nghiên cứu hoàn thiện các bài thực hành điện tử cơ bản

(1)

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÁC BÀI THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TRÊN CƠ SỞ BỘ ĐÀO TẠO ĐIỆN TỬ THÔNG MINH IoT TẠI PHÒNG THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ

Lý Ngô Mai^*, Vũ Doãn Vượng, Lê Thị Mai Trang, Phạm Thị Tươi Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì

Tóm tắt:

Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu hoàn thiện các bài thực hành Điện tử cơ bản tại Phòng thực hành Điện tử của trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, gồm có bài thực hành Đọc và đo giá trị điện trở bằng vạch màu; Kiểm tra định luật Kirchoff; Lắp đặt modul kết nối với điện trở, cuộn cảm, tụ điện; Kiểm tra định lý xếp chồng và Thevenin; Kiểm tra tham số của Đi- ốt; Lắp mạch nhân điện áp; Kiểm tra trạng thái hoạt động của Tranzito lưỡng cực; Mạch ổn áp dùng đi-ốt Zener; Mạch khuếch đại mắc Ba zơ chung; Mạch khuếch đại mắc Emi tơ chung; Lắp mạch khuếch đại âm thanh; Tranzito trường có cực cửa tiếp giáp; Tranzito trường có cực cửa cách ly; Lắp mạch tạo dao động. Nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành các bài thực hành hoàn chỉnh, vận hành đảm bảo hoạt động chính xác và an toàn.

Từ khóa: Định luật Kirchoff, điôt, tranzitor, nhân điện áp, khuếch đại, tạo dao động

RESEARCH TO COMPLETE BASIC ELECTRONICS PRACTICES ON THE BASIS OF INTELLIGENT ELECTRONICS TRAINING SET IoT IN PRACTICE ROOM ELECTRONICS VIETTRI UNIVERSITY OF INDUSTRY

Abstract:

This paper presents the results of research to complete basic electronics practices at the electronics practice room of Viet Tri University of Industry, including the practice of Reading and measuring resistance values by colored lines; Check out Kirchoff's law; Install the connection module with resistors, inductors, and capacitors;

Check the superposition theorem and Thevenin; Check Diode parameter; Install the voltage multiplier circuit;

Check the operation status of the bipolar transistor; Voltage regulator circuit using Zener diodes; Common Base Amplifier Circuit; Common-emitter amplifier circuit; Install the audio amplifier circuit; Field transistors have contiguous gate poles; Field transistors have isolated gate poles; Install the oscillator circuit. The research team has built into complete exercises, operating to ensure correct and safe operation.

Keywords: Kirchoff's law, Diode, Transistor, voltage multiplier, amplification, oscillator

1. GIỚI THIỆU

Để đáp ứng yêu cầu chuẩn đầu ra của sinh viên ngành điện, hiện nay, Phòng thực hành Điện tử thuộc khoa Điện quản lý đã được Nhà trường đầu tư mua nhiều Moldule thực hành, thí nghiệm mới thuộc bộ đào tạo điện, điện tử. Tuy nhiên các Moldule thực hành này chỉ có tài liệu hướng dẫn sử dụng theo từng khối riêng, chưa có sự kết hợp giữa các thành phần trong một bài thực hành hoàn chỉnh. Do đó, việc xây dựng nội dung các bài thực hành tổng thể dựa trên các Moldule đơn lẻ là việc làm cần thiết nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy, nâng cao kỹ năng vận dụng kiến thức lý

thuyết vào giải quyết các bài toán thực tế của sinh viên trong lĩnh vực Điện, điện tử.

Đề tài tập trung nghiên cứu, phân tích đặc điểm của các linh kiện R, L, C, định luật Kirchoff, nguyên lý hoạt động, đặc tuyến, tác dụng khuếch đại của các linh kiện Điốt, Tranzito, các mạch tạo dao động dùng R, L, C. Từ đó đấu nối hoàn thiện các modul có sẵn thành các bài thực hành đáp ứng nội dung của các học phần Lý thuyết mạch điện, điện tử tương tự, thực hành kỹ thuật điện tử trong chương trình đào tạo của ngành Điện.

2. NỘI DUNG

Đề tài đã hoàn thiện và biên soạn được tài liệu hướng dẫn cho 14 bài thực hành. Trong

(2)

bài báo này sẽ chỉ trình bày nội dung của một số bài điển hình.

2.1. Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ

Theo 1 , 2 mạch chỉnh lưu này sử dụng biến áp có điểm giữa có điện áp ra bằng nhau về biên độ nhưng ngược pha nhau đặt lên hai điôt chỉnh lưu. Điện áp sau chỉnh lưu, mặc dù không giống như mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ nhưng vẫn có đập mạch ở điểm 0. Do đó ít được sử dụng trong các thiết bị điện tử. Quan hệ giữa điện áp vào và ra khi không tải là:

Vout = 0,9.Vin

Vin là điện áp xoay chiều đầu vào, Vout là một chiều đầu ra của mạch.

2.1.1. Xây dựng bài thực hành

Sơ đồ mạch chỉnh lưu cả chu kỳ như Hình 1.

Hình 1: Sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ dùng 2 điôt Để tiến hành thí nghiệm, ta thực hiện các bước sau:

- Bước 1: Đấu nối mạch như sơ đồ Hình 1 và cấp nguồn.

- Bước 2: Quan sát tín hiệu vào ở SCOP1 và tín hiệu ở SCOP2A. So sánh hai tín hiệu này - Bước 3: Tắt công tắc nguồn. Đặt đầu dò CH2 đến điểm SCOP2B. Lại cấp nguồn điện cho mạch. Quan sát các tín hiệu ở SCOP2B trên máy hiện sóng.

- Bước 4: Đọc giá trị điện áp đầu vào và đầu ra trên màn hình máy hiện sóng.

2.1.2. Kết quả thực nghiệm

- Trên máy hiện sóng tín hiệu vào ở SCOP1 và tín hiệu ra ở SCOP2A ta thấy biên độ của hai tín hiệu bằng nhau, nhưng ngược pha nhau 180⁰ như trên Hình 2.

- Điện áp trước và sau chỉnh lưu đo ở điểm SCOP2B có dạng như Hình 3.

Hình 2: Điện áp ra của biến áp

Hình 3: Điện áp trước và sau chỉnh lưu - Trên máy hiện sóng ta đọc được điện áp vào xoay chiều là 12,4V, điện áp ra một chiều là 11,9V. Từ đó tính điện áp ra một chiều:

Vout = 0,9.Vin = 0,9.12,4 = 11,2V.

Ta thấy các giá trị điện áp một chiều này gần bằng nhau. Có sự khác nhau chính là do hạn chế của điện trở tải RY.

- Mạch hoạt động ổn định, an toàn.

2.2. Mạch chỉnh lưu nhân bốn điện áp Theo 1 , mạch chỉnh lưu nhân bốn điện áp được kết hợp bởi hai mạch nhân đôi điện áp; đầu vào của chúng được mắc nối tiếp và đầu ra được mắc song song. Một trong các mạch nhân đôi bao gồm các thành phần D1, D2 và C1, C2; mạch còn lại bao gồm các thành phần D3, D4 và C3, C4.

2.2.1. Xây dựng bài thực hành

Sơ đồ mạch nhân bốn điện áp như Hình 4.

Hình 4: Sơ đồ mạch nhân bốn điện áp

(3)

Khi cực trên của đầu vào là cực âm và cực dưới là cực dương, các điốt D2 và D4 dẫn dòng. Điốt D2 dẫn sẽ tích điện tụ C1. Dòng phóng điện của C2 và D4 tích điện tụ C1. Khi cực dưới của đầu vào là âm và cực trên là cực dương, điôt D1 dẫn nhờ phóng điện của C1 sẽ nạp cho C3 và diode D3 dẫn sẽ nạp điện cho C2.

Vì vậy, điện áp đầu ra của C3 và C4 là gấp đôi điện áp đầu vào. Chúng có điện áp bằng nhau và được mắc nối tiếp đặt vào hai đầu tải RY. Vì vậy, điện áp đầu ra trên tải RY là gấp bốn lần điện áp đầu vào (4x1,41=5,64). Các mạch nhân điện áp này được sử dụng trong các thiết bị yêu cầu điện áp cao và dòng điện thấp.

Để tiến hành thí nghiệm, ta thực hiện các bước sau:

- Bước 1: Đấu nối mạch như sơ đồ Hình 4, và tiến hành bật công tắc nguồn.

- Bước 2: Đo điện áp xoay chiều đầu vào (Vin), điện áp trên các đầu cực của tụ C1, C2, C3, C4 và điện áp đầu ra (Vout). Tính toán điện áp đầu ra và nhận xét.

2.2.2. Kết quả thực nghiệm

Dùng đồng hồ AVO meter ta đo được:

- Điện áp xoay chiều đầu vào Vin = 12,6V - Điện áp một chiều trên tụ C1: VC1 = 16,2V - Điện áp một chiều trên tụ C2: VC2 = 16,2V - Điện áp một chiều trên tụ C3: VC3 = 32,5V - Điện áp một chiều trên tụ C4: VC4 = 32,5V - Điện áp một chiều đầu ra: Vout = 65,0V Như vậy điện áp đầu ra đã được nhân bốn so với điện áp đầu vào.

- Mạch hoạt động ổn định, an toàn.

2.3. Mạch mắc tranzito trường theo kiểu cực nguồn chung

Trong cách mắc này, cực nguồn được nối đất bằng tụ điện CS. Tín hiệu vào được đặt giữa cực cổng G và cực nguồn S. Tín hiệu ra được lấy giữa cực máng D và cực nguồn S.

Đặc điểm của cách mắc nguồn chung là:

Trở kháng đầu vào cao, trở kháng đầu ra trung bình, tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào.

2.3.1. Xây dựng bài thực hành

Sơ đồ mạch mắc kiểu nguồn chung như Hình 5.

Hình 5: Sơ đồ JFET mắc cực nguồn chung Để tiến hành thí nghiệm, ta thực hiện các bước sau:

- Bước 1: Đấu nối mạch như sơ đồ Hình 5 và tiến hành bật công tắc nguồn.

- Bước 2: Ngắt kết nối bộ tạo chức năng khỏi mạch. Đo điện áp UG, UGS, US, UDS, UD bằng Vôn mét số và ghi lại số liệu.

- Bước 3: Điều chỉnh đầu ra của bộ tạo chức năng thành dạng hình sin, tần số tới 1 KHZ và biên độ lớn nhất tới Upp = 100 mV, và cung cấp tới đầu vào FG. Xác định tín hiệu đầu ra của mạch bằng máy hiện sóng.

Dùng đồng hồ Vonmet số đo được:

UG = 0V, UGS = -2,95V, US = 2,97V, UDS = 3,62V, UD = 6,60V

+ Khi điều chỉnh đầu ra của bộ tạo chức năng thành dạng hình sin, tần số tới 1 KHZ và biên độ lớn nhất tới Upp = 100 mV để cung cấp cho đầu vào FG thì tín hiệu đầu ra trên máy hiện sóng cũng là dạng hình sin, và lệch pha 180⁰ so với tín hiệu đầu vào như trên Hình 6.

Hình 6: Tín hiệu vào, ra cách mắc nguồn chung dùng tranzito trường JFET

(4)

Cách mắc kiểu nguồn chung của tranzito trường JFET giống như cách mắc emito chung của tranzito lưỡng cực. Cách mắc này được sử dụng nhiều trong mạch khuếch đại.

2.4. Mạch khuếch đại âm thanh dùng Tranzito Theo 1 , mạch khuếch đại âm thanh dùng Transistor gồm có chiết áp P làm nhiệm vụ phân áp và điều chỉnh âm thanh của loa bằng cách đưa tín hiệu cần điều chỉnh từ bộ tạo tín hiệu đến bộ khuếch đại. Tụ C1 là tụ ghép. Transistor TR1 có nhiệm vụ của một bộ khuếch đại và điều khiển tín hiệu. Tín hiệu tại cực Collector của TR1 được cấp cho Base của TR2 và TR3 bằng cách ghép trực tiếp.

Các Transistor TR2 và TR3 là loại NPN và PNP tương ứng. Kiểu ghép nối của hai Transistor này được gọi là ghép nối "đẩy - kéo".

Trong ghép nối đẩy-kéo, tín hiệu tương tự được đưa đến các cực Base của Transistor. Ở nửa chu kỳ dương của tín hiệu đầu vào, độ mở của Transistor loại NPN được tăng lên, trong đó độ mở của Transitor loại PNP giảm và ở nửa chu kỳ âm thì ngược lại.

Sơ đồ mạch khuếch đại âm thanh dùng Tranzito như Hình 7.

Hình 7: Mạch khuếch đại âm thanh dùng Tranzitor lưỡng cực

- Bước 1: Đấu nối mạch như sơ đồ Hình 7 và tiến hành lấy số liệu thí nghiệm.

- Bước 2: Điều chỉnh chiết áp P về cực đại.

Cấp nguồn máy phát chức năng, điều chỉnh

bộ cấp nguồn (tần số tới 1KZ, Vipp = 1V) và chiết áp P để tín hiệu đầu ra có dạng hình sin hiển thị trên Scop 1.

- Bước 3: Bật nguồn cấp điện cho loa. Đo dòng điện của bộ âm thanh. Nhận xét về dòng điện đo được

- Bước 4: Điều chỉnh chiết áp P để thu được tín hiệu với biên độ tối đa và không có biến dạng ở scop2. Đo dòng điện do bộ khuếch đại âm thanh. Đánh giá về dòng điện này.

- Bước 5: Đo biên độ tín hiệu đầu vào và đầu ra khi tín hiệu đầu ra đạt biên độ cực đại không có biến dạng. Đánh giá mức tăng điện áp của bộ khuếch đại âm thanh.

- Bước 6: Đánh giá công suất đầu ra của bộ khuếch đại âm thanh (P)

- Khi không có tín hiệu vào, dùng Ampemet đo được dòng điện của bộ khuếch đại âm thanh là I1 = 30mA. Đây là dòng điện quẩn trong mạch vì không có tín hiệu vào và dòng điện này là quá lớn đối với một bộ khuếch đại.

- Khi có tín hiệu vào, đo được dòng điện do bộ khuếch đại âm thanh là I2 = 100mA. Đây là dòng cung cấp cho tải khi có tín hiệu vào.

Với giá trị này, dòng điện qua tải là bình thường.

- Kết quả đo biên độ tín hiệu đầu vào và đầu ra trên máy hiện sóng như Hình 8.

Biên độ tín hiệu vào Vin = 480 mV Biên độ tín hiệu ra Vo = 4,04 V Hệ số tăng điện áp A = 20lg.(Vo/Vi) A=20lg(4,04/0,48) = 20lg8 = 20.0,9 = 18dB

Hình 8: Tín hiệu vào, ra trên máy hiện sóng -Đánh giá công suất của bộ khuếch đại âm thanh:

Biên độ tín hiệu ra Vopp = 4,04V Điện áp đầu ra tối đa Emax = 2,24V

(5)

Điện áp đầu ra hiệu dụng:

E = 0,707. Emax = 1,4V Công suất đầu ra:

P = E²/z = 1,4²/8 = 0,2W

Trong đó: Z là trở kháng của loa, khi kể đến điện trở tải RL trong mạch mà RL = 8. - Mạch hoạt động ổn định và an toàn.

2.5. Mạch tạo dao động dùng IC741 Xét mạch tạo dao động cầu Wien dùng IC741.

Theo 1 , mạch tạo dao động cầu Wien được tạo từ hai mạch điện trở và tụ điện R-C để tạo ra sự dịch pha. Ta kết nối bộ khuếch đại thuật toán với mạch RC thì đầu ra của bộ khuếch đại sẽ tạo ra sóng hình sin.

Sơ đồ mạch tạo dao động dùng IC741 như Hình 9.

Hình 9: Mạch tạo dao động dùng IC741 RF và R1 là điện trở hạn chế hệ số khuếch đại. Tần số dao động của mạch phụ thuộc vào các điện trở RA-RB và các tụ CA-CB. Phản hồi dương được duy trì bởi các linh kiện này.

Tần số dao động của mạch: f0 =

√ . . .

Nói chung, trong mạch dao động cầu Wien thì RA=RB và CA=CB, lúc này tần số dao động được tính theo công thức: f0 =

Mạch tạo dao động cầu Wien được sử dụng trong các mạch tần số âm thanh (20Hz- 200KHZ). Nó thường được sử dụng vì tần số và biên độ của tín hiệu ra không bị ảnhhưởng bởi nhiệt, nhưng nó cần có nguồn cung cấp đối xứng.

- Bước 1: Đấu nối mạch như Hình 9. Điều chỉnh chiết áp P ngược chiều kim đồng hồ và tiến hành bật công tắc cung cấp năng lượng cho mạch.

- Bước 2: Xác định tín hiệu đầu ra.

- Bước 3: Điều chỉnh tín hiệu đầu ra bằng tuốc-nơ-vít và đảm bảo cho tín hiệu được thông suốt. Nhận xét sự ảnh hưởng của chiết áp P đến biên độ tín hiệu ra.

- Quan sát trên máy hiện sóng thấy được tín hiệu đầu ra là dạng giữa hình tam giác và hình sin như trên Hình 10.

Hình 10: Dạng tín hiệu ra của mạch cầu Wien - Chiết áp P sẽ điều chỉnh biên độ tín hiệu ra bởi vì điện trở hạn chế hệ số khuếch đại RF và R1.Chiết áp P được mắc nối tiếp với R1 do đó hệ số khuếch đại của nó ảnh hưởng đến tín hiệu đầu ra.

- Mạch hoạt động ổn định và an toàn.

3. KẾT LUẬN

Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc sử dụng các modul riêng lẻ được Nhà trường trang bị cho phòng thực hành điện tử là bộ đào tạo điện, điện tử Y-0016 để hoàn thiện nội dung 14 bài thực hành và biên soạn cuốn tài liệu hướng dẫn thực hành chi tiết được dùng cho các học phần như Lý thuyết mạch điện, Điện tử tương tự, thực hành kỹ thuật điện tử đáp ứng yêu cầu chuẩn đầu ra chương trình đào tạo của ngành Điện.

Các bài thực hành bao gồm: Đọc và đo giá trị điện trở bằng vạch màu; Kiểm tra định luật Kirchoff; Lắp đặt modul kết nối với điện trở, cuộn cảm, tụ điện; Kiểm tra định lý xếp chồng và Thevenin; Kiểm tra tham số của Đi- ốt; Lắp mạch nhân điện áp; Kiểm tra trạng thái hoạt động của Tranzito lưỡng cực; Mạch ổn áp dùng đi-ốt Zener; Mạch khuếch đại mắc Bazơ chung; Mạch khuếch đại mắc

(6)

Emitơ chung; Lắp mạch khuếch đại âm thanh; Tranzito trường có cực cửa tiếp giáp;

Tranzito trường có cực cửa cách ly; Lắp mạch tạo dao động.

Kết quả thực nghiệm cho thấy các sơ đồ hoạt động chính xác, ổn định, an toàn làm cơ sở để phát triển, xây dựng mở rộng các bài thực hành nâng cao khả năng tư duy, sáng tạo cho sinh viên góp phần nâng cao chất lượng trong giảng dạy và học tập.

Tài liệu tham khảo

1. Zafer Karacan (2018), Basic Electronic Education Set Y-0016

2. Lý Ngô Mai (2017), Bài giảng Linh kiện điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì.

3. http://www.yildirimelektronik.com