assignment môn mạch điện tử và ứng dụng mạch bảo vệ quá dòng sử dụng ic lm358

Tóm lại, mạch bảo vệ quá dòng sử dụng LM358 là một công cụ quantrọng để bảo vệ và đảm bảo hoạt động ổn định cho hệ thống điện tử.iii.Mục tiêu của dự ánMục tiêu dự án mạch bảo vệ quá dòng

 HUỲNH HOÀNG GIA PC08507

Cần Thơ,1 tháng 4 năm 2024

LỜI CẢM ƠN 4

GIỚI THIỆU DỰ ÁN 5

i Giới thiệu về dự án 5

ii Lý do cần triển khai dự án 5

iii Mục tiêu của dự án 5

iv Nguyên lí hoạt động của mạch bảo vệ quá dòng 5

v Ưu điểm của mạch bảo vệ quá dòng: 6

vi Nhược điểm của mạch bảo vệ quá dòng: 6

c Thông tin cơ bản về LM 358 7

d Thông số kĩ thuật của LM358: 8

c Thông số kĩ thuật của Transistor NPN: 10

d Chức năng của transistor: 10

e Nguyên lí hoạt động của transistor: 10

f Transistor tương tự: 11

g Ứng dụng của transistor: 11

3 Relay 5 chân 11

a Khái quát về Relay 5 chân: 11

b Kí hiệu của Relay: 11

c Thông số kĩ thuật của Relay: 12

d Chức năng của Relay: 12

e Nguyên lí hoạt động của Relay: 12

f Ứng dụng của Relay: 12

4 Diode 13

a Khái quát về Diode: 13

b Kí hiệu của Diode: 13

c Thông số kĩ thuật diode: 13

d Chức năng chính của Diode: 13

e Nguyên lí hoạt động diode: 14

f Ứng Dụng diode: 14

5 Điện trở 15

a Khái quát về điện trở: 15

b Ký hiệu điện trở: 15

c Thông số kỹ thuật của điện trở: 15

d Nguyên lí hoạt động của điện trở: 16

a Thông số kĩ thuật của domino 2 chân: 21

b Chức năng của domino 2 chân: 21

c Ứng dụng của domino 2 chân: 21

8 Chiết áp 10k 21

a Khái quát về chiết áp: 21

b Thông số kĩ thuật của chiết áp: 22

c Kí hiệu của chiết áp: 22

d Chức năng của chiết áp: 22

e Nguyên lí hoạt động của chiết áp: 23

f Ứng dụng của chiết áp của chiết áp: 23

9 LED màu: 24

a Khái quát về LED: 24

b Kí hiệu của LED: 24

c Thông tin cơ bản của LED 24

d Thông số kĩ thuật của LED: 24

e Nguyên lí hoạt động của LED: 24

f Ứng dụng của LED: 24

II Danh sách linh kiện, phân công công việc và thiết kế sơ đồ 25

1 Danh Sách Linh Kiện Được Sử Dụng Trong Mạch: 25

2 Bảng phân công công việc của các thành viên trong nhóm: 25

3 Thiết kế sơ đồ nguyên lí và PCB cho mạch bảo vệ quá dòng: 25

Giai Đoạn II: QUÁ TRÌNH THI CÔNG SẢN PHẨM 27

I Các Bước Thi Công Mạch Ứng Dụng: 27

II Nhận xét và đánh giá: 27

1 Nhận xét: 27

2 Đánh Giá: 27

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cam đoan rằng những lời cảm ơn trân trọng này được viết bởi sự biết ơn thật sự từ tận đáy lòng Cảm ơn mọi người đã đọc và đánh giá bài tiểu luận của em Đây là một khóa học quan trọng và em rất quý trọng cơ hội này để thể hiện khả năng của mình và rút ra những bài học quý giá từ môn Kỹ thuật xung số được đào tạo bởi trường FPT Polytechnic Cần Thơ Em hy vọng rằng bài tiểu luận này có thể mang lại những giá trị thực tế và có ích cho người đọc

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới giảng viên hướng dẫn của em là thầy Lê Hoài Giang Sự kiên nhẫn, sự chỉ dẫn tận tâm và kiến thức sâu rộng của giảng viên đã giúp em hoàn thành bài tiểu luận này Những lời khuyên và góp ý quý báu từ giảng viên đã giúp em nắm vững kiến thức và phát triển các kỹ năng cần thiết Em không thể đạt được thành công này mà không có sự hỗ trợ và định hướng từ giảng viên Lê Hoài Giang được Xin chân thành cảm ơn!

Cần Thơ, ngày 01 tháng 04 năm 2024

Sinh viên đại diện

Cao Bá Huy

GIỚI THIỆU DỰ ÁN

i.Giới thiệu về dự án

Mạch bảo vệ quá dòng là một công cụ quan trọng được sử dụng trong các hệ thống điện tử,nhằm bảo vệ các linh kiện khỏi các sự cố và thiệt hại gây ra bởi quá dòng Mạch này được sửdụng để giới hạn dòng điện tối đa thông qua một mạch kiểm soát và điều chỉnh hiệu suất củahệ thống IC LM358 là một linh kiện quan trọng trong mạch bảo vệ quá dòng, với khả nănglấy mẫu dòng điện và so sánh nó với một ngưỡng cài đặt sẵn Khi dòng điện vượt quá ngưỡngđã cài đặt, mạch sẽ thực hiện các biện pháp bảo vệ, bao gồm tắt nguồn hoặc làm giảm dòngđiện Mạch bảo vệ quá dòng sử dụng IC LM358 mang lại sự ổn định và an toàn cho hệ thốngđiện tử, đồng thời giúp tăng tuổi thọ và độ bền của các linh kiện bên trong.

ii.Lý do cần triển khai dự án

Mạch bảo vệ quá dòng sử dụng LM358 mang lại nhiều lợi ích quan trọng cho hệ thống Đầutiên, mạch này giúp bảo vệ các linh kiện điện tử chống lại những tác động tiêu cực của quádòng Khi một mạch công suất bị quá tải, mạch bảo vệ sẽ ngắt dòng điện để tránh hỏng hócthành phần quan trọng Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của linh kiện và giảm khả năng xảy rasự cố Thứ hai, mạch bảo vệ quá dòng cũng giúp đảm bảo an toàn cho người sử dụng và tàisản Nó ngăn chặn nguy cơ cháy nổ hoặc các tai nạn khác do quá tải điện Cuối cùng, mạchđáp ứng kịp thời trong trường hợp quá dòng xảy ra, giúp bảo vệ hệ thống một cách nhanhchóng và hiệu quả Tóm lại, mạch bảo vệ quá dòng sử dụng LM358 là một công cụ quantrọng để bảo vệ và đảm bảo hoạt động ổn định cho hệ thống điện tử.

iii.Mục tiêu của dự án

Mục tiêu dự án mạch bảo vệ quá dòng dùng LM358 nhằm tạo ra một mạch điện tử có khảnăng

phát hiện và ngăn chặn hiện tượng quá dòng trong hệ thống điện Dự án nhằm xây dựng mộtmạch bảo vệ đáng tin cậy và đơn giản sử dụng vi điều khiển LM358, giúp bảo vệ các linhkiện

và thiết bị khác trước nguy cơ hư hỏng do quá tải Mạch bảo vệ quá dòng được thiết kế phùhợp

cho các hệ thống điện như nguồn cung cấp, nạp pin, động cơ, motor và các ứng dụng kháctrong

lĩnh vực điện tử và công nghiệp Với mục tiêu đảm bảo ổn định và an toàn cho hệ thống điện,dự án sẽ giúp giảm thiểu nguy cơ mất điện, hư hỏng linh kiện và thiết bị, đồng thời tăng tuổi

iv.Nguyên lí hoạt động của mạch bảo vệ quá dòng

Mạch bảo vệ quá dòng LM358 được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện tử khỏi tổn thương doquá dòng Nguyên tắc hoạt động của mạch này dựa trên sự so sánh giữa giá trị dòng điện thựctế và giá trị ngưỡng được đặt trước Khi dòng điện thực tế vượt quá ngưỡng, mạch bảo vệ sẽtự động tắt nguồn cấp đến thiết bị hoặc tạo ra tín hiệu cảnh báo để ngăn chặn việc quá tải vàđảm

bảo an toàn cho hệ thống Mạch bảo vệ quá dòng LM358 có thể sử dụng chung với các thànhphần điện tử khác để xây dựng một mạch tổng quát và hiệu quả Với nguyên tắc hoạt độngđơn giản và tính ứng dụng cao, mạch bảo vệ quá dòng LM358 là một công cụ hữu ích trongviệc đảm bảo an toàn và bảo vệ các thiết bị điện tử.

Sơ đồ khối:v.

Ưu điểm của mạch bảo vệ quá dòng:

Một trong những ưu điểm của mạch bảo vệ quá dòng là khả năng phát hiện và ngắt nguồnngay khi xảy ra tình huống quá dòng, ngăn chặn các sự cố tiềm ẩn có thể gây cháy nổ hoặchỏng hóc trong hệ thống Mạch bảo vệ quá dòng cũng giúp tăng tuổi thọ và độ tin cậy của cácthiết bị điện, bảo vệ chúng khỏi tổn thương và hỏng hóc do quá tải Mạch bảo vệ cũng có khảnăng tự động phục hồi sau khi xảy ra sự cố và tiếp tục hoạt động bình thường, giúp duy trì sựổn định của hệ thống điện.

vi.Nhược điểm của mạch bảo vệ quá dòng:

Mạch bảo vệ quá dòng sử dụng LM358 cũng không tránh khỏi một số nhược điểm

Một trong số đó là hiện tượng đáp ứng chậm khi có sự thay đổi đột ngột trong dòng điện Dotốc độ đáp ứng chậm, mạch không thể bảo vệ được điện thiếu, gây ra nguy cơ hỏng hóc hoặcthiệt hại cho thiết bị Ngoài ra, độ tin cậy của mạch cũng cần được xem xét Khi mạch khônghoạt động đúng cách hoặc sai sót, rủi ro hỏng hóc hay mất mát điện gắn liền với việc sử dụng

mạch bảo vệ quá dòng sử dụng LM358 Bên cạnh đó, mạch cũng có khả năng bị ảnh hưởngbởi biến đổi nhiệt độ hoặc nhiễu điện từ Điều này có thể làm giảm độ chính xác và hiệu suấtcủa mạch Vì vậy, trước khi áp dụng mạch bảo vệ quá dòng sử dụng LM358, cần có kiến thứccơ bản về nhược điểm này để đảm bảo tính tin cậy và hiệu quả của mạch.

c Thông tin cơ bản về LM 358.

2 1 IN- Chân đầu vào đảo của op amp 1

d Thông số kĩ thuật của LM358:

Dải điện áp nguồn (Single Supply): 3 V đến 32 V.Dải điện áp nguồn (Dual Supply): ±1.5 V đến ±16 V.Dải nhiệt độ hoạt động: -40°C đến 125°C.

Dòng điện tiêu thụ: Khoảng 1.7 mA trên mỗi nguồn (quiescent current).Dải tần số chuyển đổi: Khoảng từ 1 MHz đến 1.5 MHz.

Điện áp đầu ra tối đa: Khoảng 28 V (trong điều kiện tải nhẹ).Dải đầu vào chung: Khoảng từ 0 V đến V+ - 1.5 V.

Nguyên tắc phản hồi (Feedback): Op-Amp thường được sử dụng với nguyên tắc phản hồi đểkiểm soát và điều chỉnh đầu ra Phản hồi có thể được thiết kế để giảm nhiễu, tăng độ chínhxác và ổn định mạch.

So sánh (Comparator): LM358 có thể được sử dụng như một so sánh điện áp để so sánh haigiá trị và tạo ra một tín hiệu đầu ra tương ứng dựa trên kết quả so sánh.

Ứng dụng trong các mạch lọc: Op-Amp có thể được sử dụng trong các mạch lọc để chọn lọchoặc loại bỏ các thành phần tần số cụ thể từ tín hiệu đầu vào.

Amplification (Tăng cường tín hiệu): Chức năng chính của Op-Amp là tăng cường tín hiệu.Điều này làm cho nó quan trọng trong nhiều ứng dụng khác nhau như mạch khuếch đại âmthanh, mạch cảm biến, và nhiều ứng dụng khác.

f Nguyên lý làm việc của LM358:

LM358 là một loại vi điều khiển chuyển mạch (Operational Amplifier - Op-Amp) được thiếtkế để thực hiện các phép toán toán học và kích thích tín hiệu trong các ứng dụng điện tử.Dưới đây là một số nguyên lý cơ bản về cách LM358 hoạt động:

Kết nối đầu vào (Input): LM358 thường có hai chân đầu vào (non-inverting và inverting) Tínhiệu vào được áp dụng tại hai chân này, và hiệu ứng của nó được tăng lên.

Kết nối đầu ra (Output): Chân đầu ra của LM358 cung cấp tín hiệu kết quả, là kết quả củaphép toán toán học được thực hiện trên tín hiệu đầu vào Điện áp đầu ra được điều chỉnh đểlàm cho đầu vào hiệu ứng (hiệu điện thế giữa chân không inverting và chân inverting) bằng 0.Nguyên tắc kích thích (Amplification): Một trong những chức năng chính của LM358 là tăngcường tín hiệu Khi tín hiệu vào thay đổi, Op-Amp sẽ tạo ra một điện áp đầu ra tương ứng,được kết xuất theo hệ số kích thích (gain) của Op-Amp.

Nguyên tắc phản hồi (Feedback): Hầu hết các ứng dụng Op-Amp đều sử dụng nguyên tắcphản hồi để kiểm soát độ chính xác và ổn định của hệ thống Phản hồi có thể được thực hiệnthông qua mạch phản hồi âm (negative feedback) hoặc phản hồi dương (positive feedback).Dải tần số chuyển đổi (Bandwidth): LM358 có một dải tần số chuyển đổi, nghĩa là có giới hạnvề tần số nào có thể kích thích mà không làm giảm đi amplitudo Điều này quan trọng trongviệc xác định ứng dụng sử dụng của nó.

g. IC tương tự:

LM158, LM158A, LM358, LM358A, LM2904, LM2904Q, LM4558, LM747

h Ứng dụng của LM358:

Điện tử kỹ thuật số và analog

Nguồn cung cấp điện và bộ sạc di độngMáy tính để bàn và bo mạch chủNguồn cung cấp năng lượng liên tụcCác hoạt động toán học

Bộ khuếch đạiBộ tạo dao độngBộ so sánh điện áp

Máy giặt, máy sấy và tủ lạnhBộ điều khiển logic có thể lập trình

Dụng cụ đo lường

2 Transistor C1815.

a Khái quát về Transistor:

Transistor C1815 hay 2SC1815 là một linh kiện điện tử có thể sử dụng cho các ứng dụngchung cũng như ứng dụng riêng như một bộ khuếch đại tần số âm thanh Phần lớn cáctransistor được mã hóa để dễ nhận biết mặc dù thông tin này có thể khác nhau tùy theo nhàsản xuất Một hoặc hai chữ cái thường được theo sau bởi một dãy số, và sau đó có thể là nhiềusố Do đó, transistor

C1815 cũng có thể là transistor 2SC1815 Chữ C trong tên của nó có ý nghĩa là loại này sửdụng cho các ứng dụng chung.

b Kí hiệu:

c Thông số kĩ thuật của Transistor NPN:

Điện áp cực đại: 50V Dòng cực đại: 150mA.Hệ số khuếch đại ~25- 100.Khối lượng : 0.21 g.

d Chức năng của transistor:

Chuyển đổi (Switching): Transistor có thể hoạt động như một công tắt điện tử, cho phép hoặcngăn chặn dòng điện thong qua nó Trong trạng thái dẫn điện, Transistor cho dòng điện chạyqua, trong khi ở trạng thái cắt điện, nó ngăn chặn dòng điện.

Khuyếch đại (Amplification): Transistor cũng được sử dụng để khuyếch đại tính hiệu Khi nóđược kết hợp với các thành phần khác trong mạch, transistor có thể tăng độ lớn của tính hiệuđầu vào, tạo ra một tính hiệu đầu ra lớn hơn.

Chức năng Logic (Logic Function): Trong mạch logic số, transistor thường được sử dụng đểbiến đổi tính hiệu

e Nguyên lí hoạt động của transistor:

Nguyên lý hoạt động của transistor C1815, như là một loại transistor NPN, dựa trên cấu trúcbán dẫn và chuyển động của các dòng điện trong nó Dưới đây là một mô tả tổng quan vềnguyên lý hoạt động của transistor C1815:

Cấu trúc NPN: Transistor C1815 có cấu trúc NPN, với ba lớp bán dẫn Lớp giữa là lớp chấtbán dẫn âm (N), được gọi là lớp cơ bản, giữa hai lớp chất bán dẫn dương (P) Các lớp bán dẫnnày tạo thành các khu vực collector (C), base (B), và emitter (E).

Dòng điện cơ bản:

Khi một dòng điện nhỏ được áp dụng vào chân base (B) của transistor, nó tạo ra một dòng

Dòng base này kích thích lớp cơ bản và tạo ra dòng điện lớn hơn là dòng collector (Ic) chảy từcollector đến emitter.

Kiểm soát dòng điện:

Dòng base kiểm soát dòng collector thông qua một hệ số kết hợp được gọi là tỷ số kết hợphoặc hệ số truyền dẫn (hfe hay β).

Tính đến tỷ số kết hợp, một biến đổi nhỏ của dòng base có thể tạo ra một biến đổi lớn củadòng collector, làm cho transistor trở thành một bộ khuếch đại.

Chuyển động điện tử:

Dòng electron di chuyển từ emitter đến collector thông qua lớp cơ bản.

Quá trình này có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh dòng base, cho phép transistor hoạtđộng như một công tắc hoặc khuếch đại tín hiệu.

Chức năng khuếch đại hoặc chuyển đổi:

Nếu được sử dụng trong mạch khuếch đại, transistor C1815 có thể tăng amplitudes của tínhiệu.

Trong ứng dụng chuyển đổi, nó có thể hoạt động như một công tắc, chuyển đổi giữa trạng tháidẫn điện và trạng thái cách điện.

Là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản Nó gồm 2 phần chính là cuộn hút và các tiếpđiểm.

b Kí hiệu của Relay:

c Thông số kĩ thuật của Relay:

Dòng AC max: 10 A.Dòng AC min: 6 A.

Nhiệt độ hoạt động: - 45 °C to 75 °C.Công suất cuộn dây (coil) DC: 360 MW.Thời gian tác động: 10 ms.

Thời gian nhả hãm: 5 ms.

Điện áp điều khiển cuộn dây (coil): 12V.

d Chức năng của Relay:

Chuyển Đổi (Switching): Relay thường được sử dụng để chuyển đổi mạch điện từ một vị tríhoặc chế độ sang một vị trí hoặc chế độ khác Điều này cho phép kiểm soát các thiết bị hoặchệ thống khác nhau trong mạch.

Cách Ly (Isolation): Relay có thể tạo ra một cách ly điện giữa mạch kiểm soát (low voltage,thường từ mạch số điện tử) và mạch điều khiển (high voltage, thường là dòng điện lớn hoặctải nặng) Điều này bảo vệ các thành phần nhạy cảm trong mạch số khỏi nguy cơ bị hỏng hoặcảnh hưởng bởi điện áp lớn.

Chế Độ Điều Khiển: Relay có thể được sử dụng để tạo ra các chế độ điều khiển khác nhau,như chế độ tự động, chế độ thủ công, hoặc chế độ tự động bằng cách sử dụng các tín hiệu đầuvào từ mạch số điện tử.

Chức Năng Bảo Vệ: Relay có thể được tích hợp với các chức năng bảo vệ như bảo vệ quádòng, bảo vệ quá áp và các chức năng khác để đảm bảo an toàn của mạch và thiết bị kết nối.

e Nguyên lí hoạt động của Relay:

Nguyên lí hoạt động của relay 5 chân dựa trên nguyên tắc của hiệu ứng từ trường và sự truyềnđộng cơ khí Khi điện được cung cấp đến cuộn dây từ điện, năng lượng từ tính sẽ tạo ra sự

chuyển động của cơ cấu cơ khí Sự chuyển động này kết nối và điều khiển trạng thái của cáccontact trong relay Các contact có thể được mở hoặc đóng dựa trên trạng thái của cơ cấu cơkhí Khi các contact mở hoặc đóng, dòng điện trong hệ thống điện sẽ được điều khiển theoyêu cầu Relay 5 chân có thể thực hiện chức năng điều khiển dòng điện cho các thiết bị vàlinh kiện khác trong hệ thống điện, đảm bảo hoạt động đúng và an toàn.

f Ứng dụng của Relay:

Điều khiển đèn và điện áp trong gia đình.Tự động hóa ô tô: Đèn, quạt, máy nén,…Chế tạo điều khiển trong mạch số.Hệ thống báo động an ninh.

Chuyển đổi nguồn tín hiệu.

4 Diode

a Khái quát về Diode:

1N4007 là một diode đa năng được sử dụng rộng rãi Nó thường được dùng làm bộ chỉnh lưutrong phần nguồn điện của các thiết bị điện tử để chuyển đổi điện áp AC thành DC với các tụlọc khác Nó là một diode của dòng 1N400x, trong đó cũng có những diode tương tự khác từ1N4001 đến 1N4007 và sự khác biệt duy nhất giữa chúng là điện áp ngược lặp lại tối đa.

b Kí hiệu của Diode:

c Thông số kĩ thuật diode:

Loại gói: DO-35 thủy tinh và SMD.Điện áp ngược lặp lại tối đa là: 100 V.

Dòng chỉnh lưu trung bình tối đa là: 15A hoặc 150mA.Công suất tiêu tán tối đa là: 5W.

Điện áp ngược là: 75V.

Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -65oCđến +175oC.

d Chức năng chính của Diode:

Bảo vệ ngược điện (Reverse Voltage Protection): Diode được sử dụng để ngăn chặn dòngđiện ngược từ nguồn điện vào mạch Điều này giúp bảo vệ mạch khỏi thiệt hại khi cấp nguồnbị kết nối ngược.

Bảo vệ từ xung đột: Diode có thể giúp bảo vệ mạch khỏi xung đột điện áp và dòng điện độtngột.

Chống nhiều điện từ: Một số loại diode như diode Zener có thể được sử dụng để kiểm soátđiện áp và bảo vệ mạch khỏi nhiều điện từ.

Chia và chuyển tín hiệu: Trong mạch khóa số, diode có thể được sử dụng để chia và chuyểntín hiệu điện, giúp kiểm soát luồng dữ liệu.

Mạch chỉnh nhịp (Rectification): Diode có thể thực hiện chức năng chỉnh lưu để biến đổi tínhiệu điện từ dạng AC thành dạng DC.

Điều chỉnh tần số: Diode có thể được sử dụng để kiểm soát dòng điện và tần số, đảm bảo rằngchỉ có một hướng dòng điện được phép đi qua.

e Nguyên lí hoạt động diode:

Ngưỡng Vôn (Forward Voltage Drop - Vf):

Khi diode được kết nối với chiều dòng chính xác, nó tạo ra một mức ngưỡng vôn (Vf), mứcđiện áp cần vượt qua để diode bắt đầu dẫn điện.

Đối với diode 1N4007, mức ngưỡng vôn này thường là khoảng 0.7 V.Ngưỡng Nghịch Áp (Reverse Voltage - Vr):

Diode có khả năng chịu đựng một lượng nhất định điện áp ngược (ngược lại với hướng chínhcủa nó), được gọi là ngưỡng nghịch áp.

Đối với diode 1N4007, ngưỡng nghịch áp thường là 1000 V.Chức Năng Chỉnh Lưu (Rectification):

Diode 1N4007 thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu để biến đổi một tín hiệu xoaychiều thành tín hiệu chỉnh lưu.

Trong giai đoạn dẫn (forward bias), diode cho phép dòng điện chạy qua một chiều.Trong giai đoạn cách điện (reverse bias), diode không dẫn điện và chặn dòng điện.