BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN MƠN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DÙNG IC555 Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Lớp: Có file proteus mơ phỏng, cần gửi đầy đủ tài liệu Giảng viên hướng dẫn: VÕ THỊ BÍCH NGỌC Sinh viên thực hiện: Đào Phú Quyền Mã SV: Lớp: Tp.HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2021 LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn tất quý Thầy/Cô trường Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh, q Thầy/Cơ Viện Kỹ thuật HUTECH giảng dạy, truyền đạt kiến thức hữu ích kinh nghiệm quý báu cho em thời gian qua Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Võ Thị Bích Ngọc, người tận tình hướng dẫn em hồn thành đồ án môn học Xin cảm ơn tất bạn, anh/chị tận tình giúp đỡ quan tâm tới tác giả suốt trình thực thành đồ án mơn học Vì lần đầu làm đồ án, kiến thức chun mơn cịn hạn chế thân thiếu kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung báo cáo không tránh khỏi thiếu sót Với ước mong học hỏi, em mong nhận góp ý, hướng dẫn, bảo thêm quý Thầy/Cô giáo để em rút kinh nghiệm cho đồ án tốt Tác giả xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2021 Sinh viên thực Đào Phú Quyền VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (sĩ số nhóm…): 01 (1) Đào Phú Quyền MSSV: Lớp: Tên đề tài: Mạch điều khiển tốc độ động DC dùng IC555 Các liệu ban đầu: - Tìm hiểu tổng quan đề tài đồ án, mục tiêu thiết kế - Thiết kế sơ đồ khối cho mơ hình “Mạch điều khiển tốc độ động DC dùng IC NE555” - Tìm hiểu linh kiện dùng để thiết kế mạch, nguyên lý chi tiết gồm: 7812, IC NE555, IRF540, MOTOR, BRIDGE, 1N4148, … Nội dung nhiệm vụ: - Thiết kế, tính tốn giá trị - Mô nguyên lý hoạt động mạch phần mềm mô - Viết báo cáo đồ án Kết tối thiểu phải có: 1) Báo cáo đồ án 2) Sơ đồ nguyên lý chi tiết; Mạch PCB Ngày giao đề tài: 27/09/2021 Ngày nộp báo cáo: 12/12/2021 Sinh viên thực Đào Phú Quyền TP HCM, ngày tháng 10 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Nhận xét giáo viên hướng dẫn Họ tên sinh viên: Đào Phú Quyền Lớp: Mã số sinh viên: Tên đề tài: Mạch điều khiển tốc độ động dùng IC NE555 Ưu điểm: …………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Nhược điểm: … ….……………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Điểm đánh giá: …………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ngày 12 Tháng 12 Năm 2021 Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 IC NE555 2.2 IRF540 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 3.1.1 Khối nguồn 3.1.2 Khối dao động IC NE555 3.1.3 Khối điều khiển 3.1.4 Khối tải (động cơ) 3.1.4 Khối cơng suất 3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ 3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý chi tiết 3.3.2 Nguyên lý hoạt động 3.4 THI CÔNG 3.4.1 Sơ đồ mạch in CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN • Lý chọn đề tài: Ngày với phát triển không ngừng nghỉ xã hội, điều khiển tốc độ nhanh hay chậm máy móc phụ thuộc vào người, điều khiển tốc độ động đời để phục vụ nhiều lĩnh vực khác đời sống người • Mục tiêu đề tài: Điện tử ứng dụng rộng rãi phổ biến lĩnh vực, sinh viên học ngành kỹ thuật cần trang bị kiến thức điện, điện tử để phân tích, thiết kế, thi cơng, lắp đặt vận hành, bảo trì, bảo dưỡng thiết bị điện tử, dây chuyền sản suất công nghiệp Thực đồ án môn học nhằm giúp em hiểu chức linh kiện dùng mạch, cách thiết kế mạch, sử dụng phần mềm Proteus để mô mạch, thiết kế PCB cho mạch mô 3D CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Điện trở Hình ảnh thực tế • Điện trở linh kiện điện tử có cơng dụng để giảm dòng điện chạy mạch Trong tiếng anh Resistor, viết tắt R Đối với điện trở vạch màu: • • Vạch màu thứ nhất: Là giá trị hàng chục giá trị điện trở Vạch màu thứ hai: Là giá trị hàng đơn vị giá trị điện trở • • • Vạch màu thứ ba: Là hệ số nhân với giá trị số mũ 10 dùng nhân với giá trị điện trở Vạch màu thứ tư: Là giá trị sai số điện trở Vịng thứ tư vịng cuối ln ln có màu nhũ vàng hay nhũ bạc, đọc ta bỏ qua trị số vòng Giá trị điện trở = (vạch 1) (vạch 2) x 10(mũ vạch 3) Điện trở vạch màu Ví dụ: Trên thang điện trở hình có vạch màu vàng, tím, đen, hồng kim ứng với số 4, 7, Vậy giá trị điện trở 47 x 10^0= 47 (Ω) - Cách đọc điện trở vạch màu Đối với điện trở vạch màu: • Vạch màu thứ nhất: giá trị hàng trăm giá trị điện trở • Vạch màu thứ hai: giá trị hàng chục giá trị điện trở • Vạch màu thứ ba: giá trị hàng đơn vị giá trị điện trở • Vạch màu thứ tư: hệ số nhân với giá trị số mũ 10 dùng nhân với giá trị điện trở • Vạch màu thứ năm: giá trị sai số điện trở • Giá trị điện trở = (vạch 1) (vạch 2) (vạch 3) x 10(mũ vạch 4) + vạch Điện trở vạch màu Ví dụ: Một điện trở có vạch màu xanh, vàng, đỏ, nâu, nâu ứng với chữ số 6, 4, 2, 1, Vậy giá trị điện trở 642 x 10^1 ± 1%= 6420±1% 2.2 IC 7812 Hình ảnh thực tế • Sơ đồ chân IC7812 - Điện áp đầu vào khoảng 14V đến 35V, điện áp đầu cố định 12V - Dòng đầu vào phải 2A để có 1A đến 1,5A đầu Hình ảnh thực tế - Thông số kỹ thuật Loại MOSFET: Kênh N Điện áp tối đa từ cực cổng đến cực nguồn phải là: ± 20V Dòng cực máng (chân 2) liên tục tối đa là: 23A Công suất tiêu tán tối đa là: 100W Điện áp tối thiểu cần thiết để dẫn điện: 2V đến 4V Nhiệt độ bảo quản hoạt động phải là: -55 đến +150 độ C - Sơ đồ chân: Hướng IRF540 phía trước mặt sơ đồ chân theo thứ tự từ trái qua phải chân (cổng G), chân (máng D), chân (nguồn S) Cách chạy an toàn mạch - Để có hiệu suất lâu dài mạch, nên để IRF540 hoạt động mức thấp 20% so với định mức tối đa Dịng xả tối đa 23A cố gắng trì 18A điện áp tải tối đa 100V điều khiển tải 80V Điện áp cổng vào nguồn phải ±20V Luôn sử dụng tản nhiệt thích hợp với transistor Nhiệt độ vận hành lưu trữ phải -55 độ C +155 độ C 2.7 IC NE555 Hình ảnh thực tế - IC NE555 linh kiện phổ biến để tạo xung PWM thay đổi tần số tùy thích NE555 làm việc với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế độ rộng xung Vì vậy, NE555 sử dụng loạt đếm thời gian, hệ xung, dao động ứng dụng NE555 sử dụng để cung cấp cho chậm trễ thời gian, dao động, yếu tố flip-flop Các dẫn xuất cung cấp lên đến bốn mạch thời gian gói Thơng số kỹ thuật: Điện áp đầu vào: 4.5-16V Dòng điện cung cấp: 10mA - 15mA Điện áp logic mức cao: 0.5 - 15V Điện áp logic mức thấp: 0.03 - 0.06V Công suất lớn là: 600mW Nhiệt độ hoạt động: – 70oC Các chức IC555 + Là thiết bị tạo xung xác + Máy phát xung + Điều chế độ rộng xung (PWM) + Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng thu phát hồng ngoại) Hình 8.3: Cấu trúc IC555 - IC555 gồm mạch so sánh điều khiển trạng thái FF, từ lái transistor xả (discharge) tầng Chức số chân mô tả sau: - - Chân 1: GND (nối đất) Chân 2: TRIGGER (kích khởi), điểm nhạy mức với V CC ngõ Q V CC Khi điện áp chân FF xuống [0], gây cho chân tạo trạng thái cao - Chân 3: OUTPUT (ra) thường mức thấp chuyển thành mức cao khoảng thời gian định Vì tầng tích cực chiều, cấp hút dòng đến 200mA - Chân 4: RESET điện áp chân nhỏ 0,4V: chu kỳ định bị ngắt, đưa 555 trạng thái khơng có kích Đây chức ưu tiên để 555 khơng thể bị kích trừ RESET giải phóng(>1,0V) Khi không sử dụng nối chân lên VCC - Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển), bên điểm V CC Một điện trở nối đất điện áp ngồi nối vào chân để thay đổi điểm tham khảo (chuẩn) comparator Khi khơng sử dụng cho mục đích này, nên gắn tụ nối đất ≥ 0.01μF cho tất ứng dụng nhằm để lọc xung đỉnh nhiễu nguồn cấp điện - Chân 6: Threshold (ngưỡng) để nhạy mức với V CC Khi điện áp chân > V CC FF Reset làm cho chân trạng thái thấp - Chân 7: Discharge (Xả) cực thu transistor, thường dùng để xả tụ định Vì dịng collector bị giới hạn, dùng với tụ lớn ( > 1000μF ) không bị hư - Chân 8: VCC điện áp cấp nguồn từ 4,5V đến 16V so với chân mass Việc định tương đối độc lập với điện áp Sai số định thay đổi nguồn điện tiêu biểu < 0.05% /V CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ - 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI Khối nguồn Khối dao động Khối điều chỉnh Khối công suất Khối tải (động cơ) - Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho toàn hệ thống hoạt động - Khối dao động dùng (IC555): Tạo dao động với tần số 12V, 1,5A, để ép động quay 11,700 vòng/phút - Khối điều chỉnh tần số: Cho phép động quay hay dừng, quay nhanh nhanh hay chậm khối điều chỉnh định Khi điều chỉnh RV1 tỉ lệ RV1 & C1 thay đổi → xung PWM NE555 thay đổi → tốc độ động thay đổi - Khối công suất: Để đẩy công suất lên để phù hợp với động yêu cầu Công suất motor 280(W), nguồn 12(V) cường độ dòng điện 23,33(A) - Khối tải: Thực nhiệm vụ tải (động cơ) quay nhanh quay chậm 3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ Hoạt động mạch: Khi đóng điện tụ C bắt đầu nạp từ 0V lên nên: Tụ C nạp điện qua R1 R2 với số thời gian nạp là: τ n = ( R1 + R2 ).C Điện áp qua tụ C tăng dần ngõ mức cao, do: OP-AMP (1) có: V+ss1= vC< V-ss1 = OP-AMP (2) có V+ss2 = VCC VCC => ngõ V0ss1 = [0], ngõ R =0 >vC(t)= V-ss2=>ngõ V0ss2 = [1], ngõ S =1 Tại RSFF có: R = 0, S = nên Q =1 Q=0 Lúc đó, điện áp qua mạch đệm đảo mức [1], transistor tắt, ngõ chân có V0 = VCC Khi vC tăng vc (t ) > VCC , ta có: Ngõ V0ss1 = [1] = R, V0ss2 = [0] = S =>Q =0 Q =1 Lúc đó, điện áp qua mạch đệm đảo mức [0], transistor dẫn bão hịa, làm tụ phóng điện qua R 2, với thời hằng: τ x = R2 C - Thời gian tụ nạp thời gian V0≈+ VCC, thời gian tụ xả V0≈0 - Thời gian nạp xả tụ tính theo cơng thức: • • - Thời gian nạp: tnạp = Thời gian xả: tx = = τ x ln = 0,69.R2 C Điện áp ngõ chân có dạng sóng vng với chu kỳ là: T = t n + tx = - τ n ln = 0,69.( R1 + R2 ).C 0,69.( R1 + 2.R2 ).C Do thời gian nạp thời gian xả không (t n > tx) nên tín hiệu sóng vng khơng đối xứng Tần số sóng vng đầu là: f = 1 = T 0,69.( R1 + 2.R2 ).C Tốc độ motor phụ thuộc vài RV1, với tốc độ đo thực tế motor 12V, 1,5A, quay 11,700 vòng/phút Tần số: (Hertz) T = tn + tx = (s) Ta có: biến trở RV1 = 10k, tụ C = 1n = • (s) • (s) • • T=+ Chu kỳ xung: Ta có: biến trở RV1 = 50k, tụ C = 1n = • (s) • (s) • • T=+ Chu kỳ xung: 3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch Khối nguồn - Nguồn từ 220V qua biến áp TRAN-2P3S để giảm dòng điện xuống ⁓15V, qua cầu diode, sử dụng IC ổn áp 7812 để ổn định điện áp ngõ 12V Led D4 báo nguồn, R4 điện trở hạn dòng cho Led 3.3.2 Nguyên lý hoạt động - IC NE555 tạo dao động xung vuông mạch RV1, C1 tạo chân 2, Sau qua IC555 ta xung vuông, có độ rộng xung thay đổi Tần số xung điện phụ thuộc vào giá trị RV1, C1 - IC555 tạo xung PWM điều khiển đóng mở Mosfet công suất Tốc độ động chiều phụ thuộc vào độ rộng xung PWM - IC555 phát xung, phụ thuộc vào điện trở RV1 với C1 Khi điều chỉnh biến trở RV1 tỉ lệ RV1 & C1 thay đổi → xung PWM NE555 thay đổi → tốc độ động thay đổi 3.4 THI CƠNG 3.4.1 Sơ đồ thi cơng - Sơ đồ mạch PCB