Thiết kế và chế tạo mạch cắt nguồn khi quá áp 5V sử dụng rơ le | Báo cáo đồ án học phần Cơ bản về điện tử - Điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN 1
CƠ BẢN VỀ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mạch cắt nguồn khi quá áp 5V sử dụng rơ le
Sinh viên thực hiện : Phạm Hải Long Mã SV: 21012925
Trần Thành Long Mã SV: 21010872
Lớp: Project môn học-1-1-22(N01)
Cán bộ hướng dẫn : TS. Lương Văn Sử Khoa Điện – Điện tử
TS. Đào Tô Hiệu Khoa Điện – Điện tử
Hà Nội - 2022 MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................5
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN:............6
1.1: Mở đầu :.....................................................................................6
1.2: Mạch Cắt Nguồn Khi Quá Áp 5V Sử Dụng Rơ Le (Relay) :.6
1.2.1: Định Nghĩa:.........................................................................6
1.2.2: Cấu tạo Relay:....................................................................8
1.2.3: Chức Năng Chân Của Module Relay:..............................8
1.2.4: Thông Số Relay :................................................................9
1.2.5: Nguyên tắc vận hành Relay :...........................................9
1.2.6: Ứng dụng Relay :.............................................................10
1.3: Resistor ( Điện trở ):..............................................................10
1.3.1: Định nghĩa :......................................................................10
1.3.2: Ký Hiệu Và Quy Ước Của Điện Trở :...............................11
1.3.3: Đơn Vị Của Điện Trở :......................................................12
1.3.4: Phân Loại Điện Trở:.........................................................12
1.3.5: Nguyên Lí Hoạt Động Của Điện Trở :............................13
1.3.6: Sơ Đồ Mắc Điện Trở :.......................................................14
1.4: Transistor BC557 - IC Tl431:.................................................15
1.4.1: Định nghĩa BC557:...........................................................15
1.4.2: Cấu Tạo Chân BC557 :.....................................................16
1.4.3: Thông Số Kỹ Thuật Transistor BC557:.........................17
1.4.4: Nguyên Lí Hoạt Động BC557 :.......................................17
1.4.5: Định Nghĩa IC Tl431:.......................................................18
1.4.6: Cấu Tạo Chân IC Tl431:...................................................19
1.4.7: Thông Số Kỹ Thuật IC Tl431:.........................................19
1.4.8: Nguyên Lí Hoạt Động IC Tl431:.....................................20
1.4.9 : Mạch Điện Ứng Dụng Của Ic Hồi Tiếp Tl 431:............21
1. 4.10: Các Ứng Dụng Của Tl431:............................................22
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG....................................................23
2. 1.: Sơ đồ khối :............................................................................23
2.1.1: Sơ đồ:................................................................................23
2.1.2: Nguyên Lý Hoạt Động :.................................................24
2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển :.....................................24
2.2.1: Sơ đồ :...............................................................................24
2. 2.2: Nguyên lí hoạt động :.....................................................24
2.2.3 : Linh Kiện Sử Dụng :.......................................................25
2.3. Kết luận :.................................................................................25
CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN...............................25
3.1: Kết Qủa Thực Nghiệm :.........................................................26
3.2: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Của Đề Tài:......................................26 TÀI LIỆU
THAM KHẢO........................................................................26
MỤC LỤC HÌNH VẼ :
1.Hình ảnh kích thước linh kiện BC557 ……………………..17
2.Hình ảnh kích thước linh kiện IC TL431 ………………… 20
3.Sơ đồ nguyên lý mạch proteus ……………………………...25 4.Mặt trước của sơ đồ
3D…………………………………...…25 5.Mặt sau của sơ đồ 3D
………………………………………..27
MỤC LỤC BẢNG BIỂU : 1.Thông Số Kỹ Thuật Transistor
BC557………………………17 2.Thông Số Kỹ Thuật IC
Tl431…………………………………19
PHIẾU ĐÁNH GIÁ QÚA TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
(theo mẫu 05 và kết thúc đồ án in đóng cùng quyển báo cáo)
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
(theo mẫu 02 và kết thúc đồ án in đóng cùng quyển báo cáo) LỜI NÓI ĐẦU
Với xu hướng phát triển các thiết bị điện – điện tử gắn liền với cuộc
sống thì nhu cầu sử dụng điện năng trong đời sống sinh hoạt cũng như
trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ tăng không ngừng.
Đây là cơ hội cũng như là thách thức cho ngành điện với việc phát triển
điện năng, phục vụ nhu cầu xã hội. Các thiết bị loại nhỏ ngày càng nhiều
nhằm đáp ứng nhu cầu của xã hội. Việc tạo ra các thiết bị như vậy đang
ngày càng thiết yếu. Chính vì vậy nhóm chúng em đã bắt đầu thiết kế và
chế tạo mạch cắt nguồn khi quá áp 5V sử dụng rơ le. Đây là nền móng
cho các dự án lớn sau này của chúng em. Từ việc thực hành tự chế tạo dự
án nhỏ này, chúng em đã tích lũy được những kinh nghiệm và các kỹ năng
cần thiết cho các dự án sau này.
Chúng em xin cảm ơn đại học Phenikaa đã đưa bộ môn “ Project môn
học ” này vào chương trình dạy. Môn này giúp chúng em tự mày mò
nguyên cứu các linh kiện điện, các phân mềm vẽ mạch và nguyên lí hoạt
động của các linh kiện đó và mạch đó. Đây là những kiến thức hữu ích cho chúng em.
Do lần đầu làm dự án, chắc chắn phần làm của nhóm em không tránh
khỏi những thiếu sót. Nhóm em rất mong nhận được những ý kiến đóng
góp từ các thầy cô trong Khoa và các bạn, anh chị cùng ngành. Em xin
trân trọng tiếp nhận các góp ý và sẽ xem xét để chỉnh sửa cho phù hợp.
Mọi góp ý liên quan đến quan đến project này vui lòng liên hệ qua email:
21010872@st.phenikaa-uni.edu.vn - 21012925@st.phenikaauni.edu.vn . E xin trân thành cảm ơn!
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN: 1.1: Mở đầu :
Trong lĩnh vực tự động hóa của các doanh nghiệp to và nhỏ khác với
nhà dân. Thì khi sử dụng các thiết bị điều khiển công nghệ như : bộ điều
khiển, PLC, hệ thống điện chiếu sáng, vận hành các thiết bị điện sẽ rất là
lớn . Đôi khi gây nguy hiểm nên ta sẽ cần 1 thứ cắt nguồn, như Aptomat
sập cầu giao của gia đình và thứ chúng ta dùng và tìm hiểu trong đồ án
này là Relay ( Rơ – le ).
Bài viết này mình sẽ giới thiệu đến các bạn những thông tin liên quan về
chúng như khái niệm về relay ? Cấu tạo ? Chức năng của relay ? Nguyên
lý hoạt động của nó ? Cách thức ứng dụng trong thực tế cũng như các
thông tin liên quan khác. Từ đó chúng ta sẽ có thêm một cái nhìn tổng
quan về loại thiết bị này.
1.2: Mạch Cắt Nguồn Khi Quá Áp 5V Sử Dụng Rơ Le (Relay) : 1.2.1: Định Nghĩa:
Relay hay còn được gọi là rơ–le là tên gọi theo tiếng Pháp. Nó là một công
tắc (khóa K) điện từ và được vận hành bởi một dòng điện tương đối nhỏ
có thể bật hoặc tắt một dòng điện lớn hơn rất nhiều. Trái tim của relay là
một nam châm điện một cuộn dây trở thành một nam châm tạm thời khi dòng điện chạy qua nó.
Rơ – le là một chuyển mạch hoạt động bằng điện. Dòng điện chạy qua
cuộn dây của rơ-le tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công
tắc chuyển mạch. Dòng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt, vì
thế rơ-le có hai vị trí chuyển mạch qua lại. Điện áp và dòng điện được rơ
-le chuyển mạch sẽ khác nhiều so với tín hiệu được sử dụng để kích hoạt
hoặc cấp điện cho rơ – le . Nói tóm lại rơ- le là một thiết bị thông dụng,
gọn nhẹ, giá thành cũng hợp với túi tiền. Hiện nay chúng được sử dụng
rộng rãi trong đời sống hằng ngày của chúng ta.
Hình ảnh minh họa Relay - ( H.1)
Hình ảnh Relay 5V - (H.2) 1.2.2: Cấu tạo Relay:
*Relay [ rơ-le ] bao gồm 3 khổi cơ bản : –
Khối tiếp thu (cơ cấu tiếp thu): Có nhiệm vụ tiếp nhậntín hiệu đầu
vào và sau đó biến nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian. –
Khối trung gian (cơ cấu trung gian): Tiếp nhận thông tintừ khối tiếp
thu và biến đối nó thành đại lượng cần thiết cho rơ le tác động –
Khối chấp hành (cơ cấu chấp hành): làm nhiệm vụ pháttín hiệu cho mạch điều khiển.
1.2.3: Chức Năng Chân Của Module Relay:
1.VCC: Chân cấp nguồn đầu vào cho mạch điều khiển và cuộn dây relay.
2.GND: Chân nguồn tham chiếu 0V.
3. IN: Nhận tín hiệu ngõ vào.
4. NO: Tiếp điểm ngõ ra thường hở của rơ le.
5. COM: Chân tiếp điểm chung của rơ le.
6. NC: Tiếp điểm ngõ ra thường đóng của rơ le.
Hình ảnh 6 chân relay - (H.3)
1.2.4: Thông Số Relay :
Các thông số của module rơ – le cũng chính là các thông số của hai bộ
phận cấu thành nên chúng là rơ – le và transistor. Cụ thể thì chúng sẽ có 2 điểm là :
- Hiệu điện thế kích tối ưu
- Hiệu điện thế và cường độ dòng điện tối đa Ví dụ như :
10A – 250VAC: cường độ dòng điện tối đa qua các tiếp điểm của rơ-le
là 10A với hiệu điện thế 250VAC. 10A – 28VDC: cường độ dòng điện
tối đa qua các tiếp điểm của rơ-le là 10A với hiệu điện thế 28VDC.
SRD-05VDC-SL-C: hiệu điện thế kích tối ưu là 5V.
1.2.5: Nguyên tắc vận hành Relay :
– Điện được cung cấp cho cuộn dây tạo ra từ trường
– Từ trường được chuyển thành lực cơ học bằng cách hútphần ứng
– Phần ứng động đóng/mở một hoặc nhiều tiếp điểm điện
– Các tiếp điểm cho phép chuyển mạch điện sang tải nhưđộng cơ, bóng đèn.
– Sau khi điện áp cuộn bị loại bỏ từ trường biến mất cáctiếp điểm tách ra
và trở về vị trí bình thường
– Các tiếp điểm có thể thường đóng hoặc thường mở.
1.2.6: Ứng dụng Relay :
- Rơ le được dùng rộng rãi trong trao đổi điện thoại và các máy điện toán
thời kỳ đầu với vai trò điều hành mạch lô-gic.
-Rơ le trạng thái rắn kiểm soát mạch điện không có bộ phận chuyển động.
-Rơ le còn được dùng nhiều trong các khối máy thu phát.
-Ngày nay, rơ-le được ứng dụng nhiều trong việc khắc phục những vấn
đề liên quan đến công suất và cần sự ổn định cao và đòi hỏi sự an toàn
trong quá trình thực hiện.
-Chuyển mạch nhiều dòng điện hoặc điện áp sang các tải khác nhau sử
dụng một tín hiệu điều khiển.
1.3: Resistor ( Điện trở ):
1.3.1: Định nghĩa :
Điện trở (Resistor) là một linh kiện điện tử thụ động với 2 tiếp điểm nối.
Chức năng của nó dùng để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường
độ dòng điện chảy trong mạch. Dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh
kiện điện tử chủ động như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền
điện đồng thời có trong nhiều ứng dụng khác.
Trong điện tử và điện từ học, điện trở của một vật là đặc trưng cho tính
chất cản trở dòng điện của vật đó. Đại lượng nghịch đảo của điện trở là
điện dẫn hay độ dẫn điện, và là đặc trưng cho khả năng cho dòng điện
chạy qua. Điện trở có một số tính chất tương tự như ma sát trong cơ học.
Đơn vị SI của điện trở là ohm (Ω), còn của điện dẫn là siemens (S) (trước
gọi là “mho” và ký hiệu bằng ℧).
Điện trở công suất sẽ giúp tiêu tán 1 lượng lớn điện năng chuyển sang
nhiệt năng trong các hệ thống phân phối điện, trong các bộ điều khiển
động cơ. Các điện trở thường có trở kháng cố định, ít bị thay đổi bởi nhiệt
độ và điện áp hoạt động.
Biến trở là loại điện trở có thể thay đổi được trở khang và các núm vặn
của nó đều có thể điều chỉnh được âm lượng.
Các loại cảm biến có điện trở biến thiên như: cảm biến nhiệt độ, ánh
sáng, độ ẩm, lực tác động và các phản ứng hóa học.
Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện
của vật liệu. Điện trở được định nghĩa chính là tỉ số của hiệu điện thế giữa
2 đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó. R=U/I Trong đó:
U: là hiệu điện thế giữa 2 đầu vật dẫn điện, đo bằng Vôn (V)
I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, được đo bằng Ampe (A)
R: chính là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω).
1.3.2: Ký Hiệu Và Quy Ước Của Điện Trở :
Tùy theo tiêu chuẩn của mỗi quốc gia mà trong sơ đồ mạch điện thì điện
trở được ký hiệu khác nhau. Điện trở có 2 loại ký hiệu phổ biến đó là:
kiểu điện trở kiểu Mỹ và Ký hiệu điện trở theo kiểu (IEC). Khi đọc tài liệu
nước ngoài, các giá trị ghi trên điện trở thường được quy ước bao gồm 1
chữ cái xen kẽ với các chữ số theo tiêu chuẩn IEC 6006. Nó giúp thuận
tiện hơn trong việc đọc ghi các giá trị ngời ta phân cách các số thập phân
bằng 1 chữ cái. Ví dụ 8k3 có nghĩa là 8.3 kΩ. 1R3 nghĩa là 1.3 Ω, và 15R có nghĩa là 15Ω.
1.3.3: Đơn Vị Của Điện Trở :
Ohm (ký hiệu: Ω) là đơn vị của điện trở trong hệ SI, Ohm được đặt theo
tên Georg Simon Ohm. Một ohm tương đương với vôn / ampere.
Ngoài ohm thì các điện trở còn có nhiều giá trị khác nhau, nhỏ hơn hoặc
lớn hơn gấp nhiều lần bao gồm:
Đơn vị điện trở là Ω (Ohm), mΩ (milliohm), KΩ (kilohm), MΩ (megaohm). 1 mΩ = 0.001 Ω 1 KΩ = 1000 Ω
1 MΩ = 1000 KΩ = 1.000.000 Ω
1.3.4: Phân Loại Điện Trở:
Theo công suất , Có 3 loại điện trở thông dụng:
Điện trở thường: những loại điện trở có công suất nhỏ từ 0.125W tới 0.5W
Điện trở công xuất: các điện trở có công xuất lớn từ 1W, 2W, 5W và 10W.
Điện trở sứ, điện trở nhiệt: các loại điện trở công xuất, điện trở này có vỏ
bọc sứ khi hoạt động thì chúng tỏa nhiệt. Điện trở cacbon Điện trở dây quấn Điện trở film Điện trở bề mặt Điện trở băng
1.3.5: Nguyên Lí Hoạt Động Của Điện Trở :
Theo định luật Ohm: điện áp (V) đi qua điện trở tỉ lệ thuận với cường độ
dòng điện (I) và tỉ lệ này là 1 hằng số điện trở (R).
Công thức định luật Ohm: V=I*R
Điện trở thực tế cũng có một điện cảm và điện dung ảnh hưởng tới mối
quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong mạch xoay chiều hiện nay.
Bảng màu điện trở và cách đọc điện trở - ( H.4 )
Trong thực tế, để đọc được giá trị của 1 điện trở thì ngoài việc nhà sản
xuất in trị số của nó lên linh kiện thì chũng ta còn dùng 1 quy ước chung
để đọc trị số điện trở và các tham số cần thiết khác. Giá trị được tính ra thành đơn vị Ohm.
1.3.6: Sơ Đồ Mắc Điện Trở :
-Sơ đồ điện trở mắc nối tiếp:
Sơ đồ điện trở mắc nối tiếp - ( H.5 )
Các điện trở mắc nối tiếp có giá trị tương đương bằng tổng các điện trở
thành phần cộng lại : Rtd = R1 +R2 + R3
Dòng điện chạy qua các điện trở mắc nối tiếp có giá trị bằng nhau và bằng
I = (U1/R1) = (U2/R2) = (U3/R3)
Từ công thức trên thì chúng ta thấy rằng, sụt áp trên các điện trở mắc nối
tiếp tỷ lệ thuận với giá trị điện trở. Tiếp
là điện trở mắc Song song (//) :
Sơ đồ mắc điện trở song song - ( H.6 )
Các điện trở mắc song song có giá trị tương đương (Rtd) được tính bằng
công thức: (1/ Rt) = (1/ R1) + (1/ R2) + (1/ R3)
Nếu như mạch chỉ có 2 điện trở song song thì: Rtd = R1.R2 / (R1 + R2)
I1 = (U / R1), I2 = (U/ R2), I3 = (U/R3)
Điện áp trên các điện trở mắc song song luôn bằng nhau
-Sơ đồ điện trở mắc hỗn hợp
Mắc hỗn hợp các điện trở để tạo điện trở tối ưu hơn.
Ví dụ như: nếu chúng ta cần 1 điện trở 9K ta có thể mắc 2 điện trở 15K
song song sau đó mắc nối tiếp với điện trở 1.5K.
1.4: Transistor BC557 - IC Tl431:
1.4.1: Định nghĩa BC557:
BC557 là transistor lưỡng cực PNP được sử dụng rộng rãi sản xuất trong
gói TO-92 nhỏ. Nó là transistor PNP có mục đích chung có thể được sử
dụng như một bộ chuyển mạch hoặc bộ khuếch đại trong các mạch điện
tử. Định mức HFE của nó là 125 đến 800, làm cho nó trở thành transistor
lý tưởng để sử dụng làm bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ trong các mạch điện
tử, ví dụ như để khuếch đại tín hiệu âm thanh, định mức HFE của BC557
có thể được xác định bằng chữ cái cuối cùng sau số của nó, ví dụ BC557A
định mức HFE là 110-220. Tiêu thụ cực góp tối đa là 500 mW cũng là một
điểm tốt khác để sử dụng nó trong các tầng khuếch đại. Hơn nữa, nó
cũng sẽ hoạt động tốt khi được sử dụng như một công tắc cho tải dưới
100mA. Transistor có giá trị từ cực góp đến cực phát (VCE) là -45V, do đó
bạn có thể dễ dàng sử dụng nó trong các mạch sử dụng 40 đến 45V DC.
Bên cạnh những công dụng này BC557 cũng là transistor PNP có mục đích
chung tốt để sử dụng trong các dự án điện tử sở thích, do đó nên có
transistor trong các lab điện tử .
1.4.2: Cấu Tạo Chân BC557 :
Chân BC557 – ( H.7 )
1.4.3: Thông Số Kỹ Thuật Transistor BC557: Transistor PNP hai cực
Độ lợi dòng điện DC (h FE ) tối đa là 300
Dòng collector liên tục (I C ) là 100mA
Điện áp Base-Emitter (V BE ) là 6V
Dòng Base (I B ) là tối đa 5mA Có package To-92
Transistor PNP tương đương BC557 là : BC157, BC558, 2N3906,
2SA1943, BD140, S8550, TIP127, TIP42
1.4.4: Nguyên Lí Hoạt Động BC557 :
BC557 có giá trị khuếch đại từ 110 đến 800, giá trị này quyết định khả
năng khuếch đại của transistor. Lượng dòng điện tối đa có thể chạy qua
chân Collector là 100mA, do đó không thể kết nối với các tải tiêu thụ hơn
100mA. Để phân cực transistor, cần cấp dòng điện vào chân base và dòng
điện I B nên được giới hạn ở 5mA.
1.4.5: Định Nghĩa IC Tl431:
TL431 là một IC diode điều chỉnh shunt đóng gói TO-92 và các gói khác.
Đây là một IC ba cực. Điện áp đầu ra có thể được điều chỉnh từ 2,5V đến
36V với sự trợ giúp của bộ chia điện trở được nối với chân tham chiếu
hoặc chân 1 của nó. Hơn nữa, IC này có thể hoạt động trong phạm vi
dòng điện từ 1mA đến 100mA với giá trị trở kháng đầu ra điển hình là
0,22 Ohm. Nó cũng có khả năng cung cấp hiệu suất ổn định trên phạm vi
nhiệt độ rộng. Nó có thể được sử dụng để thay thế cho diode zener trong
nhiều ứng dụng khác nhau vì nó hoạt động giống như diode zener, điểm
khác biệt duy nhất là đầu ra của nó có thể điều chỉnh được.
TL431 có nhiều ứng dụng trong điện tử, các ứng dụng phổ biến nhất của
nó là theo dõi điện áp thấp và quá điện áp, giám sát điện áp cửa sổ, ... và
nó cũng có thể được tìm thấy trong các bộ nguồn như nguồn điện áp tham chiếu.
Nhìn vào mạch sơ đồ khối bên trong, chúng ta có thể thấy rằng mạch bên
trong của chip chứa một transistor NPN ở đầu ra được phân cực từ một
opamp có điện áp chính xác 2,5V.
1.4.6: Cấu Tạo Chân IC Tl431:
Chân IC Tl431 – (H.8)
1.4.7: Thông Số Kỹ Thuật IC Tl431:
Sản xuất trong gói TO-92 và các gói nhỏ khác
Điện áp đầu ra có thể điều chỉnh từ 2,5 đến 36V
Dòng điện đầu ra điều chỉnh từ 1mA đến 100mA Ổn định nhiệt độ Giá thấp
Xác thực để sử dụng trong các thiết bị thương mại 1.4.8: Nguyên Lí
Hoạt Động IC Tl431:
Ảnh minh họa nguyên lí – ( H.9 )
– Tl431 là một IC điều chỉnh Shunt có tham chiếu. Điện áp ngõ ra có thể
được thiết lập giá trị bất kỳ nằm trong khoản từ Vref(2,5V) đến 36V bằng
2 con điện trở nối ở mạch ngoài. Có trở kháng đầu ra là 0.2 Ω. Có tác dụng
thay thế cho diode Zener trong các ứng dụng điều chỉnh chính xác điện
áp nguồn, nhất là nguồn xung.
*Khi nào Tl431 dẫn dòng Ika? -
Khi Vref lớn hơn khoảng 2,48VDC ~ 2,57VDC tuỳ trường hợp. Khi
đó TL431 sẽ mở dòng Ika cho đến khi nào áp so sánh Vref giảm xuống
bằng hoặc nhỏ hơn 2,5V thì nó không dẫn nữa. -
Các thông số cần chú ý: Dòng Ika không được phép vượt quá
100mA và dòng Iref không được vượt quá 10mA. Áp đặt vào Vka không
được quá 36V. Nếu quá thì Tl431 sẽ hỏng.