CHẾ TẠO MODUL THU PHÁT SÓNG HỒNG NGOẠI VÀ ỨNG DỤNG LẮP ĐẶT HỆ THỐNG BẬT TẮT THIẾT BỊ ĐÈN ĐIỆN

Kinh Tế - Quản Lý - Công nghệ - Môi trường - Kỹ thuật i UBND TỈNH QUẢNG NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA - SINH ---------- LÊ VĂN HUY CHẾ TẠO MODUL THU PHÁT SÓNG HỒNG NGOẠI VÀ ỨNG DỤNG LẮP ĐẶT HỆ THỐNG BẬT TẮT THIẾT BỊ ĐÈN ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Quảng Nam, tháng 5 năm 2017 ii UBND TỈNH QUẢNG NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA - SINH ---------- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: CHẾ TẠO MODUL THU PHÁT SÓNG HỒNG NGOẠI VÀ ỨNG DỤNG LẮP ĐẶT HỆ THỐNG BẬT TẮT THIẾT BỊ ĐÈN ĐIỆN Sinh viên thực hiện LÊ VĂN HUY MSSV: 2113010215 CHUYÊN NGÀNH: SƯ PHẠM VẬT LÍ KHÓA 2013 – 2014 Cán bộ hướng dẫn ThS. NGÔ THỊ HỒNG NGA MSCB: ……… iii LỜI CẢM ƠN “Learn from yesterday, live for today, hope for tomorrow. The important thing is not to stop questioning” Albert Einstein Có một điều chắc chắn rằng thành công luôn luôn đi cùng với sự quan tâm và giúp đỡ dù nhiều hay ít từ những người xung quanh bạn. Để hoàn thành khóa luận này trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô giáo Ths.Ngô Thị Hồng Nga. Người đã tận tình dạy dỗ, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận này. Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học tập không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quý báu để tôi bước vào đời một cách vững chắc và tự tin. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với các thầy giáo, cô giáo trong trường đại học Quảng Nam đã giảng dạy chúng tôi trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường. Và tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị, bạn bè gần xa đã động viên giúp đỡ tôi về cả vật chất lẫn tinh thần trong quá trình hoàn thành khóa luận Cuối cùng tôi xin dành hết tình cảm của mình cho gia đình đã nuôi dưỡng dạy dỗ tôi nên người. Để tôi có được cơ hội bước vào giảng đường đại học và hoàn thành tốt nhiêm vụ học tập trong những năm qua. Người viết không dám khẳng định đề tài này có thật sự thành công hay không nhưng để đạt được kết quả này là cả một quá trình học tập và làm việc không ngừng nghỉ. Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, tôi rất mong được sự góp ý quý báu của Thầy Cô và bạn bè để đề tài ngày một hoàn thiện hơn. Xin kính chúc quý Thầy Cô trong trường đại học Quảng Nam thật dồi dào sức khỏe để tiếp tục thực hiên sứ mệnh cao đẹp của mình Quảng Nam, tháng 4 năm 2017. iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những nội dung và kết quả trình bày trong khoá luận là trung thực do tôi nghiên cứu và chưa được ai công bố. Quảng Nam, tháng 4 năm 2017. Tác giả khóa luận Lê Văn Huy v MỤC LỤC PHẦN I. MỞ ĐẦU ................................................................................................ i 1.1. Lí do chọn đề tài ...................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................. 1 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................... 1 1.4. Phương pháp nghiên cứu......................................................................... 1 1.5. Lịch sử nghiên cứu .................................................................................. 2 1.6. Đóng góp của đề tài................................................................................. 2 1.7. Cấu trúc đề tài ......................................................................................... 2 PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................... 3 CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ................................... 3 1.1. Linh kiện điện tử thụ động ...................................................................... 3 1.1.1. Điện trở ............................................................................................ 3 1.1.1.1. Cách đọc, đo và cách mắc điện trở ........................................... 4 1.1.2. Tụ điện ............................................................................................. 6 1.2. Một số linh kiện khác .............................................................................. 7 1.2.1. Thạch anh ......................................................................................... 7 1.2.2. Led phát hồng ngoại ......................................................................... 8 1.2.3. Mắt nhận hồng ngoại KSM-603LM................................................. 9 1.2.4. Giới thiệu về Rơle .......................................................................... 10 1.2.5. IC 7805. .......................................................................................... 10 1.3. Chất bán dẫn .......................................................................................... 11 1.3.1. Bán dẫn loại N................................................................................ 11 1.3.2. Bán dẫn loại P. ............................................................................... 11 1.3.3. Tiếp xúc P-N. ................................................................................. 11 1.4. Trasistor lưỡng cực (BJT) ..................................................................... 12 1.4.1. Khái niệm ....................................................................................... 12 1.4.2. Cấu tạo và kí hiệu........................................................................... 12 1.4.3. Nguyên lí làm việc của Transistor. ................................................ 13 vi 1.4.4. Đặc tuyến của Transistor lưỡng cực. .............................................. 16 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ IC PT2248, PT2249, IC 4013 VÀ MỘT SỐ MẠCH THU PHÁT HỒNG NGOẠI ỨNG DỤNG ......................................... 19 2.1. Các thông số và chức năng của IC PT2248, IC PT2249, IC 4013 ........ 19 2.1.1. IC PT2248 ....................................................................................... 19 2.1.2. IC PT2249. ...................................................................................... 19 2.1.3. IC 4013............................................................................................ 20 2.2. Bố trí chân, chức năng từng chân và sơ đồ khối chức năng IC PT2248,IC PT2249, IC 4013. ....................................................................... 20 2.2.1. IC PT2248. ...................................................................................... 20 2.2.2. IC PT2249. ...................................................................................... 22 2.2.3. IC 4013............................................................................................ 24 2.3. Một số mạch thu phát hồng ngoại ứng dụng. ........................................ 24 2.3.1. Tai nghe hồng ngoại: ...................................................................... 24 2.3.2. Vòi nước thông minh ...................................................................... 26 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MẠCH BẬT TẮT ĐÈN TỪ XA BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ ....................................... 28 3.1. Sơ lược về phần mềm mô phỏng ........................................................... 28 3.2. Sơ đồ khối và chức năng của từng khối trong mạch phát hồng ngoại và mạch thu hồng ngoại. .................................................................................... 29 3.2.1. Mạch phát. ...................................................................................... 29 3.2.2. Mạch thu. ........................................................................................ 30 3.3. Sơ đồ nguyên lý mạch bật tắt đèn từ xa ................................................. 34 3.3.1. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch phát hồng ngoại ............. 34 3.3.2. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch thu hồng ngoại ............... 35 3.4. Kết quả mô phỏng .................................................................................. 35 3.5. Lắp ráp mạch thực tế.............................................................................. 36 PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................... 38 3.1. Kết luận .................................................................................................. 38 3.2. Kiến nghị. ............................................................................................... 38 vii PHẦN IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................. 39 MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1.2: Hình dáng thực của một điện trở công suất ........................................ 3 Hình 1.1.3: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu ..................................... 4 Hình 1.1.4: Cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD ........................................ 4 Hình 1.1.5: Cách đọc điện trở dán SMD ................................................................ 5 Hình 1.1.6: (a) Điện trở mắc nối tiếp ..................................................................... 5 Hình 1.1.7: (b) Điện trở mắc song song ................................................................. 5 Hình 1.1.8: Cấu tạo của tụ điện gốm(a) và tụ hoá(b) ............................................. 7 Hình 1.1.9: Hình dạng tụ trong thực tế. ................................................................. 7 Hình 1.2.1: Thạch anh ............................................................................................ 7 Hình 1.2.2: Tăng độ ổn định tần số ........................................................................ 8 Hình 1.2.3: Led phát hồng ngoại............................................................................ 8 Hình 1.2.4: Mắt nhận hồng ngoại KSM-603LM. .................................................. 9 Hình 1.2.5: Sơ đồ khối của KSM-603LM.............................................................. 9 Hình 1.2.6: Hình cấu taọ rơle ............................................................................... 10 Hình 1.2.7: IC 7805 .............................................................................................. 10 Hình 1.3.1: (a) Mạng tinh thể Ge loại N (b) Đồ thị vùng năng lượng BD Ge loại N ........................................................................................................................... 11 Hình 1.3.2: (a) Mạng tinh thể Ge loại P ............................................................... 11 Hình 1.3.3: Tiếp xúc P-N ..................................................................................... 12 Hình 1.4.1: (a )Transistor NPN và kí hiệu ........................................................... 12 Hình 1.4.2: (b )Transistor PNP và kí hiệu............................................................ 12 Hình 1.4.3: Sơ đồ nguyên lý của một transistor loại PNP ................................... 13 Hình 1.4.4: Sơ đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN ..... 15 Hình 1.4.5: Mạch điện ở chế độ khuếch đại của transistor loại NPN .................. 16 Hình 1.4.6: (a) Đặc tuyến ngõ vào ....................................................................... 16 Hình 1.4.7: (b) Đặc tuyến ngõ ra.......................................................................... 17 Hình 1.4.8: (c) Đặc tuyến truyền đạt .................................................................... 17 Hình 1.4.9: (a) Hình mắc Emitter chung .............................................................. 18 viii Hình 1.4.10: (b) Hình mắc Bazơ chung ................................................................ 18 Hình 1.4.1: (c) Hình mắc Collector chung............................................................ 18 Hình 2.2.1: Sơ đồ chân IC PT2248 ....................................................................... 20 Hình 2.2.2: Sơ đồ khối của IC PT2248 ................................................................. 21 Hình 2.2.3: Sơ đồ của bàn phím điều khiển.......................................................... 22 Hình 2.2.4: Sơ đồ chân của IC PT 2249 ............................................................... 22 Hình 2.2.5: Sơ đồ cấu tạo bên trong của IC .......................................................... 23 Hình 2.2.6: Sơ đồ chân của IC 4013 ..................................................................... 24 Hình 2.3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát tai nghe hồng ngoại ............................... 25 Hình 2.3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch thu tai nghe hồng ngoại................................. 26 Hình 2.3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch phát vòi nước thông minh ............................. 26 Hình 2.3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch thu vòi nước thông minh ............................... 27 Hình 3.1.1: Biểu tượng phần mềm Proteus........................................................... 28 Hình 3.1.2: Trang chủ phần mềm ......................................................................... 28 Hình 3.1.3: Thiết kế mạch, lập trình… ................................................................. 29 Hình 3.3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát................................................................ 34 Hình 3.3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch thu ................................................................. 35 Hình 3.4.1: Kết quả mô phỏng ............................................................................. 43 Hình 3.5.1. Hình ảnh mạch thực tế ....................................................................... 44 Hình 3.5.2. Mô hình thực tế .................................................................................. 45 1 PHẦN I. MỞ ĐẦU 1.1. Lí do chọn đề tài Với sự phát triển vượt bật của khoa học kĩ thuật tiên tiến, thế giới chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kĩ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh gọn nhẹ, là những yếu tố rất cần thiết cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Điện tử trở thành một ngành công nghiệp đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực cho đến các nhu cầu thiết bị trong đời sống hằng ngày. Một trong những ứng dụng quang trọng trong công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển từ xa hay những thiết bị mà con người không thể trực tiếp chạm vào để vận hành điều khiển. Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên em đã chọn đề tài “ Chế tạo modul thu phát sóng hồng ngoại và ứng dụng lắp đặt hệ thống bật tắt thiết bị đèn điện”. 1.2. Mục tiêu của đề tài Tìm hiểu IC PT2248, IC PT2249, IC 4013 và ứng dụng vào việc chế tạo mạch điều khiển từ xa. 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Các linh kiện điện tử và IC PT2249, IC PT2248, IC 4013 modul thu phát sóng hồng ngoại, hệ thống bật tắt thiết bị đèn. Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu về IC PT2248, IC PT2249, IC4013 và lắp mạch điều khiển bật tắt đèn điện từ xa. 1.4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết: tổng hợp và phân tích lí thuyết dựa trên sách, vở, giáo trình, trang web… để hiểu rõ về các linh kiện, hiểu được nguyên lí hoạt động của mạch điều khiển bật tắt đèn điện từ xa. 2 - Hiểu được phần mềm để mô phỏng mạch . - Nghiên cứu thực nghiệm: Thực hành lắp ráp mạch điện tử sử dụng IC PT2248, PT2249; IC 4013 trên thực tế. 1.5. Lịch sử nghiên cứu Từ trước đến nay đã có nhiều đề tài nghiên cứu về IC PT2248,IC PT2249 và ứng dụng vào thực tiễn. Bài nghiên cứu, đề tài:” mạch bật tắt thiết bị điện dùng sóng RF.” Với đề tài của mình, tôi kế thừa những cơ sở lí luận của các công trình nghiên cứu trước đây. Từ đó tìm hiểu và xây dựng mạch ứng dụng có sử dụng IC PT2248,IC PT2249, IC 4013 cho riêng mình. 1.6. Đóng góp của đề tài - Với đề tài này giúp cho các sinh viên có được những kiến thức cơ bản về phần mềm mô phỏng, hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử. Đặc biệt là IC PT2248, IC PT2249, IC 4013 và ứng dụng của chúng vào việc thiết kế các mạch điện tử có ích trong cuộc sống. - “Mạch bật tắt đèn” rất hữu ích trong các gia đình. 1.7. Cấu trúc đề tài PHẦN I. MỞ ĐẦU PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ IC PT2248, IC PT2249, IC 4013 VÀ MỘT SỐ MẠCH THU PHÁT HỒNG NGOẠI ỨNG DỤNG CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MẠCH BẬT TẮT ĐÈN TỪ XA BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ PHẦN IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO 3 PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1.1. Linh kiện điện tử thụ động 1.1.1. Điện trở Khái niệm: Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở vô cùng lớn. a. Điện trở của dây dẫn Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu, độ dài và tiết diện của dây được tính theo công thức sau: S L R  Trong đó: ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu (Ωm) L là chiều dài dây dẫn (m) S là tiết diện dây dẫn (m2 ) R là điện trở đơn vị là (Ω-Ohm) b. Điện trở trong thiết bị điện tử Điện trở được làm từ các hợp chất kim loại, tùy theo tỉ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau. - Kí hiệu: Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý như sau: Hình 1.1.1: Ký hiệu điện trở - Đơn vị: Ω, KΩ, MΩ, trong đó: 1KΩ = 1000Ω; 1MΩ = 1000000Ω. - Phân loại: các loại điện trở trong các mạch điện tử có thể phân loại theo công suất, theo độ chính xác, theo vật liệu chế tạo, theo hình dáng... Nếu phân loại theo công suất thì có các loại như sau: + Loại 1: các điện trở công suất lớn hơn 2W trở lên. Ví dụ như các điện trở công suất, điện trở sứ... Hình 1.1.1: Hình dáng thực của một điện trở công suất 4 + Loại 2: Điện trở thường là các điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W Hình 1.1.2: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu + Loại 3: Các điện trở có công suất và kích thước rất nhỏ (loại điện trở dán SMD) Hình 1.1.3: Cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD 1.1.1.1. Cách đọc, đo và cách mắc điện trở a. Đọc giá trị - Loại 1: thì trị số điện trởcông suất thường được ghi trực tiếp trên thân. - Loại 2: điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng màu, điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng màu. Giá trị điện trở được tính theo quy ước quốc tế. Bảng quy ước màu điện trở: + Đối với loại 4 vòng màu thì: vòng 1 là số hàng chục, vòng 2 là số hàng đơn vị, vòng 3 là số nhân và vòng 4 là sai số. Giá trị R xác định như sau: R = (vòng 1)(vòng 2) 10 (vòng 3)  (vòng 4) 5 + Đối với loại 5 vòng màu thì: vòng 1 là số hàng trăm, vòng 2 là số hàng chục, vòng 3 là số hàng đơn vị, vòng 4 là số nhân và vòng 5 là sai số. Giá trị R xác định như sau: R = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) 10 (vòng 4)  (vòng 5) - Loại 3: điện trở dán SMD Hình 1.1.4: Cách đọc điện trở dán SMD b. Cách mắc điện trở - Mắc kiểu nối tiếp 2 điện trở R1 và R2 được một điện trở tương đương R: R = R1+R2 Hình 1.1.5: (a) Điện trở mắc nối tiếp - Mắc kiểu song song 2 điện trở được một điện trở tương đương R: R 1 = 1 1 R + 2 1 R Hình 1.1.6: (b) Điện trở mắc song song R1 180R R2 180R R3 10k R4 10k 6 c. Công suất của điện trở Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một công suất P tính được theo công thức : R 2 2 I R U UIP  - Theo công thức trên ta thấy, công suất tiêu thụ của điện trở phụ thuộc vào dòng điện đi qua điện trở hoặc phụ thuộc vào điện áp trên hai đầu điện trở. - Công suất tiêu thụ của điện trở là hoàn toàn tính được trước khi lắp điện trở vào mạch. - Nếu đem một điện trở có công suất danh định nhỏ hơn công suất nó sẽ tiêu thụ thì điện trở sẽ bị cháy. - Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có công suất danh định ൒ 2 lần công suất mà nó sẽ tiêu thụ. 1.1.2. Tụ điện Tụ điện là một linh kiện thụ động và được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử, được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu mạch truyền tín hiệu, mạch dao động… a) Khái niệm. Tụ điện là linh kiện dung để cản trở và phóng nạp khi cần thiết và được đặc trưng bởi dung kháng phụ thuộc vào tần số điện áp. Ký hiệu của tụ điện trong sơ đồ nguyên lý là: Tụ không phân cực là tụ có hai cực như nhau và giá trị thường nhỏ (pF). Tụ phân cực là tụ có hai cực tính âm và dương không thể dũng lẫn lộn nhau được. Có giá trị lớn hơn so với tụ không phân cực. 7 b) Cấu tạo. Hình 1.1.7: Cấu tạo của tụ điện gốm(a) và tụ hoá(b) Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi như tụ hóa, tụ gốm, tụ giấy… a)Tụ gốm b)Tụ hóa Hình 1.1.8: Hình dạng tụ trong thực tế. 1.2. Một số linh kiện khác 1.2.1. Thạch anh - Thạch anh là bộ dao động khá ổn định để tạo ra tần số dao động cho vi điều khiển. . Hình 1.2.1: Thạch anh – Ứng dụng của thạch anh trong điện tử đa phần để tạo ra tần số được ổn định vì tần số của thạch anh tạo ra rất ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn là các mạch dao động RC…. 8 Hình 1.2.2: Tăng độ ổn định tần số Để tăng độ ổn định tần số, người ta dùng thêm 2 tụ nhỏ C6, C7 (33pF x2). Điều này cho thấy bạn cũng có thể thay đổi nhịp nhấp nháy của đèn nếu dùng thạch anh có tần số khác. 1.2.2. Led phát hồng ngoại Hình 1.2.3: Led phát hồng ngoại LED viết tắc của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang, là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tín hiệu hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại Pgheets với một khối bán đẫn loại N. Tính chất Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Có bước sóng trong khoảng 0,8 m đến 0.9μm, tia hồng ngoại cũng có thể truyền bằng vận tốc ánh sáng. Tia hồng ngoại cũng có thể truyền đươc nhiều kênh tín hiệu và được dùng rộng rãi trong công nghiệp. 9 Tín hiệu truyền đi của led hồng ngoại có thể đạt được 3Mbits… Tia hồng ngoại có thể truyền xuyên qua được các vật có mật độ điện tử ít. LED thường có điện thế phân cực thuận lợi hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5V đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược lại gây ra. 1.2.3. Mắt nhận hồng ngoại KSM-603LM. - Đối với modul mắt thu trên thì trường có 2 loại module mắt thu tín hiệu hồng ngoại. - Một loại vỏ sắt và 1 loại vỏ bằng nhựa. Trong mạch này em sử dụng mắt nhận hồng ngoại loại vỏ sắt có tên là KSM-603LM. Dùng loại module này chống được nhiễu bên ngoài và thu được tín hiệu xung quanh nó. Hình 1.2.4: Mắt nhận hồng ngoại KSM-603LM. Các xác định chân rất đơn giản là: Chân 1: Là chân tín hiệu out. Chân2:Là chân GND. Chân 3: Là chân VCC. Sơ đồ cấu tạo bên trong. Hình 1.2.5: Sơ đồ khối của KSM-603LM. 10 1.2.4. Giới thiệu về Rơle Hình 1.2.6: Hình cấu taọ rơle - Rơle cũng là một ứng dụng của cuộn dây trong sản xuất thiết bị điện tử, nguyên lý hoạt động của Rơle là biến đổi dòng điện thành từ trường thông qua cuộn dây, từ trường lại tạo thành lực cơ học thông qua lực hút để thực hiện một động tác về cơ khí như đóng mở công tắc, đóng mở các hành trình của một thiết bị tự động vv... 1.2.5. IC 7805. Là loại IC ổn áp khá thông dụng, cho ở đầu ra(chân3) của IC mức điện áp ổn định là 5V. Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản. Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp. Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V. Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau. Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân Chân số 1: Là chân INPUT. Chân số 2: Là chân GND. Chân số 3: Là chân OUTPUT. Hình 1.2.7: IC 7805 - Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. 11 1.3. Chất bán dẫn 1.3.1. Bán dẫn loại N Hình 1.3.1: (a) Mạng tinh thể Ge loại N (b) Đồ thị vùng năng lượng BD Ge loại N Từ chất bán dẫn tinh khiết ban đầu cho vào ít nguyên tố hóa trị 5 như Sb, Pb...(có 5 điện tử lớp ngoài cùng) liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge xung quanh nó, thừa ra một điện tử ,chất bán dẫn mang điện âm =>chất bán dẫn loại N. 1.3.2. Bán dẫn loại P. Hình 1.3.2: (a) Mạng tinh thể Ge loại P (b) Đồ thị vùng năng lượng BD Ge loại P Từ chất bán dẫn ban đầu cho vào ít nguyên tố hóa trị 3 như Indium... (có 3 điện tử lớp ngoài cùng) liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge xung quanh...

UBND TỈNH QUẢNG NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA - SINH

- -LÊ VĂN HUY

CHẾ TẠO MODUL THU PHÁT SÓNG HỒNG NGOẠI VÀ ỨNG DỤNG LẮP ĐẶT HỆ THỐNG

BẬT TẮT THIẾT BỊ ĐÈN ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Quảng Nam, tháng 5 năm 2017

UBND TỈNH QUẢNG NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA: LÝ – HÓA - SINH

Sinh viên thực hiện

LÊ VĂN HUY

LỜI CẢM ƠN

“Learn from yesterday, live for today, hope for tomorrow The important thing is

not to stop questioning” Albert Einstein

Có một điều chắc chắn rằng thành công luôn luôn đi cùng với sự quan tâm và giúp đỡ dù nhiều hay ít từ những người xung quanh bạn

Để hoàn thành khóa luận này trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô giáo Ths.Ngô Thị Hồng Nga Người đã tận tình dạy dỗ, hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành khóa luận này Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học tập không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quý báu để tôi bước vào đời một cách vững chắc và tự tin

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với các thầy giáo, cô giáo trong trường đại học Quảng Nam đã giảng dạy chúng tôi trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường

Và tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị, bạn bè gần xa đã động viên giúp đỡ tôi về cả vật chất lẫn tinh thần trong quá trình hoàn thành khóa luận

Cuối cùng tôi xin dành hết tình cảm của mình cho gia đình đã nuôi dưỡng dạy dỗ tôi nên người Để tôi có được cơ hội bước vào giảng đường đại học và hoàn thành tốt nhiêm vụ học tập trong những năm qua

Người viết không dám khẳng định đề tài này có thật sự thành công hay không nhưng để đạt được kết quả này là cả một quá trình học tập và làm việc không ngừng nghỉ Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, tôi rất mong được sự góp ý quý báu của Thầy Cô và bạn bè để đề tài ngày một hoàn thiện hơn

Xin kính chúc quý Thầy Cô trong trường đại học Quảng Nam thật dồi dào sức khỏe để tiếp tục thực hiên sứ mệnh cao đẹp của mình!

Quảng Nam, tháng 4 năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Những nội dung và kết quả trình bày trong khoá luận là trung thực do tôi nghiên cứu và chưa được ai công bố

Quảng Nam, tháng 4 năm 2017

Tác giả khóa luận

Lê Văn Huy

MỤC LỤC

PHẦN I MỞ ĐẦU i 

1.1 Lí do chọn đề tài 1 

1.2 Mục tiêu của đề tài 1 

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1 

1.4 Phương pháp nghiên cứu 1 

1.5 Lịch sử nghiên cứu 2 

1.6 Đóng góp của đề tài 2 

1.7 Cấu trúc đề tài 2 

PHẦN II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3 

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 3 

1.1 Linh kiện điện tử thụ động 3 

1.4.2 Cấu tạo và kí hiệu 12 

1.4.3 Nguyên lí làm việc của Transistor 13 

1.4.4 Đặc tuyến của Transistor lưỡng cực 16 

2.3.1 Tai nghe hồng ngoại: 24 

2.3.2 Vòi nước thông minh 26 

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MẠCH BẬT TẮT ĐÈN TỪ XA BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ 28 

3.1 Sơ lược về phần mềm mô phỏng 28 

3.2 Sơ đồ khối và chức năng của từng khối trong mạch phát hồng ngoại và mạch thu hồng ngoại 29 

3.2.1 Mạch phát 29 

3.2.2 Mạch thu 30 

3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch bật tắt đèn từ xa 34 

3.3.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch phát hồng ngoại 34 

3.3.2 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch thu hồng ngoại 35 

PHẦN IV TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 

MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1.2: Hình dáng thực của một điện trở công suất 3 

Hình 1.1.3: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu 4 

Hình 1.1.4: Cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD 4 

Hình 1.1.5: Cách đọc điện trở dán SMD 5 

Hình 1.1.6: (a) Điện trở mắc nối tiếp 5 

Hình 1.1.7: (b) Điện trở mắc song song 5 

Hình 1.1.8: Cấu tạo của tụ điện gốm(a) và tụ hoá(b) 7 

Hình 1.2.5: Sơ đồ khối của KSM-603LM 9 

Hình 1.2.6: Hình cấu taọ rơle 10 

Hình 1.4.3: Sơ đồ nguyên lý của một transistor loại PNP 13 

Hình 1.4.4: Sơ đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN 15 

Hình 1.4.5: Mạch điện ở chế độ khuếch đại của transistor loại NPN 16 

Hình 1.4.6: (a) Đặc tuyến ngõ vào 16 

Hình 1.4.7: (b) Đặc tuyến ngõ ra 17 

Hình 1.4.8: (c) Đặc tuyến truyền đạt 17 

Hình 1.4.9: (a) Hình mắc Emitter chung 18 

Hình 1.4.10: (b) Hình mắc Bazơ chung 18 

Hình 1.4.1: (c) Hình mắc Collector chung 18 

Hình 2.2.1: Sơ đồ chân IC PT2248 20 

Hình 2.2.2: Sơ đồ khối của IC PT2248 21 

Hình 2.2.3: Sơ đồ của bàn phím điều khiển 22 

Hình 2.2.4: Sơ đồ chân của IC PT 2249 22 

Hình 2.2.5: Sơ đồ cấu tạo bên trong của IC 23 

Hình 2.2.6: Sơ đồ chân của IC 4013 24 

Hình 2.3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát tai nghe hồng ngoại 25 

Hình 2.3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch thu tai nghe hồng ngoại 26 

Hình 2.3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch phát vòi nước thông minh 26 

Hình 2.3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch thu vòi nước thông minh 27 

Hình 3.1.1: Biểu tượng phần mềm Proteus 28 

PHẦN I MỞ ĐẦU 1.1 Lí do chọn đề tài

Với sự phát triển vượt bật của khoa học kĩ thuật tiên tiến, thế giới chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kĩ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh gọn nhẹ, là những yếu tố rất cần thiết cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao

Điện tử trở thành một ngành công nghiệp đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực cho đến các nhu cầu thiết bị trong đời sống hằng ngày

Một trong những ứng dụng quang trọng trong công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển từ xa hay những thiết bị mà con người không thể trực tiếp chạm vào để vận hành điều khiển

Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên em đã chọn đề tài “Chế tạo modul thu phát sóng hồng ngoại và ứng dụng lắp đặt hệ thống bật tắt thiết bị đèn điện”

1.2 Mục tiêu của đề tài

Tìm hiểu IC PT2248, IC PT2249, IC 4013 và ứng dụng vào việc chế tạo mạch điều khiển từ xa

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Các linh kiện điện tử và IC PT2249, IC PT2248,

IC 4013 modul thu phát sóng hồng ngoại, hệ thống bật tắt thiết bị đèn

Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu về IC PT2248, IC PT2249, IC4013 và lắp

mạch điều khiển bật tắt đèn điện từ xa

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết: tổng hợp và phân tích lí thuyết dựa trên sách, vở, giáo trình, trang web… để hiểu rõ về các linh kiện, hiểu được nguyên lí hoạt động của mạch điều khiển bật tắt đèn điện từ xa

- Hiểu được phần mềm để mô phỏng mạch

- Nghiên cứu thực nghiệm: Thực hành lắp ráp mạch điện tử sử dụng IC PT2248, PT2249; IC 4013 trên thực tế

1.5 Lịch sử nghiên cứu

Từ trước đến nay đã có nhiều đề tài nghiên cứu về IC PT2248,IC PT2249 và ứng dụng vào thực tiễn

Bài nghiên cứu, đề tài:” mạch bật tắt thiết bị điện dùng sóng RF.”

Với đề tài của mình, tôi kế thừa những cơ sở lí luận của các công trình nghiên cứu trước đây Từ đó tìm hiểu và xây dựng mạch ứng dụng có sử dụng IC PT2248,IC PT2249, IC 4013 cho riêng mình

1.6 Đóng góp của đề tài

- Với đề tài này giúp cho các sinh viên có được những kiến thức cơ bản về phần mềm mô phỏng, hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử Đặc biệt là IC PT2248, IC PT2249, IC 4013 và ứng dụng của chúng vào việc thiết kế các mạch điện tử có ích trong cuộc sống

- “Mạch bật tắt đèn” rất hữu ích trong các gia đình

1.7 Cấu trúc đề tài

PHẦN I MỞ ĐẦU

PHẦN II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ IC PT2248, IC PT2249, IC 4013 VÀ MỘT SỐ MẠCH THU PHÁT HỒNG NGOẠI ỨNG DỤNG

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MẠCH BẬT TẮT ĐÈN TỪ XA BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS VÀ LẮP RÁP MẠCH THỰC TẾ

PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ PHẦN IV TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 1.1 Linh kiện điện tử thụ động

1.1.1 Điện trở

Khái niệm: Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một

vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở vô cùng lớn

a Điện trở của dây dẫn

Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu, độ dài và tiết diện của dây được tính theo công thức sau:

SL

Trong đó: ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu (Ωm) L là chiều dài dây dẫn (m)

S là tiết diện dây dẫn (m2) R là điện trở đơn vị là (Ω-Ohm)

b Điện trở trong thiết bị điện tử

Điện trở được làm từ các hợp chất kim loại, tùy theo tỉ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau

- Kí hiệu: Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 1.1.1: Ký hiệu điện trở

- Đơn vị: Ω, KΩ, MΩ, trong đó: 1KΩ = 1000Ω; 1MΩ = 1000000Ω

- Phân loại: các loại điện trở trong các mạch điện tử có thể phân loại theo công suất, theo độ chính xác, theo vật liệu chế tạo, theo hình dáng Nếu phân loại theo công suất thì có các loại như sau:

+ Loại 1: các điện trở công suất lớn hơn 2W trở lên Ví dụ như các điện trở công suất, điện trở sứ

Hình 1.1.1: Hình dáng thực của một điện trở công suất

+ Loại 2: Điện trở thường là các điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W

Hình 1.1.2: Hình dạng thực của loại điện trở 4 vạch màu

+ Loại 3: Các điện trở có công suất và kích thước rất nhỏ (loại điện trở dán SMD)

Hình 1.1.3: Cách ghi ký hiệu giá trị trên điện trở SMD

1.1.1.1 Cách đọc, đo và cách mắc điện trở

a Đọc giá trị

- Loại 1: thì trị số điện trở/công suất thường được ghi trực tiếp trên thân - Loại 2: điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng màu, điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng màu Giá trị điện trở được tính theo quy ước quốc tế

Bảng quy ước màu điện trở:

+ Đối với loại 4 vòng màu thì: vòng 1 là số hàng chục, vòng 2 là số hàng đơn vị, vòng 3 là số nhân và vòng 4 là sai số Giá trị R xác định như sau:

R = (vòng 1)(vòng 2) * 10(vòng 3)(vòng 4)

+ Đối với loại 5 vòng màu thì: vòng 1 là số hàng trăm, vòng 2 là số hàng chục, vòng 3 là số hàng đơn vị, vòng 4 là số nhân và vòng 5 là sai số Giá trị R xác định như sau:

Hình 1.1.5: (a) Điện trở mắc nối tiếp

- Mắc kiểu song song 2 điện trở được một điện trở tương đương R:

c Công suất của điện trở

Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một công suất P tính được theo công thức :

- Theo công thức trên ta thấy, công suất tiêu thụ của điện trở phụ thuộc vào dòng điện đi qua điện trở hoặc phụ thuộc vào điện áp trên hai đầu điện trở

- Công suất tiêu thụ của điện trở là hoàn toàn tính được trước khi lắp điện trở vào mạch

- Nếu đem một điện trở có công suất danh định nhỏ hơn công suất nó sẽ tiêu thụ thì điện trở sẽ bị cháy

- Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có công suất danh định 2 lần công suất mà nó sẽ tiêu thụ

1.1.2 Tụ điện

Tụ điện là một linh kiện thụ động và được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử, được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu mạch truyền tín hiệu, mạch dao động…

a) Khái niệm

Tụ điện là linh kiện dung để cản trở và phóng nạp khi cần thiết và được đặc trưng bởi dung kháng phụ thuộc vào tần số điện áp

Ký hiệu của tụ điện trong sơ đồ nguyên lý là:

Tụ không phân cực là tụ có hai cực như nhau và giá trị thường nhỏ (pF) Tụ phân cực là tụ có hai cực tính âm và dương không thể dũng lẫn lộn nhau được Có giá trị lớn hơn so với tụ không phân cực

b) Cấu tạo

Hình 1.1.7: Cấu tạo của tụ điện gốm(a) và tụ hoá(b)

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi như tụ hóa, tụ gốm, tụ giấy…

– Ứng dụng của thạch anh trong điện tử đa phần để tạo ra tần số được ổn định vì tần số của thạch anh tạo ra rất ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn là các mạch dao động RC…

Hình 1.2.2: Tăng độ ổn định tần số

Để tăng độ ổn định tần số, người ta dùng thêm 2 tụ nhỏ C6, C7 (33pF x2) Điều này cho thấy bạn cũng có thể thay đổi nhịp nhấp nháy của đèn nếu dùng thạch anh có tần số khác

1.2.2 Led phát hồng ngoại

Hình 1.2.3: Led phát hồng ngoại

LED viết tắc của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang, là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tín hiệu hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại Pgheets với một khối bán đẫn loại N

* Tính chất

Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường Có bước sóng trong khoảng 0,8m đến 0.9µm, tia hồng ngoại

cũng có thể truyền bằng vận tốc ánh sáng

Tia hồng ngoại cũng có thể truyền đươc nhiều kênh tín hiệu và được dùng rộng rãi trong công nghiệp

Tín hiệu truyền đi của led hồng ngoại có thể đạt được 3Mbit/s… Tia hồng ngoại có thể truyền xuyên qua được các vật có mật độ điện tử ít

LED thường có điện thế phân cực thuận lợi hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5V đến 3V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do đó LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược lại gây ra

1.2.3 Mắt nhận hồng ngoại KSM-603LM

- Đối với modul mắt thu trên thì trường có 2 loại module mắt thu tín hiệu hồng ngoại

- Một loại vỏ sắt và 1 loại vỏ bằng nhựa Trong mạch này em sử dụng mắt nhận hồng ngoại loại vỏ sắt có tên là KSM-603LM Dùng loại module này chống được nhiễu bên ngoài và thu được tín hiệu xung quanh nó

Hình 1.2.4: Mắt nhận hồng ngoại KSM-603LM Các xác định chân rất đơn giản là:

Chân 1: Là chân tín hiệu out Chân2:Là chân GND

Chân 3: Là chân VCC

* Sơ đồ cấu tạo bên trong

Hình 1.2.5: Sơ đồ khối của KSM-603LM

1.2.4 Giới thiệu về Rơle

Hình 1.2.6: Hình cấu taọ rơle

- Rơle cũng là một ứng dụng của cuộn dây trong sản xuất thiết bị điện tử, nguyên lý hoạt động của Rơle là biến đổi dòng điện thành từ trường thông qua cuộn dây, từ trường lại tạo thành lực cơ học thông qua lực hút để thực hiện một động tác về cơ khí như đóng mở công tắc, đóng mở các hành trình của một thiết bị tự động vv

1.2.5 IC 7805

Là loại IC ổn áp khá thông dụng, cho ở đầu ra(chân3) của IC mức điện áp ổn định là 5V

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau

Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân Chân số 1: Là chân INPUT

1.3 Chất bán dẫn

1.3.1 Bán dẫn loại N

Hình 1.3.1: (a) Mạng tinh thể Ge loại N (b) Đồ thị vùng năng lượng BD Ge loại N

Từ chất bán dẫn tinh khiết ban đầu cho vào ít nguyên tố hóa trị 5 như Sb, Pb (có 5 điện tử lớp ngoài cùng) liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge xung quanh nó, thừa ra một điện tử ,chất bán dẫn mang điện âm =>chất bán dẫn loại N

1.3.2 Bán dẫn loại P

Hình 1.3.2: (a) Mạng tinh thể Ge loại P (b) Đồ thị vùng năng lượng BD Ge loại P

Từ chất bán dẫn ban đầu cho vào ít nguyên tố hóa trị 3 như Indium (có 3 điện tử lớp ngoài cùng) liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử Ge xung quanh nó, thiếu một điện tử, tạo thành lỗ trống, chất bán dẫn mang điện dương => chất bán dẫn loại P

1.3.3 Tiếp xúc P-N

Trong chất bán dẫn loại N: electron là hạt dẫn điện đa số, lỗ trống là hạt dẫn điện thiểu số Trong chất bán dẫn loại P: lỗ trống là hạt dẫn điện đa số, electron là hạt dẫn điện thiểu số

Hình 1.3.3: Tiếp xúc P-N

Electron từ N sang P, lỗ trống từ P sang N, tạo thành một điện trường tiếp xúc Etx (nhỏ) Điện trường này ngăn cản không cho electron từ N tiếp tục sang P Sau một thời gian ngắn, hiện tượng khuếch tán sẽ chấm dứt, hai bên tiếp xúc P–N sẽ tạo ra một vùng nghèo hạt mang điện đa số, vùng này có điện trở lớn

Khi đặt tiếp xúc P – N vào điện trường ngoài:

+ Engoài ngược chiều với Etx: làm vùng nghèo hạt mang điện hẹp lại Cho dòng điện I qua từ P sang N

+ Engoài cùng chiều Etx: không có dòng điện I qua tiếp xúc P–N từ N sang P

1.4 Trasistor lưỡng cực (BJT)

1.4.1 Khái niệm

Transistor là một linh kiện bán dẫn có 3 cực, dòng điện chạy từ cực này đến cực khác, cực còn lại có nhiệm vụ điều khiển dòng này

1.4.2 Cấu tạo và kí hiệu

Cùng trên một đế bán dẫn, lần lượt tạo ra tiếp xúc công nghệ P–N gần nhau để được một linh kiện bán dẫn bán dẫn 3 cực, gọi là transistor lưỡng cực

Nếu bán dẫn P nằm ở giữa hai lớp bán dẫn N, thì ta có transistor loại NPN (được gọi là transistor ngược )

Hình 1.4.1: (a )Transistor NPN và kí hiệu

Nếu lớp bán dẫn N nằm giữa hai lớp bán dẫn P thì ta có loại traisistor PNP (transistor thuận )

Một cực có thể điểu khiển dòng điện qua hai cực còn lại gọi là cực khiển Điều kiện của các vùng tạp chất:

Để transistor hoạt động phải đủ hai điều kiện về điện áp để tiếp tế và phân cực Tiếp tế: cung cấp điện áp cho hai cực E,C bằng nguồn điện ECC

* Nguyên tắc hoạt động của transistor thể hiện qua các thí nghiệm sau:

Chọn một loại transistor loại PNP

Hình 1.4.3: Sơ đồ nguyên lý của một transistor loại PNP

Khi K1 đóng, K2 mở: Có nguồn EB, không có nguồn ECC Lớp tiếp giáp EB được phân cực thuận, lỗ trống từ vùng E sang vùng B Khi qua vùng B tạo nên dòng điện IB.vậy chỉ có dòng IB, không có dòng Ic ở nguồn ECC

Khi K1 mở, K2 đóng: Có nguồn ECC, không có nguồn EB lúc này CE coi như gồm hai điốt: CB và BE mắc nối tiếp, do hai điốt này mắc ngược chiều

nhau nên không cho dòng điện qua CE, và chỉ có dòng rò Ico rất nhỏ từ C sang B do các hạt không cơ bản gây ra

Khi K1 đóng, K2 đóng: Nhờ nguồn EB, lỗ trống từ vùng E sang vùng B: Khi có nguồn UBE, nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện

Khi có dòng IBE, do lớp bán dẫn N tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp ít nên các lỗ trống từ lớp bán dẫn P tại cực E vượt qua lớp tiếp giáp để sang lớp bán dẫn N tại cực B với số lượng nhiều hơn điện tử

- Một phần nhỏ trong số các lỗ trống đó thế vào điện tử tạo thành dòng IB, số còn lại bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE để tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor

=> Nhận xét :- Nếu IB = 0 thì IC = 0 - Nếu IB tăng thì IC tăng - Nếu IB giảm thì IC giảm

Suy ra IB có tính điều khiển dòng IC Trong đó dòng IB cỡ nA, dòng IC cỡ mA Nếu coi cực E là nguồn phát ra hạt dẫn đa số, hạt này một phần nhỏ chạy qua cực gốc B tạo thành dòng IB, phần lớn còn lại chạy đến cực góp C để tạo nên dòng IC

Vậy ta luôn có: IE = IB + IC

Trong đó: IB << IC nên IE = IC

Để đánh giá mức độ hao hụt dòng khuếch tán trong vùng B, người ta đưa ra hệ số khuếch đại dòng điện

, luôn luôn nhỏ hơn 1

Để đánh giá mức độ điều khiển dòng IB lên dòng IC người ta đưa ra hệ số khuếch đại dòng điện tĩnh:

Trên đây là transistor hoạt động ở chế độ tĩnh Nếu bây giờ ta ta đặt vào mạch cực phát một nguồn tín hiệu biến thiên thì điện áp phân cực lớp tiếp giáp EB cũng thay đổi làm cho IB biến thiên, kéo theo IE biến thiên và IC thay đổi

Đặt ở cực góp một tải RC lớn, khi dòng IC biến thiên sẽ tạo ra trên RC một điện áp biến thiên nhưng biên độ lớn hơn nhiều (nhờ RC khá lớn) Ta nói rằng transistor đã khuếch đại tín hiệu

* Chế độ làm việc

Transistor có ba chế độ làm việc: chế độ khóa, dẫn bão hòa và chế độ khuếch đại

- Chế độ khóa và dẫn bão hòa: Xét sơ đồ mạch điện như hình vẽ:

Hình 1.4.4: Sơ đồ mạch điện ở chế độ khóa điện tử của transistor loại NPN + Khi K mở: Tiếp xúc EB bị phân cực ngược, electron từ E không qua được vùng B nên IB = 0, và transistor khóa, không có dòng IC qua tải Rt

+ Khi K đóng: Dòng IB khác 0 Với UBE = 0.6V (Si), nếu ta chọn R1 , R2 ,

Hình 1.4.5: Mạch điện ở chế độ khuếch đại của transistor loại NPN

+ Lúc này nguồn phân cực EB có chiều như hình vẽ để tiếp xúc BE được phân cực thuận Dòng IB sẽ điều khiển dòng IC

=> Nhận xét:

Khi tăng dòng IB thì dòng IC tăng theo và UCE giảm Khi dòng IB giảm, dòng IC giảm theo và UCE tăng hay điện áp tín hiệu lấy ra ở chân C ngược pha với điện áp tín hiệu vào khuếch đại ở chân B (transistor mắc theo kiểu phát chung sẽ được trình bày vào phần sau

Dòng IB thay đổi ở mạch vào sẽ tạo ra dòng IC thay đổi đồng pha tương ứng ở mạch ra tại cực C Dòng IC qua Rt gây sụt áp UR, nên ta có điện áp UCE (chính là VC) được tính theo công thức (*) ở trên IC tăng làm VC giảm và ngược lại, ta nói điện áp ra VC ngược pha với điện áp vào

1.4.4 Đặc tuyến của Transistor lưỡng cực

- Đặc tuyến ngõ vào:

Biểu diễn sự thay đổi của dòng IB theo điện thế ngõ vào VBE Trong đó hiệu điện thế thu phát VCE chọn làm thông số

Dạng đặc tuyến như sau:

Hình 1.4.6: (a) Đặc tuyến ngõ vào