G rất lớn > K 1.3. Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển động cơ AC 1.3.1. Sơ đồ mạch 86 Hình 6.15. Mạch điều khiển động cơ AC 1.3.2. Chức năng linh kiện trong mạch - Tải có thể là động cơ DC hay động cơ vạn năng. - SCR là linh kiện điện tử công suất đề ngắt dòng hay cấp dòng điện qua động cơ. - Điốt D trong mạch dùng để nắn bán kỳ dương nạp vào tụ, tạo điện áp kích cho cực G của SCR. - Tụ C=1F kết hợp điện trở lk và biến trở VR 50 k thành mạch nạp RC để tạo thời gian trễ. - Biến trở VR chỉnh hằng số thời gian nạp: Khi chỉnh nối tắt biến trở VR, hằng số thời gian nạp là: min = R.C = 103 . 10-6 = ms Khi chỉnh biến trở VR có giá trị cực đại, hằng sô thời gian nạp là: max = (R+ VR) . C = 51. 103 . 10-6 = 51 ms 1.3.3. Nguyên lý hoạt động Giả thiết điện áp cấp cho cực G đủ để kích SCR dẩn là VG=1V, dòng điện kích IG=1mA. Lúc đó, cũng có dòng điện qua điện trở1k là IR= 1mA, Dòng điện qua điện trở 4,7 kQ là: I = IG + IR = 1 mA + lmA = 2 mA Như vậy, để có thể kích SCR dẫn, điện áp trên tụ C phải đạt mức: VC = 2 .10-3 . 4,7 . 103 + VG = 9,4 + 1 = 10,4 V Tùy thuộc trị số của biến trở VR mà hằng số thời gian nạp điện của tụ lớn hay nhỏ sẽ cho ra thời gian nạp để đạt được điện áp VC= 10.4V dài hay ngắn. Thời gian nạp dài, SCR được kích trễ, dòng điện qua động cơ nhỏ, động cơ quay với tốc độ thấp. Ngươc lại, thời gian nạp ngắn, SCR được kích sớm dòng điện qua động cơ lớn, động cơ quay với tốc độ cao. Như vậy, biến trở VR có tác dụng điều chỉnh tốc độ động cơ nhờ thay đổi hằng số thời gian nạp của tụ Nhờ có tụ C nạp điện tạo thời gian trễ, nên góc kích cho SCR dẫn có thể điều chính từ 00 đến 1800 87 1.3.4. Lắp ráp mạch 1.3.4.1. Xây dựng quy trình T T Nội dung thực hiện Yêu cầu kỹ thuật TB-DC-VT Chú ý 1 Chọn, kiểm tra linh kiện. - C: 224, VR: 250 kΩ, R1,3: 1kΩ, R2: 4,7kΩ. - Diode(1n4007), SCR(2P4M), động cơ AC. - Kiểm tra các linh kiện phải còn tốt. - VOM, ĐC - Tụ điện, điện trở, biến trở. - SCR, diode - Chính xác. - Cẩn thận. 2 Bố trí linh kiện lên test board. - Dựa vào sơ đồ nguyên lý để bố trí. - Linh kiện bố trí không được chồng chéo lên nhau. - Bố trí phù hợp để thuận tiện khi đấu dây. - Test board - Kìm, diode - SCR, R,C VR, ĐC - Chính xác. - Chắc chắn. - Thẫm mỹ. 3 Đấu dây. - Đấu dây đúng sơ đồ mạch điện. - Đi dây gọn, đảm bảo sự kết nối, dẽ sữa chửa. - Kìm - VOM - Dây điện - Chính xác. - Cực tính. - Chắc chắn. - Thẩm mỹ. 4 Kiểm tra, cấp nguồn và đo các thông số kỹ thuật. - Kiểm tra mạch hoạt động tốt - Cấp nguồn (UAC). - Đo điện áp trên chân UC, UG, IG, IR - Kìm - VOM - Dây điện - Chính xác. - Cẩn thận. 1.3.4.2. Lắp ráp Lắp ráp mạch theo quy trình: Bước 1: Chọn, kiểm tra linh kiện. Bước 2: Bố trí linh kiện lên test board. Bước 3: Đấu dây. Bước 4: Kiểm tra, cấp nguồn và đo các thông số kỹ thuật. 1.3.4.3. Vận hành Cấp nguồn cho mạch hoạt động, đo các thông số. UAC(V) 12 24 220 UC(V) – min (điều chỉnh VR) UC(V) – max (điều chỉnh VR) IG(mA) – min (điều chỉnh VR) IG(mA) – max (điều chỉnh VR) 88 2. Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển động cơ dùng TRIAC 2.1. TRIAC 2.1.1. Cấu tạo, ký hiệu, sơ đồ chân, hình dáng TRIAC 2.1.1.1. Cấu tạo TRIAC Hình 6.16: Cấu tạo và mạch tương đương của Triac Gồm các lớp bán dẫn ghép nối như hình vẽ và được nối ra ngoài bằng 3 chân gồm: MT1, MT2 và chần điều khiển G Về nguyên lý có thể coi triac như 2 SCR ghép song song nhưng ngược chiều nhau 2.1.1.2. Ký hiệu TRIAC Hình 6.17: Ký hiệu của Triac 2.1.1.3. Sơ đồ chân, hình dáng TRIAC Hình 6.18. Sơ đồ chân, hình dáng TRIAC 2.1.2. Nguyên lý hoạt động của TRIAC 89 Theo cấu tạo của triac ở trên, triac sẽ được kích mở cho dòng điện chạy qua khi điện áp MT2 và G cùng dấu nghĩa là: MT2 dương và G dương so với MT1 MT2 âm và G âm so với MT1 Ngoài ra Mt2 và G trái dấu triac cũng có thể được kích mở được: MT2 dương và G âm so với MT1 Có dòng điện MT2 âm và G dương so với MT1 Không có dòng điện  Loại này goi là loại điều khiển trái dấu âm MT2 dương và G âm so với MT1 Không có dòng điện MT2 âm và G dương so với MT1 Có dòng điện  Loại này goi là loại điều khiển trái dấu dương Đặc tuyên Von – Ampe của Triac Hình 6.19: Đặc tuyên Von – Ampe của Triac Đặc tính Volt-Ampere của TRIAC bao gồm hai đoạn đặc tính ở góc phần tư thứ nhất và thứ ba (hệ trục Descartes), mỗi đoạn đều giống như đặc tính thuận của một thyristor. TRIAC có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn xung âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển). Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là để mở được TRIAC sẽ cần một dòng điều khiển 90 âm lớn hơn so với dòng điều khiển dương. Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua TRIAC thì sử dụng dòng điện dương là tốt hơn cả. 2.1.3. Phương pháp đọc, đo và kiểm tra TRIAC Cách 1: Ở phương pháp này chúng ta sẽ sử dụng đồng hồ vạn năng để kiểm tra tình trạng của triac. Đầu tiên điều chỉnh công tắc đồng hồ ở thang đo điện trở cao (100K), sau đó nối que đo dương của đồng hồ với chân MT1 của triac và que đo âm tới chân MT2 của triac (bạn có thể đảo ngược lại kết nối). Kim đồng hồ sẽ lên và cho kết quả điện trở cao. Tiếp tục chuyển công tắc chọn sang thang đo điện trở thấp, kết nối MT1 và cổng G với que đo dương và MT2 với que đo âm của đồng hồ. Kim đồng hồ sẽ cho kết qủa điện trở thấp. Nếu bạn thực hiện đúng với các buớc trên thì triac còn hoạt động tốt. Tuy nhiên phương pháp trên không áp dụng cho những triac yêu cầu điện áp cổng và dòng cao để kích hoạt. Hình 6.20 Cách đo, kiểm tra triac. Cách đo kiểm tra Triac, cũng làm giống như cách đo của Tirixto, trong cách đo Triac, khi đảo chiều Triac, và cho kích cực điều khiển, nó cũng sẽ vào trạng thái dẫn điện, trong khi đó thì SCR lại không dẫn điện. Bước 1: Khi cực khiển (G) để hở, đo điện trở hai cực A1, A2 thì kim đồng hồ đều không lên (chỉ vô cùng). Bước 2: Đặt que đen của Ôm kế vào cực A2, que đỏ vào cực A1, kim không lên, cho cực G chạm nhẹ vào cực A2 thì kim lên; lúc này để hở cực G kim vẫn lên vì có tính tự giữ. Bước 3: Đảo ngược Triac, que đỏ đặt cực A2, que đen đặt cực A1, cho cực G chạm nhẹ vào cực A1, kim lên, sau đó để hở cực G kim vẫn lên. Như vậy Triac dẫn điện theo cả hai chiều khi cực khiển có điện áp thích hợp. Khác với kết quả trên thì Triac bị hỏng. Cách 2: A1 A2 G 91 Đây là một cách khác kiểm tra triac. Hầu như tất cả các loại triac đều có thể kiểm tra bằng mạch này. Mạch được sắp xếp khá đơn giản. Sơ đồ kết nối triac với mạch điện được biểu diễn trong sơ đồ mạch bên dưới . Luôn để công tắc S2 ON, Đèn không sáng. Tiếp theo nhấn nút nhấn S1. Đèn sáng cho biết công tắc của triac ON. Khi bạn nhả nút ấn, bạn thấy đèn tắt. Nếu các bạn làm đúng với các bước trên, Triac còn hoạt động tốt. 2.2. Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển động cơ dùng TRIAC 2.2.1. Sơ đồ mạch Hình 6.21 Mạch điều khiển động cơ 2.2.2. Chức năng linh kiện trong mạch R1, VR: Dẫn dòng nạp cho tụ điện C, VR vừa có tác dụng thay đổi thời gian nạp xả cho tụ điện C để thay đổi tốc độ làm việc của động cơ. C: Phóng nạp tạo điện áp ngưỡng để mở DIAC. DIAC: Dẫn dòng vào cực điều khiển của TRIAC. TRIAC: giống như một công tắc đóng mở để dẫn dòng vào động cơ. L: Tải (thiết bị cần điều khiển) UV: Nguồn cấp xoay chiều. 2.2.3. Nguyên lý hoạt động Khi cấp nguồn điện áp xoay chiều hình sin : Giả sử ½ chu kỳ đầu điện áp vào dương (+trên, - dưới)  tụ điện C được nạp điện Inạp (+UV R1 VR C -UV). Khi 92 tụ điện C nạp đầy  DIAC dẫn cho dòng vào cực điều khiển của TRIAC qua điện trở RG  TRIAC dẫn và cho dòng qua động cơ (+UV T2TRIAC T1TRIAC Đ/c -UV). ½ chu kỳ sau điện áp vào âm (-trên, +dưới)  tụ điện C được nạp điện Inạp (+UV  C VR  R1 -UV). Khi tụ điện C nạp đầy  DIAC dẫn cho dòng vào cực điều khiển của TRIAC qua điện trở RG  TRIAC dẫn và cho dòng qua động cơ (+UV  Đ/c T1TRIAC  T2TRIAC -UV). Muốn cho động cơ quay nhanh hay quay chậm  ta điều chỉnh cho TRIAC mở lớn hay mở nhỏ  ta điều chỉnh cho DIAC mở lớn hay mở nhỏ  thay đổi thời gian nạp xả của tụ điện C  điều chỉnh biến trở VR nhỏ hay lớn. 2.2.4. Lắp ráp mạch 2.2.4.1. Xây dựng quy trình T T Nội dung thực hiện Yêu cầu kỹ thuật TB-DC-VT Chú ý 1 Chọn, kiểm tra linh kiện. - C1 : 224, C2: 104, VR: 250 kΩ, R1: 10kΩ, R2: 270Ω. - DIAC(DB3), TRIAC (BATA12, BT134, BT137), động cơ AC. - Kiểm tra các linh kiện phải còn tốt. - VOM, ĐC - Tụ điện, điện trở, biến trở. - Triac, Diac - Chính xác. - Cẩn thận. 2 Bố trí linh kiện lên test board. - Dựa vào sơ đồ nguyên lý để bố trí. - Linh kiện bố trí không được chồng chéo lên nhau. - Bố trí phù hợp để thuận tiện khi đấu dây. - Test board - Kìm, diode - Triac, R,C VR,diac - Chính xác. - Chắc chắn. - Thẫm mỹ. 3 Đấu dây. - Đấu dây đúng sơ đồ mạch điện. - Đi dây gọn, đảm bảo sự kết nối, dẽ sữa chửa. - Kìm - VOM - Dây điện - Chính xác. - Cực tính. - Chắc chắn. - Thẩm mỹ. 4 Kiểm tra, cấp nguồn và đo các thông số kỹ thuật. - Kiểm tra mạch hoạt động tốt - Cấp nguồn (UAC). - Đo điện áp trên chân UC1, UG, IG - Kìm - VOM - Dây điện - Chính xác. - Cẩn thận. 2.2.4.2. Lắp ráp Lắp ráp mạch theo quy trình: Bước 1: Chọn, kiểm tra linh kiện. Bước 2: Bố trí linh kiện lên test board. 93 Bước 3: Đấu dây. Bước 4: Kiểm tra, cấp nguồn và đo các thông số kỹ thuật. 2.2.4.3. Vận hành Cấp nguồn cho mạch hoạt động, đo các thông số. UAC(V) 12 24 220 UC1(V) – min (điều chỉnh VR) UC1(V) – max (điều chỉnh VR) IG(mA) – min (điều chỉnh VR) IG(mA) – max (điều chỉnh VR) CÂU HỎ ÔN TẬP Câu 1: Trình bày cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý của DIAC, SCR, TRIAC? Câu 2: Trình bày phương pháp đo, đọc, kiểm tra SCR, DIAC, TRIAC? Câu 3: Phân tích được chức năng, nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển động cơ dùng SCR? Câu4: Phân tích được chức năng, nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển động cơ dùng DIAC, TRIAC? 94 BÀI 7: THIẾT KẾ MẠCH IN – HÀN LINH KIỆN Giới thiệu: Trong thực tế khi sửa chữa các thiết bị điện tử thì tháo ráp hàn linh kiện không thể thiếu và thậm chí phải thiết kế lại mạch nên đây là một bài tập không thể thiếu đối với sinh viên học tất cả nghề điện. Mục tiêu: Sau khi học xong bài này người học có khả năng: - Trình bày được phương pháp hàn và tháo linh kiện. - Thiết kế được mạch in trên giấy. - Làm mạch in. - Lắp ráp, hàn linh kiện lên mạch in vừa thiết kế. - Rèn luyện tính nghiêm túc, cẩn thận, chính xác và khả năng làm việc nhóm trong công việc. Nội dung: 1. Phương pháp hàn và tháo linh kiện 1.1. Phương pháp hàn 1.1.1 Dụng cụ hàn Dụng cụ hàn bao gồm: Mỏ hàn và đế mỏ hàn. 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. Hình 7.1. Mỏ hàn và đế mỏ hàn.  Cách sử dụng mỏ hàn: 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. 95 - 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. - 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. 1.1.2. Chì hàn Chì hàn được sử dụng để kết nối mối hàn. Hình 7.2. Chì hàn. - Chì hàn dùng trong quá trình lắp ráp các mạch điện tử là loại chì hàn dễ nóng chảy, 96 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 - 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. 1.1.3. Nhựa thông 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. Hình 7.3. 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. 1.1.4. Kềm cắt 97 Hình 7.4. Kềm cắt  Công dụng: - Cắt chân linh kiện trong quá trình hàn mạch. - Cắt các đoạn dây chì. - Cắt dây dẫn nối mạch.  Lưu ý: - Mỗi loại kềm cắt chỉ cắt được dây dẫn có đường kính tối đa thích hợp. - Nếu dùng các loại kềm cắt nhỏ để cắt các vật dụng có đường kính quá lớn có thể làm hư hỏng kềm. 1.1.5. Kềm mỏ nhọn Hình 7.5. Kềm mỏ nhọn 98  Công dụng: - Dùng để giữ các đoạn dây đồng (khi xi chì). - Dùng để giữ các chân linh kiện khi hàn. - Dùng để giữ các đoạn dây. - Dùng để bóc vỏ dây dẫn.  Lưu ý: - Không dùng kềm mỏ nhọn để bẻ các vật cứng vì nó có thể gây hỏng kềm (nên dùng kềm kẹp mỏ bằng để bẻ hay uốn các vật cứng). - Không dùng kềm này như búa. Vì điều này sẽ làm cho kềm mỏ nhọn bị cứng khi mở ra hay đóng lại, gây khó khăn khi sử dụng. 1 . 1 . 6 . 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: - 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. 1.1.7. Phương pháp hàn và tháo hàn 1.1.7.1 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 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 99 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 7.6 xi chì lên dây đồng trước khi hàn 1.1.7.2. Hàn nối hai đầu dây dẫn 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, mối hàn này khó thực hiện và có độ bền cơ kém hơn các kiểu khác. Hình 7.7: Mối ghép nối 1.1.7.3. Mối hàn ghép song song 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 100 nhất là 5mm rồi tăng dần theo trình độ. Hình 7.8: Mối ghép song song 1.1.7.4. Mối hàn ghép vuông góc Mối hàn đạt yêu cầu phải tạo chì bám xung quanh điểm đặt hai dây dẫn vuông góc. Hình 7.9: Mối ghép vuông góc 1.1.8. Hàn mạch in 1.1.8.1. Kỹ thuật hàn xuyên lỗ Kỹ thuật hàn xuyên lỗ được thực hiện theo các bước sau: 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 101 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. Hình 7.10 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.  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 102 Sử dụng dây đồng 1mm để hàn mắc lưới 10x10 cm (kích cỡ mỗi mắc lưới là 1x1 cm) Hình 7.12 hàn mắc lưới 10x10 cm 1.1.8.2. Kỹ thuật hàn IC dán 1.1.8.2.1. Những dụng cụ cần thiết  Dụng cụ yêu cầu - Mỏ hàn. - Chì hàn. - Nhựa thông. - Panh gắp linh kiện. - Board mạch SMD Hình 7.13 board mạch SMD - Các linh kiện SMD 1.1.8.2.2. Hàn điện trở dán, tụ dán  Thực hiện Bước 1: Xi chì hàn lên một điểm hàn trên mạch. Chú ý không xi chì hàn lên nhiều 103 điểm hàn. Làm như vậy tránh việc nhiều chì hàn dễ đội linh kiện lên gây mất thấm mỹ. Hình 7.14 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 7.15 linh kiện được cố định 1 đầu 1.1.8.2.3 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. Bước 2: Hàn 2 chân ở hai góc của linh kiện để cố định. 104 Hình 7.16 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. Nhựa thông sẽ làm mối hàn bóng đẹp và làm sạch bụi củng như chống oxy hóa sau khi hàn. Hình 7.17 phủ nhựa thông lên chân linh kiện Bước 4: Tiếp theo là hàn tất cả các chân còn lại của linh kiện. Hình 7.18 hàn các chân linh kiện 105 Bước 5: Dùng dây hút chì nhúng vào nhựa thông 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 7.19 dây hút chì Sau khi hút xong chì ta được kết quả như sau. Hình 7.20 IC sau khi hàn xong 1.1.9. Phương pháp xử lý mạch sau hàn 1.1.9.1. 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. 1.1.9.2. 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. 1.2. Tháo linh kiện Loại bỏ mối hàn và linh kiện 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. 106 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 7.21: Hút chì 2. Thiết kế mạch in – Hàn linh kiện 2.1. Thiết kế mạch in 2.1.1. Một số quy tắc khi thiết kế mạch in - Đơn giản hóa sơ đồ nguyên lý - Các linh kiện phải có chổ hàn chân riêng. Không hàn 2 linh kiện lên cùng 1 lỗ - Đường mạch in có thể đi vào giữa 2 chân linh kiện nhưng 2 linh kiện không được nằm chồng chéo lên nhau - Các đường mạch trên sơ đồ nguyên lý giao nhau nhưng không tiếp xúc với nhau thì trên sơ đồ mạch in phải được thiết kế sao cho chúng không giao nhau - Thiết kế được sơ đồ mạch in theo yêu cầu bố trí linh kiện 2.1.2. Thiết kế mạch in trên phần mềm máy tính Trong bài này, chúng ta hãy thiết kế mạch điện dao động dùng IC LM555 sau đây bằng phần mềm trên máy tính. Hình 7.22 mạch dao động dùng IC 555 107 2.1.2.1 Sơ đồ bố trí linh kiện Hình 7.23 bố trí linh kiện 2.1.2.2 Sơ đồ mạch in Hình 7.24 sơ đồ đường mạch in Hiện nay trong giới sinh viên và làm nghề có rất nhiều cách vẽ để tạo mạch in đẹp như: - In lụa. - Vẽ tay bằng bút lông. - Vẽ tay bằng cọ sơn. 108 - Chụp tia cực tím bằng chất cảm quang. - In vi tính mực laser trên giấy láng, rồi ủi nóng lên mạch in cho mực từ giấy dính qua bản đồng, rửa bằng nước cho giấy tróc ra 2.1.2.3. Chế tạo mạch in Chuẩn bị thiết bị vật tư. Board đồng hay còn gọi là mạch in, phím đồng... Testboard. Thuốc rửa sắt 2 clorua (Fe2Cl3). Mạch in đã được in sẵn trên giấy. Bút lông dầu. Bàn ủi. Cưa. Dùng khoan tay cho dễ khoan. Axeton hoặc cồn. Thước kẻ. Khay nhựa dùng để rửa Board đồng. 2.1.3 Thiết kế mạch in trên giấy 2.1.3.1. Vẽ bằng tay  Bắt đầu. Sau khi đã có mạch in thiết kế trên các phần mềm vẽ mạch thì ta sẽ dựa vào đó để vẽ mạch lên phôi PCB. Đối với các board mạch có những linh kiện nhiều hơn 2 chân, thì khi làm mạch ta phải Mirror mạch điện, bằng cách dùng phần mềm in ảo để in ra file .pdf. Các tùy chọn khi in dùng phấn mềm Orcad Layout. Hình 7.25 cửa sổ in file.pdf 109 Sau đó, dùng phần mềm in ảo Microsoft Office để tạo file.pdf Hình 7.26 cửa sổ in file.pdf Kết quả Hình 7.27 Sơ đồ mạch in sau khi mirror 110 Đầu tiên chúng ta cần sử dụng một bản Testboard để đánh dấu các điểm sẽ khoan mạch vì nó có sẵn lỗ cố định để chúng ta đánh dấu chuẩn khoảng cách, đảm bảo gắn vừa linh kiện (nhất là IC). Hình 7.28 Testboard Đặt cố định PCB lưới lên phôi PCB cần vẽ mạch. Hình 7.29 Dùng bút lông để chấm lỗ xác định tại những vị trí của linh kiện cần thiết ứng với vị trí lỗ của testbord . Hình 7.30 Bút lông dầu 111 Để đánh dấu các chân linh kiện một cách chính xác, ta dựa vào sơ đồ mạch in đã Mirror, tránh trường hợp đặt các linh kiện gần nhau vì có thể gây ra lỗi linh kiện chồng lên nhau, kết quả sau khi được đánh dấu. Hình 7.31 Sau khi đã định vị các chân linh kiện, ta dùng bút lông dầu vẽ các chân linh kiện theo dưới đây. Hình 7.32 Tiếp theo ta dùng thước kẽ để vẽ các đường dây dẫn để nối các chân linh kiện cần nối theo sơ đồ mạch điện. Hình 7.33 Mạch sau khi vẽ 112 Sau khi hoàn thành công đoạn chấm, vẽ, kẻ thì kiểm tra lại theo sơ đồ tạo ra từ phần mềm (đã nhắc ở trên), nếu chỗ nào sai cần dùng bông gòn (hay dùng vệ sinh tai mũi) tẩm cồn hoặc axeton để tẩy và vẽ lại hình. Hình 7.34 Cồn hoặc axeton Bây giờ chúng ta ngâm PCB vào dung dịch Fe2Cl3 (dùng bột sắt pha với nước). Chú ý vừa ngâm vừa lắc cho tốc độ tan lớp mạ đồng diễn ra nhanh hơn. Hình 7.35. Rửa mạch bằng Fe2Cl3 Mạch sau khi đả rửa hết lớp đồng. 113 Hình 7.36. Mạch in sau khi rửa Phần mạch in là lớp đồng không bị hòa tan nằm dưới lớp mực mà ta đã vẽ. Tiếp theo dùng axeton hoặc cồn. Tẩm axeton vào bông gòn và lau mạch cho sạch lớp mực. Cuối cùng chúng ta dùng khoan để khoan lỗ mạch, hàn linh kiện và test bord mạch. Hình 7.37 Các bước thực hiện một tấm mạch in đã in sẵn. Phương pháp này là dùng mạch đã được in sẵn trên giấy, sau đó đặt lên phím đồng và dùng bàn ủi để ủi, lúc này do tác dụng nhiệt làm nóng chảy mực in trên giấy và dính vào phím đồng. Bước 1: Tạo filemạch in và in trên giấy. Dùng các phần mềm vẽ mạch để thiết kế mạch in như Orcad, Proteus và xuất ra file ảnh file mạch in đã hoàn thành. Sau khi xuất ra file ảnh, ta đem đi in ra giấy. 114 Hình 7.38 File layout dùng để in mạch Bước 2: Tạo mạch in trên board đồng. - Cắt phần mạch in trên giấy cho sát kích thước cần làm. - Cắt một tấm board đồng bằng với kích thước trên. - Úp phần giấy phía mực đè lên mặt đồng. Làm sao cho vừa vặn, đừng chà qua chà lại. Để cả hai lên một tấm gỗ phẳng hay vật gì khác để làm đế. - Bàn ủi cắm điện và để mức nóng cao nhất. - Đặt bàn ủi đè lên lớp giấy và tấm đồng ban nãy. Đè mạnh và cố định tại chỗ trong khoảng 30 giây cho lớp keo trong mực in chảy ra và bám dính vào mặt đồng. - Miết bàn ủi đều trên diện tích board để đảm bảo tất cả mực in đều bị nóng chảy. Thời gian còn tùy vào kích thước board, độ nóng và lực miết. - Để board chỗ thoáng cho nguội đi hoàn toàn. Hình 7.39 Dùng bàn là để ủi mạch Bước 3: Gỡ lớp giấy in. - Pha một thau nước xà phòng đủ để ngâm phủ toàn bộ board. - Bỏ board vào ngâm khoảng 20 phút. 115 Hình 7.40 Ngâm mạch trong xà phòng - Lấy board ra. Lúc này lớp giấy sẽ bị phân hủy và tróc ra. Hình 7.41 Mạch sau khi ngâm xà phòng - Dùng tay gỡ nhẹ lớp giấy cho đến khi giấy trên bề mặt mạch in hết sạch Hình 7.42 Mạch sau khi gỡ giấy Do trong quá trình gỡ và ủi có nhiều chỗ mạch bị xước khơng có mực nên ta dùng bút lông dầu tô lại những chỗ nào không có mực để khi làm xong mạch không bị rỗ hay bị đứt mạch. Bước 4: Rửa mạch in: Dùng thuốc rửa pha với nước. Sau khi pha xong thì ta cho mạch in vào dung dịch này sau đó lắc đều cho mạch in bị ăn hết lớp đồng không cần thiết ra. 116 Hình 7.43 Rửa mạch in Khi lớp đồng bị ăn hết, ta lấy ra rửa sạch bằng nước và để cho khô hoặc sấy khô, dùng giấy nhám nhuyễn chà lớp mực in trên board cho sạch. Hình 7.44 Mạch sau khi rửa Fe2Cl3 Bước 5: Khoan mạch in: Dùng khoan tay để khoan (có thể dùng khoan máy) với các linh kiện thường như trở, tụ, IC thì ta dùng mũi 0.8mm còn đối với IC 78xx, triac... thù ta dùng mũi 1.2mm. Hình 7.45 Mạch in đã được khoan lỗ 117 Bước 6: Hàn linh kiện và test mạch: Sau khi làm xong tất cả các bước thì ta tiến hành hàn linh kiện và test mạch. 2.1.3.2. Thực hành hoàn thiện mạch in Sau khi vẽ hoàn chỉnh sơ đồ mạch in trên giấy, chúng ta bước sang giai đoạn thực hiện mạch in. Trình tự thực hiện tiến hành theo các bước sau: Bước 1: Dùng giấy nhám nhuyễn đánh sạch lớp oxit hóa đang bám trên tấm mạch in (phía có tráng lớp đồng), trước khi vẽ các đường mạch. Bước 2: Tạo đường mạch in trên mặt đồng có các phương pháp sau: - In mạch in đã vẽ ra giấy để in lụa hoặc ép nhiệt để tạo mạch in trên đồng. - Dùng viết lông có dung môi acetone để vẽ nối các đường mạch trên mặt đồng (dựa theo các điểm pointou vừa định vị và sơ đồ mạch đã vẽ trước trên giấy). Trong khi vẽ ta chú ý, có hai phương pháp để vẽ điểm pad hàn trên mạch in. Điểm pad hàn có thể vẽ theo hình tròn hoặc hình vuông. Thông thường điểm pad tròn dễ thực hiện nhưng lại kém tính mỹ thuật hơn điểm pad vuông.Muốn thực hiện điểm pad vuông, ta có thể dùng viết tô rộng (quanh vị trí cần tạo điểm pad vuông), sau đó dùng đầu mũi dao nhọn và thước kẻ tỉa bớt mực để duy trì một vùng mực bám hình vuông cho điểm pad cần thực hiện. Công việc này đòi hỏi nhiều thời gian và sự tỉ mỉ khi thực hiện. - Sau khi đã tạo các đường mạch trên mặt đồng của mạch in, ta quan sát xem có vị trí nào bị vẽ không liền nét, độ đậm của các đường phải đều nhau, đồng thời không bỏ sót đường mạch nào cả. Trong trường hợp cần thiết, sinh viên phải chờ cho mực khô hẳn rồi đồ lại một lần nữa. Bước 3: Sau khi vẽ hoàn chỉnh, sinh viên chờ khô mới mang mạch in nhúng vào thuốc tẩy. Hóa chất tẩy sẽ ăn mòn lớp đồng tại các vị trí không bám mực và sẽ để nguyên lớp đồng tại các vị trí được bao phủ bằng các đường vẽ mực. Khi nhúng mạch in trong thuốc tẩy, muốn phản ứng hóa học xảy ra nhanh, cần thực hiện các thao tác sau để tăng tốc độ phản ứng: - Lắc tấm mạch trong chậu thuốc. - Nên đặt chậu thuốc tẩy nơi có ánh sáng mặt trời để tăng cường tốc độ phản ứng nhờ hiệu ứng quang. - Nếu thuốc tẩy được nung nóng khoảng 50oC thì thời gian tẩy sẽ nhanh hơn khi thuốc tẩy có nhiệt độ thấp (bằng nhiệt độ môi trường). Bước 4: Sau khi tẩy xong các phần đồng không cần thiết, nên ngâm mạch vào trong nước lã và dùng giấy nhám nhuyễn chà sạch các đường mực đã vẽ. Công việc sẽ chấm dứt khi các đường mạch được đánh bóng và sáng. Trước khi dùng nhựa thông lỏng phủ bảo vệ lớp đồng, ta dùng khoan (đường kính lưỡi khoan khoảng 0,8 -1mm) để khoan các lỗ ghim linh kiện. Trong một vài trường hợp, ta có thể dùng máy dập bấm lỗ thay vì khoan. Tuy nhiên, lỗ dập không tròn và khi 118 dập dễ làm mẻ lớp bakelite nhưng tốc độ thi công nhanh hơn, và dễ thao tác hơn phương pháp khoan. Bước 5: Sau khi khoan (hay dập) lỗ xong, cần đánh sơ lại một lần mạch in (phía có các đường đồng) bằng giấy nhám nhuyễn, làm sạch lớp oxit hóa lần cuối rồi mới nhúng tấm mạch vào dung dịch nhựa thông pha với xăng và dầu lửa. Khi nhúng xong mạch, để ráo và phơi khô lớp sơn phủ rồi mới hàn linh kiện lên mạch. Chọn mũi khoan phù hợp với lỗ chân cắm không được chọn to quá sẽ làm mất hết phần bao của lỗ và khoan cẩn thận tránh rách mạch. Khi cúng ta đã khoan hết các lỗ khoan rồi đi rửa lại toàn bộ mạch cho sạch. Đầu tiên dùng axeton để rửa sạch lớp mực bám lên phíp đồng. Khi đó để lại đường mạch đẹp và sáng. Khi đã loại bỏ hết lớp mực thì phải bảo vệ lớp đồng để tránh bị oxy hóa. Bằng cách quét một lớp mỏng nhụa thông pha sẵn. Khoan các lỗ chân linh kiện. Pha dung dịch bảo vệ: nhựa thông hòa tan trong xăng. Dùng chổi quét dung dịch nhựa thông lên mặt đồng. Đem phơi cho đến khi bế mặt khô hoàn toàn. 2.2. Hàn linh kiện 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. 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 119 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. CÂU HỎ ÔN TẬP Câu 1: Trình bày phương pháp hàn và tháo linh kiện? Câu 2: Trình bày các bước thiết kế mạch in và hàn linh kiện trên mạch in? 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Đăng Doanh, Giáo trình linh kiện, mạch điện tử, Nxb Khoa học kỹ thuật 2004 [2] Phạm Quốc Hải, Phân tích và giải mạch điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2002. [3] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2004. [4] Lê Đăng Doanh, Nguyễn Thế công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất tập 1,2, Nxb Khoa học kỹ thuật 2007. [5] Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất, lý thuyết, thiết kế, ứng dụng, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008. [6] Võ Minh Chính, Điện tử công suất, Nxb Khoa học kỹ thuật 2008.