Đề tài: mạch cảm biến ánh sáng dùng Quang trở | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ----------*----------
BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN
ĐỀ TÀI: MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG DÙNG QUANG TRỞ
Giáo viên hướng dẫn: VŨ HỒNG VINH
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH MAI
Lớp: Điện tử 02 – K67 MSSV: 20224052 Mã lớp: 735428 HÀ NỘI 2023 MỤC LỤC
I: GIỚI THIỆU MẠCH VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH:
1.1: Giới thiệu mạch......................................................................................................
1.2: Cấu tạo....................................................................................................................
1.3: Nguyên lý hoạt động...............................................................................................
1.4: Mạch nguyên lý......................................................................................................
1.5: Ứng dụng................................................................................................................
II: THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ................................................................
2.1 Các thao tác thiết kế mạch nguyên lý......................................................................
2.2: Hình ảnh minh họa.................................................................................................
2.3 Bảng thông tin linh kiện sử dụng trong mạch..........................................................
III: THIẾT KẾ MẠCH IN..................................................................................
3.1: Các thao tác thiết kế mạch in.................................................................................
3.2: Hình ảnh minh họa.................................................................................................
3.3: Bảng thông tin linh kiện.........................................................................................
IV: KẾT LUẬN..................................................................................................................
4.1: Kết luận chung về quá trình thực tập................................................................................
4.2: Nhận xét về phần mềm Altium:........................................................................................
4.2.1: Nhược điểm..........................................................................................................
4.2.3: Ưu điểm................................................................................................................
4.3: Nhận xét về bản thân........................................................................................................
4.3.1: Mặt hạn chế..........................................................................................................
4.3.2: Mặt tích cực.......................................................................................................... 2
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU MẠCH VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH: 1.1: Giới thiệu
Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở chính là thiết bị cảm biến Photoresistor (LDR), sử
dụng nguyên lý thay đổi trở kháng của một thành phần quang trở khi ánh sáng chiếu vào, có
cấu tạo gồm quang điện trở (điện trở phụ thuộc ánh sáng) hay còn được gọi là chất cảm quang.
Chất cảm quang thường làm từ vật liệu bán dẫn có độ nhạy cao với ánh sáng. Dòng cảm biến
này hoạt động phụ thuộc hoàn toàn vào ánh sáng của môi trường. Khi cường độ ánh sáng càng
cao sẽ làm giảm điện trở và ngược lại. 1.2: Cấu tạo
Mạch cảm biến ánh sáng hoạt động dựa trên các hiệu ứng quang điện trong khối vật chất, mạch
chắn chắn có sự góp mặt của quang trở hay còn gọi là điện trở quang với tên tiếng Anh là Light-dependent resistor QUANG TRỞ (ĐIỆN TRỞ QUANG)
Điện trở quang hay quang trở, photoresistor, photocell, LDR, tên tiếng anh là Light-dependent
resistor được biết đến là một trong những linh kiện điện tử chế tạo từ các chất đặc biệt, có điện
trở thay đổi theo ánh sáng chiếu vào, hay còn được gọi là điện trở phi tuyến và phi Ohmic.
Linh kiện này dùng để làm mạch cảm biến nhạy sáng với các mạch dò, phổ biến là mạch đóng
ngắt đèn chiếu sáng bằng việc kích hoạt sáng tối.
Quang trở được thiết kế với chất bán dẫn có trở kháng cao và không có tiếp giáp nào. Trong
điều kiện không có ánh sáng điện trở trong quang trở có thể lên đến vài MΩ. Khi có ánh sáng,
điện trở giảm xuống mức thấp khoảng một vài trăm Ω.
Hoạt động của quang trở dựa trên hiệu quang trong điện của khối vật chất, khi mà các photon
có năng lượng đủ lớn đập vào, sẽ đánh bật Electron ra khỏi phân tử để trở thành tự do trong
khối vật chất và làm chất bán dẫn thành dẫn điện. Mức độ dẫn điện sẽ phụ thuộc và số photon được hấp thụ.
Tùy thuộc vào chất bán dẫn mà quang trở phản ứng khác nhau với các bước sóng photon khác
nhau. Quang trở có thời gian trẻ cao hơn diode phát quang, khoảng 10ms. TRANSIST OR BC547
Transistor BC547 là transistor loại NPN, với sơ đồ chân như hình dưới. BC547 ở trạng thái dẫn
khi Vbe > 0,7V vì transistor này được cấu tạo từ các chất bán dẫn silic. 3
1.3. Nguyên lý hoạt động :
Mạch cảm biến ánh sáng dung quang trở hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi trở kháng của
quang trở dưới tác động của ánh sáng.
Trường hợp khi có ánh sáng chiếu vào quang trở: năng lượng của ánh sáng sẽ tạo ra các
điện tử tự do trong tinh thể quang trở, làm cho trở kháng của quang trở giảm. Điều này
dẫn đến sự thay đổi của dòng điện đi qua quang trở và do đó, tín hiệu đầu ra sẽ thay đổi tương ứng.
Cụ thể trong hình trong hình ảnh sơ đồ khối và mạch nguyên lý bên dưới: Khi có ánh
sáng chiếu vào quang trở, lúc này điện trở của LDR sẽ giảm, dòng IB lớn, VBE của Q1
> 0,7V, Q1 lúc này sẽ dẫn, vì thế điện áp đầu vào sẽ được qua R1 và qua cực CE của
Q1, dẫn đến điện áp VBE của Q2 < 0,7V, Q2 không dẫn, đồng thời không có dòng
chạy qua LED, LED không sáng. Ta có thể thấy, khi có ánh sáng chiếu vào quang trở thì đèn sẽ không sáng
Trong trường hợp quang trở không có ánh sáng chiếu vào (ban đêm), điện trở của
quang trở tăng, dòng IB nhỏ, Vbe của transistor Q1 < 0,7 V nên Q1 không dẫn, vì thế
điện áp đầu vào không thể đi qua cực CE của Q1 mà qua điện trở R1 vào cực B của
transistor Q2 nên Vbe của Q2 > 0,7V, Q2 dẫn, điện áp đầu vào đi qua R2 qua LED là cho
LED sáng và chạy vào cực E được nối với mass của Q2. Khi không có ánh sáng chiếu vào
điện trở quang thì đèn sẽ sáng.
Đèn led trong mạch có tác dụng tăng độ nhạy của mạch thông qua việc chiếu sáng lên các
quang trở nhằm giúp tăng lượng ánh sáng chiếu lên đó.
1.4 Sơ đồ mạch nguyên lí 4 1.5 Ứng dụng
Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở có nhiều ứng dụng khác nhau:
1. Cảm biến ánh sáng trong máy ảnh: Mạch cảm biến ánh sáng dung quang trở được sử dụng để đo đạc
mức độ ánh sáng và điều chỉnh khẩu độ và thời gian chụp ảnh của máy ảnh, giúp cho ảnh chụp ra có chất lượng tốt hơn.
2. Cảm biến ánh sáng trong các thiết bị di động: Mạch cảm biến ánh sáng cũng được sử dụng trong các
thiết bị di động để tự động điều chỉnh độ sáng màn hình tùy thuộc vào môi trường xung quanh.
3. Thiết bị chuyển đổi ánh sáng thành âm thanh: Mạch cảm biến ánh sáng cũng được sử dụng để chuyển
đổi ánh sáng thành âm thanh, cho phép người khiếm thị có thể nghe được mức độ ánh sáng của môi trường xung quanh.
4. Ứng dụng trong ngành ý tế: mạch cảm biến ánh sáng cũng được dung để đo đạc mức độ ánh sáng
trong các thiết bị y tế như các thiệt bị đo mức độ đèn trong phòng mổ hay các thiết bị điều trị bệnh da liễu.
5. Ứng dụng trong công nghiệp: Mạch cảm biến ánh sáng cũng được sử dụng để đo đạc mức độ ánh sáng
trong các ứng dụng công nghiệp như quan sát môi trường sản xuất, quan sát hệ thống đèn chiếu sáng
công nghiệp, giúp cho việc quản lý và điều khiển sản xuất trở nên thuận tiện và hiệu quả hơn.
Ngoài những ứng dụng kể trên, mạch cảm biến ánh sáng còn được sử dụng ở nhiều lĩnh vực và thiết bị khác trong đời sống.
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ
2.1 Các thao tác thiết kế mạch nguyên lý Bước 1:
Tạo Project mới (Hình 2.1, 2.2)
File New Project Đặt tên mạch ở phần Project Name Chọn thư mục lưu mạch ở phần Folder 5 Bước 2:
Tạo project mạch nguyên lý: (Hình 2.2.1)
Ấn chuột phải vào project vừa tạo Add to new project Schematic Hình 2
Bước 3: Tạo, hoặc thêm thư viện download từ trên mạng (Hình 2.2.2, 2.2.3)
Chọn mục Components Ba dấu gạch ngang File-based Libraries Preferences Install Chọn thư viện muốn thêm Close 2.2.1 2.2.3 Bước 4: Lấ
y link kiện vẽ mạch nguyên lý: 6
Components Chọn tên thư viện muốn lấy link kiện Search Gõ tên link kiện Lăn chuột để chọn link
kiện phù hợp Ấn đúp chuột trái để đưa link kiện ra mạch nguyên lí esc để kết thúc việc lấy một link kiện Bước 5: Các thao tác v ới link kiện Space Xoay link kiện Delete Xóa link kiện Ctrl +C Copy link kiênh Ctrl+X Cắt linh kiện Bước 6: Đi dâ y Cách 1: Window+ W
Cách 2: Ấn vào biểu tượng hai gợn sóng xanh trên thanh công cụ
Khi đã lấy dây chạm vào các điểm cần nối dây trên link kiện , có thể điều chỉnh vị trí các dây bằng cách nhấn
giữ chuột và di chuyển theo ý muốn
Ấn ESC để kết thúc việc đi dây. Bước 7: Lấ y nguồn
Chọn vào biểu tượng cây thông ngược màu đỏ ở chính giữa thanh công cụ và chọn nguồn dương VCC hay nguồn âm GND phù hợp 7 2.2 Hình ảnh minh họa
Hình 8: Mạch nguyên lí cảm biến ánh sáng dùng quang trở hoàn chỉnh
2.3 Bảng thông tin linh kiện sử dụng trong mạch STT TÊN LINK KIỆN
KÍ HIỆU THƯ VIỆN LINK KIỆN KÍ HIỆU LINK KIỆN 1 Jack cắm cảm biến Syhaunguyen.lntlLib Header 2 2 Transistor Syhaunguyen.lntlLib Q1 BC547 3 Transistor Syhaunguyen.lntlLib Q2 BC547 8 4
Quang trở (Điện trở quang) Syhaunguyen.lntlLib LDR 5 Điện trở Syhaunguyen.lntlLib R4 330R 6 Điện trở Syhaunguyen.lntlLib R3 1K 7 Điện trở Syhaunguyen.lntlLib R2 4K7 8 Điện trở Syhaunguyen.lntlLib R1 330R 9 Đèn led Syhaunguyen.lntlLib LED III: THIẾT KẾ MẠCH IN
3.1: Các thao tác thiết kế mạch in (Hình 3.1) Bước 1: Tạo PCB ( Hình 3.1)
Ấn chuột phải vào project đã tạo Add New to Project PCB Hình 3.1
Bước 2: Chuyển mạch nguy ên lý sang mạch in
Vào Design Update Schematics in ….PrjPcb Bước 3: K éo mạch vào giữa khung Bước 4: Cac thao tác v
ới linh kiện ở phần mạch in
Di chuyển linh kiện Ấn giữ chuột vào linh kiện và di chuyển 9
Xoay linh kiện Ấn vào link kiên + nút space để xoay Bước 5: Đi dâ y cho link kiện
Cách 1: Đi dây tự động: Route Auto Route All Cách 2: Đi dây thủ công:
Nhận biết chân nối dây của linh kiện: Ctrl + Click Đi dây: nhấn phím P+ G Bước 6: Cắt bo mạch Tổ hợp phím: D+S+D 3.2: Hình ảnh minh họa Mạch in hoàn chỉnh
Mạch in phủ đồng một lớp 11 Mặt trước mạch in 3D 12 Mặt sau mạch in 3D
3.3 Bảng thông tin linh kiện sử dụng trong mạch STT TÊN LINK KIỆN KÍ HIỆU THƯ VIỆN LINK KÍ HIỆU LINK KIỆN K Đ KIỆN 1 Jack cắm cảm biến Syhaunguyen.lntlLib Header 2 2 Transistor Syhaunguyen.lntlLib Q1 BC547 3 Transistor Syhaunguyen.lntlLib Q2 BC547 4
Quang trở (Điện trở quang) Syhaunguyen.lntlLib LDR 5 Điện trở Syhaunguyen.lntlLib R4 330R 6 Điện trở Syhaunguyen.lntlLib R3 1K 13 7 Điện trở Syhaunguyen.lntlLib R2 4K7 8 Điện trở Syhaunguyen.lntlLib R1 330R 9 Đèn led Syhaunguyen.lntlLib LED IV. KẾT LUẬN 4.1 Kết luận chung
Bốn buổi thực tập vẽ mạch Alitum đã rèn luyện cho em nhiều kinh nghiệm và kiến thức như
Em đã biết biết sử dụng phần mềm vẽ mạch điện tử cơ bản, nhờ đó em có thể tự thiết kế
được những mạch điện tử đơn giản như mạch ổn áp, rơ le thời gian, mạch khuếch đại âm thanh…
Thực hành vẽ mạch trên Altium cho em hình dung rõ hơn về cách tạo ra những mạch điện
tử cũng như các thiết bị điện tử,
Em được làm quen với cách sử dụng các linh kiện điện tử với hình ảnh 3D sinh động trực
quan từ đó giúp em có thêm hiểu biết về các linh kiện điện tử sử dụng trong đời sống. 4.2 Nhận xé t về phần mềm Altium 4.2.1 Về ưu điểm:
-Phần mềm đa công dụng, nhiều tính năng
-Có thể tự do thêm thư viện và các link kiện điện tử mới
-Vẽ được mạch điện tử phức tạp….
-Nhiều linh kiện có hình ảnh minh họa 2D, 3D footprint sinh động, thực tế 4.2.2 Về nhược điểm: 14 -Có bản quyển
-Bước tìm phiên bản để tải và cách cài đặt phức tạp
-Khó sử dụng cho người mới bắt đầu ví dụ như: các thao tác chuẩn bị để vẽ một mạch
hoàn chỉnh nhiều bước và khá phức tạp ` (Tạo project Tạo thư viện vec mạch
nguyên lí Tạo lớp mạch in) 4.3 Nhận x ét về bản thân 4.3.1. Mặt hạn chế:
-Bước đầu em còn hơi thụ động trong việc làm quen với kiến thức mới
-Phần xếp mạch, đi dây của em chưa được đẹp
-Em chưa biết vẽ mạch chuyên sâu và sử dụng các kỹ năng vẽ mạch chuyên sâu của Altium 4.3.2. Mặt tích cực:
-Có ý thức tìm hiểu là luyện tập làm bài ở nhà
-Em đã vẽ được nhiều mạch nguyên lí đơn giản đã chuyển thành công sang mạch in
-Em đã biết phủ đồng cho mạch in
Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Vũ Hồng Vinh, em cảm ơn thầy đã đồng
hành và hướng dẫn em hoàn thành bài thực tập vẽ mạch điện tử bằng phần mềm Altium ạ 15