Đồ Án 1 bật tắt Đèn tự Động bằng quang trở

đồ án 1 do trường đại học spkt hưng yên trình bày với đề tài Đồ Án 1 bật tắt Đèn tự Động bằng quang trở khoa điện điện tử

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

Hưng Yên, năm 2023

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 4

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

3.1 Khái niệm 21

3.2 Cấu tạo của biến trở 21

3.3 Nguyên lý hoạt động của biến trở 22

1.3 Phân loại tụ điện diode 23

1.4 Cách kiểm tra diode 23

LỜI CẢM ƠN

Qua một thời gian thực hiện, đến nay đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch bật tắt đèn tự động bằng quang trở đã được hoàn thành Trong thời gian thực hiện, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ quý báu của các cá nhân, tập thể

Em xin chân thành cảm ơn thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ em tận tình trong quá trình thực hiện đồ án Em xin cảm ơn các thầy, cô giáo, lãnh đạo Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án

Hưng Yên, ngày tháng năm 2023

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bậc như độ chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ … là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu cầu con người trong cuộc sống hằng ngày Một trong những ứng dụng quan trọng của ngành công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao

Xuất phát từ những ứng dụng đó, em đã thiết kế và thực hành một mạch ứng dụng nhỏ trong đời sống: “Bật tắt đèn tự động bằng quang trở”

Đề tài này giúp em hiểu rõ hơn về nguyên lý thu phát và ứng dụng những lý thuyết được học vào thực tế

Sinh viên thực hiện

Chu Quốc Anh Lý Anh Sơn

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

KHÁI QUÁT CHUNG

Ngày nay, thời đại phát triển hệ thống điện thông minh ngày càng phổ biến giả sử như các hệ thống cảm biến báo cháy, cảm biến báo mưa và hệ thống dây phơi quần áo tự động … Với kiến thức lý thuyết và đi xưởng thực hành em đã học hỏi đc rất nhiều từ thầy cô giáo và bạn bè Kỳ học này em được giao Đồ án môn học 1 dựa trên cơ sở lý thuyết và một chút ít kiến thức của mình và tìm hiểu đc một số tài liệu ở trên mạng internet và trong giáo trình đã học ứng dụng trong thực tế nên em xin phép các thầy cô trong khoa và bộ môn giao cho

em được làm về đề tài: Thiết kế, chế tạo mạch bật tắt đèn tự động bằng quang trở

Mạch điện được thiết kế và chế tạo như hình 1a, 1b:

Hình 1a Hình 1b Hình 1: Mạch bật tắt đèn tự động bằng quang trở

Mạch bật tắt đèn tự động bằng quang trở có nhiều ưu điểm như: kích thước nhỏ gọn, độ nhạy cao, dễ dàng thay thế khi hư hỏng Mạch có thể tăng độ nhạy hoặc giảm độ nhạy với ánh sáng bằng cách điều chỉnh biến trở, chỉ cần ánh sáng xuất hiện với cường độ nhỏ thì mạch đã tự động ngắt

Do mạch được ứng dụng với tính năng bật tắt đèn tự động nên sẽ giúp tiết kiệm điện và kéo dài tuổi thọ cho các thiết bị điện một cách hiệu quả Hạn chế vấn đề quên tắt điện khi không có người sử dụng

Mạch bật tắt đèn tự động bằng quang trở có phạm vi sử dụng vô cùng rộng lớn: từ trong các nhà máy lớn đến các thiết bị điện trong nhà chúng ta,…

Mạch bật tắt đèn tự động được ứng dụng nhiều trong việc xây dựng đèn đường, đèn công viên, hay ngay trên khuôn viên của trường học…

Mạch bật tắt đèn tự động của nhóm em dựa trên cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở đến chân so sánh điện áp của IC LM324N có chức năng so sánh điện áp ở chân 2 và chân 3 Sau đó xuất tín hiệu ra ở chân 1 cuối cùng đi qua Transitor C2383 để khuếch đại tín hiệu đóng ngắt Relay

Trên đây là tổng quan về đề tài đồ án của em do còn ít kiến thức nên em còn nhiều thiếu xót mong các thầy, cô giáo trong khoa và trong bộ môn xem xét và đóng góp ý kiến để bản thuyết trình của em được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG II:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ sở lý thuyết bao gồm 3 phần chính: Khối nguồn, Khối điều khiển, Khối công suất

I Khối nguồn 1.ĐIỆN TRỞ [1]

- Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W

- Điện trở công xuất là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W

- Điện trở sứ (Hình 2.2), điện trở nhiệt là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

Hình 2.2 Điện trở sứ

1.3 Ký hiệu điện trở (Hình 2.3)

R21 R

Hình 2.3 Kí hiệu điện trở

1.4 Đơn vị điện trở, cách đọc trị số của điện trở

Đơn vị: Ohm (Ω)

1kΩ = 103Ω 1MΩ = 103kΩ

Màu thân điện trở Vòng a Vòng b Vòng c Vòng d Không màu

Bạc nhũ Vàng nhũ Đen Nâu Đỏ

CamVàng Lục

Lam Tím Xám Trắng

- - - - 1 2 3 4 5 6 7 8 9

- - - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

- 10-2

10-1

1 101102

+20% + 10%

+5% - +1% +2%

- - + 0.5% + 0.25%

+ 0.1% - -

Bảng 2.5 Bảng tra vạch kí hiệu màu điện trở

Kiểm tra bằng mắt thường nhìn vào màu trên thân điện trở Kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng

1.5 Ứng dụng của điện trở

Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được trong mạch điện, điện trở có những tác dụng sau: Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp Ví dụ có một bóng đèn 8V, nhưng ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụ táp bớt 4V trên điện trở

2 TỤ ĐIỆN [2]

2.1 Định nghĩa, cấu tạo -Định nghĩa:

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử,

chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động

- Cấu tạo của tụ điện:

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như: tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá

2.2 Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ

Một tính chất quan trọng của tụ điện là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều

Tụ điện sẽ phóng điện từ dương cực sang âm cực, nó phóng điện qua tải sau đó về cực âm của tụ điện Điện dung của tụ càng lớn thì thời gian tích điện càng lâu

Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị điện dung, đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ sẽ bị nổ

Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì bao giờ người ta cũng lắp tụ điện có giá trị điện áp Max cao gấp khoảng 1,4 lần

2.3 Ứng dụng của tụ điện

Tụ điện được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật điện và điện tử, trong các thiết bị điện tử, tụ điện là một linh kiện không thể thiếu đươc, mỗi mạch điện tụ đều có một công dụng nhất định như truyền dẫn tín hiệu, lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động …

Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có chênh lệch về điện áp một

- Ở tần số thấp như biến áp điện lực, âm tần thì dùng lá vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao như thép silic, permalloy, Và mạch từ khép kín như các lõi ghép bằng lá chữ E, chữ U, chữ I

- Ở tần số cao, vùng siêu âm và sóng radio thì dùng lõi ferrit khép kín mạch từ

Ở tần số siêu cao là vùng vi sóng và sóng truyền hình, vẫn có các biến áp dùng lõi không

khí và thường không khép mạch từ Tuy nhiên quan hệ điện từ của chúng khác với hai loại nói trên, và không coi là biến áp thật sự

Các cuộn sơ cấp và thứ cấp có thể cách ly hay nối với nhau về điện, hoặc dùng chung vòng dây như trong biến áp tự ngẫu Thông thường tỷ số điện áp trên cuộn thứ cấp với điện áp trên cuộn sơ cấp tỷ lệ với số vòng quấn, và gọi là tỷ số biến áp Khi tỷ số này >1 thì gọi là tăng thế, ngược lại <1 thì gọi là hạ thế

- Là linh kiện gồm 4 diode mắc hình vuông có 2 pha trong đó mỗi pha gồm 2 diode cùng

chiều dẫn điện Cầu chỉnh lưu Diode có hình dáng như hình 2.9:

Hình 2.9 Cầu chỉnh lưu diode

5 IC ỔN ÁP 78XX [8]

LM 7812 hay 7812 là IC điều chỉnh điện áp dương đầu ra 12V Nó là IC của dòng ổn áp dương LM78xx, được sản xuất trong gói TO-220 và các gói khác IC này được sử dụng rộng

rãi trong các thiết bị thương mại và giáo dục Nó cũng được sử dụng bởi nhiều người đam mê điện tử và thợ mày mò do giá rẻ, dễ sử dụng và không cần nhiều linh kiện bên ngoài IC có nhiều tính năng tích hợp lý tưởng để sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử như dòng điện đầu ra 1.5A, chức năng bảo vệ quá tải, bảo vệ quá nhiệt, dòng điện tĩnh thấp, v.v

SƠ ĐỒ CHÂN (Hình 2.10)

Hướng chân IC 7812 phía trước mặt thì sơ đồ chân theo thứ tự từ trái qua phải lần lượt là chân 1 là chân đầu vào, chân 2 là chân nối đất, chân 3 là chân đầu ra

Hình 2.10 Sơ đồ và hình ảnh của IC LM7812

Tính năng / Thông số kỹ thuật của IC 7812:

- Dòng điện đầu ra là 1,5 Ampe - Chức năng tắt ngắn mạch tức thì - Chức năng tắt quá nhiệt tức thì

- Đáng tin cậy để sử dụng trong các thiết bị thương mại - Đầu ra 12V chính xác và cố định

- Điện áp đầu vào tối đa là 35V DC - Dòng điện tĩnh thấp chỉ 8 mA

Các ứng dụng:

- Giảm áp - Nguồn điện - Bộ sạc pin

- Nguồn cung cấp năng lượng mặt trời - Các ứng dụng liên quan đến vi điều khiển - Trình điều khiển động cơ

II Khối điều khiển

Ký hiệu của quang trở (Hình 2.12) :

Hình 2.12 Hình dạng và ký hiệu của quang trở

- Cấu tạo của quang trở gồm hai phần chính:

+ Phần dưới: Là các màng kim loại được liên kết với nhau thông qua các đầu cực

+ Phần trên: Là linh kiện có khả năng tiếp xúc tối đa nhất với hai màng kim loại Linh kiện sẽ được đặt trong hộp nhựa nhằm nâng cao khả năng tiếp xúc với ánh sáng đồng thời nắm được sự biến đổi của cường độ ánh sáng

- Nguyên lý làm việc của quang trở:

Quang điện trở hoạt động dựa theo nguyên lý của hiện tượng quang điện trong Cụ thể, cách thức hoạt động của LDR như sau:

+ Khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn làm xuất hiện các hạt điện tử tự do Lúc này sự dẫn điện sẽ tăng lên và khiến điện trở của chất bán dẫn giảm xuống Nếu nối vào mạch điện thì có thể gây ra hiện tượng ngắn mạch

+ Khi không có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn, nội trở của chất bán dẫn sẽ tăng lên đến vô cùng Nếu nối vào mạch điện thì sẽ hở mạch

Dưới đây là hình ảnh thể hiện sở đồ nguyên lý của quang điện trở:

- Ứng dụng của quang điện trở:

Hiện nay, quang điện trở được ứng dụng phổ biến để phục vụ cho các công việc đo đạc + Quang trở được dùng làm cảm biến ánh sáng của các thiết bị điện tử hiện đại như điện thoại thông minh, laptop, máy tính xách tay, máy tính bảng

+ Dùng trong các mạch dò sáng tối giúp đóng cắt đèn chiếu sáng

+ LDR được dùng trong lĩnh vực thiên văn hồng ngoại hay quang phổ hồng ngoại để làm bảng photocell hay cảm biến ảnh

+ Sử dụng LDR trong việc theo dõi an ninh, cảnh báo an toàn như camera chống trộm, thiết bị báo động

2 IC LM324N [9]

IC LM324N có hình dạng thực tế và sơ đồ chân như hình 2.14:

Hình 2.14 Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của IC LM324N

Bảng 2.15 chức năng của từng chân IC LM324N

Thông số kĩ thuật:

- Điện áp cung cấp: ± 3-32V - Điện áp đầu vào vi sai: ± 15V

- Khuếch đại điện áp vi sai: 200V / mv - Dòng cấp: 1.5 MA

3 Biến trở 3.1 Khái niệm

Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn Chúng có thể

được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện

Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,

HÌnh 2.16: Ký hiệu của biến trở

3.2 Cấu tạo của biến trở

Nhìn từ bên ngoài, chúng ta dễ dàng nhận thấy biến trở có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính:

- Con chạy/chân chạy Cho khả năng chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trở kháng - Chân ngõ ra gồm có 3 chân (3 cực) Trong số ba cực này, có hai cực được cố định ở đầu của điện trở Các cực này được làm bằng kim loại Cực còn lại là một cực di chuyển và thường được gọi là cần gạt Vị trí của cần gạt này trên dải điện trở sẽ quyết định giá trị của biến trở

- Biến trở có cấu tạo như hình 2.17:

Hình 2.17: Cấu tạo của biến trở

3.3 Nguyên lý hoạt động của biến trở

Đúng như tên gọi của nó là làm thay đổi điện trở, nguyên lý hoạt động chủ yếu của biến

trở là các dây dẫn được tách rời dài ngắn khác nhau Trên các thiết bị sẽ có vi mạch điều khiển

hay các núm vặn Khi thực hiện điều khiển các núm vặn các mạch kín sẽ thay đổi chiều dài dây dẫn khiến điện trở trong mạch thay đổi

III Khối công suất

1.1Khái niệm

Diode bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn

1.3 Phân loại tụ điện Diode

- Tìm hiểu cấu tạo và công dụng của các loại Diode : Diode ổn áp, Diode thu quang, Diode phát quang, Diode biến dung, Diode xung, Diode tách sóng, Diode nắn điện

1.4 Cách kiểm tra Diode

Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω, đặt hai que đo vào hai đầu Diode:

+) Nếu đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào catot => kim lên, đảo chiều đo kim

không lên là => Diode tốt

+) Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập +) Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt

+) Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò

1.5 Tính chất - Ứng dụng

- Tính chất

Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ Anot sang Katot

+) Khi UAK> 0, ta nói Diode phân cực thuận và dòng điện qua Diode lúc đó gọi là dòng điện thuận

+) Khi UAK< 0, ta nói Diode phân cực ngược và dòng điện qua Diode lúc đó gọi là dòng điện ngược

- Những thông số đáng lưu ý của Diode

Giá trị trung bình dòng điện cho phép chạy qua Diode khi phân cực thuận Giá trị điện áp ngược lớn nhất khi đặt vào Diode chịu được

- Ứng dụng

Vì Diode có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ Anot đến Kanot khi phân cực thuận nên Diode được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Ngoài ra Diode có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD 0 (nối tắt), phân cực nghịch RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các công tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp, được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử

2.1 Giới thiệu chung về Transistor

- Kí hiệu transistor (Hình 2.19):

Hình 2.19 Ký hiệu Transistor - Cấu tạo:

Gồm ba lớp bán dẫn ghép lại với nhau hình thành hai lớp tiếp giáp P-N nằm ngược chiều nhau Ba vùng bán dẫn nối ra ba chân gọi là ba cực Cực nối với vùng bán dẫn chung gọi là cực gốc: cực này mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, hai cực còn lại nối với hai vùng bán dẫn ở hai bên là cực phát (E) và cực thu (C), chúng có chung bán dẫn nhưng nồng dộ tạp chất khác nhau nên không thể hoán vị cho nhau Vùng cực E có nồng độ tạp chất rất cao vùng C có nồng độ tạp chất lớn hơn vùng B nhưng nhỏ hơn vùng E

Hình 2.20 mô tả cấu trúc của 2 loại Tramsistor NPN và PNP

Hình 2.20 Hình dạng phân cực Transistor.