Giáo trình Điện tử ứng dụng (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới và Thủy lợi (Năm 2017)

Chia sẻ: Đàm Tuyết Hạ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Điện tử ứng dụng (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp) được ban hành kèm theo quyết định số 742 ngày 01 tháng 12 năm 2017. Giáo trình được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp học viên biết lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa được mạch điều khiển động cơ DC theo nguyên lý theo nguyên lý cầu H đúng yêu cầu kỹ thuật; rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện tử ứng dụng (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới và Thủy lợi (Năm 2017)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ GIỚI VÀ THỦY LỢI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo quyết định số 742 ngày 01 tháng 12 năm 2017) Năm 2017 1
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. 2
LỜI MỞ ĐẦU Trên cơ sở chương trình khung đào tạo của Bộ Lao động - Thương binh Xã hội và Tổng cục Dạy nghề đã ban hành, Trường Cao Đẳng Cơ giới và Thủy lợi đã tổ chức biên soạn giáo trình đào tạo phục vụ cho giáo viên giảng dạy và học tập, thực tập của học sinh, sinh viên nghề Điện tử công nghiệp trong thời kỳ Công nghiệp hoá – Hiện đại hoá Đất nước. Trong đó tài liệu Hệ thống quản lý chất lượng ISO đóng vai trò quan trọng trong việc đào tạo và hình thành các kỹ năng cơ bản cho các sinh viên theo học nghề Điện công nghiệp. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 60 giờ gồm có: Bài 1. Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển động cơ DC theo nguyên lý cầu H Bài 2. Lắp ráp, khảo sát mạch tăng áp từ 12Vdc – 220Vac dùng transistor Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển và khống chế. Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Tuy nhiên, tuy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai . Đồng Nai, năm 2017 3
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 3 Bài 1: LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC THEO NGUYÊN LÝ CẦU H ............................................................................................ 5 1.1. Phân tích sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ DC theo nguyên lý cầu H 5 1.1.1. Sơ đồ mạch điện .................................................................................... 5 1.1.2. Phân tích sơ đồ mạch điện ................................................................... 6 1.1.3. Nguyên lí hoạt động .............................................................................. 7 Điều khiển tốc độ động cơ................................................................................... 9 Ngoài ra Sử dụng mạch cầu H trong IC SN754410 ......................................... 9  Sơ đồ chân của IC SN754410 ................................................................... 10 1.2. Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển động cơ DC theo nguyên lý cầu H 11 BÀI 2: LẮP RÁP VÀ KHẢO SÁT MẠCH TĂNG ÁP TỪ 12VDC – 220VAC DÙNG TRANSISTOR .......................................................................................... 11 2.1. Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp từ 12VDC – 220VAC dùng transistor ............................................................................................................ 12 2.1.1. Sơ đồ mạch điện .................................................................................... 12 2.2. Lắp ráp, khảo sát mạch tăng áp từ 12VDC – 220VAC dùng transistor ............................................................................................................................. 12 BÀI 3: MẠCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ ................................ 14 3.1. Mạch điều khiển tải DC ............................................................................. 14 1. Mạch khiển động cơ DC bằng LM317 .................................................... 14 2. Mạch điều khiển động cơ DC dùng hồng ngoại ..................................... 15 3. Mạch điều khiển động cơ DC sử dụng IC 555 ........................................ 16 3.2. Mạch điều khiển và ổn định nhiệt ............................................................ 17 1. Mạch đóng mở quạt tự động theo nhiệt độ ............................................. 17 2. Mạch điều khiển và ổn định nhiệt độ dùng LM35 + IC 741 ................. 18 3.3. Mạch bảo vệ quá áp dùng SCR................................................................. 23 1. Mạch báo hiệu và bảo vệ quá điệp áp ..................................................... 24 2. Mạch bảo vệ quá áp dùng IC 7812 và Op –Amp ................................... 26 4
Bài 1: LẮP RÁP, KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC THEO NGUYÊN LÝ CẦU H Mục tiêu : - Trình bày được sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển động cơ DC lý theo nguyên lý cầu H - Lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa được mạch điều khiển động cơ DC theo nguyên lý theo nguyên lý cầu H đúng yêu cầu kỹ thuật. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm. Nội dung: 1.1. Phân tích sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ DC theo nguyên lý cầu H 1.1.1. Sơ đồ mạch điện 5
Bằng cách điều khiển 4 "công tắc" này đóng mở, ta có thể điều khiển được dòng điện qua động cơ cũng như các thiết bị điện tương tự. 1.1.2. Phân tích sơ đồ mạch điện Đây là sơ đồ tổng quát của một mạch cầu H sử dụng transistor BJT. 6
Một động cơ DC có thể quay thuận hoặc quay nghịch tùy thuộc vào cách bạn mắc cực âm và dương cho motor đó. Ví dụ, động cơ DC có hai đầu A và B. Nếu bạn nối A vào cực dương (+) và B vào cực âm (-) của nguồn thì động cơ quay theo chiều thuận (giả sử cùng chiều kim đồng hồ). Bây giờ bạn nối ngược lại, A vào (-) và B vào (+), động cơ sẽ quay nghịch ( giả sử ngược chiều kim đồng hồ). Tương tự, khi ta đóng S1 và S4, ta đã cho A nối với cực dương (+) và B nối với cực âm (- ) của nguồn, một dòng điện chạy từ nguồn qua S1 qua động cơ qua S4 về mass làm động cơ quay theo chiều thuận. Trong sơ đồ này, A và B là 2 cực điều khiển. 4 diode có nhiệm vụ triệt tiêu dòng điện cảm ứng sinh ra trong quá trình động cơ làm việc. Nếu không có diode bảo vệ, dòng điện cảm ứng trong mạch có thể làm hỏng các transistor. Transistor BJT được sử dụng nên là loại có công suất lớn và hệ số khếch đại lớn. 1.1.3. Nguyên lí hoạt động Theo như sơ đồ trên, ta có A và B là 2 cực điều khiển được mắc nối tiếp với 2 điện trở hạn dòng, Tùy vào loại transistor bạn đang dùng mà trị số điện trở này khác nhau. Phải đảm bảo rằng dòng điện qua cực Base của các transistor không quá lớn để làm hỏng chúng. Trung bình thì dùng điện trở 1k Ohm. Ta điều khiển 2 cực này bằng các mức tín hiệu HIGH, LOW tương ứng là 12V và 0V. Nhớ lại rằng: 7
 Transistor BJT loại NPN mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng điện áp ở cực Collector, trong mạch đang xét hiện tại là 12V.  Transistor BJT loại PNP mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng 0V. Với 2 cực điều khiển và 2 mức tín hiệu HIGH/LOW tương ứng 12V/0V cho mỗi cực, có 4 trường hợp xảy ra như sau: A ở mức LOW và B ở mức HIGH Ở phía A, transistor Q1 mở, Q3 đóng. Ở phía B, transistor Q2 đóng, Q 4 mở. Dó đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q1, qua động cơ đến Q4 để về GND. Lúc này, động cơ quay theo chiều thuận. Bạn để ý các cực (+) và (-) của động cơ là sẽ thấy. dòng điện trong mạch đi theo chiều hình vẽ A ở mức HIGH và B ở mức LOW 8
Ở phía A, transistor Q1 đóng, Q3 mở. Ở phía B, transistor Q2 mở, Q 4 đóng. Dó đó, dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q2, qua động cơ đến Q3 để về GND. Lúc này, động cơ quay theo chiều ngược. dòng điện trong mạch đi theo chiều hình vẽ A và B cùng ở mức LOW Khi đó, transistor Q1 và Q2 mở nhưng Q3 và Q4 đóng. Dòng điện không có đường về được GND do đó không có dòng điện qua động cơ - động cơ không hoạt động. A và B cùng ở mức HIGH Khi đó, transistor Q1 và Q2 đóng nhưng Q3 và Q4 mở. Dòng điện không thể chạy từ nguồn 12V ra do đó không có dòng điện qua động cơ - động cơ không hoạt động. Như vậy, để dừng động cơ, điện áp ở 2 cực điều khiển phải bằng nhau. Điều khiển tốc độ động cơ Chỉ cần thay đổi điện áp đặt vào 2 cực điều khiển của mạch cầu H. Để ý rằng:  Hiệu điện thế giữa 2 cực điều khiển càng lớn thì động cơ chạy càng nhanh.  Động cơ chạy theo chiều thuận khi điện áp ở A nhỏ hơn B và ngược lại. Ngoài ra Sử dụng mạch cầu H trong IC SN754410 IC SN754410 là IC tích hợp mạch cầu H, có thể điều khiển cùng lúc 2 động cơ chạy theo 2 hướng độc lập nhau. 9
Một số thông số cơ bản như sau:  Điện áp hoạt động tối đa: 36V  Cường độ dòng điện tối đa cấp cho mỗi động cơ: 1.1A  Cường độ dòng điện tối đa trong toàn mạch: 2A  Công suất tỏa nhiệt tối đa: 2075mW  Điện áp ở mức HIGH: 2V - 5.5V  Điện áp ở mức LOW: -0.3V - 0.8V  Sơ đồ chân của IC SN754410  Các chân M1 Forward và M1 Reverse là 2 chân điều khiển động cơ M1 của mạch cầu H.  Các chân M2 Forward và M2 Reverse là 2 chân điều khiển động cơ M2 của mạch cầu H.  M1 Enable và M2 Enable là 2 chân đóng ngắt động cơ M1, M2. Cấp điện áp LOW cho chúng để dừng động cơ và HIGH (5V) để cho phép động cơ hoạt động.  Motor Power IN là chân cấp nguồn cho động cơ hoạt động.  +5V là chân cấp nguồn 5V cho IC. Nếu không tìm được IC SN754410, có thể sử dụng IC L293D với sơ đồ chân y hệt như vậy. 10
1.2. Lắp ráp, khảo sát mạch điều khiển động cơ DC theo nguyên lý cầu H 1.2.1. Điều kiện thực hiện Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư đúng nội dung bài học 1.2.2. Trình tự thực hiện Bước 1: Lựa chọn và kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra và hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch BÀI 2: LẮP RÁP VÀ KHẢO SÁT MẠCH TĂNG ÁP TỪ 12VDC – 220VAC DÙNG TRANSISTOR Mục tiêu : - Trình bày được sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động của mạch tăng áp từ 12Vdc – 220Vac dùng transistor - Lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa được mạch tăng áp từ 12Vdc – 220Vac dùng transistor đúng yêu cầu kỹ thuật. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm. 11
Nội dung: 2.1. Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp từ 12VDC – 220VAC dùng transistor 2.1.1. Sơ đồ mạch điện 2.1.2. Phân tích sơ đồ mạch điện 2.1.3. Nguyên lý hoạt động 2.2. Lắp ráp, khảo sát mạch tăng áp từ 12VDC – 220VAC dùng transistor 2.2.1. Điều kiện thực hiện Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư đúng nội dung bài học 2.2.2. Trình tự thực hiện Bước 1: Lựa chọn và kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra và hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch  Mạch biến đổi điện áp từ 12VDC – 220VAC dùng Mosfet 12
- Sơ đồ mạch điện: Mạch 1: Mạch 2: 13
BÀI 3: MẠCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ KHỐNG CHẾ Mục tiêu : - Trình bày được sơ đồ mạch điện, nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển và khống chế - Lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa được mạch mạch điều khiển và khống chế đúng yêu cầu kỹ thuật. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm. 3.1. Mạch điều khiển tải DC 1. Mạch khiển động cơ DC bằng LM317 a. Phân tích sơ đồ mạch khiển động cơ DC bằng LM317 - Sơ đồ mạch điện: - Phân tích sơ đồ: - Nguyên lý hoạt động: Mạch này đơn giản dùng để điều khiển động cơ bằng LM317. Tốc độ động cơ phụ thuộc vào R1 Đơn giản dễ lắp đăt. b. Lắp ráp, khảo sát mạch khiển động cơ DC bằng LM317  Điều kiện thực hiện Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư đúng nội dung bài học  Trình tự thực hiện Bước 1: Lựa chọn và kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra và hiệu chỉnh 14
Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch 2. Mạch điều khiển động cơ DC dùng hồng ngoại a. Phân tích sơ đồ mạch khiển động cơ DC dùng hồng ngoại - Sơ đồ mạch điện: - Phân tích sơ đồ: - Nguyên lý hoạt động: b. Lắp ráp, khảo sát mạch khiển động cơ DC dùng hồng ngoại  Điều kiện thực hiện Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư đúng nội dung bài học  Trình tự thực hiện Bước 1: Lựa chọn và kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch 15
Bước 3: Kiểm tra và hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch 3. Mạch điều khiển động cơ DC sử dụng IC 555 a. Phân tích sơ đồ mạch khiển động cơ DC sử dụng IC 555 - Sơ đồ mạch điện: - Phân tích mạch: + Sử dụng 12VDC để cấp nguồn cho IC. + Vm là nguồn cung cấp năng lượng cho động cơ và giá trị của nó phụ thuộc vào định mức điện áp của động cơ. Vceo tối đa cho BD139 là 80V và vì vậy Vm không được vượt quá 80V. + BD139 có thể xử lý dòng tối đa là 1,5A vì vậy không sử dụng động cơ tiêu thụ dòng điện quá 1,5A . + BD139 nên có tấm tản nhiệt. - Nguyên lý hoạt động: 16
Mạch dưới đây là mạch điều khiển động cơ DC đơn giản sử dụng NE555. Ngoài việc kiểm soát tốc độ động cơ, hướng quay của động cơ cũng có thể được thay đổi khi sử dụng mạch này. Mạch PWM hoạt động dựa trên bộ định thời NE555 . NE555 được kết nối thành bộ đa hài không ổn định với chu kỳ làm việc có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi giá trị biến trở R1. Đầu ra của IC1 được ghép nối với cực B của Q1 điều khiển động cơ theo tín hiệu PWM có sẵn ở cực B của nó. Chu kỳ làm việc càng cao, điện áp trung bình trên động cơ sẽ cao dẫn đến tốc độ động cơ cao hơn và ngược lại. Để thay đổi hướng động cơ DC sử dụng công tắc DPDT S1, trên ứng dụng chỉ thay đổi trang thái phân cực động cơ b. Lắp ráp, khảo sát mạch khiển động cơ DC sử dụng IC 555.  Điều kiện thực hiện Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư đúng nội dung bài học  Trình tự thực hiện Bước 1: Lựa chọn và kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra và hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch 3.2. Mạch điều khiển và ổn định nhiệt 1. Mạch đóng mở quạt tự động theo nhiệt độ a. Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch đóng mở quạt tự động theo nhiệt độ - Sơ đồ mạch điện 17
- Phân tích sơ đồ: - Nguyên lý hoạt động: Mạch điện này sẽ tự động bật/tắt một quạt tản nhiệt 12V DC hoặc quạt tản nhiệt của CPU máy tính khi nhiệt độ quá/dưới mức cho phép. Điều chỉnh nhiệt độ phù hợp thông qua biến trở VR1. Cảm biến nhiệt độ là trở nhiệt 10k (NTC-Negative temperature coefficient). IC LM311 có thể thay thế bằng OA tương đương, transistor cũng có thể thay thế loại có sẵn. b. Lắp ráp, khảo sát mạch đóng mở quạt tự động theo nhiệt độ  Điều kiện thực hiện Chuẩn bị đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật tư đúng nội dung bài học  Trình tự thực hiện Bước 1: Lựa chọn và kiểm tra linh kiện Bước 2: Tiến hành lắp mạch Bước 3: Kiểm tra và hiệu chỉnh Bước 4: Cấp nguồn, thử mạch 2. Mạch điều khiển và ổn định nhiệt độ dùng LM35 + IC 741 a. Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển và ổn định nhiệt độ dùng LM35 + 741. - Sơ đồ mạch điện: 18
19
(mạch nầy mắc ngược chân + và - của Op-amp. LM35 Vout phải nối vào V+ và RV1/R1 nối vào V-. LM35 áp là 10mV/C. O 25C sẽ là 250mV, và 40C là 400mV. muốn Relay bật lên ở 40C. Chĩnh RV1 để V- sẽ là 400mV.) - Phân tích sơ đồ:  Chức năng của cảm biến nhiệt độ IC LM35 LM35 là cảm biến tiêu hao điện năng thấp sử dụng điện áp 5V. Cảm biến gồm có 3 chân, 2 chân nguồn, 1 chân tín hiệu ra dạng Analog. Chân dữ liệu của LM35 là chân ngõ ra điện áp dạng tuyến tính. Chân số 2 cảm biến xuất ra cứ 1mV = 0.1°C (10mV = 1°C). Để lấy dữ liệu ở dạng °C chỉ cần lấy điện áp trên chân OUT đem chia cho 10. + Chân 1: cấp điện áp 5V, + Chân 3: cấp GND, + Chân 2: là chân OUTPUT dữ liệu dạng điện áp  Thông số kỹ thuật:  Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V  Điện áp ra: -1V đến 6V  Công suất tiêu thụ là 60uA  Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC  Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C  Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải  Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài khoảng -55°C tới 150°C  Một số tính chất của cảm biến LM35:  Đầu ra của cảm biến này thay đổi diễn tả tuyến tính.  Điện áp o / p của cảm biến IC này tỉ lệ với nhiệt độ Celsius.  Điện áp hoạt động từ -55˚ đến + 150˚C.  Được vận hành dưới 4 tới 30 vôn. 20