CHẾ TẠO MẠCH TỰ ĐỘNG BÁO ĐỘNG VÀ NGĂN NƯỚC LŨ TRÀN VÀO NHÀ

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Kỹ thuật - Công nghệ thông tin UBND TỈNH QUẢNG NAM TRỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA – SINH ------------ ĐÀO THỊ TUYẾT MINH CHẾ TẠO MẠCH TỰ ĐỘNG BÁO ĐỘNG VÀ NGĂN NỚC LŨ TRÀN VÀO NHÀ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Quảng nam, tháng 5 năm 2018 UBND TỈNH QUẢNG NAM TRỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA – SINH ------------ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Tên đề tài: CHẾ TẠO MẠCH TỰ ĐỘNG BÁO ĐỘNG VÀ NGĂN NỚC LŨ TRÀN VÀO NHÀ Sinh viên thực hiện ĐÀO THỊ TUYẾT MINH MSSV: 2114020230 CHUYÊN NGÀNH: S PHẠM VẬT LÝ KHÓA: 2014 – 2018 Cán bộ hƣớng dẫn Th.S NGÔ THỊ HỒNG NGA MSCB: V.07.01.03 Quảng Nam, tháng 5 năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và đƣợc sự hƣớng dẫn khoa học của Th.S Ngô Thị Hồng Nga. Các nội dung nghiên cứu, mạch điện tử trong đề tài này là tự tìm hiểu và chƣa công bố dƣới bất kỳ hình thức nào trƣớc. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung bài khóa luận của mình. Trƣờng đại học Quảng Nam không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện Quảng Nam, tháng 5 năm 2018 Tác giả khóa luận Đào Thị Tuyết Minh LỜI CẢM ƠN Tôi xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè, ngƣời thân động viên giúp tôi hoàn thành bài khóa luận này. Để hoàn thành bài khóa luận này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô Th.S Ngô Thị Hồng Nga đã tận tình giảng dạy, hƣớng dẫn giúp đỡ trong quá trình làm bài khóa luận tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trƣờng Đại học Quảng Nam đã tận tình giảng dạy giúp đỡ em trong những năm vừa qua DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT SW1: Công tắc 1 SW2: Công tắc 2 Q1: Transistor 1 Q2: Transistor 2 D3: Đèn led RL 1: Rơ-le 1 RL 2: Rơ-le 2 MỤC LỤC BẢNG Bảng 1: Bảng quy ƣớc màu điện trở ......................................................................5 Bảng 2: Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch ...............................................39 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Ký hiệu điện trở ............................................................................. 4 Hình 1.2: Hình dáng thực của một điện trở công suất................................... 5 Hình 1.3: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu................................ 5 Hình 1.4: Cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD ................................... 5 Hình 1.5: Cách đọc giá trị điện trở SMD ...................................................... 6 Hình 1.6: (a) Điện trở mắc nối tiếp ............................................................... 7 Hình 1.6: (b) Điện trở mắc song song ........................................................... 7 Hình 1.7: Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở .......................................... 8 Hình 1.8: Ký hiệu và một hình ảnh thực của điện trở thanh ......................... 8 Hình 1.9: (a) Ký hiệu của tụ không phân cực ............................................... 9 Hình 1.9: (b) Ký hiệu của tụ có cực .............................................................. 9 Hình 1.10: (a) Cấu tạo của tụ điện gốm ...................................................... 10 Hình 1.10: (b) Cấu tạo của tụ hoá ............................................................... 10 Hình 1.11: Hình ảnh thực của tụ gốm ......................................................... 10 Hình 1.12: Hình dạng và kích thƣớc của tụ hoá .......................................... 10 Hình 1.13: Hình tụ hoá ghi điện dung là 185uFđiện áp 320V ................... 11 Hình 1.14: Hình tụ gốm và trị số bằng ký hiệu ........................................... 11 Hình 1.15: Cách đọc giá trị tụ ..................................................................... 12 Hình 1.16: Vài loại tụ gốm .......................................................................... 12 Hình 1.17: Tụ hoá có phân cực âm dƣơng .................................................. 13 Hình 1.18: (a) Hình mắc nối tiếp 2 tụ điện .................................................. 14 Hình 1.18: (b) Hình mắc song song các tụ điện .......................................... 14 Hình 1.19: (a) Hình mắc hai tụ không phân cực ......................................... 15 Hình 1.19: (b) Hình mắc hai tụ phân cực .................................................... 15 Hình 1.20: Hình ký hiệu biến dung ............................................................. 15 Hình 1.21: Hình tụ xoay sử dụng trong radio cũ (tụ không khí) ...................... 15 Hình 1.22: Kí hiệu của cuộn cảm ................................................................ 16 Hình 1.23: (a) Cuộn dây lõi không khí (b) Cuộn dây lõi Ferit ............... 16 Hình 1.24: Tính nạpxả năng lƣợng của cuộn cảm ..................................... 17 Hình 1.25: Cấu tạo loa ................................................................................ 18 Hình 1.26: Hình cấu tạo máy biến áp .......................................................... 18 Hình 1.27: Máy biến áp nguồn và máy biến áp nguồn hình xuyến ............ 19 Hình 1.28: Máy biến áp xung và cao áp ...................................................... 20 Hình 1.29: (a) Mạng tinh thể Ge loại N ...................................................... 20 Hình 1.29: (b) Đồ thị vùng năng lƣợng BD Ge loại N ................................ 20 Hình 1.30: (a) Mạng tinh thể Ge loại P ....................................................... 21 Hình 1.30: (b) Đồ thị vùng năng lƣợng BD Ge loại P ............................... 21 Hình 1.31: Tiếp xúc P-N ............................................................................. 21 Hình 1.32: Diode ......................................................................................... 22 Hình 1.33: Led đơn ...................................................................................... 23 Hình 1.34: Rờ-le .......................................................................................... 23 Hình 2.1: (a) transistor NPN và kí hiệu ....................................................... 25 Hình 2.1: (b) Transistor PNP và kí hiệu ...................................................... 25 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của một transistor loại PNP.............................. 26 Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN 27 Hình 2.4: Mạch điện ở chế độ khuếch đại của transistor loại NPN ............ 28 Hình 2.5: (a) Đặc tuyến ngõ vào ................................................................. 29 Hình 2.5: (b) Đặc tuyến ngõ ra .................................................................... 29 Hình 2.5: (c) Đặc tuyến truyền .................................................................... 30 Hình 2.6: (b) Hình mắc Bazơ chung .......................................................... 30 Hình 2.6: (a) Hình mắc Emitter chung ........................................................ 30 Hình 2.6: (c) Hình mắc Collector chung ..................................................... 31 Hình 2.7 transistor c1815 thực tế ................................................................ 31 Hình 2.8 Cấu tạo bên trong của transistor c1815 ........................................ 31 Hình 2.9: Sơ đồ mạch cảm biến ánh sáng ................................................... 32 Hình 2.10: Sơ đồ mạch hẹn giờ bật - tắt đơn giản....................................... 33 Hình 2.11: Sơ đồ mạch dao động đa hài dùng transistor ............................ 34 Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch tự động báo động nƣớc lũ tràn vào nhà........... 38 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý ........................................................................... 41 Hình 3.3: (a) Sơ đồ mô phỏng mạch hoạt động khi mô tơ kéo cửa lên ...... 42 Hình 3.3: (b) Sơ đồ mô phỏng mạch hoạt động khi mô tơ kéo cửa xuống. 42 Hình 3.4: Mạch thực tế ................................................................................ 43 Hình 3.5: Mô hình thực tế ........................... Error Bookmark not defined. Hình 3.6: Mô hình thực tế khi đã hoạt động ............................................... 44 MỤC LỤC NỘI DUNG ĐỀ TÀI ...................................... Error Bookmark not defined. PHẦN 1: MỞ ĐẦU ...................................................................................... 1 1.1. Lí do chọn đề tài ..................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu của đề tài ................................................................................. 2 1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .......................................................... 2 1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................ 2 1.5. Lịch sử nghiên cứu ................................................................................. 2 1.7. Cấu trúc của đề tài .................................................................................. 3 PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ....................................................... 4 CHƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ ......................... 4 1.1. Linh kiện điện tử thụ động ..................................................................... 4 1.1.1. Điện trở ................................................................................................. 4 1.1.1.1. Ký hiệu, phân loại, cấu tạo ............................................................... 4 1.1.1.2. Cách đọc, đo và cách mắc điện trở ................................................... 5 1.1.1.3. Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng ..................................... 8 1.1.2. Tụ điện ................................................................................................... 9 1.1.2.1. Ký hiệu, phân loại, cấu tạo ............................................................... 9 1.1.2.2. Cách đọc, đo và cách mắc tụ điện. ................................................. 10 1.1.2.3. Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng. ................................. 15 1.1.3. Cuộn cảm ............................................................................................ 16 1.1.3.1. Ký hiệu, cấu tạo và phân loại ......................................................... 16 1.1.3.2. Cách đọc, đo và cách mắc cuộn cảm .............................................. 16 1.1.3.3. Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng .................................. 18 1.2. Chất bán dẫn ......................................................................................... 20 1.2.1. Bán dẫn loại N .................................................................................... 20 1.2.2. Chất bán dẫn loại P............................................................................ 21 1.2.3. Tiếp xúc P-N ....................................................................................... 21 1.3. Các loại linh kiện điện tử thông dụng khác .......................................... 22 1.3.1. Diode ................................................................................................... 22 1.3.2. Đèn led đơn ......................................................................................... 22 1.3.3. Rờ-le .................................................................................................... 23 CHƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ TRANSISTOR, TÌM HIỂU VỀ TRANSISTOR C1815 VÀ CÁC DẠNG MẠCH ỨNG DỤNG CỦ A NÓ ..................................................................................................................... 25 2.1. Khái quát về transistor lƣỡng cực (BJT) .............................................. 25 2.1.1. Cấu tạo và ký hiệu .............................................................................. 25 2.1.2. Nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của Transistor ............... 25 2.1.3. Đặc tuyến của Transistor lưỡng cực ................................................. 28 2.1.4. Các cách mắc Transistor đơn giản .................................................. 30 2.2. Tìm hiểu về transistor c1815 ................................................................ 31 2.2.1. Cấu tạo ................................................................................................ 31 2.2.2. Các thông số cơ bản ........................................................................... 32 2.2.3. Một số mạch ứng dụng dùng transistor c1815 ................................. 32 2.2.3.1. Mạch cảm biến ánh sáng ................................................................ 32 2.2.3.2. Mạch hẹn giờ bật - tắt đơn giản...................................................... 33 2.2.3.3. Mạch dao động đa hài dùng transistor ........................................... 34 3.1. Sơ lƣợc về phần mềm mô phỏng .......................................................... 36 3.2. Sơ đồ khối và chức năng của từng khối trong mạch tự động báo động nƣớc lũ tràn vào nhà .................................................................................... 38 3.2.1. Sơ đồ khối ......................................................................................... 38 3.2.2. Chức năng của từng khối ................................................................ 38 3.3. Sơ đồ nguyên lý mạch .......................................................................... 41 3.3.1. Sơ đồ .................................................................................................... 41 3.3.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................... 41 3.5. Lắp ráp mạch thực tế ............................................................................ 43 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................. 45 1. Kết luận .................................................................................................... 45 2. Kiến nghị ................................................................................................. 45 PHẦN 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................ 46 1 PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1. Lí do chọn đề tài Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng có nhiề u phát triển vƣợt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hi ện đại và văn minh hơn. Sự phát triển kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nhƣ sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ và hoạt động ổn định là nhữ ng yếu tố cần thiết làm cho hoạt động con ngƣời đạt hiệu quả cao. Transistor là một linh kiện điện tử xuất hiện khắp nơi trong sinh hoạt hằng ngày, nó đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực điện tử, vì nếu kết hợp với các linh kiện thích hợp thì nó có thể thực hiện nhiều chức năng nhƣ mạch khuếch đại một chiều, mạch khuếch đại xoay chiều và mạch đóng mở rơle….đặc biệt là transistor c181 5 khi hoạt động trong mạch điện, có vai trò nhƣ một cái van cách li hay điều chỉnh dòng điện, điện áp trong mạch, từ vai trò này mà transistor c1815 đƣợc ứng dụng rất nhiều. Chính vì những ƣu thế nổi bật đó cùng với những kiến thức có đƣợc đã thôi thúc em nghiên cứu và cảm thấy thích thú với các linh kiện điện tử có ứng dụng cao này. Là một sinh viên chuyên ngành Vật l sinh ra và lớn lên ở miền trung – nơi chịu ảnh hƣởng nặng nề của thiên tai, mà đặc biệt là mƣa lũ. Ngoài ra, các tỉnh thành khác hằng năm phải chịu những đợt triều cƣờng, nƣớc dâng cao tràn vào nhà và các cơ sở hạ tầng khiến cho hàng ngàn ngôi nhà bị chìm trong nƣớc lũ, những điều đó đã nhen nhóm cho em tƣởng ứng dụng những linh kiện điện tử – cụ thể là Transistor c1815 để chế tạo ra một hệ thống nhằm báo động và ngăn chặn nƣớc lũ vào nhà để có thể giúp ích cho ngƣời dân, hạn chế thiệt hại về ngƣời và của khi lũ tràn vào nhà. chính vì những lí do trên cùng với sự hứng thú, muốn tìm hiểu em đã chọn đề tài: “Chế t o ch tự động o động và ng n nƣớc tràn vào nhà”. 2 1.2. Mục tiêu của đề tài Tìm hiểu transistor c1815 và các linh kiện điện tử khác. Chế tạo mạch tự động báo động và ngăn nƣớc lũ tràn vào nhà. 1.3. Đối tƣợng và ph vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Các linh kiện điện tử, transistor c1815 và mạch tự động báo động nƣớc lũ tràn vào nhà. Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu về transistor c1815 và chế tạo mạch tự động báo động và ngăn nƣớc lũ tràn vào nhà. 1.4. Phƣơng ph p nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết: tổng hợp và phân tích lí thuyết dựa trên sách, vở, giáo trình, trang web…để hiểu rõ về các linh kiện, hiểu đƣợc nguyên lí hoạt độ ng của mạch cảm tự động báo động và ngăn nƣớc lũ vào nhà. Từ đó hiể u và xây dựng mạch ứng dụng có sử dụng transistor. - Nghiên cứu thực nghiệm: Thực hành lắp ráp mạch điện tử sử dụ ng transistor c1815. 1.5. Lịch sử nghiên cứu Từ trƣớc đến nay đã có nhiều đề tài nghiên cứu về transistor và ứ ng dụng vào thực tiễn. - Luận văn khoa học, đề tài: “Mạch đèn tín hiệu và mạch nháy đa hài dùng transitor” của sinh viên Phạm Ngọc Giao trƣờng Đại học bách khoa Hà Nội. - Bài khóa luận tốt nghiệp, đề tài: “Mạch cảnh báo nƣớc đầy dùng IC 555” củ a sinh viên Nguyễn Trúc Linh trƣờng Đại học Quảng Nam. Với đề tài của mình, tôi kế thừa những cơ sở lí luận củ a các công trình nghiên cứu trƣớc đây. Từ đó tìm hiểu và xây dựng mạch ứng dụng có sử dụ ng transistor cho riêng mình. 1.6. Đóng góp của đề tài - Với đề tài này giúp cho các sinh viên hiểu rõ về transistor c1815 và ứ ng dụng của transistor việc thiết kế các mạch điện tử có ích trong cuộc sống. 3 - Mạch báo động và ngăn nƣớc lũ vào nhà rất hữu ích cho các gia đình, các công trình kiến trúc, bảo vệ công trình, nhà cửa khỏi tình trạng ngập nƣớc. 1.7. Cấu trúc của đề tài PHẦN 1: MỞ ĐẦU PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ TRANSISTOR C1815 VÀ CÁC DẠ NG MẠCH ỨNG DỤNG CỦA NÓ CHƠNG 3: MÔ PHỎNG MẠCH TỰ ĐỘNG BÁO ĐỘNG NỚC LŨ TRÀN VÀO NHÀ BẰNG PHẦN MỀM VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ PHẦN 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO 4 PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1.1. Linh kiện điện tử thụ động 1.1.1. Điện trở Khái niệm: Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu mộ t vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở vô cùng lớn. 1.1.1.1. Ký hiệu, phân loại, cấu tạo a. Điện trở của dây dẫn: Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu, độ dài và tiết diện của dây đƣợc tính theo công thức sau: S L R  Trong đó: ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu (Ωm) L là chiều dài dây dẫn (m) S là tiết diện dây dẫn (m2) R là điện trở đơn vị là (Ω-Ohm) b. Điện trở trong thiết bị điện tử: Điện trở đƣợc làm từ các hợp chất kim loại, tùy theo tỉ lệ pha trộn mà ngƣời ta tạo ra đƣợc các loại điện trở có trị số khác nhau. - Kí hiệu: Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên l nhƣ sau: Hình 1.1: Ký hiệu điện trở - Đơn vị: Ω trong đó: 1KΩ = 1000Ω; 1MΩ = 1000000Ω. - Phân loại: các loại điện trở trong các mạch điện tử có thể phân loạ i theo công suất, theo độ chính xác, theo vật liệu chế tạo, theo hình dáng... Nế u phân loại theo công suất thì có các loại nhƣ sau: + Loại 1: Các điện trở công suất lớn hơn 2W trở lên. Ví dụ nhƣ các điện trở công suất, điện trở sứ...là các điện trở đƣợc sử dụng trong mạch điện tử có dòng R1 1k R2 1k 5 điện lớn đi qua. Các điện trở này khi hoạt động sẽ sinh ra một nhiệt năng khá lớ n. Chính vì thế chúng đƣợc cấu tạo từ các vật liệu chịu nhiệt. Hình 1.2: Hình dáng thực của một điện trở công suất + Loại 2: Điện trở thƣờng là các điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đế n 0,5W. Là loại điện trở có công suất trung bình và nhỏ, chỉ cho các dòng điện có cƣờng độ nhỏ đi qua. Hình 1.3: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu + Loại 3: Các điện trở có công suất và kích thƣớc rất nhỏ (loại điện trở dán SMD) Là loại điện trở đƣợc làm theo công nghệ dán bề mặt, tức là dán trực tiếp lên bảng mạch in. Khi đó ngƣời ta có thể thu nhỏ kích thƣớc mạch rất nhiều. Kích thƣớc của điện trở loại này có thể nhỏ tới 0,6mm x 0,3mm. Hình 1.4: Cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD 1.1.1.2. Cách đọc, đo và cách mắc điện trở a. Đọc giá trị - Loại1: Thì trị số điện trởcông suất thƣờng đƣợc ghi trực tiếp trên thân. - Loại 2: Điện trở thƣờng đƣợc ký hiệu bằng 4 vòng màu, điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng màu. Giá trị điện trở đƣợc tính theo quy ƣớc quốc tế. Bảng 1. Bảng quy ƣớc màu điện trở Màu Giá trị hàng tr -chục-đơn vị Số nhân Sai số Đen 0 100 20 6 Nâu 1 101 1 Đỏ 2 102 2 Cam 3 103 - Vàng 4 104 - Lục 5 105 - Lam 6 106 - Tím 7 107 - Xám 8 108 - Trắng 9 109 - Vàng kim - 10-1 5 Bạch kim - 10-2 10 Không màu - 20 - Đối với loại 4 vòng màu thì: vòng 1 là số hàng chục, vòng 2 là số hàng đơn vị, vòng 3 là số nhân và vòng 4 là sai số. Giá trị R xác định nhƣ sau: R = (vòng 1)(vòng 2) 10(vòng 3) (vòng 4) - Đối với loại 5 vòng màu thì: vòng 1 là số hàng trăm, vòng 2 là số hàng chục, vòng 3 là số hàng đơn vị, vòng 4 là số nhân và vòng 5 là sai số. Giá trị R xác định nhƣ sau: R = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) 10(vòng 4) (vòng 5) - Loại 3: điện trở dán SMD có giá trị là: 47103 = 47000Ω = 47KΩ có giá trị là: 473102 = 47300Ω =47.3KΩ Hình 1.5: Cách đọc giá trị điện trở SMD 7 b. Cách mắc điện trở - Mắc kiểu nối tiếp 2 điện trở R1 và R2 đƣợc một điện trở tƣơng đƣơng R: R = R1+R2 Hình 1.6: (a) Điện trở mắc nối tiếp - Mắc kiểu song song 2 điện trở đƣợc một điện trở tƣơng đƣơng R:R 1 = 1 1 R + 2 1 R Hình 1.6: (b) Điện trở mắc song song c. Công suất của điện trở Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ mộ t công suất P tính đƣợc theo công thức :R 2 2 I R U UIP  - Theo công thức trên ta thấy, công suất tiêu thụ của điện trở phụ thuộc vào dòng điện đi qua điện trở hoặc phụ thuộc vào điện áp trên hai đầu điện trở. - Công suất tiêu thụ của điện trở là hoàn toàn tính đƣợc trƣớc khi lắp điệ n trở vào mạch. - Nếu đem một điện trở có công suất danh định nhỏ hơn công suất nó sẽ tiêu thụ thì điện trở sẽ bị cháy. - Thông thƣờng ngƣời ta lắp điện trở vào mạch có công suất danh định ≥ 2 lần công suất mà nó sẽ tiêu thụ.R1 180R R2 180RR3 10k R4 10k 8 1.1.1.3. Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng a. Biến trở Là điện trở có thể chỉnh để thay đổi giá trị, có ký hiệ u là VR chúng có hình dạng nhƣ sau : Hình 1.7: Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở b. Điện trở gói (thanh) Nhiều điện trở đƣợc đóng gói thành chung một khối. Mỗi điện trở bên trong có giá trị bằng nhau và bằng giá trị ghi trên gói. Kí hiệu trên sơ đồ nguyên l nhƣ sau: Hình 1.8: Ký hiệu và một hình ảnh thực của điện trở thanh c. Ứng dụng của điện trở Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và nhƣ vậy điện trở là linh kiệ n quan trọng không thể thiếu đƣợc, trong mạch điện, điện trở có những tác dụng sau : R4 1k R3 1k R2 1k R1 1k 9 - Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp. - Mắc điện trở thành cầu phân áp để có đƣợc một điện áp theo ý muốn từ một điện áp cho trƣớc. 1.1.2. Tụ điện Khái niệm: Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng đƣợc sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động .vv... 1.1.2.1. Ký hiệu, phân loại, cấu tạo a. Ký hiệu Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor). Thông thƣờng nếu là tụ có cự c tính thì trên ký hiệu sẽ có sự khác nhau giữa hai bản tụ. Ngƣợc lại, tụ không có cự c tính thì trên ký hiệu hai bản tụ giống nhau. Hình 1.9: (a) Ký hiệu của tụ không phân cực Hình 1.9: (b) Ký hiệu của tụ có cực b. 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. - Ngƣời ta thƣờng dùng giấy, gốm, mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điệ n môi và tụ điện cũng đƣợc phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này nhƣ tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá.++ 10 Hình 1.10: (a) Cấu tạo của tụ điện gốm Hình 1.10: (b) Cấu tạo của tụ hoá Hình 1.11: Hình ảnh thực của tụ gốm Hình 1.12: Hình dạng và kích thƣớc của tụ hoá 1.1.2.2. Cách đọc, đo và cách mắc tụ điện. a. Đọc giá trị 11 - Điện dung: Là đại lƣợng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực củ a tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức C = ξ . S d Trong đó: C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F) ξ: Là hằng số điện môi của lớp cách điện. d : là chiều dày của lớp cách điện. S : là diện tích bản cực của tụ điện. Đơn vị điện dung của tụ: Đơn vị là Fara (F) , 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế thƣờng dùng các đơn vị nhỏ hơn nhƣ MicroFara (μF), NanoFara (nF), PicoFara (pF). 1 F = 1000 mF 1 mF = 1000 uF 1 uF = 1000 nF 1 nF = 1000pF - Với tụ hoá: Giá trị điện dung của tụ hoá đƣợc ghi trực tiếp trên thân tụ . Hình 1.13: Hình tụ hoá ghi điện dung là 185uFđiện áp 320V - Với tụ giấy, tụ gốm: Tụ giấy và tụ gốm có trị số ghi bằng ký hiệu Hình 1.14: Hình tụ gốm và trị số bằng ký hiệu Cách đọc: Lấy hai chữ số đầu nhân với 10(Mũ số thứ 3 ) 12 Chữ K hoặc J ở cuối là chỉ sai số 5 hay 10 của tụ điện . - Tụ giấy và tụ gốm còn có một cách ghi trị số khác là ghi theo số thậ p phân và lấy đơn vị là MicroFara Hình 1.15: Cách đọc giá trị tụ Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ: - Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng đƣợc ghi trị số điệ n áp ngay sau giá trị điện dung, đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu đƣợc, quá điệ n áp này tụ sẽ bị nổ. - Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì bao giờ ngƣời ta cũng lắp tụ điện có giá trị điện áp cực đại ghi trên thân tụ cao gấ p khoảng 1,4 lần. Phân loại: Tụ điện có nhiều loại nhƣ tụ giấy, tụ gốm, tụ mi ca, tụ hoá nhƣng về tính chất thì ta phân tụ là hai loại chính là tụ không phân cực và tụ phân cực. - Tụ giấy, tụ gốm, tụ mica (tụ không phân cực ). Các loại tụ này không phân biệt cực tính âm dƣơng của chân tụ và thƣờng có điện dung nhỏ từ 0,47 μF trở xuống, các tụ này thƣờng đƣợc sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu, mạch dao động... Hình 1.16: Vài loại tụ gốm - Tụ hoá (tụ có phân cực). 13 Tụ hoá là tụ có phân cực âm dƣơng, tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47μF đến khoảng 4.700 μF, tụ hoá thƣờng đƣợc sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ.. Hình 1.17: Tụ hoá có phân cực âm dƣơng b. Đo tụ điện Có thể kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ đo điện trở loại kim hoặc đồng hồ số (có chức năng kiểm tra tụ). Khi đồng hồ kim ở thang đo điện trở thì gi ữa que đen và que đỏ có tồn tại một điện áp (do pin bên trong đồng hồ đo). Que đen (+) và que đỏ (-). Ta dùng điện áp này để kiểm tra tính nạpphóng của tụ điện. Nếu tụ tốt thì tính nạpphóng thể hiện rõ. Khi đặt kim đồng hồ vào 2 chân của tụ điện kim đồng hồ chạy từ ∞Ω về phía 0Ω (đến S1), sau đó kim chạy lùi lại về phía ∞Ω (đến S2). ∞Ω---S2---S1---0Ω hoặc ∞Ω---S2---0Ω---S1. Vị trí của S1 và S2 cũng nhƣ tốc độ di chuyển của kim đồng hồ phụ thuộc vào thang đo, điệ n dung của tụ điện và chất lƣợng tụ. - Đối với tụ giấy và tụ gốm thƣờng hỏng ở dạng bị dò rỉ hoặc bị chập. Do điện dung của loại tụ này nhỏ nên ta thƣờng dùng thang đo 1k hoặc 10k, nên đảo vị trí kim vài lần khi tiến hành đo: + Khi đo tụ còn tốt kim phóng lên rồi lùi trở về phía vị trí cũ. Điệ n dung của tụ càng nhỏ thì S1 và S2 càng ở gần ∞Ω. (Lƣu các tụ nhỏ quá < 1nF thì S1, S2 trùng với ∞Ω) + Khi đo tụ bị rò ta thấy kim lên lƣng chừng thang đo và dừng lạ i không trở về vị trí cũ. + Khi đo tụ bị chập ta thấy kim lên đến 0 Ω và không trở về. - Đối với tụ hoá ít khi bị rò hay bị chập nhƣ tụ giấy, nhƣng chúng lạ i hay hỏng ở dạng bị khô (khô hoá chất bên trong lớp điện môi) làm điện dung của tụ Có ký hiệu dấu “–“ bên chân âm 14 bị giảm, để kiểm tra tụ hoá, ta thƣờng so sánh độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt. Để đồng hồ ở thang từ x1Ω đến x100Ω, điện dung càng lớn thì để thang càng thấp: + Đo hai tụ và so sánh độ phóngnạp, khi đo ta đảo chiều que đo vài lầ n. Nếu hai tụ phóngnạp bằng nhau là tụ cần kiểm tra còn tốt + Trƣờng hợp kim lên mà không trở về là tụ bị rò. - Trƣờng hợp tụ đƣợc gắn trên bo mạch, ta phải chú ý ảnh hƣởng củ a linh kiện mắc song song trực tiếp hoặc gián tiếp với tụ. c. Mắc tụ điện - Hai tụ điện mắc nối tiếp có điện dung tƣơng đƣơng Ctd đƣợc tính bởi công thức:tdC 1 = 1 1 C + 2 1 C hay Ctd =2 1 21 C C CC  Hình 1.18: (a) Hình mắc nối tiếp 2 tụ điện + Khi mắc nối tiếp thì điện áp cho phép (chịu đựng) của tụ tƣơng đƣơng bằng tổng điện áp chịu cho phép của các tụ cộng lại. Utd = U1 + U2 + Khi mắc nối tiếp các tụ điện, nếu là các tụ hoá ta cần chú ý chiều của tụ điện, cực âm tụ trƣớc phải nối với cực dƣơng tụ sau. Hình 1.18: (b) Hình mắc song song các tụ điện - Các tụ điện mắc song song thì có điện dung tƣơng đƣơng bằng tổng điệ n dung của các tụ cộng lại. Ctd = C1 + C2 Ctd C2C1 + C...

UBND TỈNH QUẢNG NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA – SINH

- -

ĐÀO THỊ TUYẾT MINH

CHẾ TẠO MẠCH TỰ ĐỘNG BÁO ĐỘNG VÀ NGĂN NƯỚC LŨ TRÀN VÀO NHÀ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Quảng nam, tháng 5 năm 2018

UBND TỈNH QUẢNG NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA LÝ – HÓA – SINH

Sinh viên thực hiện

ĐÀO THỊ TUYẾT MINH MSSV: 2114020230

CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÝ KHÓA: 2014 – 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của Th.S Ngô Thị Hồng Nga Các nội dung nghiên cứu, mạch điện tử trong đề tài này là tự tìm hiểu và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung bài khóa luận của mình Trường đại học Quảng Nam không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện

Quảng Nam, tháng 5 năm 2018

Tác giả khóa luận

Đào Thị Tuyết Minh

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Quảng Nam đã tận tình giảng dạy giúp đỡ em trong những năm vừa qua

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

SW1: Công tắc 1 SW2: Công tắc 2 Q1: Transistor 1 Q2: Transistor 2 D3: Đèn led RL 1: Rơ-le 1 RL 2: Rơ-le 2

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1: Bảng quy ƣớc màu điện trở 5

Bảng 2: Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch 39

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Ký hiệu điện trở 4

Hình 1.2: Hình dáng thực của một điện trở công suất 5

Hình 1.3: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu 5

Hình 1.4: Cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD 5

Hình 1.5: Cách đọc giá trị điện trở SMD 6

Hình 1.6: (a) Điện trở mắc nối tiếp 7

Hình 1.6: (b) Điện trở mắc song song 7

Hình 1.7: Ký hiệu và hình ảnh thực của biến trở 8

Hình 1.8: Ký hiệu và một hình ảnh thực của điện trở thanh 8

Hình 1.9: (a) Ký hiệu của tụ không phân cực 9

Hình 1.9: (b) Ký hiệu của tụ có cực 9

Hình 1.10: (a) Cấu tạo của tụ điện gốm 10

Hình 1.10: (b) Cấu tạo của tụ hoá 10

Hình 1.17: Tụ hoá có phân cực âm dương 13

Hình 1.18: (a) Hình mắc nối tiếp 2 tụ điện 14

Hình 1.18: (b) Hình mắc song song các tụ điện 14

Hình 1.19: (a) Hình mắc hai tụ không phân cực 15

Hình 1.19: (b) Hình mắc hai tụ phân cực 15

Hình 1.20: Hình ký hiệu biến dung 15

Hình 1.21: Hình tụ xoay sử dụng trong radio cũ (tụ không khí) 15

Hình 1.22: Kí hiệu của cuộn cảm 16

Hình 1.23: (a) Cuộn dây lõi không khí (b) Cuộn dây lõi Ferit 16

Hình 1.24: Tính nạp/xả năng lượng của cuộn cảm 17

Hình 1.25: Cấu tạo loa 18

Hình 1.26: Hình cấu tạo máy biến áp 18

Hình 1.27: Máy biến áp nguồn và máy biến áp nguồn hình xuyến 19

Hình 1.28: Máy biến áp xung và cao áp 20

Hình 1.29: (a) Mạng tinh thể Ge loại N 20

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của một transistor loại PNP 26

Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN 27 Hình 2.4: Mạch điện ở chế độ khuếch đại của transistor loại NPN 28

Hình 2.5: (a) Đặc tuyến ngõ vào 29

Hình 2.10: Sơ đồ mạch hẹn giờ bật - tắt đơn giản 33

Hình 2.11: Sơ đồ mạch dao động đa hài dùng transistor 34

Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch tự động báo động nước lũ tràn vào nhà 38

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý 41

Hình 3.3: (a) Sơ đồ mô phỏng mạch hoạt động khi mô tơ kéo cửa lên 42 Hình 3.3: (b) Sơ đồ mô phỏng mạch hoạt động khi mô tơ kéo cửa xuống 42 Hình 3.4: Mạch thực tế 43

Hình 3.5: Mô hình thực tế Error! Bookmark not defined

Hình 3.6: Mô hình thực tế khi đã hoạt động 44

MỤC LỤC

NỘI DUNG ĐỀ TÀI Error! Bookmark not defined.

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Lí do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

1.5 Lịch sử nghiên cứu 2

1.7 Cấu trúc của đề tài 3

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 4

1.1 Linh kiện điện tử thụ động 4

1.3.3 Rờ-le 23

CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ TRANSISTOR, TÌM HIỂU VỀ TRANSISTOR C1815 VÀ CÁC DẠNG MẠCH ỨNG DỤNG CỦA NÓ 25

2.1 Khái quát về transistor lưỡng cực (BJT) 25

2.1.1 Cấu tạo và ký hiệu 25

2.1.2 Nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của Transistor 25

2.1.3 Đặc tuyến của Transistor lưỡng cực 28

2.1.4 Các cách mắc Transistor đơn giản 30

2.2.3.2 Mạch hẹn giờ bật - tắt đơn giản 33

2.2.3.3 Mạch dao động đa hài dùng transistor 34

yếu tố cần thiết làm cho hoạt động con người đạt hiệu quả cao

Transistor là một linh kiện điện tử xuất hiện khắp nơi trong sinh hoạt hằng ngày, nó được ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực điện tử, vì nếu kết hợp với các linh kiện thích hợp thì nó có thể thực hiện nhiều chức năng như mạch khuếch đại một chiều, mạch khuếch đại xoay chiều và mạch đóng mở rơle….đặc biệt là transistor c1815 khi hoạt động trong mạch điện, có vai trò như một cái van cách li hay điều chỉnh dòng điện, điện áp trong mạch, từ vai trò này mà transistor c1815 được ứng dụng rất nhiều

Chính vì những ưu thế nổi bật đó cùng với những kiến thức có được đã thôi thúc em nghiên cứu và cảm thấy thích thú với các linh kiện điện tử có ứng dụng cao này Là một sinh viên chuyên ngành Vật l sinh ra và lớn lên ở miền trung – nơi chịu ảnh hưởng nặng nề của thiên tai, mà đặc biệt là mưa lũ Ngoài ra, các tỉnh thành khác hằng năm phải chịu những đợt triều cường, nước dâng cao tràn vào nhà và các cơ sở hạ tầng khiến cho hàng ngàn ngôi nhà bị chìm trong nước lũ, những điều đó đã nhen nhóm cho em tưởng ứng dụng những linh kiện điện tử – cụ thể là Transistor c1815 để chế tạo ra một hệ thống nhằm báo động và ngăn chặn nước lũ vào nhà để có thể giúp ích cho người dân, hạn chế thiệt hại về người và của khi lũ tràn vào nhà chính vì những lí do trên cùng với sự hứng thú,

muốn tìm hiểu em đã chọn đề tài: “Chế t o ch tự động o động và ng n nước tràn vào nhà”

2

1.2 Mục tiêu của đề tài

Tìm hiểu transistor c1815 và các linh kiện điện tử khác Chế tạo mạch tự động báo động và ngăn nước lũ tràn vào nhà

1.3 Đối tượng và ph vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Các linh kiện điện tử, transistor c1815 và mạch tự

động báo động nước lũ tràn vào nhà

Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu về transistor c1815 và chế tạo mạch tự động

báo động và ngăn nước lũ tràn vào nhà

1.4 Phương ph p nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết: tổng hợp và phân tích lí thuyết dựa trên sách, vở, giáo trình, trang web…để hiểu rõ về các linh kiện, hiểu được nguyên lí hoạt động của mạch cảm tự động báo động và ngăn nước lũ vào nhà Từ đó hiểu và xây

1.6 Đóng góp của đề tài

- Với đề tài này giúp cho các sinh viên hiểu rõ về transistor c1815 và ứng dụng của transistor việc thiết kế các mạch điện tử có ích trong cuộc sống

3 - Mạch báo động và ngăn nước lũ vào nhà rất hữu ích cho các gia đình, các công trình kiến trúc, bảo vệ công trình, nhà cửa khỏi tình trạng ngập nước

1.7 Cấu trúc của đề tài

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ TRANSISTOR C1815 VÀ CÁC DẠNG MẠCH ỨNG DỤNG CỦA NÓ

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MẠCH TỰ ĐỘNG BÁO ĐỘNG NƯỚC LŨ TRÀN VÀO NHÀ BẰNG PHẦN MỀM VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ

PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ PHẦN 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO

4

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

1.1 Linh kiện điện tử thụ động

1.1.1 Điện trở

Khái niệm: Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở vô cùng lớn

1.1.1.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo

a Điện trở của dây dẫn:

Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu, độ dài và tiết diện của dây được tính theo công thức sau:

Trong đó: ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu (Ωm) L là chiều dài dây dẫn (m)

S là tiết diện dây dẫn (m2) R là điện trở đơn vị là (Ω-Ohm)

b Điện trở trong thiết bị điện tử:

Điện trở được làm từ các hợp chất kim loại, tùy theo tỉ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau

- Kí hiệu: Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên l như sau:

Hình 1.1: Ký hiệu điện trở

- Đơn vị: Ω trong đó: 1KΩ = 1000Ω; 1MΩ = 1000000Ω

- Phân loại: các loại điện trở trong các mạch điện tử có thể phân loại theo công suất, theo độ chính xác, theo vật liệu chế tạo, theo hình dáng Nếu phân loại theo công suất thì có các loại như sau:

+ Loại 1: Các điện trở công suất lớn hơn 2W trở lên Ví dụ như các điện trở công suất, điện trở sứ là các điện trở được sử dụng trong mạch điện tử có dòng

1kR21k

5 điện lớn đi qua Các điện trở này khi hoạt động sẽ sinh ra một nhiệt năng khá lớn Chính vì thế chúng được cấu tạo từ các vật liệu chịu nhiệt

Hình 1.2: Hình dáng thực của một điện trở công suất

+ Loại 2: Điện trở thường là các điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W Là loại điện trở có công suất trung bình và nhỏ, chỉ cho các dòng điện có cường độ nhỏ đi qua

Hình 1.3: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu

+ Loại 3: Các điện trở có công suất và kích thước rất nhỏ (loại điện trở dán SMD) Là loại điện trở được làm theo công nghệ dán bề mặt, tức là dán trực tiếp lên bảng mạch in Khi đó người ta có thể thu nhỏ kích thước mạch rất nhiều Kích thước của điện trở loại này có thể nhỏ tới 0,6mm x 0,3mm

Hình 1.4: Cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD

1.1.1.2 Cách đọc, đo và cách mắc điện trở

a Đọc giá trị

- Loại1: Thì trị số điện trở/công suất thường được ghi trực tiếp trên thân - Loại 2: Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng màu, điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng màu Giá trị điện trở được tính theo quy ước quốc tế

Bảng 1 Bảng quy ước màu điện trở

Màu Giá trị hàng

tr -chục-đơn vị Số nhân Sai số

R = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) * 10(vòng 4) (vòng 5) - Loại 3: điện trở dán SMD

có giá trị là: 47*103 = 47000Ω = 47KΩ

có giá trị là: 473*102 = 47300Ω =47.3KΩ Hình 1.5: Cách đọc giá trị điện trở SMD

7 b Cách mắc điện trở

- Mắc kiểu nối tiếp 2 điện trở R1 và R2 được một điện trở tương đương R: R = R1+R2

Hình 1.6: (a) Điện trở mắc nối tiếp

- Mắc kiểu song song 2 điện trở được một điện trở tương đương R:

1 =

R +21

IRUUI

1k

9 - Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp

- Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một điện áp cho trước

1.1.2 Tụ điện

Khái niệm: 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 vv

1.1.2.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo

a Ký hiệu

Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor) Thông thường nếu là tụ có cực tính thì trên ký hiệu sẽ có sự khác nhau giữa hai bản tụ Ngược lại, tụ không có cực tính thì trên ký hiệu hai bản tụ giống nhau

Hình 1.9: (a) Ký hiệu của tụ không phân cực

Hình 1.9: (b) Ký hiệu của tụ có cực b 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

+

10 Hình 1.10: (a) Cấu tạo của tụ điện gốm

Hình 1.10: (b) Cấu tạo của tụ hoá

Hình 1.11: Hình ảnh thực của tụ gốm

Hình 1.12: Hình dạng và kích thước của tụ hoá

1.1.2.2 Cách đọc, đo và cách mắc tụ điện

a Đọc giá trị

11 - Điện dung: Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức

C = ξ S / d

Trong đó: C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F) ξ: Là hằng số điện môi của lớp cách điện d : là chiều dày của lớp cách điện

S : là diện tích bản cực của tụ điện

Đơn vị điện dung của tụ: Đơn vị là Fara (F) , 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (μF), NanoFara (nF), PicoFara (pF)

1 F = 1000 mF 1 mF = 1000 uF 1 uF = 1000 nF 1 nF = 1000pF

- Với tụ hoá: Giá trị điện dung của tụ hoá được ghi trực tiếp trên thân tụ

Hình 1.13: Hình tụ hoá ghi điện dung là 185uF/điện áp 320V - Với tụ giấy, tụ gốm: Tụ giấy và tụ gốm có trị số ghi bằng ký hiệu

Hình 1.14: Hình tụ gốm và trị số bằng ký hiệu Cách đọc: Lấy hai chữ số đầu nhân với 10(Mũ số thứ 3 )

12 Chữ K hoặc J ở cuối là chỉ sai số 5% hay 10% của tụ điện

- Tụ giấy và tụ gốm còn có một cách ghi trị số khác là ghi theo số thập phân và lấy đơn vị là MicroFara

Hình 1.15: Cách đọc giá trị tụ

* Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ:

- 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 cực đại ghi trên thân tụ cao gấp khoảng 1,4 lần

* Phân loại: Tụ điện có nhiều loại như tụ giấy, tụ gốm, tụ mi ca, tụ hoá nhưng về tính chất thì ta phân tụ là hai loại chính là tụ không phân cực và tụ phân cực

- Tụ giấy, tụ gốm, tụ mica (tụ không phân cực )

Các loại tụ này không phân biệt cực tính âm dương của chân tụ và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 μF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu, mạch dao động

Hình 1.16: Vài loại tụ gốm - Tụ hoá (tụ có phân cực)

13 Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương, tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47μF đến khoảng 4.700 μF, tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ

Hình 1.17: Tụ hoá có phân cực âm dương b Đo tụ điện

Có thể kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ đo điện trở loại kim hoặc đồng hồ số (có chức năng kiểm tra tụ) Khi đồng hồ kim ở thang đo điện trở thì giữa que đen và que đỏ có tồn tại một điện áp (do pin bên trong đồng hồ đo) Que đen (+) và que đỏ (-) Ta dùng điện áp này để kiểm tra tính nạp/phóng của tụ điện Nếu tụ tốt thì tính nạp/phóng thể hiện rõ Khi đặt kim đồng hồ vào 2 chân của tụ điện kim đồng hồ chạy từ ∞Ω về phía 0Ω (đến S1), sau đó kim chạy lùi lại về phía ∞Ω (đến S2) [∞Ω -S2 -S1 -0Ω] hoặc [[∞Ω -S2 -0Ω -S1] Vị trí của S1 và S2 cũng như tốc độ di chuyển của kim đồng hồ phụ thuộc vào thang đo, điện dung của tụ điện và chất lượng tụ

- Đối với tụ giấy và tụ gốm thường hỏng ở dạng bị dò rỉ hoặc bị chập Do điện dung của loại tụ này nhỏ nên ta thường dùng thang đo [1k] hoặc [10k], nên đảo vị trí kim vài lần khi tiến hành đo:

+ Khi đo tụ còn tốt kim phóng lên rồi lùi trở về phía vị trí cũ Điện dung của tụ càng nhỏ thì S1 và S2 càng ở gần ∞Ω (Lưu các tụ nhỏ quá < 1nF thì S1, S2 trùng với ∞Ω)

+ Khi đo tụ bị rò ta thấy kim lên lưng chừng thang đo và dừng lại không trở về vị trí cũ

+ Khi đo tụ bị chập ta thấy kim lên đến 0 Ω và không trở về

- Đối với tụ hoá ít khi bị rò hay bị chập như tụ giấy, nhưng chúng lại hay

hỏng ở dạng bị khô (khô hoá chất bên trong lớp điện môi) làm điện dung của tụ

Có ký hiệu dấu

“–“

bên chân âm

14 bị giảm, để kiểm tra tụ hoá, ta thường so sánh độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt Để đồng hồ ở thang từ [x1]Ω đến [x100]Ω, điện dung càng lớn thì để thang càng thấp:

+ Đo hai tụ và so sánh độ phóng/nạp, khi đo ta đảo chiều que đo vài lần Nếu hai tụ phóng/nạp bằng nhau là tụ cần kiểm tra còn tốt

+ Trường hợp kim lên mà không trở về là tụ bị rò

- Trường hợp tụ được gắn trên bo mạch, ta phải chú ý ảnh hưởng của linh kiện mắc song song trực tiếp hoặc gián tiếp với tụ

C +21

C hay Ctd =

Hình 1.18: (a) Hình mắc nối tiếp 2 tụ điện

+ Khi mắc nối tiếp thì điện áp cho phép (chịu đựng) của tụ tương đương bằng tổng điện áp chịu cho phép của các tụ cộng lại

Utd = U1 + U2

+ Khi mắc nối tiếp các tụ điện, nếu là các tụ hoá ta cần chú ý chiều của tụ điện, cực âm tụ trước phải nối với cực dương tụ sau

Hình 1.18: (b) Hình mắc song song các tụ điện

- Các tụ điện mắc song song thì có điện dung tương đương bằng tổng điện dung của các tụ cộng lại

Ctd = C1 + C2 Ctd

C21uF

15 Hình 1.19: (a) Hình mắc hai tụ không phân cực

Hình 1.19: (b) Hình mắc hai tụ phân cực

+ Điện áp cho phép (chịu đựng) của tụ điện tương tương bằng điện áp cho

phép của tụ có điện áp cho phép thấp nhất

+ Nếu là tụ hoá thì các tụ phải được đấu cùng chiều âm dương

1.1.2.3 Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng

Biến dung: có các ký hiệu như sau:

Hình 1.20: Hình ký hiệu biến dung

Ví dụ tụ xoay (tụ không khí) là một loại biến dung Tụ xoay là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trong Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài

Hình 1.21: Hình tụ xoay sử dụng trong radio cũ (tụ không khí)

+Ctd+C2+C1

16

1.1.3 Cuộn cảm

1.1.3.1 Ký hiệu, cấu tạo và phân loại

a Ký hiệu trên sơ đồ nguyên lý

L1 là cuộn dây lõi không khí, L2 là cuộn dây lõi ferit, L3 là cuộn dây có lõi chỉnh, L4 là cuộn dây lõi thép kỹ thuật

Hình 1.22: Kí hiệu của cuộn cảm b Cấu tạo và phân loại

Cuộn cảm gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn đƣợc sơn emay cách điện, lõi cuộn dây có thể là không khí, hoặc là vật liệu dẫn từ nhƣ Ferit hay lõi thép kỹ thuật điện

Hình 1.23: (a) Cuộn dây lõi không khí (b) Cuộn dây lõi Ferit

1.1.3.2 Cách đọc, đo và cách mắc cuộn cảm

- Hệ số tự cảm (định luật Faraday) Hệ số tự cảm là đại lƣợng đặc trƣng

cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua

L =

lSn2 .10 7.

μ: là hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi

- Cảm kháng: Cảm kháng của cuộn dây là đại lƣợng đặc trƣng cho sự cản

trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều ZL = 2..f.L

17 Trong đó: ZL: là cảm kháng, đơn vị là Ω

f : là tần số đơn vị là Hz

L : là hệ số tự cảm, đơn vị là Henry (H) - Điện trở thuần của cuộn dây:

Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở mà ta có thể đo được bằng đồng hồ đo điện trở, thông thường cuộn dây có phẩm chất tốt thì điện trở thuần phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở thuần còn gọi là điện trở tổn hao vì chính điện trở này sinh ra nhiệt khi cuộn dây hoạt động

- Tính chất nạp, xả của cuộn cảm :

+ Cuộn dây nạp năng lượng: Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng dưới dạng từ trường được tính theo công thức

W = L.I2 / 2 Trong đó: W: năng lượng (J)

L: hệ số tự cảm (H)

I: cường độ dòng điện (A)

Hình 1.24: Tính nạp/xả năng lượng của cuộn cảm

Khi K1 đóng, dòng điện qua cuộn dây tăng dần (do cuộn dây sinh ra cảm kháng chống lại dòng điện tăng đột ngột) vì vậy bóng đèn sáng từ từ, khi K1 vừa ngắt và K2 đóng, năng lương nạp trong cuộn dây tạo thành điện áp cảm ứng phóng ngược lại qua bóng đèn làm bóng đèn loé sáng => đó là hiên tượng cuộn dây xả điện

18

1.1.3.3 Các linh kiện khác cùng nhóm và ứng dụng

a Loa

Hình 1.25: Cấu tạo loa

Loa gồm một nam châm hình trụ có hai cực lồng vào nhau, cực N ở giữa và cực S ở xung quanh, giữa hai cực tạo thành một khe từ có từ trường khá mạnh, một cuộn dây được gắn với màng loa và được đặt trong khe từ, màng loa được đỡ bằng gân cao su mềm giúp cho màng loa có thể dễ dàng dao động ra vào Khi ta cho dòng điện âm tần (điện xoay chiều từ 20 Hz => 20.000Hz) chạy qua cuộn dây, cuộn dây tạo ra từ trường biến thiên và bị từ trường cố định của nam châm đẩy ra, đẩy vào làm cuộn dây dao động => màng loa dao động theo và phát ra âm thanh

b Biến áp:

Hình 1.26: Hình cấu tạo máy biến áp - Tỷ số vòng / vol của biến áp:

Gọi: n1 và n2 là số vòng của quộn sơ cấp và thứ cấp U1 và I1 là điện áp và dòng điện đi vào cuộn sơ cấp U2 và I2 là điện áp và dòng điện đi ra từ cuộn thứ cấp

=> Ta có các hệ thức như sau:

Điện áp ở trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỷ lệ thuận với số vòng dây quấn