1 Mạch chiếu sáng khi trời tối

HD1



R1



LDR1



1



2

4



LDR



IC?A

LM

358



8



3



D1

R3



Q1

C1815



R4



5



RL1



1

2



Header 2



VCC



HD2



1

2



3.1.2 Sơ đồ nguyên lý



Header 2



2

1



4



3

Relay 10A/12V



VR

LED1



GND



Hình 3-2 Nguyên lý làm việc của mạch chiếu sáng khi trời tối

a) Khối đầu vào

+ Quang trở LRD: thay đổi giá trị điện trở của quang trở theo cường độ sáng chiếu

vào, giá trị điện trở từ 20 (Ω) đến hàng MeGA (Ω).

+ Điện trở R1: kết hợp với quang trở LRD tạo thành một mạch phân áp, được đặt

vào chân (3) của IC LM358.

b) Khối điều chỉnh

Được điều chỉnh bởi biến trở RV có giá trị điện trở điều chỉnh là 500(kΩ), điều

chỉnh tỷ số điện trở giữa các cặp chân với nhau, ta được một điện áp đặt vào chân

(2) của LM358.

c) Khối so sánh



23



Sử dụng IC LM358, chức năng của linh kiện này là so sánh điện áp tại chân

(3) và chân (2) trong cùng một thời điểm. Việc so sánh được thực hiện và đưa ra

điện áp ra tại chân (1). Điện áp được đưa ra có hai mức, mức điện áp cao và mức

điện áp thấp.



Hình 3-3: Ví trị các chân của LM358

Thông số kỹ thuật: (tra theo datasheet)

Điện áp nguồn sử dụng: Vcc 16 (V) hoặc 32(V).

Loại DIP 8 chân công suất P = 500(mW)

Điện áp ra: Vcc=30(V), RL= 10(kΩ) thường cho VoH min= 27(V)

Với Vcc = 5(V), RL 10 (kΩ) cho VoL min = 20 (mV)

Dòng ra: với nguồn Vcc = 15(V) thì Io min = 10 (mA).

d) Khối chấp hành :

Nhận tín hiệu từ khối xử lý và thực hiện công việc điều khiển đóng cắt mạch,

gồm các linh kiện sau:



24



+ Rơle12V: thực hiện công việc đóng mạch điện xoay chiều khi có dòng một chiều

đi qua cuộn dây, và ngắt mạch khi không có dòng đi qua cuộn dây.



Hình 3-4: Sơ đồ chân của rơle

Thông số của rơle :

Coil resistanceat (20°C, 68°F) : 400Ω) (±10%)

Nominal operating current (at 20°C, 68°F) : 30 (mA) (±10%)

+ transistor C1815: điều khiển và dẫn dòng đi qua khi điện áp cấp ở chân B ở mức

cao, và không có dòng đi qua khi điện áp ở chân B ở mức thấp.

Tra thông số của transistor:



Hình 3-5 : Vị trí chân của transistor C1815

Transistor C1815 là transistor thuộc loại transistor NPN

C1815 có Vcmax = 50(V) dòng Icmax = 150 (mA)

Hệ số khuếch đại hFE của C1815 trong khoảng 25 đến 100

Thứ tự các chân từ trái qua phải: E C B



25



Với Ic=100 (mA), Ib=1 (mA), thì hiệu điện thế Ucemax 0,25 (V) và hiệu điện

thế Ubemax là 1(V).

+ Điện trở R3: giảm dòng đi vào cực B transistor, để transistor không bị cháy.

+ Diode D1: bảo vể dòng ngược sinh ra từ cuộn dây của rơle sinh ra làm hỏng

transistor.

Ngoài ra ta cần thêm một đèn led báo và điện trở R4 để tránh cháy led ở điện áp ở

mức cao.

3.1.3 Nguyên lý hoạt động của mạch:

Khi trời sáng, cường độ sáng chiếu vào quang trở lớn, giá trị điện trở của

quang trở nhỏ, điện áp đặt vào chân (3) của LM358 thấp, giá trị điện áp tại chân (3)

nhỏ hơn mức điện áp được điểu chỉnh tại chân (2) của LM358. Kết quả là điện áp

đưa ra tại chân (1) ở mức thấp, transistor bị khóa, không có dòng qua cuộn dây của

rơle, tiếp điểm thường mở không đóng, bóng đèn không sáng.

Khi trời tối, cường độ sáng chiếu vào quang trở nhỏ, điện trở của quang trở

tăng cao, điện áp đặt vào chân (3) của LM358 cao, giá trị điện áp tại chân (3) lớn

hơn mức điện áp đặt tại chân (2) của LM358. Kết quả là điện áp được đưa ra tại

chân (1) ở mức cao, transistor được dẫn, xuất hiện dòng ic qua cuộn dây của rơle,

lõi thép của rơle trở thành một nam châm điện đóng hút cặp tiếp điểm thường mở,

do đó bóng đèn phát sáng. Điện áp đưa ra tại chân (1) của LM358 cũng làm sáng

đèn led báo hiệu cùng với thời điểm rơle đóng.

3.1.4 Tính toán các thông số của mạch

Ta gọi:

Điện áp đặt vào chân (3) của LM358 là V3

Điện áp đặt vào chân (2) của LM358 là V2

26



Điện áp ra tại chân (1) của LM358 là V1

Điện trở của quang trở thay đổi là R2

Ta tính được trị số điện áp tại chân (3) và chân (2) của khối so sánh:



V3 =



V2 =



Vcc × R2

R2 + R1



(3.1)



Vcc × VR2

VR2 + VR1



(3.2)



Trong đó:

VR2: điện trở giữa chân (2) và chân (3) của biến trở 500 (kΩ)

VR1: điện trở giữa chân (1) và chân (2) của biến trở 500 (kΩ)

Xét điều kiện để điện áp ra tại chân (1) ở mức cao:

V3 > V2



Vcc × R2 Vcc × VR2

=

R2 + R1

500

Qua biểu thức trên, ta có thể thấy khi R2 tăng cao cũng là lúc giá trị V3 được

tăng cao, giá trị V2 được điều chỉnh khi ta điều chỉnh biến trở. Chỉ có giá trị R1 là

luôn luôn không thay đổi, với R2 thay đổi rất lớn, ta có thể chọn giá trị R1 cho phù

hợp.

Chọn: R1 = 100(kΩ)

Rơle được mắc trên chân C của transistor, để rơle có thể đóng cắt cần cung

cấp dòng đi qua cuộn dây 30(mA) ta có thể chọn dòng ic qua rơ le, dòng ic= 0.03

(A)

27



Theo công thức ta có:



ic = β × ib



Giả sử điện áp ra tại chân (1) tại LM358 ở mức cao có điện áp 12 (V),

transistor làm việc hệ số khuếch đại βmax = 100, Ube=0,7 (V). Ta tính được dòng

được dẫn qua cực B là:



ib =



ic 0, 03

=

= 0, 0003 (A)

β 100



Với Ube = 0,7 V ; Ue =0 (V) nên ta có Ub = 0,7 (V)

Theo định luật ôm, giá trị điện trở R3 cần mắc vào cực B của transistor là:



R3 =



12 − 0, 7

= 37666, 666 (Ω)

0, 0003



Ta có thể lựa chọn giá trị R 3 < 37,666 (Ω) để transistor có thể làm việc trong

khoảng không vượt quá hệ số khuếch đại cho phép mà transistor C1815 có thể đáp

ứng.

Sử dụng điện trở R3 = 10 (kΩ)

Để an toàn cho đèn bao led, ta cũng cho dòng từ 0,01đến 0.015 (A) đi qua

đèn. Hiệu điện thế giữa hai đầu đèn led là 2(V) đến 3(V). Vậy cần giá trị điện trở

R4 giảm dòng cho led là:



R4 =



12 − 3

= 900 (Ω)

0, 01



Ta có thể chọn điện trở là R4= 680 (Ω)

3.1.5 Chế tạo mạch in, lắp rắp linh kiện

Sử dụng phần mềm thiết kế mạch in Altium design

28



Gồm các bước sau:

+Vẽ sơ đồ nguyên lý cho mạch tự động

+Sắp xếp linh kiện và nối dây từ mạch nguyên lý

+Xuất ra file.pdf để có thể in ra giấy, làm mạch in thủ công

+Lắp ráp và cố định linh kiện.

a) Khởi động chương trình

Mở chương trình khởi động phần mềm “altium design” thông qua biểu

tượng trên desktop của máy tính hoặc vào biểu tượng trong thư mục đã chọn cài

đặt chương trình trên máy tính, giao diện được hiển thị như sau:



Hình 3.6: Giao diện khởi động Altium design

b) Tạo một file mới

Để vẽ một mạch in ta cần tạo một file mới, file mới này sẽ cho phép truy cập

các linh kiện sử dụng trong mạch nguyên lý sang sơ đồ mạch in, các bước thực hiện

như sau:

29



File / new / project / PCB project .



Hình 3.7: Khởi tạo file “Project”

File mới có dạng (…..PrjPcb), để chuẩn bị cho việc thiêt kế, ta cần lưu file

vừa tạo, đặt tên file và chọn vị trí lưu của file mới lên máy tính.

Trong hộp thoại Projects ,chuột phải vào file mới (…..PrjPcb), đưa vị trí

chuột tới “save Project”.Sau đó thực hiện đặt tên và lưu file lên máy tính.



30



Hình 3-8: Đặt tên và lưu File “Project”



Vẽ sơ đồ mạch nguyên lý và sơ đồ mạch in trong file “Project” vừa tạo, để hai

sơ đồ mạch nguyên lý và mạch in có thể liên kết và truy nhập được với nhau.

c) Vẽ mạch nguyên lý

Cần thực hiện vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch chiếu sáng tự động trong phần file

“Project” vừa khởi tạo để việc vẽ sơ đồ mạch in tự động trở nên dễ dàng hơn, các

thao tác tiến hành :

Kích chuột phải vào file “Project” (…….PrjPcb ) /add new to project / chọn

Schematic



31



Hình 3-9: Khởi tạo file “Schemactic”

Giao diện màn hình vẽ mạch sơ đồ nguyên lý cung cấp cho một khung bản vẽ

để có thể đặt các linh kiện trong khung bản vẽ , tên file “Schematic” vừa tạo được

có dạng (……SchDoc)



Hình 3-10: Giao diện sử dụng mạch nguyên lý

32



Vẽ các linh kiện cần sử dụng trong mạch như: điện trở , transistor, quang trở,

rơ le….Trong thư viện của Altium Design cung cấp các lịnh kiện chuẩn, để cho

người sử dụng có thể thao tác và thiết kế mạch trở nên đơn giản hơn.

Kích chuột và mục “System” phía góc phải bên dưới màn hình, chọn

“libraries” để mở hộp thoại Libraries



Hình 3-11: Hộp thoại Libraries

• Di chuyển chuột để có thể chọn linh kiện mà ta cần sử dụng:

• Ví dụ : muốn lấy điện trở, ta gõ từ khóa “res” vào ô tìm kiếm trong thư viện



33