Nghiên cứu thực hiện bộ rung tần số thay đổi được

có máy truyền hình màn ảnh rộng với độ phân giải cao, các máy xem hình VCD, DVD, các máy điện thoại di động,…Con người đã phóng phi thuyền con thoi lên vũ trụ, phóng vệ tinh với các thiết bị định vị toàn cầu (GPS), đã nghiên cứu chế tạo các máy tính quy mô lớn ..v..v…Kỹ thuật điện tử rõ ràng đã có một ảnh hưởng to lớn đối với cuộc sống xã hội loài người. Kỹ thuật điện tử còn tác dụng rất rõ rệt trong việc thúc đẩy tiến bộ khoa học kỹ thuật và nó cũng là một kỹ thuật hấp dẫn đối với đông đảo thanh niên. - Dù có những sự tiến bộ kỳ diệu như vậy nhưng kỹ thuật điện tử cũng lại là một kỹ thuật rất gần gũi con người. Chỉ với mỏ hàn, vài linh kiện, vài cuốn sách đủ làm cho người ta say sưa thiết kế, lắp ráp các mạch điện tử đủ các loại thông dụng; nhiều người trở thành những kỹ sư nổi tiếng cũng bắt đầu từ con đường đó. - Trong tài liệu ngắn ngủi này em trình bày những hiểu biết cơ bản nhất về điện điện tử ( các loại mạch, các linh kiện), các phần mềm hỗ trợ việc học điện điện tử(Orcad, Crocodile phyics); nhằm phục vụ việc tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và thực hành lắp ráp bộ rung tần số thấp thay đổi được. - Trước tiên em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Thanh Vân đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em từ việc cung cấp tài liệu cho đến việc lắp ráp mạch, hoàn thành đề tài. Sau nữa em xin gởi lời cảmơn đến Ban Giám hiệu nhà trường và Ban Chủ Nhiệm khoa Vật Lý đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em học tập, các thầy cô đã không quản mệt nhọc truyền đạt kiến thức cho em trong suốt 4 năm học. Và đặc biệt em xin cảm ơn thầy trưởng khoa Thái Khắc Định đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn này. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 1 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân CHƯƠNG I: SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ĐIỆN TỬ I.Định nghĩa sơ đồ mạch điện điện tử: - Các sơ đồ mạch điện tử là các ký hiệu của mạch điện được quy định vẽ trên giấy dùng để biểu thị các loại mạch điện thực tế tương ứng để người ta có thể sử dụng một cách tiện lợi. Từ định nghĩa ta thấy bất kỳ các hình đồ họa biểu thị mạch điện điện tử trên giấy đều gọi là sơ đồ mạch điện điện tử. II.Phân loại các sơ đồ mạch điện: - Chúng ta thường gặp các sơ đồ điện tử gồm có: Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ lắp ráp, sơ đồ mạch in. 1.Sơ đồ nguyên lý: - Là sơ đồ thể hiện nguyên lý làm việc của mạch điện tử. Sơ đồ nguyên lý này trực tiếp diễn giải kết cấu của mạch điện tử được dùng trong các sơ đồ mạch điện khi thiết kế và phân tích sơ đồ mạch điện. Các sơ đồ mạch điện thông qua việc nhận biết các ký hiệu linh kiện trên mạch điện khác nhau, được vẽ trên giấy và các phương thức nối tiếp giữa chúng với nhau, có thể biết được trạng thái khi làm việc thực tế của mạch điện. Khi thiết kế sơ đồ mạch điện, thông qua việc thay đổi các phương tiện nối dây trên sơ đồ hoặc các chú thích, chúng ta có thể dễ dàng thay đổi các kết cấu của mạch điện để đạt mục đích thiết kế. R3 R1 103 6 3 512 7 4 8R2 C1 Role LED IC555 Hình І.1: Sơ đồ nguyên lý bộ rung SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 2 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân 2.Sơ đồ khối: - Sơ đồ khối là dùng các dây nối và các hình vuông để biểu thị các sơ đồ mạch điện có tính chất khái quát về nguyên lý cấu tạo làm việc của mạch điện. Về căn bản nó cũng là sơ đồ nguyên lý chỉ khác là trên giấy ngoài các khung vuông và dây nối hầu như không có các ký hiệu khác. Sự khác biệt chủ yếu là trên sơ đồ nguyên lý đã được vẽ tương đối tỉ mỉ toàn bộ các linh kiện trên mạch điện và các phương thức nối dây của chúng, còn sơ đồ khối chỉ vẽ một cách đơn giản các bộ phận và phân biệt các chức năng của mạch điện với nhau, mỗi bộ phận được miêu tả bằng một khối, ở trong khối đó có thể viết chữ đơn giản để thuyết minh; giữa các khối được dùng các đường nối mũi tên để chỉ các mối quan hệ giữa các khối với nhau. Bởi vì có sự khác nhau về mức độ chi tiết nên sơ đồ khối chỉ có thể dùng để thể hiện những nguyên lý làm việc cơ bản nhất của mạch điện; còn sơ đồ nguyên lý ngoài việc trình bày một cách chi tiết các mạch điện và nguyên lý làm việc của chúng, nó còn dùng để làm căn cứ chế tạo các mạch điện. Hình І.2: Sơ đồ khối bộ rung Sơ đồ lắp ráp: - Là sơ đồ sử dụng trong khi lắp ráp các mạch điện, các ký hiệu trên sơ đồ là hình vỏ ngoài của linh kiện thực trên mạch điện. Chúng ta chỉ cần căn cứ vào dạng được vẽ trên sơ đồ xếp đặt và nối chúng lại, là có thể hoàn thành việc lắp ráp mạch điện. Sơ đồ mạch điện loại này thường cung cấp cho những người mới học sử dụng. Từ trên sơ đồ nói chung rất khó thấy nguyên lý của các mạch điện, trừ SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 3 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân khi nó hết sức đơn giản, chỉ dùng vỏ ngoài có thể biểu thị mạch điện một cách rõ ràng. Để tiện lợi trong việc liên kết giữa chúng với nhau các sơ đồ nguyên lý, sơ đồ lắp ráp việc phân bố các linh kiện và hình thức liên kết các linh kiện và các ký hiệu linh kiện trong sơ đồ đều có sự thống nhất. 3.Sơ đồ mạch in: - Tên gọi đầy đủ là sơ đồ của board mạch in hoặc sơ đồ của board đường dây mạch in. Với các sơ đồ mạch điện và sơ đồ lắp ráp nó, đều dùng để sử dụng trong mạch điện khi lắp ráp thực tế; chỉ khác là sơ đồ board mạch in là sơ đồ lắp ráp các linh kiện trên mạch điện của board mạch in, còn sơ đồ lắp ráp chỉ là sơ đồ nối dây ráp các mạch điện. Board mạch in là một tấm cách điện, trên đó có phủ một lớp mỏng kim loại, trên những lá kim loại đó những chỗ không cần sẽ bị ăn mòn, phần còn lại chính là các dây nối giữa các linh kiện trên mạch điện, sau đó lắp ráp toàn bộ các linh kiện ở trên mạch in. Ở tấm cách điện này lợi dụng các phần còn lại của lớp kim loại mỏng sẽ trở thành các dây nối dẫn điện giữa các linh kiện, hoàn thành việc nối tiếp mạch điện. Do các lớp này trên mạch in thường dùng kim loại là đồng sơn phủ một mặt hay hai mặt cho nên board còn gọi là board mạ đồng. Nó khác với sơ đồ lắp ráp ở chỗ, việc phân bố linh kiện trên board trên sơ đồ mạch in có khác với sơ đồ nguyên lý. Do vậy trong việc thiết kế các board mạch in cần phải khảo sát các điểm nối liên kết trên sơ đồ nguyên lý, làm sao khi phân bố các linh kiện trên đó được tương xứng và việc nối dây hợp lý, ngoài ra cần phải quan tâm tới thể tích của linh kiện, các vấn đề tản nhiệt, chống can nhiễu, chống ghép…v…v. Tổng hợp các nhân tố đó mới thiết kế các board mạch in có chất lượng cao. Nhìn bề ngoài thì nó có vẻ rất khác so với các sơ đồ nguyên lý tương ứng. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 4 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU LINH KIỆN CHÍNH CỦA BỘ RUNG I.Mạch IC định thời 555: 1.Nhiệm vụ: - Là bộ phận quan trọng nhất trong bộ rung, tạo ra xung dao động có tần số và độ rộng xung thay đổi được. Hình ІІ.1: IC555 hình khối. 2.Giới thiệu chung: - Mạch IC gốc chuẩn thời gian 555 là mạch IC quy mô được thiết kế với chức năng định dạng. Trong thực tiễn người ta phát hiện phạm vi ứng dụng của nó đã vượt qua khỏi chức năng định giờ. Thông qua việc nối với các linh kiện ngoại vi thích hợp nó có thể dùng để tạo thành các loại mạch điện như bộ khuyếch đại, bộ dao động..v..v… và các mạch điện thường dùng. Cho nên mạch điện gốc chuẩn thời gian cũng được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện khác nhau. - Mạch IC gốc chuẩn thời gian bên trong mạch điện của nó có 3 con trị số điện trở là 5k . Vì thế được đặt tên là 555 do Mỹ chế tạo đầu tiên. Các xưởng sản xuất mạch IC gốc chuẩn thời gian đều đặt tên là 555, chỉ khác nhau ở trước nó có thêm các chữ viết tắt của tên các xưởng. Ví dụ thường dùng là các loại như: NE555, LM555. Kết cấu sự sắp đặt chân của chúng và phương pháp sử dụng đều giống nhau tính năng cũng không sai biệt lắm. Nói chung chúng có thể thay thế  SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 5 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân lẫn nhau. Ngoài loại 555, còn có mạch điện gốc chuẩn thời gian 556, nó là mạch IC gốc thời gian kép, bên trong nó có hai mạch điện 555. 3.Phân loại: - Mạch IC 555 cũng có hai loại kiểu cực kép và loại CMOS. Chức năng và sự lắp đặt các chân của chúng đều như nhau, chỉ khác nhau ở các chỉ tiêu tính năng. Điện áp làm việc của loại 555 cực kép là 4,5- 16V, dòng điện ra lớn nhất là 200mA. Điện áp làm việc của kiểu CMOS là 3 – 18 V. Các ưu khuyết của hai loại 555 như sau:Loại 555 kiểu cực kép dòng điện ra lớn có thể trực tiếp kích các phụ tải tương đối nặng; loại 555 kiểu CMOS có các ưu điểm của các mạch IC CMOS: Tiêu hao điện nhỏ, trở kháng đầu vào cao, phạm vi điện áp làm việc rộng. Khuyết điểm của nó là dòng điện ra nhỏ hơn. Ngoài ra khi hàn nối bằng 555 kiểu CMOS cần chú ý các đặc điểm riêng mạch điện của CMOS để tránh bị đánh xuyên và hư hỏng. 4.Cấu tạo:  Cấu tạo: - Cấu tạo của IC 555 gồm 3 điện trở phân áp 5k , 2 bộ so sánh Op-amp, mạch lật và transistor để xả điện. Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động rất tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC , chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC , chân R của FF = [1] và FF được reset. Hình ІІ.2: Cấu tạo của IC 555. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 6 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân  Chức năng các chân của vi mạch 555: Hình ІІ.3: Sự sắp xếp thứ tự các chân trong IC 555 hình khối. - Chân1-Ground (Đất): Thường được nối với đất. Đây là điểm chung của vi mạch, có điện thế thấp nhất. - Chân 2- Trigger (Kích khởi): Hoạt động định thời được khởi động bằng cách đưa điện áp nhỏ hơn 1/3 VCC vào chân này. - Chân 3- Output (ra): Ngõ ra vi mạch thường ở mức thấp, trong khoảng thời gian định thời mới lên mức cao. Nó có thể cấp hoặc nhận dòng tới 200mA. - Chân 4- Reset: Khi khoảng thời gian định thời chưa kết thúc mạch sẽ không đáp ứng với mọi tín hiệu kích khởi. Tuy nhiên thời gian định thời sẽ bị kết thúc sớm nếu đưa một mức điện áp nhỏ hơn 0,4V vào chân này. Mức điện áp thấp ở chân Reset có tác dụng thiết lập lại trạng thái ban đầu cho 555. Nếu không sử dụng chức năng này thì chân 4 thường được nối với nguồn cung cấp VCC. - Chân 5- Control voltage (điện áp điều khiển): Thông qua chân này người ta có thể thay đổi mức ngưỡng của các bộ so sánh. Ngoài ra chân 5 còn được sử dụng với mục đích chống nhiễu, bằng cách nối đất qua một tụ điện CS có điện dung từ 0,01µF đến 0,1µF. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 7 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân - Chân 6: Threshold (ngưỡng). Đây là ngõ vào của bộ so sánh thứ hai. Nếu tín hiệu đưa vào chân này lớn hơn 2/3 VCC thì ngõ ra vi mạch ở mức điện áp thấp. - Chân 7-Discharge (xả): Chân này được nối với cực thu của Transistor bên trong 555 và thường được dùng để xả tụ. - Chân 8- Điện áp nguồn cung cấp VCC. Nếu cấp nguồn 5V thì ngõ ra hoàn toàn tương thích với các cổng logic loại TTL. 5.Hoạt động:  Giải thích sự dao động: - Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC. Mạch FF là loại RS Flip-flop, - Khi S = [1] thì Q = [1] và Q = [ 0]. - Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và Q = [0]. - Khi R = [1] thì Q = [1] và Q = [0].  Tóm lại: Khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì Q = [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset.  Giai đoạn ngõ ra ở mức 1: - Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0. - Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1 nên S = [1], Q = [1] và Q = [0]. Ngõ ra của IC ở mức 1. - Khi Q = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng. Khi nhấn công tắc lần nữa Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op- amp 1 ở mức 0, S = [0], Q và Q vẫn không đổi. Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó.  Giai đoạn ngõ ra ở mức 0: - Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] và Q = [1]. Ngõ ra của IC ở mức 0. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 8 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân - Vì Q = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra của Op-amp 2 ở mức 0. Vì vậy Q và Q không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor. Kết quả cuối cùng: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định dạng như hình ІІ.4. Hình ІІ .4: Chu kỳ dao động 6.Thiết kế mạch dao động bằng IC 555: -IC tạo dao động XX555 ; XX có thể là TA hoặc LA v v ... Hình ІІ.5: Mạch tạo dao động bằng IC555 -Dùng một IC họ 555 lắp một mạch tạo dao động theo sơ đồ nguyên lý như hình ІІ.5. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 9 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân -VCC cung cấp cho IC có thể sử dụng từ 4,5V đến 15V , đường mạch màu đỏ là dương nguồn, đường mạch màu đen dưới cùng là âm nguồn. -Tụ 103 (10nF) từ chân 5 xuống mass là cố định và có thể bỏ qua ( không lắp cũng được) -Khi thay đổi các điện trở R1, R2 và giá trị tụ C1 ta sẽ thu được dao động có tần số và độ rộng xung theo ý muốn. - Chu kỳ toàn phần T bao gồm thời gian có điện mức cao Tm và thời gian có điện mức thấp TS. T = Tm + TS Với: Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1 TS = 0,7 x R2 x C1 Hình ІІ.6: Chu kỳ dao động - Từ đó ta xác định được chu kỳ toàn phần T và tần số f của mạch T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 f = 1.4 / ( (R1 + 2R2) × C1 ) Trong đó: T : Chu kỳ toàn phần (s) f : Tần số dao động (Hz) R2 : Điện trở ( ) R1 : Điện trở ( ) C1 : Tụ điện ( F ) Ví dụ : Lắp mạch dao động trên với các thông số : C1 = 10µF = 10 x 10-6 = 10-5 F R1 = R2 = 100K = 100 x 103   Tính TS và Tm = ? Tính tần số f = ? SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 10 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân Giải: Ta có TS = 0,7 x R2 x C1 = 0,7 x 100.103 x 10-5 = 0,7 s Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1 = 0,7 x 200.103 x 105 = 1,4 s => T = Tm + TS = 1,4s + 0,7s = 2,1s => 1 1 2,1 f T   ~ 0,5 (Hz) II.Điốt phát quang (LED): Light Emitting Diode 1.Nhiệm vụ: - Khi thay đổi tần số của mạch dao động đa hài 555, tốc độ chớp tắt của đèn sẽ thay đổi, góp phần hiện thực mạch rõ ràng hơn. Hình ІІ.7: Một số đèn LED - Đèn LED đã có mặt từ những thập niên 60, hầu hết chỉ dùng hiển thị thời gian của đồng hồ báo thức hay dung lượng pin của máy ghi hình. Một thời gian dài, đèn LED đã không được dùng làm nguồn sáng bởi vì chúng chỉ cho ánh sáng đỏ, xanh lá cây và vàng mà không cho ánh sáng trắng. Đến năm 1993, công ty hoá chất Nichia của Nhật Bản cho ra đời loại đèn LED xanh dương, là sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và xanh lá cây để cho ra ánh sáng trắng, đèn LED trở nên phổ biến trong nhiều lĩnh vực đời sống. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 11 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân 2.Cấu tạo, hoạt động: Hình ІІ.8: Cấu tạo đèn LED - LED có cấu trúc với một lớp tiếp xúcP-N và cũng có đặc trưng kỹ thuật như các điốt thông thường khác : Chiều dẫn điện và chiều không dẫn điện. Tuy nhiên LED có mức ngưỡng điện áp thuận cao(1,63V) và điện áp nghịch tương đối thấp(3 5V). Dòng điện chỉ chạy theo chiều từ bán dẫn P sang bán dẫn N. Ở giữa miền tiếp xúc giữa 2 lớp bán dẫn có ánh sáng phát ra, vì điểm phát sáng rất bé nên phía trên phải có dạng nửa hình cầu để có dạng nửa hình cầu để có thể phát ánh sáng tán xạ trong phạm vi 1800 về mọi hướng giúp người ta nhìn thấy nó.  - Để có màu sáng khác nhau, người ta sẽ đưa thêm một số tạp chất khác nhau vào hoặc là trong lớp “nhựa” cho thêm các chất huỳnh quang. 3.Ưu điểm: -Hiệu suất phát sáng tăng lên 100 lần. Đến nay tuy giá còn đắt nhưng LED trắng đang bắt đầu phổ biến vì nó kết hợp được ưu việt về tiết kiệm điện của đèn huỳnh quang, đèn compact và ưu việt về tính nhỏ gọn, tập trung, tắt bật nhanh chóng, dễ dàng. -Kích thước LED rất nhỏ so với các bóng đèn hiện nay, cỡ chỉ vài mm, tiêu hao điện năng ít, có thể nối tiếp các LED thành các dải đèn dài hoặc thành từng cụm. -Đèn điốt phát sáng mới gọi là “LED for AC” sử dụng dòng điện xoay chiều có thể tiết kiệm đến 80% điện. -LED có tuổi thọ 80.000-100.000 giờ, gấp 50 lần so với bóng đèn 60W. Điều này có nghĩa là chúng có thể thắp sáng liên tục trong vòng 6 năm. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 12 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân -Do tiêu hao nhiệt rất ít, LED hầu như không nung nóng môi trường xung quanh và, khác với các loại bóng đèn khác, ánh sáng LED không gây chói, mỏi mắt, không phát ra tia cực tím. 4.Ứng dụng: - Trị nám bằng ánh sáng: Công nghệ điều biến tế bào dựa trên cơ sở ánh sáng không nhiệt LED được áp dụng phổ biến trong lĩnh vực y khoa, đặc biệt hiệu quả trong lĩnh vực làm đẹp. Vấn đề cải thiện tình trạng lão hóa da, nhất là nám da sẽ có thêm một giải pháp tích cực. - Trang trí nội thất, bảng điện tử LED ma trận, máy chiếu đèn LED, ứng dụng trong màn hình LCD… III.Tranzito: 1.Nhiệm vụ: - Là bộ phận quan trọng trong khâu cuối cùng: Khuyếch đại công suất, giúp ta quan sát được dạng sóng vuông của mạch dao động khi nối ra ngoài với một sợi dây. 2.Cấu tạo: - Điôt bán dẫn là bóng bán dẫn có một lớp tiếp giáp p-n, tranzito là dụng cụ bán dẫn có hai lớp tiếp giáp p-n được nối dựa lưng vào nhau. Hình ІІ.9 Hình ІІ.10 SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 13 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân - Để tạo ra một tranzito ta cần tạo ra một tinh thể bán dẫn hai lớp tiếp giáp p- n. Nếu bán dẫn P nằm giữa hai lớp bán dẫn N thì ta có tranzito loại n-p-n ( được gọi là tranzito ngược ), còn nếu bán dẫn loại N nằm giữa hai lớp bán dẫn loại P thì ta có tranzi to p-n-p (tranzito thuận). - Thông thường người ta chế tạo tranzito có lớp bán dẫn nằm giữa rất hẹp cỡ vài chục micrômét và tương đối tinh khiết (ít tạp chất) hơn hai lớp bán dẫn ở hai bên và được gọi là vùng cực gốc hay Bazơ (ký hiệu là B) của Tranzito. Còn hai lớp bán dẫn hai bên thì một bên có nồng độ hạt cơ bản lớn nhất gọi là vùng cực phát hay Êmitơ ( ký hiệu là E), bên kia có nồng độ hạt tải điện cơ bản ít hơn gọi là vùng cực góp hay Colectơ (ký hiệu là C) - Để biểu diễn các đại lượng tương ứng với các cực Emitơ, Bazơ, Colectơ ta dùng các chỉ số E, B, C. Ví dụ dòng điện trong mạch bazơ kí hiệu là IB, trong mạch emitơ kí hiệu là IE, trong mạch colectơ ký hiệu là IC. Còn các hiệu điện thế tương ứng là UB, UE, UC. 3.Nguyên tắc hoạt động: - Ta xét hoạt động của một tranzito NPN. Muốn một tranzito hoạt động được, phải có đủ 2 điều kiện:  Tiếp tế: - Phải cung cấp điện áp cho 2 cực C, E đúng cực tính bằng nguồn điện ECC + Nếu tranzito NPN thì UCE > 0 + Nếu tranzito PNP thì UCE < 0  Phân cực: - Phải cung cấp điện áp cho 2 cực B, E đúng cực tính bằng nguồn điện EB. +Xét trường hợp có nguồn ECC , không có nguồn EB : CE coi như gồm 2 điôt CB và BE mắc nối tiếp, 2 điôt này mắc ngược chiều nhau nên không cho dòng điện qua CE. +Xét trường hợp có nguồn EB không có nguồn ECC: điốt BE được phân cực thuận, electron ( hạt dẫn đa số của lớp E) qua mối tiếp xúc PN vào lớp B để về nguồn EB. Chỉ có dòng IB, không có dòng IC ở mạch nguồn ECC. Dòng IB càng lớn, khi nguồn EB lớn. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 14 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân +Xét trường hợp có cả 2 nguồn ECC và nguồn EB: điốt BE được phân cực thuận, electron ( hạt dẫn đa số của lớp E) qua mối tiếp xúc vào lớp B, ở lớp B này electron là hạt dẫn điện thiểu số (không cơ bản), khuyếch tán rất nhanh qua lớp B (rất mỏng cở vài µm) để vào lớp C. Ở đây electron lại là hạt dẫn đa số, nên bị nguồn ECC hút mạnh tạo nên dòng IC. - Ta thấy, dòng IC càng mạnh khi dòng IB càng lớn và bề dày lớp B càng nhỏ. Vậy: + Khi IB = 0 : Không có dòng IC. + Khi IB càng lớn: Dòng IC càng lớn. + Ta nói chính dòng qua cực B (cỡ nA) đã điều khiển dòng điện qua EC (cỡ mA) của tranzito. Vì vậy, cực B còn gọi là cực khiển. - Nếu coi cực E là nguồn phát ra hạt dẫn đa số, hạt này một phần nhỏ chạy qua cực gốc B tạo ra dòng IB, phần lớn còn lại chạy đến cực góp C để tạo nên dòng IC. Vậy ta luôn luôn có: IE = IB + IC Trong đó IB cỡ nA và IC cỡ mA( IB<< IC), nên ta cũng có thể xem: IE IC  - Ta gọi là hệ số khuyếch đại dòng điện của tranzito C B I I   - Ngoài sự dịch chuyển của các hạt dẫn đa số, còn tồn tại dòng dịch chuyển của các hạt dẫn thiểu số (lỗ trống) từ lớp C qua B đến E. Dòng dịch chuyển này tạo nên dòng ngược ICEO. Vậy ta có: IC =  IB + ICEO - Hoạt động của tranzito PNP cũng giống như trên nhưng phải thay đổi như sau: - Tiếp tế vào 2 cực C và E bằng nguồn ECC để UCE < 0. Phân cực cho BE bằng nguồn EB sao cho UBE < 0. Hạt dẫn đa số là lỗ trống phát ra từ E để đến C. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 15 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân 4.Đo thử tranzito: - Một tranzito lưỡng cực có 2 tiếp xúc PN: N-P và P-N mắc ngược chiều nhau, nên có thể xem như đối đầu nhau theo hình vẽ dưới đây và ta dùng Ohm-kế thang đo R1K để đo thử. Chú ý: Nên nhớ rằng que “-” của Volt kế là que dương của Ohm kế và que “+” của Volt kế là que âm của Ohm kế gồm một mA kế mắc nối tiếp với một nguồn một chiều (pin). 5.Kiểm tra Tranzito tốt, xấu: - Lấy ví dụ một tranzitor NPN Silic, nếu ta đã biết 3 chân: E, B,C. (Khi đo để kim Ohm kế lên cao gọi là chiều thuận, còn đo để kim Ohm kế không lên hoặc lên ít gọi là đo theo chiều nghịch). - Đo E, B theo 2 chiều khác nhau: Chiều thuận kim lên nhiều, chiều nghịch kim không nhúc nhích( hở mạch): Tốt. - Đo B, C theo 2 chiều khác nhau: Chiều thuận kim lên nhiều, chiều nghịch kim không nhúc nhích( hở mạch): Tốt. - Đo C, E theo 2 chiều khác nhau: Kim không nhúc nhích( hở mạch): Tốt - Tranzito bị hư khi xảy ra một trong các trường hợp sau đây: + Nếu đo E, B cả 2 chiều kim đều lên cao: Nối tắt EB. Đo E, B theo chiều nghịch kim lên hơi cao: EB của tranzitor bị rĩ . Cả 2 chiều kim đều không lên: Đứt BC. + Nếu đo B, C cả hai chiều kim đều lên cao: Nối tắt BC. Đo B, C theo chiều nghịch kim lên hơi cao: BC của tranzitor bị rĩ. Cả 2 chiều kim đều không lên: Đứt BC. + Nếu đo C, E cả 2 chiều kim đều lên cao: Nối tắt CE. Đo C, E kim hơi nhích lên: EC của tranzito bị rĩ nhẹ, nhưng nhiều trường hợp vẫn còn sử dụng được. Đo C,E kim mhích lên nhiều: CE của tranzito bị rỉ nặng. 6.Kiểm tra Tranzito khi chưa biết chân và loại: - Xác định chân B: Đo lần lượt 3 cặp chân theo 2 chiều thuận, nghịch. Ta thấy có một cặp chân, cả 2 chiều đo kim không lên (Si) hoặc lên rất ít(Ge): Chân còn lại là B. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 16 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân - Xác định NPN, PNP: Đo B vói một chân còn lại cả 2 chiều thuận nghịch. Ta quan sát lúc đo chiều thuận kim lên cao: Que dương Ohm kế đang ở chân B là tranzito NPN. Còn que âm Ohm kế đang ở chân B là Tranzito PNP. - Xác định Tranzito Si hoặc Ge: Đo B với một chân còn lại. Chiều thuận kim lên rất cao và chiều nghịch kim hơi lên là Tranzito Ge. Chiều thuận kim lên vừa, chiều nghịch kim không lên là Tranzito Si. - Xác định 2 chân C, E còn lại: Nếu Tranzito NPN, Si ta chọn ngẫu nhiên chân C, đưa que dương Ohm kế vào đó và que âm Ohm kế vào chân còn lại ( ta cho là E ) nếu kim không lên, lấy ngón tay ướt chạm vào chân Bvà C, kim lên cao là ta chọn đúng C, E. Trường hợp kim vẫn không lên hoặc lên rất ít, ta chọn E, C ngược lại. Chú ý: Tranzito công suất loại PNP, Ge thường C, E có độ rĩ rất lớn, khi đo thử E, C cả 2 chiều kim đều lên cao, nhưng chênh lệch nhau, phải để thang đo R10 hoặc R1 mới thấy rõ độ chênh lệch. IV.Mạch khuyếch đại-: - Một mạch khuyếch đại thường gồm nhiều tầng, mỗi tầng gồm một số linh kiện, ta có thể phân loại theo nhiệm vụ của nó: +Khuyếch đại điện áp. +Khuyếch đại điện áp. - Hoặc phân loại theo dải tầng hoạt động: +Khuyếch đại dòng một chiều (các tín hiệu một chiều hay biến thiên chậm theo thời gian). +Khuyếch đại tần số thấp (có tần số từ vài Hz đến vài chục KHz). +Khuyếch đại tầng số cao ( có tầng số từ vài chục KHz đến vài nghìn MHz)… - Hoặc phân loại theo chế độ hoạt động: +Khuyếch đại hạng A: Điểm làm việc nằm trên phần thẳng của đặc tuyến, khuyếch đại rất trung thực, thường dùng trong những mạch khuyếch đại điện áp, tuy nhiên hiệu suất thấp vì dòng tiêu thụ có giá trị đáng kể. SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 17 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân +Khuyếch đại hạng B: Điểm làm việc nằm ở gốc của đặc tuyến, nên có một phần nhỏ đặc tuyến nằm trên đoạn cong ở gốc. Thường dùng trong các mạch khuyếch đại công suất vì hiệu suất của nó lớn nhiều so với chế độ A, khi có tín hiệu đến mạch mới có dòng điện đáng kể. +Khuyếch đại hạng C: Điểm hoạt động nằm xa gốc của đặc tuyến, biên độ tín hiệu phải lớn mạch mới khuyếch đại được, hiệu suất của tầng khuyếch đại lớn hơn khuyếch đại ở chế độ B, tuy nhiên độ méo dạng đáng kể. 1.Hệ số khuyếch đại: - Cho ta biết tỉ số tín hiệu đầu ra so với đầu vào. + Hệ số khuyếch đại điện áp: v o ra u à U K U  + Hệ số khuyếch đại dòng điện: v o ra i à I K I  + Hệ số khuyếch đại công suất giữa công suất lấy ra ( Pra) ở tải và công suất đưa vào ( Pvào) tầng khuyếch đại: v o ra P à P K P  - Trong trường hợp mạch khuyếch đại có nhiều tầng, hệ số khuyếch đại K của mạch là: K = K1 . K2 . K3 …( Với Ki là hệ số khuyếch đại K của tầng thứ i.) - Trong thực tế, độ lớn của hệ số khuyếch đại thường dùng đơn vị décibel (dB): Ku,i (dB) = 20 logKu,i KP(dB) = 100 logKP - Bảng dưới đây cho ta một vài giá trị về quan hệ trên: Ku,i 2 3,16 10 31,6 100 1000 10.000 Ku,i(dB) 6 10 20 30 40 60 100 - Trong trường hợp mạch khuyếch đại có nhiều tầng, hệ số khuyếch đại K (dB) của mạch là: K (dB) = K1(dB) + K2(dB) + K3(dBK) + … SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 18 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân 2.Khuyếch đại công suất: - Tầng cuối cùng của một thiết bị khuyếch đại thường là tầng khuyếch đại công suất, nó nhằm cung cấp cho tải một công suất cực đại. Tầng khuyếch đại công suất khác với tầng khuyếch đại điện áp ở chỗ khi khuyếch đại điện áp thì tín hiệu còn nhỏ, nhưng đến tầng khuyếch đại công suất thì tín hiệu đã lớn, nó trải dài trên đường thẳng tải(trong đặc tuyến của tranzitor) để khai thác hết công suất ra nhưng đồng thời phải giảm thiểu méo do tầng khuyếch đại gây ra (không vượt quá các giới hạn về điện áp, dòng điện, công suất của tranzito) - Khuyếch đại công suất có hai tầng: Khuyếch đại công suất đơn và khuyếch đại khuyếch đại công suất đẩy kéo(push-pull) nó sẽ có thể mắc theo sơ đồ đơn hay sơ đồ kép (đẩy kéo). Trong quá trình thực hành lắp ráp mạch em theo tầng khuyếch đại công suất đơn, do đó trong tài liệu này chỉ giới thiệu đến khuyếch đại công suất đơn. - Trong tầng khuyếch đại này đèn hoạt động ở chế độ loại A. Khi dùng đèn bán dẫn thì ta phải dùng Tranzito công suất mắc theo kiểu cực phát (E) chung vì sơ đồ cực phát chung sẽ cho ta hệ số khuyếch đại công suất lớn nhất. Vì mạch khuyếch đại ở chế độ A nên khi chưa có tín hiệu đến đã có dòng một chiều Ic làm nóng tranzitor nên hiệu suất kém. - Trường hợp mà trở kháng của tải so sánh được với trở kháng ra của đèn (tức trở kháng tải gần bằng trở kháng ra) nghĩa là điều kiện phù hợp trở kháng tạm được thỏa mãn thì ta có thể mắc tải trực tiếp vào mạch ra của đèn (ví dụ loa kim hay ống nghe có thể mắc trực tiếp vào mạch ra của tầng khuyếch đại công suất âm tần). Tuy nhiên thông thường trở kháng của tải khác xa trở kháng ra của đèn khi đó ta phải dùng biến áp để làm phù hợp trở kháng. Hình 5.8 vẽ sơ đồ khuyếch đại công suất âm tần đơn khi dùng loa điện động. Do loa có trở kháng bé mà mạch ra của đèn có trở kháng lớn cho nên phải dùng một biến áp giảm áp (hệ số biến áp n > 1) để làm phù hợp trở kháng. Thật vậy, nếu trở kháng loa là Zt thì quy đổi sang sơ cấp sẽ là: Zt’ = n2Zt SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 19 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân - Khi n > 1 thì Zt’ > Zt và điều kiện phù hợp trở kháng thực hiện được bằng cách chọn hệ số biến áp thích hợp. ' t t Zn Z  NPN + - Uvào C1 R3 R1 - +Vcc C2 Hình ІІ.11: Mạch khuyếch đại công suất V. Bộ rung tần số thay đổi được: - Sơ đồ nguyên lý: R3 R1 103 6 3 512 7 4 8R2 C1 Role LED IC555 - Ta chọn các giá trị của các linh kiện như sau: + Nguồn điện 1 chiều 9V + Tụ C1 có giá trị 10µF + Tụ ổn dòng 103 có giá trị 10nF SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 20 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân + R1 là một biến trở có giá trị từ 100 đến 10k . + R2 có giá trị 100 . - Ta tính được giá trị chu kỳ và tần số của bộ rung như sau: T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 Tmin = 0.7 × ( 100+2×100) × 10-5 = 2.1 × 10-3 (s)  fmax 500 Hz.  Tmax = 0.7 × (104 + 2×100) × 10-5 = 0,0714 (s)  fmin 15 Hz  - Vậy khi ta thay đổi giá trị của biến trở R1 thì tần số của mạch sẽ biến thiên từ 15 Hz đến 500 Hz. - Tranzito nhận tín hiệu làm nhiệm vụ khuyếch đại công suất, rơle đóng vai trò là bộ gõ, tần số đúng bằng tần số của IC tạo ra. - Đèn LED sẽ chớp tắt sau khi nhận được tín hiệu từ IC. Tuy vậy do chu kỳ khá nhỏ nên ta khó có thể quan sát ngoài thực tế( ta chỉ quan sát được trong thí nghiệm vật lý ảo Crocodile) - Sơ đồ bộ rung trong phần mềm thí nghiệm vật lý ảo ( Crocodile physics) SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 21 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân SVTH: Huỳnh Kiều Viết Lãm 22 Báo cáo luận văn tốt nghiệp GVHD: ThS Phan Thanh Vân CHƯƠNG III: PHẦN MỀM ỨNG DỤNG I.Orcad: - Như đã giới thiệu ở phần đầu bài luận ORCAD là một công cụ thiết kế mạch điện tử đơn giản và phổ biến. Cũng có rất nhiều phần mềm thiết kế mạch điện tử khác, trong quá trình nghiên cứu đề tài em chọn sử dụng phần mềm này, vì bộ công cụ này được đánh giá là khá mạnh. - Các thư viện linh ._.