Giáo trình Điện tử ứng dụng trong tự động điều khiển (Nghề Điện tử dân dụng - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:117

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Điện tử ứng dụng trong tự động điều khiển (Nghề Điện tử dân dụng - Trình độ: Trung cấp)" được biên soạn với mục tiêu giúp sinh viên trình bày được cấu tạo chức năng, nguyên lý hoạt động và phân tích được những nguyên nhân hư hỏng trong ứng dụng điều khiển thiết bị gia đình.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện tử ứng dụng trong tự động điều khiển (Nghề Điện tử dân dụng - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI GIỚI THIỆU Điện tử ứng dụng trong tự động điều khiển là một trong những môn học mô đun chuyên môn củ a nghề Điện tử dân dụng được biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng và ban hà nh năm 2017 của trường Cao đẳ ng nghề Cầ n Thơ dành cho nghề Điện tử dân dụng hệ Trung cấp. Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu, trong mỗi bài ho ̣c đều có bài tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phầ n lý thuyết. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình hiện có và cập nhật những kiến thức mới có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế. Nội dung giáo trình được biên soạn với lượng thời gian đào tạo 120 giờ gồm có: Bà i 01 MĐ24-01: Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng. Bà i 02 MĐ24-02: Mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ. Bà i 03 MĐ24-03: Mạch điều khiển thiết bị bằng âm thanh. Bà i 04 MĐ24-04: Mạch điều khiển đóng mở cửa tự động. Bà i 05 MĐ24-05: Mạch điều khiển bơm nước tự động. Bà i 06 MĐ24-06: Mạch đếm người ra vào cửa. Bà i 07 MĐ24-07: Mạch điều khiển động cơ máy giặt. Bà i 08 MĐ24-08: Mạch điều khiển đèn giao thông. Bà i 09 MĐ24-09: Mạch đèn quảng cáo. Bà i 10 MĐ24-10: Mạch đồng hồ hiển thị giờ, phút, giây bằng IC số. Bà i 11 MĐ24-11: Mạch điều khiển quạt bằng romote ti vi. Bà i 12 MĐ24-12: Mạch điều khiển nhiều thiết bị dùng hồng ngoại. Giáo trình cũng là tài liệu giảng da ̣y và tham khảo tốt cho các nghề điện tử dân dụng, cơ điện tử, điện công nghiệp và điện dân du ̣ng. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những thiế u só t. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ điề u chỉnh hoàn thiện hơn. Cầ n Thơ, ngày tháng 8 năm 2018 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Đỗ Hữ u Hâ ̣u 2. Trần Thanh Đức 2
MỤC LỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU .................................................................................................... 2 MỤC LỤC .............................................................................................................. 3 Bài 1: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG ............................... 11 1. Giới thiệu . ........................................................................................................ 11 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................................ 13 3. Phân tích hoạt động của mạch............................................................................ 14 4.Các bước thực hiện mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng .............................. 15 5. Các dạng hư hỏng thường gặp . ......................................................................... 16 Bài 2: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG NHIỆT ĐỘ ................................. 18 1.Giới thiệu chung ................................................................................................ 18 2.Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................................ 22 3.Phân tích hoạt động của mạch khống chế nhiệt độ ............................................. 22 4.Các bước thực hiện mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ ................................ 23 5. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ..................................................... 24 BÀI 3: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÂM THANH ............................. 25 1.Giới thiệu ........................................................................................................... 25 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện. ........................................................................... 26 3. Phân tích hoạt động của mạch ............................................................................ 27 4. Các bước thực hiện mạch điều khiển thiết bị bằng âm thanh .............................. 27 5.Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ....................................................... 28 BÀI 4: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG ............................. 29 1.Giới thiệu .......................................................................................................... 29 2.Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................................ 32 3.Phân tích hoạt động của mạch ............................................................................ 38 4.Các bước thực hiện ............................................................................................ 46 4.1.Hướng dẫn ban đầu ......................................................................................... 46 5. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục . .................................................... 49 BÀI 5:MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƠM NƯỚC ........................................ 51 1.Giới thiệu .......................................................................................................... 51 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ........................................................................... 54 3. Phân tích hoạt động mạch bơm nước tự động . .................................................. 54 4. Các bước thực hiện mạch .................................................................................. 55 5.Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ...................................................... 55 BÀI 6: MẠCH ĐẾM NGƯỜI RA VÀO CỬA ..................................................... 57 1.Giới thiệu .......................................................................................................... 57 2.Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ........................................................................... 57 3.Phân tích hoạt động mạch .................................................................................. 61 4. Các bước thực hiện mạch .................................................................................. 62 5.Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ...................................................... 62 BÀI 7: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MÁY GIẶT ........................................ 64 1.Giới thiệu .......................................................................................................... 64 2.Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................................ 65 3.Phân tích hoạt động mạch điều khiển động cơ máy giặt ..................................... 65 4.Các bước thực hiện mạch ................................................................................... 67 5.Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ...................................................... 70 BÀI 8:MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG ............................................. 72 1.Giới thiệu .......................................................................................................... 72 3
2.Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ............................................................................ 72 3. Phân tích hoạt động mạch đèn giao thông .......................................................... 76 4.Các bước thực hiện mạch điều khiển đèn giao thông ......................................... 85 5.Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ...................................................... 85 BÀI 9:MẠCH ĐÈN QUẢNG CÁO ...................................................................... 87 1.Giới thiệu .......................................................................................................... 87 2.Khảo sát sơ đồ chân linh kiện. ............................................................................ 87 3. Phân tích mạch đèn quảng cáo .......................................................................... 91 4. Các bước thực hiện mạch ...................................................................................... 5. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ..................................................... 94 BÀI 10: MẠCH ĐỒNG HỒ HIỂN THỊ GIỜ-PHÚT-GIÂY BẰNG IC SỐ ........... 95 1.Giới thiệu .......................................................................................................... 95 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ........................................................................... 95 3. Phân tích hoạt động mạch đồng hồ số ............................................................... 96 4. Các bước thực hiện ........................................................................................... 97 5. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục ..................................................... 98 BÀI 11: MẠCH ĐIỀU KHIỂN QUẠT DÙNG REMOTE TV .............................. 99 1.Giới thiệu .......................................................................................................... 99 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ......................................................................... 100 3.Phân tích hoạt động của mạch .......................................................................... 101 4.Các bước thực hiện mạch ................................................................................ 103 5.Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục .......................................................... BÀI 12: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DÙNG HỒNG NGOẠI . ................... 105 1.Giới thiệu ........................................................................................................ 105 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện ......................................................................... 106 3. Phân tích hoạt động mạch ............................................................................... 111 4.Các bước thực hiện .......................................................................................... 113 5.Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục. .................................................... 115 Tài liệu tham khảo. .............................................................................................. 116 4
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG TRONG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN Mã mô đun: MĐ 24 Thời gian thực hiện mô đun: 90 giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 56 giờ; Kiểm tra: 04 giờ) Vi trí tính chấ t, ý nghĩa và vai trò củ a mô đun: ̣ -Vị trí của mô đun: Mô đun được bố trí sau khi sinh viên học xong các mô-đun/ môn học Linh kiện điện tử; mạch điện tử cơ bản, mạch điện tử nâng cao, Kỹ thuật số, thiết kế mạch bằng máy tính... - Tính chất của mô đun: Là mô đun chuyên môn nghề tự chọn. - Ý nghĩa của mô đun: Sau khi học xong mô đun “Điện tử ứng dụng trong tự động điều khiển” người học phải biết vận dụng các kiến thức chuyên môn nghề cơ bản, kỹ thuật số, vi điều khiển, vẽ mạch điện trên máy tính vv…để ứng dụng để làm các mạch điện tử ứng dụng trong tự động điều khiển, Phân tích và thiết kế các điện tử ứng dụng trong tự động điều khiển. - Vai trò của mô đun: Giáo trình “Điện tử ứng dụng trong tự động điều khiển” nhằm cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về các ứng dụng của các điện tử trong tự động điều khiển, phương pháp và thiết kế các mạch điện tử ứng dụng trong điều khiển tự động. Mu ̣c tiêu củ a mô đun: - Kiến thức: + Trình bày được cấu tạo chức năng, nguyên lý hoạt động và phân tích được những nguyên nhân hư hỏng trong ứng dụng điều khiển thiết bị gia đình. - Kỹ năng: + Ứng dụng được các kết thức về kỹ thuật tương tự, số và điều khiển từ xa vào việc điều khiển các thiết bị gia đình + Vẽ và gia công được các mạch ứng dụng điện tử tương tự, số và điều khiển từ xa cho các thiết bị gia đình + Chẩn đoán, kiểm tra và sửa chữa được những hư hỏng của các mạch điều khiển thiết bị dân dụng -Thái độ: +Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện công việc. Nội dung mô đun Thời gian (giờ) Thực hành, Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm TT số thuyết thảo luận, tra bài tập Bài 1: Mạch điều khiển thiết bị bằng 1 8 3 5 ánh sáng 1. Giới thiệu 0.5 0.5 5
2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch điều 1 1 khiển thiết bị bằng ánh sáng 4. Các bước thực hiện mạch 3 0.5 2.5 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 3 0.5 2.5 khắc phục Bài 2: Mạch điều khiển thiết bị bằng 2 8 3 5 nhiệt độ 1. Giới thiệu chung 0.5 0.5 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch khống chế 1 1 nhiệt độ 4. Các bước thực hiện mạch 3 0.5 2.5 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 3 0.5 2.5 khắc phục Bài 3: Mạch điều khiển thiết bị bằng 3 8 2 5 1 âm thanh 1. Giới thiệu 0.25 0.25 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch điều 0.5 0.5 khiển thiết bị bằng âm thanh 4. Các bước thực hiện mạch 2.75 0.25 2.5 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 3 0.5 2.5 khắc phục Kiểm tra 1 1 Bài 4: Mạch điều khiển đóng mở cửa 4 4 2 2 tự động 1. Giới thiệu 0.25 0.25 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch mở cửa tự 0.5 0.5 động 4. Các bước thực hiện mạch 1.25 0.25 1 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 1.5 0.5 1 khắc phục Bài 5: Mạch điều khiển bơm nước tự 5 8 3 5 động 6
1. Giới thiệu 0.5 0.5 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch bơm nước 1 1 tự động 4. Các bước thực hiện mạch 3 0.5 2.5 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 3 0.5 2.5 khắc phục 6 Bài 6: Mạch đếm người ra vào cửa 8 2 5 1 1. Giới thiệu 0.25 0.25 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch đếm 0.5 0.5 người ra vào cửa 4. Các bước thực hiện mạch 1.75 0.25 1.5 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 4 0.5 3.5 khắc phục Kiểm tra 1 1 Bài 7: Mạch điều khiển động cơ máy 7 8 2 6 giặt 1. Giới thiệu 0.25 0.25 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch điều 0.5 0.5 khiển động cơ máy giặt 4. Các bước thực hiện mạch 2.75 0.25 2.5 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 4 0.5 3.5 khắc phục Bài 8: Mạch điều khiển đèn giao 8 8 2 5 1 thông 1. Giới thiệu 0.25 0.25 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch đèn giao 0.5 0.5 thông 4. Các bước thực hiện mạch 2.75 0.25 2.5 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 3 0.5 2.5 khắc phục Kiểm tra 1 1 9 Bài 9: Mạch đèn quảng cáo dùng IC 8 3 5 7
số 1. Giới thiệu 0.5 0.5 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch đèn quảng 1 1 cáo 4. Các bước thực hiện mạch 3 0.5 2.5 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 3 0.5 2.5 khắc phục Bài 10: Mạch đồng hồ hiển thị giờ - 10 6 2 4 phút - giây bằng IC số 1. Giới thiệu 0.25 0.25 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch đồng hồsố 0.5 0.5 4. Các bước thực hiện mạch 1.75 0.25 1.5 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 3 0.5 2.5 khắc phục Bài 11: Mạch điều khiển quạt dùng 11 8 3 5 Remote TV 1. Giới thiệu 0.5 0.5 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch điều 0.5 0.5 khiển quạt dùng Remote TV 4. Các bước thực hiện mạch 3.5 1 2.5 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 3 0.5 2.5 khắc phục Bài 12: Mạch điều khiển nhiều thiết 12 8 3 4 1 bị dùng hồng ngoại 1. Giới thiệu 0.5 0.5 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 0.5 0.5 3. Phân tích hoạt động mạch điều 0.5 0.5 khiển nhiều thiết bị dùng hồng ngoại 4. Các bước thực hiện mạch 2.5 1 1.5 5. Các hư hỏng thường gặp và cách 3 0.5 2.5 khắc phục Kiểm tra 1 1 Cộng 90 30 56 04 8
BÀI 1: MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ÁNH SÁNG Mã bài: MĐ24-01 Giới thiệu: Mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng được ứng ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày, Mạch giúp chúng ta tiết kiệm điện, tránh lãng phí sử dụng đúng mục đích giúp mạch tăng được tuổi thọ. VD: Khi trời tối, hoặc khi trời mưa mạch tác động làm đèn sáng bất kề thời gian nào mà chúng ta không cần can thiệp vào mạch. Mục tiêu: -Ứng dụng được kiến thức kỹ thuật tương tự để thực hiện mạch điều khiển thiết bị cảm nhận bằng ánh sáng; - Phân tích mạch ứng dụng quang trở điều khiển tự động mở đèn đường; - Trình bày chính xác về vị trí, cấu tạo, chức năng nhiệm vụ, chỉ tiêu kỹ thuật của các linh kiện trên mạch; - Ráp, cân chỉnh và sửa chữa mạch mở đèn đường hoạt động tốt; - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp; Nội dung của bài: 1. Giới thiệu 1.1. Giới thiệu các loại thiết bị cảm nhận ánh sáng Cảm biến là khả năng nhận biết các biến đổi của môi trường để ứng biến kịp thời, cảm biến ánh sáng là các khả năng nhận biết các biến đổi của ánh của môi trường bên ngoài mà cảm ứng có thế nhận biết. -Mạch tự động mở đèn đường. -Mạch báo người ra vào cửa, mạch đếm sản phẩm. -Mạch báo thức…. Thí dụ: Với hệ thống đèn điện trên đường cao tốc tại sao buổi tối không có người bật mà cũng tự động sáng lên được, đấy là các hệ thống đèn cảm biến ánh sáng được lắp công tắc cảm ứng, công tắc cảm ứng này được cài đặt sẵn và được cấu hình vào thời gian nào và với nhiệt độ ánh sáng môi trường bên ngoài như thế nào thì đèn sẽ sáng lên. Hình 1.1.Ứng dụng cảm biến ánh sáng cho đèn đường 9
Hình 1.2.Tự động bật đèn khi trời tối, tắt đèn khi trời sáng Hình 1.3.Công tắc cảm biến ánh sáng 1.2.Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển ánh sáng Thay đổi độ sáng của đèn dựa vào độ sáng môi trường bên ngoài (VD: Mặt trời, đèn) mà cảm biến quang (quang trở) nhận được. Quang trở là một điện trở thay đổi được giá trị dựa vào cường độ ánh sáng chiếu vào nghĩa là trong bóng tối, điện trở quang trở rất lớn và giảm dần tùy theo ánh sáng nó nhận được. Chúng ta đặt quang trở ở trên cùng hay ở vị trí mà quang trở có thể nhận được ánh sáng tốt nhất. Khi độ sáng môi trường thay đổi (sáng, tối) quang trở thay đổi giá trị (giảm, tăng). Trong mạch có vi điều khiển, dùng vi điều khiển để đọc các giá trị điện trở nhận 10
được. Tùy theo mức điện trở nhận được, ta sẽ điều khiển góc kích mở của triac và cấp điện áp ra cho bóng đèn. Vì điện áp bóng đèn là 220VAC, trong khi mạch điều khiển sử dụng điện áp một chiều 5VDC nên cần có biến áp để hạ điện áp từ 220VAC thành điện áp 12VAC qua cầu diode để chuyển thành điện áp 1 chiều 12VDC, đi qua mạch ổn áp 5VDC để ổn định điện áp thành 5V cấp cho vi điều khiển và để mạch điều khiển không bị ảnh hưởng bởi điện áp 220VAC hoàn toàn thì chúng ta dùng thêm optor để cách ly. 2.Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 2.1.Khảo sát các linh kiện thụ động 2.1.1.Điện trở: Chọn điện trở đúng giá trị theo sơ đồ nguyên lý, đọc giá trị theo màu, công suất khoảng 1/4W - 3W. Tùy theo từng vị trí của điện trở trên sơ đồ nguyên lý mà bố trí điện trở đúng giá trị công suất. 2.1.2.Tụ điện Chọn giá trị tụ đúng loại như sơ đồ nguyên lý, đọc giá trị tụ theo từng loại để xác định đúng giá trị, dùng VOM đo kiểm tra tụ còn khả năng nạp, xả hay bị nối tắt mạch không. 2.2.Khảo sát các linh kiện quang Quang trở: Là điện trở có trị số càng giảm khi được chiếu sáng càng mạnh. Điện trở tối (khi không được chiếu sáng - ở trong bóng tối) thường trên 1M, trị số này giảm rất nhỏ có thể dưới 100 ôm khi được chiếu sáng mạnh. LDR Hình 1.6. Ký hiệu và hình dạng quang trở 2.3. Khảo sát sơ đồ chân IC Octo triac MOC 3021 Hình 1.7. Cấu tạo bên trong của MOC 3021 MOC 3021 gồm có 6 chân cấu tạo bên trong được tích hợp bằng 1 diode và diac. Khi có áp chân 1 lớn hơn áp chân 2 sẽ có dòng điện chạy từ chân 1 qua chân 2 sẽ làm diode phát quang tác động lên diac làm cho diac dẫn điện. 11
Hình 1.8.Sơ đồ chân BT136 3. Phân tích hoạt động của mạch 3.1.Sơ đồ nguyên lý R1 VR 1 330K R4 R3 R5 10K D5 Q1 22 _ 2W 1K 100K 684J/400V - + A1015 12V LAMP 1 2 C4 TRIAC C2 Q2 DIODE 1N4007 104 BT136 0 22uf /250V C1815 J1 R8 C3 1 6 2 5 R2 3 4 47uf/250V 100 MOC 3021 10 _ 2W R6 R7 LDR 470 390 0 Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý mạch 3.2.Chức năng linh kiện Điện trở R5, LDR, R6,VR1 phân cực cho transistor Q2, trong đó LDR1 đóng vai trò như 1 cảm biến ánh sáng, VR1 giúp cho sự phân cực tại chân B Q2 được nhạy hơn. R5 phân cực cho cực C Q2 đồng thời tạo điện áp chân B của Q1. -MOC 3021 đóng vai trò như phần cách ly giữa phần điện áp 1 chiều cấp cho mạch và phần điều khiển đèn hoạt động ở nguồn 220VAC. -Tụ C1 có tác dụng giãm áp từ nguồn 220VAC xuống còn khoảng 15VAC cấp cho cầu Diode để nắn điện AC thành DC. -Diode zener 12V đóng vai trò ghim áp để bảo vệ cho các linh kiện transistor, MOC 3021,… 12
3.3.Nguyên lý hoạt động mạch Khi cấp điện áp cho mạch, và có ánh sáng chiếu vào LDR, thì bản thân LDR có điện áp vô cùng lớn nên điện áp phân cực tại chân B Q2 không đủ 0,6V nên Q2 không dẫn kéo theo Q1 không dẫn kéo theo MOC 3021 không hoạt động, làm tri ac BT 136 Không được kích nên đèn không sáng. Khi không có ánh sáng chiếu vào LDR, Q2 dẫn kéo theo Q1 dẫn làm cho MOC 3021 hoạt động kích lên Triac BT136 làm triac dẫn nên đèn sáng. 4.Các bước thực hiện mạch điều khiển thiết bị bằng ánh sáng R1 VR 1 330K R4 R3 R5 10K D5 Q1 22 _ 2W 1K 100K 684J/400V - + A1015 12V LAMP 1 2 C4 TRIAC C2 Q2 DIODE 1N4007 104 BT136 0 22uf /250V C1815 J1 R8 C3 1 6 2 5 R2 3 4 47uf/250V 100 MOC 3021 10 _ 2W R6 R7 LDR 470 390 0 4.1.Chuẩn bị vật liệu dụng cụ và thiết bị a.Vật liệu Linh kiện: điện trở, biến trở, tụ, đèn, quang trở, diode, transistor, MOC 3021, BT 136 có giá trị và số lượng theo như sơ đồ nguyên lý. b.Dụng cụ: - Máy đo: VOM, máy hiện sóng… - Bộ dụng cụ sửa chữa điện tử: kềm cắt, mỏ hàn, chì hàn, vít… c.Thiết bị: Mô hình thực hành điện tử ứng dụng Các thiết bị hỗ trợ khác: máy khoan, mỏ hàn… 4.2.Các bước thực hiện: - Kiểm tra linh kiện. - Vẽ Mạch in hoặc ủi mạch in có sẳn. - Rửa mạch in. - Kiểm tra thông mạch. - Khoan mạch in. - Gắn và hàn linh kiện. - Kiểm tra hoạt động của mạch. 13
5. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục: STT CÁC DẠNG HƯ NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC HỎNG PHỤC 1 Đèn không sáng -Do hư hỏng bóng đèn. -Kiểm tra bóng đèn, nếu hư hỏng thay mới. - Do hư triac. - Thay linh kiện -Do hư MOC 3021 mới. - Do hư transistor Q1 và Q2 - Thay linh kiện hay không phân cực mới. được transistor. - Thay linh kiện -Do hư hỏng Diode zener. mới. - Do hư hỏng diode nắn điện hoặc gắn sai ầu diode trong mạch - Thay linh kiện mới. - Thay linh kiện mới. Đèn đường nhấp -Do tiếp xúc giữa bóng đèn -Kiểm tra bóng 2 nháp và đuôi đèn không tốt. đèn và đuôi đèn. -Do biến trở và quang trở -Kiểm tra biến không tiếp xúc tốt trở và quang trở, nếu hư hỏng thay mới. 3 Mạch không hoạt -Do tiếp xúc giữa dây dẫn -Kiểm tra tiếp động vào mạch bị hỏng hoặc tiếp xúc giữa dây dẫn xúc giữa nguồn và mạch vào mạch. không tốt. -Do lắp sai đầu diode trong -Kiểm tra diode cầu Diode, hoặc 1 trong 4 và cách lắp diode bị hỏng. diode. - Do quang trở bị hỏng. - Do lắp sai chân transistor -Thay quang trở C1815, A1015, hoặc mới. transistor bị hỏng. - Kiểm tra -MOC3021 bị hỏng. transistor,nếu hư -BT136 bị hỏng. hỏng thay mới. -Thay MOC 3021. -Thay BT 136. 14
5.1.Câu hỏi và bài tập thảo luận (có thể hỏi trực tiếp cả lớp hoặc thảo luận theo từng nhóm) 1.Hãy cho biết giá trị điện trở của quang trở sẽ như thế nào nếu ta tăng cường độ sáng chiếu vào bề mặt tiếp nhận ánh sáng? 2.Có thể ứng dụng mạch mở đèn đường thay mạch đèn báo thức khi trời sáng được không? 3.Kể tên các mạch điện ứng dụng quang trở mà bạn biết? 15
BÀI 2 : MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG NHIỆT ĐỘ Mã bài: MĐ24-02 Giới thiệu: Mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ giúp chúng ta chủ động trong việc bảo vệ thiết bị mạch trong điều khiện mạch và máy làm việc trong thời gian dài, giúp tăng được tuổi thọ mạch và máy. Tiết kiệm điện. Ví dụ: Máy ấp trứng, Tủ lạnh, vv... Mục tiêu: - Ứng dụng được kiến thức kỹ thuật tương tự để thiết kế mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ. - Phân tích được mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ. - Trình bày chính xác về vị trí, cấu tạo, chức năng nhiệm vụ, chỉ tiêu kỹ thuật của các linh kiện trên mạch. - Ráp, cân chỉnh và sửa chữa mạch khống chế nhiệt độ hoạt động tốt. - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp. Nội dung của bài: 1.Giới thiệu chung 1.1 Giới thiệu các loại thiết bị cảm biến nhiệt độ. Hiện nay cảm biến nhiệt độ được chia ra làm các loại sau: - Cặp nhiệt điện (Thermocouple ). - Nhiệt điện trở (RTD-resitance temperature detector ). - Thermistor. - Bán dẫn (Diode, IC ,….). - Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc (hỏa kế- Pyrometer). Dùng hồng ngoại hay lazer. 1.1.1.Cặp nhiệt điện (Thermocouples). - Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu. - Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi (mV). - Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao. - Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao. - Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,… - Tầm đo: -1000 - 1400 0C Cấu tạo của cảm biến Thermocouples - Gồm 2 dây kim loại khác nhau được hàn dính 1 đầu gọi là đầu nóng (hay đầu đo), Hai đầu còn lại gọi là đầu lạnh (hay là đầu chuẩn). Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức điện độngV tại đầu lạnh. Một vấn đề đặt ra là phải ổn định và đo được nhiệt độ ở đầu lạnh, điều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu. Do vậy mới cho ra các chủng loại cặp nhiệt độ, mỗi loại cho ra 1 sức điện động khác nhau: E, J, K, R, S, T.Các bạn lưu ý điều này để chọn đầu dò và bộ điều khiển cho thích hợp. -Dây của cặp nhiệt điện thì không dài để nối đến bộ điều khiển, yếu tố dẫn đến không chính xác là chổ này, để giải quyết điều này chúng ta phải bù trừ cho nó (offset trên bộ điều khiển). 16
Hình 2.1. cấu tạo của Thermocouples Lưu ý khi sử dụng: -Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý là không nên nối thêm dây (vì tín hiệu cho ra là mV nối sẽ suy hao rất nhiều). Cọng dây của cảm biến nên để thông thoáng (đừng cho cọng dây này dính vào môi trường đo).Cuối cùng là nên kiểm tra cẩn thận việc offset thiết bị. - Lưu ý:Vì tín hiệu cho ra là điện áp (có cực âm và dương) do vậy cần chú ý kí hiệu để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng. 1.1.2.Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ). - Cấu tạo: gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Niken, Patium,…được quấn theo hình dáng của đầu to - Nguyên lý: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa 2 đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong 1 khoảng nhiệt độ nhất định. - Ưu điểm: Độ chính xác cao hơn cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế. - Khuyết điểm: Dải đo bé hơn cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn cặp nhiệt điện. -Thường dùng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia công vật liệu, hóa chất vv… - Tầm đo: -2000 C – 7000C Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD -Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng của đầu đo. Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ nhất định.Phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum. Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài.Thường có các loại:100, 200, 500, 1000 ohm tại 0 D.C. Điện trở càng cao thì độ nhạy nhiệt càng cao. -RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. Lưu ý khi sử dụng: -Loại RTD 4 dây giảm điện trở dây dẫn đi 1/2, giúp hạn chế sai số. -Cách sử dụng của RTD khá dễ chịu hơn so với Thermocouple. Chúng ta có thể nối thêm dây cho loại cảm biến này (hàn kĩ, chất lượng dây tốt, có chống nhiễu ) và có thể đo test bằng VOM được. - Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây. 17
Hình 2.2 Hình dạng nhiệt trở 1.1.3. Thermistor - Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,… - Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi. -Ưu điểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo. - Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp. -Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử. -Tầm đo: 500C Cấu tạo Thermistor. -Thermistor được cấu tạo từ hổn hợp các bột ocid. Các bột này được hòa trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất định sau đó được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao. Mức độ dẫn điện của hổn hợp này sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. - Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ; Hệ số nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ.Thường dùng nhất là loại NTC. -Thermistor chỉ tuyến tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 500-1500C do vậy người ta ít dùng để dùng làm cảm biến đo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các mục đích bảo vệ, ngắt nhiệt. Lưu ý khi sử dụng: -Tùy vào nhiệt độ môi trường nào mà chọn Thermistor cho thích hợp, lưu ý hai loại PTC và NTC (gọi nôm na là thường đóng/ thường hở) Có thể test dễ dàng với đồng hồ VOM. - Nên ép chặt vào bề mặt cần đo. - Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ. - Vì biến thiên điện trở nên không quan tâm chiều đấu dây. Hình 2.3.Nhiệt điện trở 1.1.4. Bán dẫn -Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn. -Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ -Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản. -Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền 18
-Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch điện. -Tầm đo: -500C - 150 0C Cấu tạo bán dẫn -Cảm biến nhiệt bán dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ những chất bán dẫn. Có các loại như Diode, Transistor, IC. Nguyên lý của chúng là dựa trên mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường. Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều loại cảm biến nhiệt với sự tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định, mạch điện xử lý đơn giản rẽ tiền,…. -Ta dễ dàng bắt gặp cảm biến loại này dưới dạng diode (hình dáng tương tự Pt100), các loại IC như: LM35, LM335, LM45. Nguyên lý của chúng là nhiệt độ thay đổi sẽ cho ra điện áp thay đổi. Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuẩn trong mạch. -IC Cảm biến nhiệt LM35 và cảm biến nhiệt độ dạng Diode. -Gần đây có cho ra đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuẩn truyền thông I2C ( DS18B20 ) mở ra một xu hướng mới trong “ thế giới cảm biến”. - IC Cảm biến nhiệt độ DS18B20. Hình 2.4.IC cảm biến nhiệt độ DS 18B20 Lưu ý khi sử dụng: -Vì được chế tạo từ các thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt bán dẫn kém bền, không chịu nhiệt độ cao. Nếu vượt ngưỡng bảo vệ có thể làm hỏng cảm biến. - Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ tuyến tính trong một giới hạn nào đó, ngoài dải này cảm biến sẽ mất tác dụng. Hết sức quan tâm đến tầm đo của loại cảm biến này để đạt được sự chính xác. -Loại cảm biến này kém chịu đựng trong môi trường khắc nghiệt: Ẩm cao, hóa chất có tính ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh. 1.1.5. Nhiệt kế bức xạ(còn gọi là hỏa kế - pyrometer). - Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học. -Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt. -Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường đo. - Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền. 19
-Thường dùng: Làm các thiết bị đo cho lò nung. -Tầm đo: -540C - 1000 0C Cấu tạo hỏa kế -Nhiệt kế bức xạ (hỏa kế) là loại thiết bị chuyên dụng dùng để đo nhiệt độ của môi những trường mà đặt cảm biến). -Gồm các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc. Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng bức xạ năng lượng. Và năng lượng bức xạ sẽ có 1 bước sóng nhất định.Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này và phân tích để cho ra nhiệt độ của vật cần đo. Lưu ý khi sử dụng: -Tùy theo thông số của nhà sản xuất mà hỏa kế có các tầm đo khác nhau, tuy nhiên đa số hỏa kế đo ở khoảng nhiệt độ cao. Và vì đặc điểm không tiếp xúc trực tiếp với vật cần đo nên mức độ chính xác hỏa kế không cao, chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường xung quanh (góc độ đo, run tay, ánh sáng môi trường). 1.2.Nguyên lý hoạt động của các mạch điều khiển bằng nhiệt độ Bình thường mạch hoạt động, khi mạch hoạt động với thời gian lâu, nhiệt sinh ra trong quá trình làm việc sẽ tác động đến linh kiện khác làm tuổi thọ của mạch giãm xuống. Để khắc phục trường hợp này trong mạch sẽ lắp thêm một cảm biến nhiệt độ. Khi mạch nóng lên sẽ tác động đến cảm biến từ đó sẽ làm thay đổi điện áp cấp cho các linh kiện khác của mạch đưa đến mạch hoạt động giãm đi hoặc ngưng hẳn. Đôi khi nhiệt độ tăng lên vượt mức cho phép sẽ tác động đến linh kiện khác (làm quạt quay làm mát) làm cho nhiệt độ giãm xuống. 2. Khảo sát sơ đồ chân linh kiện 2.1.Khảo sát các linh kiện thụ động Điện trở, biến trở đúng giá trị để đảm bảo cho cảm biến nhiệt hoạt động. 2.2.Khảo sát cảm biến nhiệt -Nhiệt điện trở TTC 3A103 gồm 2 chân có tác dụng làm thay đổi giá trị điện trở khi nhiệt độ thay đổi. Đây là loại nhiệt điện trở âm. Khi nhiệt độ tăng, giá trị điện trở giãm. Một số mạch sử dụng IC cảm biến nhiệt LM 35 thay cho nhiệt điện trở. 2.3. Khảo sát sơ đồ chân IC -IC LM 311 là IC Op - Amp dùng để so sánh mức tín hiệu điện áp ở chân 2 và 3 để cho mức tín hiệu điện áp ra ở chân 7 cấp cho chân B transistor. 3.Phân tích hoạt động của mạch khống chế nhiệt độ 3.1. Sơ đồ nguyên lý Hình 2.5.Mạch điều khiển thiết bị bằng nhiệt độ 20