MỞ ĐẦU I. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC: Trên thế giới, việc nghiên cứu – chế tạo thiết bị kiểm tra phục vụ giảng dạy và học tập trong nhà trƣờng Đại học đã phổ biến, nhƣng còn khá hạn chế trong các trƣờng ở Việt Nam nói chung và ngành cơ khí động lực ở trƣờng ta nói riêng trong giai đoạn hiện nay. Do đó, việc chế tạo thiết bị , mô hình học cụ sao cho hiệu quả, tiện ích , phù hợp trong giảng dạy thực hành cho khoa Cơ khí Động lực trở nên rất cần thiết. Nó vừa mang tính khoa học, vừa tiết kiệm thời gian đồng thời giúp ngƣời học dễ hiểu, dễ thao tác.
Qua đó, ngƣời học rút ra đƣợc nhiều kiến thức thực tế, thao tác chuẩn, tăng hiệu quả quá trình đào tạo. TÍNH CẤP THIẾT: Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các công nghệ mới tiên tiến nhất đƣợc áp dụng để nâng cao đời sống, tăng tính tiện ích cho con ngƣời. Ngành công nghệ ô tô cũng không nằm ngoài xu thế đó. Các nhà sản xuất xe hơi luôn muốn đƣa vào ôtô nhƣ̃ng hê ̣ thố ng thông minh , tiê ̣n ích.
Mà điều này đƣơ ̣c thƣ̣c hiê ̣n trên các điề u khiể n điê ̣n tƣ̉ , điề u khiể n lâ ̣p trình Đề tài thƣ̣c hiê ̣n các mô hiǹ h nhằ m giúp sinh viên đƣơ ̣c thƣ̣c tâ ̣p trên mô hiǹ h để hiề u sâu hơn về cách hoa ̣t đô ̣ng cơ bản của các linh kiê ̣n điê ̣n tƣ̉. Giúp sinh viên hiể u rõ cũng nhƣ thƣ̣c hiê ̣n thƣ̣c tế trên các mô hình linh kiê ̣n điê ̣n tƣ̉. Đây là một nghiên cứu ứng dụng tạo ra mô hình dùng để giảng dạy tại các trƣờng Đại học và ứng dụng kỹ thuật Vi điều khiển để giải quyết một bài toán thực tế. Việc chế tạo thành công sẽ rất hữu ích, giúp sinh viên có những sáng tạo hiệu quả trong học tập cũng nhƣ khi công tác sau này.
Đặc biệt, các trƣờng đào tạo nghề CKĐL hiện đang rất cần các mô hình đào tạo về các linh kiện điện tử trong thực tập cơ bản Điện ô tô. MỤC TIÊU: - Nghiên cứu, tính toán lý thuyết làm cơ sở chế tạo thƣ̉ nghiê ̣m mô hình học cụ phục vụ công tác đào tạo. - Nắm vững cơ sở lý thuyết, các quá trình vật lý, đặc tuyến của các lịnh kiện bán dẫn để làm nền tảng cho quá trình thiết kế mô hình. - Chế tạo thành công mô hình GIẢNG DẠY LINH KIỆN ĐIỆN TỬ.
Sử dụng làm tài liệu giảng dạy về các linh kiện bán dẫn , môn Thực tập điện ô tô I. CÁCH TIẾP CẬN: ̣ MÔ HÌNH GIẢNG DA ̣Y ĐIÊN THƢ̣C HIÊN ̣ CƠ BẢN Trang 8 Luan van ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG T2013-74 /KHCN-GV Qua nghiên cứu lý thuyết, đồng thời tiếp cận các cơ sở sản xuất , sữa chữa ô tô để ttừ đó tìm phƣơng án thiết kế và chế tạo thử nghiệm thi ết bị đáp ứng đƣợc mục tiêu đã đặt ra. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin có liên quan. Nghiên cứu các tài liệu và mô hình có liên quan.
Để hoàn thành đƣợc đề tài, đã kết hợp nhiều phƣơng pháp nghiên cứu. Trong đó đặc biệt là đọc nhiều tài liệu về linh kiện bán dẫn, linh kiện vi xử lý, các phần mềm viết code , các sơ đồ mạch kết nối của ECU. Các tài liệu về kỹ thuật điện tử, vi mạch. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: - Đối tƣợng nghiên cứu: Mô hình thực tập GIẢNG DẠY LINH KIỆN ĐIỆN TỬ - Phạm vi nghiên cứu: Lý thuyết, tính toán thiết kế và chế tạo thử nghiệm.
̣ MÔ HÌNH GIẢNG DA ̣Y ĐIÊN THƢ̣C HIÊN ̣ CƠ BẢN Trang 9 Luan van ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG T2013-74 /KHCN-GV PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU II.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT II.1 CÁC DẠNG TÍN HIỆU ĐIỆN: Các dạng tín hiệu trên ô tô có hai dạng: Thông tin dạng tƣơng tự (anlanog) thƣờng hiển thị thông qua các loại đồng hồ chỉ báo bằng kim và thông tin dạng số (digital) sử dụng tín hiệu từ các cảm biến khác nhau - Tín hiệu dạng tƣơng tự (analog): Tín hiệu analog là tín hiệu liên tục,đồ thị biểu diễn tín hiệu analog là một đƣờng liên tục(ví dụ sin,cos,hoặc đƣờng cong lên xuống bất kỳ), analog có nghĩa là tƣơng tự, tƣơng tự có nghĩa là tín hiệu lúc sau cũng có dạng tƣơng tự nhƣ lúc trƣớc đó, nói tƣơng tự không có nghĩa y chang mà có nghĩa tƣơng tự về bản chất tín hiệu, nhƣng sẽ khác về cƣờng độ tín hiệu lúc sau so với lúc trƣớc. - Tín hiệu dạng số (digital): Tín hiệu digital là tín hiệu số, chỉ bao gồm hai mức cao và thấp (trong máy tính là 0 và 1), tức là không liên tục. Trong điện tử và máy tính, điện thế cao đại diện cho mức 1, thấp cho mức 0. Tín hiệu digital ở ô tô thƣờng là 5V và 0V.
HỌ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ HAI LỚP VÀ ỨNG DỤNG 1- TIẾP GIÁP P - N Tiếp giáp P-N gồm có một khối chất bán dẫn loại N và một khối chất bán dẫn loại P ghép lại với nhau nhƣ hình 3.4 ̣ MÔ HÌNH GIẢNG DA ̣Y ĐIÊN THƢ̣C HIÊN ̣ CƠ BẢN Trang 10 Luan van ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG T2013-74 /KHCN-GV II. ĐI-ỐT BÁN DẪN - Cấu tạo, ký hiệu Đi ôt bán dẫn đƣợc cấu tao từ một mặt ghép n-p với mục đích sử dụng nó nhƣ một van điện. Tùy theo diện tích của phần tiếp xúc giữa hai lớp n và p mà ngƣời ta gọi là đi ôt tiếp điểm hay đi ốt tiếp mặt. Trong sơ đồ nguyên lý đi ôt thông thƣờng đƣợc ký hiều nhƣ ở hình 3.10b là ký hiệu của đi ôt ổn áp.
Trên ký hiệu A-anot-cực dƣơng với lớp P, K-catot- cực âm ứng với bán dẫn loại N. - Diode phát quang (Led) Diode phát quang là diode phát ra ánh sáng khi nó đƣợc kích thích. Sự phát sinh của ánh sáng dựa trên nguyên tắc khi một vật bị đun nóng nó sẽ xuất hiện các hạt photon. Điều kiện để photon phát sinh là có sự tập trung cao độ của electron và lỗ trống.
Ánh sáng phát ra trong quá trình tái hợp điện tử và lỗ trống ở trong cấu trúc và vùng tiếp giáp PN.15: Cấu tạo của diode quang - ỨNG DỤNG DIODE VÀ DIODE ZENER TRÊN ÔTÔ Diode đƣợc ứng dụng rất nhiều trong các hệ thống và thiết bị điện của ô tô, nó dùng để ngăn dòng điện ngƣợc nhằm bảo vệ cho các linh kiện điện tử, dùng để chuyển dòng điện xoay chiều của máy phát điện xoay chiều thành dòng điện một chiều cung cấp cho các phụ tải, … ̣ MÔ HÌNH GIẢNG DA ̣Y ĐIÊN THƢ̣C HIÊN ̣ CƠ BẢN Trang 11 Luan van ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG T2013-74 /KHCN-GV II.4 HỌ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ BA LỚP VÀ ỨNG DỤNG TRANSISTOR LƢỠNG CỰC (BJT) : Transistor mối nối lƣỡng cực (BJT) đƣợc phát minh vào năm 1948 bởi John Bardeen và Walter Brittain tại phòng thí nghiệm Bell (ở Mỹ). Một năm sau nguyên lí hoạt động của nó đƣợc William Shockley giải thích. BJT là một linh kiện bán dẫn đƣợc tạo thành từ hai mối nối P – N, nhƣng có một vùng chung gọi là vùng nền. Tùy theo sự sắp xếp các vùng bán dẫn mà ta có hai loại BJT: NPN, PNP.
Cả hai loại đƣợc trình bày ở hình 4. ̣ MÔ HÌNH GIẢNG DA ̣Y ĐIÊN THƢ̣C HIÊN ̣ CƠ BẢN Trang 12 Luan van ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG T2013-74 /KHCN-GV II. KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN VÀ ỨNG DỤNG - KHÁI NIỆM VỀ MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN - Khái niệm về op-amp Mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier: Op-Amps) có ký hiệu nhƣ hình sau: Đây là một vi mạch tƣơng tự rất thông dụng do trong Op-Amps đƣợc tích hợp một số ƣu điểm sau: - Hai ngõ vào đảo và không đảo cho phép Op-Amps khuếch đại đƣợc nguồn tín hiệu có tính đối xứng (các nguồn phát tín hiệu biến thiên chậm nhƣ nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, mực chất lỏng, phản ứng hoá-điện, dòng điện sinh học. thƣờng là nguồn có tính đối xứng).
- Ngõ ra chỉ khuếch đại sự sai lệch giữa hai tín hiệu ngõ vào nên Op-Amps có độ miễn nhiễu rất cao vì khi tín hiệu nhiễu đến hai ngõ vào cùng lúc sẽ không thể xuất hiện ở ngõ ra. Cũng vì lý do này Op-Amps có khả năng khuếch đại tín hiệu có tần số rất thấp, xem nhƣ tín hiệu một chiều. - Do các mạch khuếch đại vi sai trong Op-Amps đƣợc chế tạo trên cùng một phiến do đó độ ổn định nhiệt rất cao. - Điện áp phân cực ngõ vào và ngõ ra bằng không khi không có tín hiệu, do đó dễ dàng trong việc chuẩn hoá khi lắp ghép giữa các khối (module hoá).
- Tổng trở ngõ vào của Op-Amps rất lớn, cho phép mạch khuếch đại những nguồn tín hiệu có công suất bé. - Băng thông rất rộng, cho phép Op-Amps làm việc tốt với nhiều dạng nguồn tín hiệu khác nhau. - Hoạt động của op-amp Dựa vào ký hiệu của Op-Amps ta có đáp ứng tín hiệu ngõ ra Vo theo các cách đƣa tín hiệu ngõ vào nhƣ sau: - Đƣa tín hiệu vào ngõ vào đảo (Vi- ), ngõ vào không đảo (Vi+ ) nối mass: Vo = - Av0.Vi- - Đƣa tín hiệu vào ngõ vào không đảo, ngõ vào đảo nối mass: Vo = Av0.Vi+ ̣ MÔ HÌNH GIẢNG DA ̣Y ĐIÊN THƢ̣C HIÊN ̣ CƠ BẢN Trang 13 Luan van ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG T2013-74 /KHCN-GV - Đƣa tín hiệu vào đồng thời trên hai ngõ vào (tín hiệu vào vi sai so với mass): Vout = Av0.(Vi+ -Vi-) = Vd gọi là tín hiệu vào vi sai.4: Đặc tuyến truyền đạt điện áp II. Nguồn cung cấp Op-Amps không phải lúc nào cũng đòi hỏi phải cung cấp một nguồn ổn áp đối xứng ±15V DC, nó có thể làm việc với một nguồn không đối xứng có giá trị thấp hơn Hình 5.
Mạch khuếch đại vi sai Khi có hai hay nhiều tín hiệu tác động đến cả hai ngõ vào cùng một thời điểm, ngƣời ta dùng mạch khuếch đại vi sai hay còn gọi là mạch trừ nhƣ hình 5. là điện áp vào ngõ vào đảo, điện áp vào ngõ vào không đảo. Áp dụng phƣơng pháp xếp chồng cho từng kích thích ngõ vào, ngắn mạch ngõ vào còn lại. =- = - ̣ MÔ HÌNH GIẢNG DA ̣Y ĐIÊN THƢ̣C HIÊN ̣ CƠ BẢN Trang 14 Luan van ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG T2013-74 /KHCN-GV Hình 5.12: Mạch khuếch đại vi sai (mạch trừ) ̣ MÔ HÌNH GIẢNG DA ̣Y ĐIÊN THƢ̣C HIÊN ̣ CƠ BẢN Trang 15 Luan van ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG T2013-74 /KHCN-GV II.