Tiểu luận về thiết kế điện

Chia sẻ: Tonghoang Duy | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

247
lượt xem 77
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Do yêu cầu đòi hỏi ngày càng nhanh và phức tạp của công nghệ thông tin, do những ưu điểm của các hệ thống thông tin quang, mà các thiết bị điện tử hiện nay đang sử dụng rất nhiều các linh kiện quang như LED, LCD, quang trở, photođiốt, tranzito quang, LASER, sợi quang dẫn, các bộ ghép quang...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận về thiết kế điện

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ Tiểu luận môn: Linh kiện điện tử ĐỀ TÀI: QUANG TRỞ- ĐIODE PHÁT QUANG- ĐIODE THU QUANG Thực hiện đề tài: Nhóm 9 GVHD: Th.S VŨ THỊ HỒNG NGA Sinh viên thực hiện MSSV LỜI NÓI ĐẦU Do yêu cầu đòi hỏi ngày càng nhanh và phức tạp của công nghệ thông tin, do những ưu điểm của các hệ thống thông tin quang, mà các thiết bị điện tử hiện nay đang sử dụng rất nhiều các linh kiện quang như LED, LCD, quang trở, photođiốt, tranzito quang, LASER, sợi quang dẫn, các bộ ghép quang...Tiêu biểu trong số đó LED, quang trở được sử dụng rất phổ
biến trong các thiết bị điện tử hiện đại. Chính vì sự mới mẻ và những đặc điểm thú vị này, nhóm chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài về LED, quang trở và những ứng dụng nổi bật của chúng trong đời sống. Vì kiến thức và thời gian hạn chế, kinh nghiệm còn yếu nên bài tiểu luận không tránh được sai sót, rất mong sự tận tình đánh giá của Quý Thầy Cô và góp ý của các bạn sinh viên. NỘI DUNG 1: ĐIỆN TRỞ QUANG • Cấu tạo Điện trở quang (photoresistor) là một linh kiện bán dẫn thụ động không có mối nối P – N. Vật liệu dùng để chế tạo điện trở quang là CdS (Cadmium Sulfid), CsSe (Cadmium Selenid), ZnS (sắt Sulfid) hoặc các tinh thể hỗn hợp khác. Điện trở quang còn có tên gọi là điện trở tùy thuộc ánh sang (LDR = Light Dependent Resistor) có trị số điện trở thay đổi tùy thuộc cường độ ánh sang chiếu vào nó. Hình 1.1 Hình ảnh một số quang trở 1.2 Nguyên lí làm việc:
Khi bị che tối thì điện trở quang có trị số rất lớn, khi được chiếu sáng thì độ dẫn điện của chất bán dẫn tang do các cặp của điện tử tự do và lỗ trống hình thành nhiều tức là điện trở giảm nhỏ. Nó hoạt động theo nguyên lí biến đổi quang dẫn. Điện trở quang có trị số thay đổi không tuyến tính theo độ sáng chiếu vào nó. Khi trong bóng tối điện trở quang có trị số khoảng vài megaohm, trị số của điện trở quang trong bóng tối với nhiều ứng dụng. Nó cho ta dòng điện rò lớn nhất với nột điện thế trên điện trở quang. Dòng rò quá lớn sẽ dẫn đến sự sai lệch khi thiết kế mạch điện. khi được chiếu sáng điện trở quang có trị số rất nhỏ khoảng vài chục đến vài trăm ohm. Hệ số nhiệt của điện trở quang tỉ lệ nghịch với cường độ chiếu sáng. Do đó để giảm bớt sự thay đổi của điện trở quang theo nhiệt độ, điện trở quang cần được cho chiếu sáng đến mức tối đa. Ở mức chiếu sáng thấp và trị số điện trở quang cao cho ta sự sai biệt khá lớn so với trị số chuẩn. Vận tốc làm việc là thời gian hồi đáp ( reponse time) của một điện trở quang khi có sự thay đổi từ sáng sang tối hay tối sang sáng. Với cường độ ánh sáng mạnh, điện trở quang làm việc nhanh hơn. Điện trở quang có khuynh hướng làm việc chậm khi trời lạnh. Điện trở quang làm việc châm hơn nếu dược cất giữ trong bóng tối và làm việc nhanh hơn nếu được cất giữ ngoài sáng. 1.3 Ứng dụng: Thông thường, điện trở của quang trở khoảng 1000 000 ohms. Khi chiếu ánh sáng vào, điện trở này giảm xuống rất thấp. Người ta ứng dụng đặc tính này của quang trở để làm ra các mạch phát hiện sáng/tối.
Nguyên lí: Khi ánh sáng yếu, trở kháng của quang trở cao. Dòng ở cực B của transistor bé, đèn tắt. Tuy nhiên, khi ánh sáng mạnh, dòng chạy qua quang trở đến cực B của transistor thứ nhất cũng như transistor thứ 2 làm đèn sáng. Biến trở bên dưới tạo thành cầu chia áp để chỉnh độ nhạy của quang trở. 1.4 Một số mạch dùng quang trở Cảnh báo ánh sáng đơn giản Đây là mạch báo động ánh sáng. Được sử dụng trong phòng tối và khi có ánh sáng lọt vào thì mạch sẽ phát ra tiếng báo cho ta biết là có ánh sáng
Nhìn vào mạch trên khá là đơn giản vì mạch chỉ sử dụng 1 con 555 để tạo dao động phát âm thanh ra loa và 1 con LDR cảm biến ánh sáng. + 555 ở đây là con tạo dao động xung vuông trong mạch này nó tạo dao động là 1Khz cấp cho tải là Loa + LDR là cảm biến ánh sáng. Khi không có anh sáng thì cảm biến này có giá trị điện trở là vô cùng còn khi có ánh sáng đủ mạch thì cảm biến có giá trị điện trở là 0. Khi có ánh sáng thì LDR sẽ có điện trở bằng 0 khi đó nó sẽ phân cực thuận cho con BC158 dẫn đến cấp điện áp vào chân 4 của 555 là mạch dao động 555 hoạt động và phát âm thanh ra loa. Còn khi không có ánh sáng thì LDR có giá trị điện trở vô cùng do đó nó ko phân cực được cho BC158 ==> Không có tín hiệu ra loa. Biến trở 100K dùng để điều chỉnh mức cường độ ánh sáng cảnh báo. Mạch báo trộm nhà 4 trong 1
Đây là mạch báo trộm nhà 4 trong 1. Sử dụng NE556 làm cảnh báo kết hợp với chuông báo động, Mạch này được hoạt động khi phải thỏa mãn 4 điều kiện khác sau đây: + Khi đèn sáng thì cảm biến LDR1 được bật + Khi đèn sáng thì cảm biến LDR2 được bật + Khi mở cửa + Khi chạm vào vật (Hình vẽ) Nếu mà kẻ trộm bị gặp phải 1 trong 4 trường hợp trên thì sẽ có 1 tiếng chuông báo động cho người bit là có kẻ trộm
ĐIODE PHÁT QUANG 2.1 Cấu tạo – kí hiệu: Diode phát quang ( Light Emitting Diode = LED) có cấu tạo gồm một mối nối P-N, tiếp xúc kim loại đưa ra cực A (Anode), K (Cathode). Diode phát quang được làm từ các chất GaAs, GaP, GaAsP, SiC… Hình 2.1 Cấu tạo và kí hiệu của LED
Hình 2.2 Hình ảnh một số loại LED 2.2. Tính chất Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3 V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra. Loại LED Điện thế phân cực thuận Đỏ 1,4- 1.8V Vàng 2- 2,5V Xanh lá cây 2- 2,8V 2.2 Nguyên lí hoạt động: Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn. Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống). Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các
nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó). 2.3. Ứng dụng và chiến lược phát triển: Đèn LED trắng nói riêng và đèn LED nói chung có nhiều ứng dụng rộng rãi mà đèn huỳnh quang không làm được như đèn xe, đèn đường, đèn hầm mỏ, đèn chiếu hậu cho màn hình của điện thoại cầm tay, đèn chiếu hậu cho màn hình tinh thể lỏng (LCD), in ấn kỹ thuật số... đã mang đến sự quan tâm tầm cỡ quốc gia của nhiều nước như Mỹ, Nhật, Trung Quốc và châu Âu. Một đặc điểm khác của đèn LED là ít tiêu hao năng lượng và không nóng. Bóng đèn truyền thống, đèn neon, đèn halogen... đều cần từ 110-220 V mới cháy được, trong khi đèn LED trắng chỉ cần từ 3-24 V để phát sáng. Do ít tiêu hao năng lượng nên đèn LED có thể sử dụng ở vùng sâu vùng xa mà không cần nhà máy phát điện công suất cao. Đèn LED trắng có thể sử dụng với pin mặt trời, và gần đây nhất với pin nhiên liệu chạy bằng hỗn hợp nước và rượu. Đèn pin dùng LED trắng có thể sử dụng dễ dàng khi bị mất điện, vì chỉ cần vài cục pin vẫn có thể thắp sáng được đèn. Trên góc độ kinh tế, trong bối cảnh đi tắt đón đầu công nghệ cao, đa số các công ty đa quốc gia trên thế giới đều chứng tỏ hiệu quả kinh tế của mình bằng những công nghệ nguồn đặc thù khác nhau. Công nghệ nguồn càng cơ bản thì càng đưa đến nhiều ứng dụng khác nhau và đưa đến siêu lợi nhuận. Một trong những công nghệ nguồn cơ bản là công nghệ bán dẫn vi mạch, đã đưa đến những cuộc cách mạng khoa học công nghệ trong lãnh vực công nghệ thông tin, công nghệ tự động hóa và cơ khí chính xác, công nghệ sinh học. Ngày nay, vốn đầu tư cho công nghệ bán dẫn vi mạch để làm ra sản phẩm chip điện tử trong máy tính, các thiết bị cầm tay được số hóa (digital equipments) vẫn còn rất cao. Do đó nếu phải đưa ra một đáp án cho chiến lược đầu tư phát triển công nghệ cao cho Việt Nam thì câu trả lời chính là công nghệ đèn LED nói riêng và công nghệ bán dẫn phát sáng nói chung. Sự phát triển ưu việt của công nghệ bán dẫn sẽ đưa đến một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật mới trong thắp sáng, hứa hẹn một thị trường công nghệ cao mới, đó là thị trường thắp sáng trên toàn cầu bằng công nghệ đèn LED trắng. Đây là một công nghệ không đòi hỏi nhiều vốn đầu tư như công nghệ bán dẫn vi mạch, một công nghệ cao của thế giới mà đất nước ta cần nhanh chóng tham gia để tạo ra những đột phá mới trong kinh tế thị. trường kinh tế toàn cầu, để bù đắp lại những thời cơ phát triển đã đi qua trong thị trường bán dẫn vi mạch. 2.4. Một số mạch ứng dụng điode phát quang Mạch cảnh báo chỉ thị mức nước bằng đèn LED
Đây là mạch không chỉ cho chúng ta biết mức nước ở thời điểm hiện tại mà nó còn cảnh báo cho chúng ta khi mức nước đã đầy bằng hiện thị lên các đèn LED và chuông báo động Mạch sử dụng IC CMOS CD4066 để đóng cắt và đưa tín hiệu mức nước ra các LED (Trên hình vẽ). Khi mức nước trong thùng không có nước thì điện trở 180K ôm được nối với mức thấp (GND) nên không có đèn LED nào sáng. Khi có mức nước vào thì đầu tiên nó kết nối giữa S1 với nguồn dương thông qua các ion trong nước khi đó đóng khóa S1 tạo cho đèn LED 1 sáng. Cứ như vậy thì các mức 2, 3, ,4 cũng như vậy mức nước đến đâu thì đèn sẽ sáng đến đó. Riêng khi mức nước đã đầy có thêm 1 chuông cảnh báo là nước trong thùng đã đầy. báo hiệu cho con người là nước đã đầy thùng. Mạch vòng quay điện tử Sơ đồ nguyên lí
Hoạt động: Vòng quay điện tử là một vòng tròn khép kín được kết thành từ nhiều bóng đèn khác nhau. Mục đích để chỉ thị hoặc đẻ làm đẹp cho Ampli hoặc các thiết bị điện tử khác. Nó có nguyên lí như sau: CD 4017 là một IC đém hang có đầu ra Q0….Q9, ứng với cạnh lên của một xung nhịp đồng hồ đưa vào IC sẽ cho một đầu nháy lên mức cao( Q1= H) xung nhịp tiếp theo sẽ làm cho Q2= H, Q1= L, Q0=L. xung nhịp tiếp theo nữa sẽ làm cho Q3= H, Q2 = L, Q0 =L. như vậy sẽ tạo ra m ột điểm chạy theo một vòng tròn rất đẹp mắt- NE 555 lập thành mạch dao động đa hài tạo xung vuông đưa vào chân clock của 4017. Điều chỉnh variap 100k để cho tần số chạy như mong muốn. Mạch LED nhấp nháy
3.2 - Diode Thu quang. ( Photo Diode ) Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N , dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode. Ký hiệu của Photo Diode
Minh hoạ sự hoạt động của Photo Diode Hình 3-32. - Phototransistor. Một thiết bị quang điện tử thứ hai tiến hành hiện nay khi tiếp xúc với ánh sáng là PHOTOTRANSISTOR. Một phototransistor, tuy nhiên, là nhiều hơn nữa nhạy cảm với ánh sáng và tạo đầu ra hiện nay đối với một cường độ ánh sáng cho rằng không một ốt quang. Hình 3-32 cho thấy một loại phototransistor, được làm bằng cách đặt một ốt quang trong mạch cơ bản của một transistor NPN. Ánh sáng chiếu vào những thay đổi ốt quang cơ sở hiện tại của bóng bán dẫn, làm cho thu hiện tại được khuếch đại. Phototransistors cũng có thể được của các loại PNP, với các điốt quang đặt trong mạch cơ-thu. .
Hình 3-33. - 2-ga và 3 thiết bị đầu cuối-phototransistors Hình 3-33 minh họa các biểu tượng đồ cho các loại phototransistors. Phototransistors có thể là loại hai thiết bị đầu cuối, trong đó cường độ ánh sáng trên ốt quang một mình quyết định số lượng dẫn. Họ cũng có thể thuộc loại ba ga, trong đó có một dẫn cơ sở bổ sung cho phép một sự thiên vị điện để được áp dụng cho cơ sở. thiên vị cho phép một mức độ bóng bán dẫn tối ưu, và do đó đền bù cho cường độ ánh sáng xung quanh (thường phòng). Hình 3-34. - Bào quang. Một thiết bị cũ mà sử dụng ánh sáng theo cách tương tự để ốt quang là tế bào quang dẫn, hoặc bào quang, hiển thị với biểu tượng đồ của nó trong hình 3-34. Cũng giống như điốt này, bào quang điện là một điện trở biến điều chỉnh ánh sáng. Tuy nhiên, một ánh sáng-to-đen tỷ lệ tiêu biểu cho bào quang điện trở là 1:1000. Điều này có nghĩa là
sức đề kháng của nó có thể nằm trong khoảng từ 1000 ohms trong ánh sáng đến 1000 kilohms trong bóng tối, hoặc từ năm 2000 ohms trong ánh sáng đến 2000 kilohms trong bóng tối, và vv. Tất nhiên, các tỷ lệ khác cũng có sẵn. Photocells được sử dụng trong các loại mạch điều khiển và thời gian như, ví dụ, bộ điều khiển tự động ánh sáng đường phố ở hầu hết các thành phố. Hình 3-35. - Năng lượng mặt trời tế bào. Các tế bào quang điện, hoặc tế bào năng lượng mặt trời, là một thiết bị chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Một ví dụ của một tế bào năng lượng mặt trời và biểu tượng đồ của nó được thể hiện trong hình 3-35. Biểu tượng này là tương tự như của pin. Các thiết bị chính nó đóng vai trò như pin một khi tiếp xúc với ánh sáng và sản xuất khoảng 0,45 volt trên thiết bị đầu cuối của mình, với công suất hiện tại được xác định bởi kích thước của nó. Cũng như pin, tế bào năng lượng mặt trời có thể được nối tiếp hoặc song song để tạo ra điện áp cao và dòng chảy. Các thiết bị được tìm thấy ứng dụng rộng rãi trong truyền thông vệ tinh và nhà năng lượng mặt trời. Hình 3-36. - Dc chặn với một khớp nối tụ điện.
Khi nó là cần thiết để ngăn chặn các điện áp giữa các mạch điện tử một và khác, và chuyển các tín hiệu đồng thời, một bộ khuếch đại ghép tụ điện thường được sử dụng như thể hiện trong hình 3-36. Mặc dù phương pháp ghép nối không dc khối giữa các mạch điện, điện áp cách ly là không đầy đủ. Một phương pháp mới hơn, sử dụng các thiết bị quang điện tử để đạt được cách ly điện, là các bộ ghép quang học, được thể hiện trong hình 3-37. ghép là bao gồm một đèn LED và một điốt quang chứa trong một môi trường ánh sáng thực hiện. Khi những dấu hiệu cho thấy chiều phân cực trong hình 3-37, các LED được chuyển thành kiến, trong khi điốt được đảo ngược thiên. Khi tín hiệu đầu vào nguyên nhân gây hiện thông qua các đèn LED để tăng ánh sáng tạo ra bởi sự tăng LED. Điều này gây ra cường độ ánh sáng tăng dòng điện qua điốt tăng lên. Bằng cách này, những thay đổi trong đầu vào sản xuất thay đổi tỷ lệ hiện hành ở đầu ra, ngay cả khi hai mạch điện bị cô lập. Hình 3-37. - Quang ghép Các bộ ghép quang phù hợp cho các tần số trong dải megahertz thấp. Các loại điốt được hiển thị trên có thể chỉ xử lý dòng nhỏ, tuy nhiên, các loại Couplers, kết hợp phototransistors với SCR, có thể được sử dụng khi sản lượng nhiều hơn là bắt buộc. Couplers quang đang thay thế máy biến áp trong các ứng dụng điện áp thấp và thấp hiện nay. Mạch nhạy cảm kỹ thuật số có thể sử các bộ phận ghép để kiểm soát điện áp lớn hiện nay và với các mức logic điện áp thấp.