Mạch điện tử là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện tử riêng biệt không liên quan gì đến nhau như điện trở, bóng bán dẫn, tụ điện, cuộn cảm, điốt, mạch tích hợp, v.v., được kết nối với nhau. nhau bằng dây dẫn hoặc dây dẫn để dẫn dòng điện.
Hay chúng ta hoàn toàn có thể hiểu một cách đơn giản hơn, mạch điện tử là một mạch điện kết nối giữa phần nguồn với các phụ kiện, dây dẫn điện tử để thực hiện một chức năng nào đó.
Nói đến thay thế, sửa chữa tivi, máy tính, các thiết bị điện tử nói chung,… chúng ta đều dễ dàng bắt gặp những bản mạch điện tử được ghép nối tỉ mỉ bởi vô số phụ kiện khác nhau.
Ngoài ra, bạn có biết thiết kế mạch điện tử đơn giản gồm mấy bước không? Hãy cùng tìm hiểu nhé!
Mạch điện là gì và tại sao chúng ta cần xây dựng mạch điện?
Trước khi tôi đi vào chi tiết về cách thiết kế một mạch điện, trước tiên chúng ta hãy biết mạch điện là gì và tại sao chúng ta cần xây dựng một mạch điện.
Một mạch là bất kỳ vòng lặp nào mà vật chất được mang đi. Đối với một mạch điện tử, vật chất mang theo là điện tích của các điện tử và nguồn của các điện tử này là cực dương của nguồn điện áp. Khi điện tích này chảy từ cực dương, qua vòng dây và đến cực âm, mạch điện được cho là đã hoàn thành. Tuy nhiên, mạch này bao gồm một số thành phần ảnh hưởng đến dòng điện tích theo nhiều cách. Một số có thể cản trở dòng điện tích, một số lưu trữ đơn giản hoặc làm tiêu tan điện tích. Một số yêu cầu một nguồn năng lượng bên ngoài, một số cung cấp năng lượng.
Có thể có nhiều lý do tại sao chúng ta cần xây dựng một mạch. Đôi khi chúng ta có thể cần thắp sáng đèn, chạy động cơ, v.v. Tất cả những thiết bị này-đèn, động cơ, đèn LED là những thứ mà chúng ta gọi là tải. Mỗi tải yêu cầu một dòng điện hoặc điện áp nhất định để bắt đầu hoạt động. Điện áp này có thể là điện áp một chiều không đổi hoặc điện áp xoay chiều. Tuy nhiên, không thể xây dựng mạch chỉ với nguồn và tải. Chúng tôi cần thêm một vài thành phần giúp tạo ra dòng điện tích thích hợp và xử lý điện tích do nguồn cung cấp sao cho một lượng điện tích thích hợp truyền đến tải.
Một ví dụ cơ bản – Bộ nguồn DC được điều chỉnh để chạy đèn LED
Hãy cho chúng tôi một ví dụ cơ bản và các quy tắc từng bước trong việc xây dựng mạch.
Báo cáo sự cố: Thiết kế nguồn điện DC 5V được điều chỉnh có thể được sử dụng để chạy đèn LED, sử dụng điện áp xoay chiều làm đầu vào.
Giải pháp: Tất cả các bạn phải biết về nguồn điện DC được quy định. Nếu không, hãy để tôi cho một ý tưởng ngắn gọn. Hầu hết các mạch hoặc thiết bị điện tử đều yêu cầu điện áp DC để hoạt động. Chúng ta có thể sử dụng pin đơn giản để cung cấp điện áp, nhưng vấn đề chính với pin là tuổi thọ hạn chế của chúng. Vì lý do này, cách duy nhất chúng ta có là chuyển đổi nguồn điện áp AC tại nhà của chúng ta thành điện áp DC cần thiết.
Tất cả những gì chúng ta cần là chuyển đổi điện áp AC này thành điện áp DC. Nhưng nó không đơn giản như nó có vẻ. Vì vậy, chúng ta hãy có một ý tưởng lý thuyết ngắn gọn về cách điện áp xoay chiều được chuyển đổi thành điện áp một chiều được điều chỉnh.
Lý thuyết đằng sau mạch
Điện áp xoay chiều từ nguồn cung cấp ở 230V trước tiên được giảm xuống điện áp xoay chiều thấp bằng máy biến áp giảm áp. Máy biến áp là một thiết bị có hai cuộn dây – sơ cấp và thứ cấp, trong đó điện áp đặt trên cuộn sơ cấp, xuất hiện trên cuộn thứ cấp nhờ khớp nối cảm ứng. Vì cuộn thứ cấp có số vòng dây ít hơn nên điện áp trên cuộn thứ cấp nhỏ hơn điện áp trên cuộn sơ cấp đối với máy biến áp giảm thế.
Điện áp xoay chiều thấp này được chuyển đổi thành điện áp một chiều xung bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu. Bộ chỉnh lưu cầu là sự sắp xếp của 4 điốt được đặt ở dạng bắc cầu, sao cho cực dương của một điốt này và cực âm của một điốt khác được nối với cực dương của nguồn điện áp và theo cách tương tự, cực dương và cực âm của hai điốt khác được nối với nhau. được nối với cực âm của nguồn điện áp. Ngoài ra, cực âm của hai điốt được nối với cực dương của điện áp và cực dương của hai điốt được nối với cực âm của điện áp đầu ra. Đối với mỗi nửa chu kỳ, cặp điốt ngược chiều dẫn điện và điện áp DC xung được thu được qua các bộ chỉnh lưu cầu.
Do đó, điện áp DC dao động thu được chứa các gợn sóng ở dạng điện áp AC. Để loại bỏ các gợn sóng này, cần có một bộ lọc để lọc các gợn sóng khỏi điện áp DC. Một tụ điện được đặt song song với đầu ra sao cho tụ điện (do trở kháng của nó) cho phép tín hiệu AC tần số cao đi qua được bỏ qua xuống đất và tín hiệu DC hoặc tần số thấp bị chặn. Do đó, tụ điện hoạt động như một bộ lọc thông thấp.
Đầu ra được tạo ra từ bộ lọc tụ điện là điện áp DC không được kiểm soát. Để tạo ra điện áp một chiều được điều chỉnh, một bộ điều chỉnh được sử dụng để tạo ra điện áp một chiều không đổi.
Vì vậy, bây giờ chúng ta hãy bắt tay vào thiết kế một mạch cấp nguồn được điều chỉnh AC-DC đơn giản để điều khiển đèn LED.
Thiết kế mạch điện tử đơn giản gồm mấy bước?
Bạn thắc mắc để thiết kế mạch điện tử đơn giản gồm mấy bước? Để thiết kế mạch điện tử đơn giản gồm 2 bước
Các bước thiết kế mạch điện tử đơn giản gồm
Để thiết kế mạch điện tử đơn giản cần tuân theo mấy nguyên tắc
+ Theo dõi, đáp ứng yêu cầu thiết kế.
+ Thiết kế mạch đơn giản, tin cậy.
+ Thuận tiện trong lắp đặt, vận hành và sửa chữa.
+ Hành động chính xác.
+ Các thành phần có sẵn trên thị trường
Khi thiết kế một mạch điện tử ta phải thực hiện theo hai bước sau:
Nguyên tắc thiết kế mạch:
+ Tìm hiểu về yêu cầu của phần thiết kế mạch điện.
+ Đưa ra một số phương án để thực hiện.
+ Chọn phương án hợp lý nhất.
+ Tính toán lựa chọn cấu kiện hợp lý.
+ Thiết kế lắp mạch:
Thiết kế mạch nên tuân theo các nguyên tắc sau:
+ Sắp xếp các linh kiện trên board mạch một cách khoa học và hợp lý.
+ Vẽ các đường dây điện nối các bộ phận theo sơ đồ nguyên lý.
+ Đảm bảo các dây dẫn không chồng lên nhau và ngắn nhất.
Ngày nay, người ta có thể thiết kế mạch điện tử bằng các phần mềm thiết kế khoa học, nhanh chóng như ProTel, phần mềm Workbench.
Bước 1: Thiết kế mạch
Để thiết kế mạch, chúng ta cần có ý tưởng về giá trị của từng thành phần cần có trong mạch. Bây giờ chúng ta hãy xem cách chúng ta thiết kế mạch cấp nguồn DC được điều chỉnh.
1. Quyết định sử dụng bộ điều chỉnh và điện áp đầu vào của nó.
Ở đây, chúng tôi yêu cầu phải có điện áp không đổi 5V ở 20mA với cực dương của điện áp đầu ra. Vì lý do này, chúng tôi cần một bộ điều chỉnh cung cấp đầu ra 5V. Một sự lựa chọn lý tưởng và hiệu quả sẽ là IC điều chỉnh LM7805. Yêu cầu tiếp theo của chúng tôi là tính toán yêu cầu điện áp đầu vào cho bộ điều chỉnh. Đối với bộ điều chỉnh, điện áp đầu vào tối thiểu phải là điện áp đầu ra được cộng thêm một giá trị bằng ba. Trong trường hợp đó, ở đây để có điện áp 5V, chúng ta cần điện áp đầu vào tối thiểu là 8V. Hãy để chúng tôi giải quyết cho đầu vào của 12V.
2. Quyết định máy biến áp sử dụng
Bây giờ điện áp không được kiểm soát được tạo ra là điện áp 12V. Đây là giá trị RMS của điện áp thứ cấp cần thiết cho máy biến áp. Vì điện áp sơ cấp là 230V RMS, khi tính toán tỷ số vòng dây, chúng ta nhận được giá trị là 19. Do đó, chúng ta phải lấy một máy biến áp có 230V/12V, tức là máy biến áp 12V, 20mA.
3. Quyết định giá trị của tụ lọc
Giá trị của tụ lọc phụ thuộc vào lượng dòng điện được tải bởi tải, dòng tĩnh (dòng điện lý tưởng) của bộ điều chỉnh, lượng gợn cho phép ở đầu ra DC và chu kỳ.
Đối với điện áp cực đại trên cuộn sơ cấp của máy biến áp là 17V(12*sqrt2) và tổng điện áp giảm trên các điốt là (2*0,7V) 1,4V, điện áp cực đại trên tụ điện xấp xỉ khoảng 15V. Chúng ta có thể tính toán lượng gợn cho phép theo công thức dưới đây:
∆V = VpeakCap- Vmin
Theo tính toán, Vpeakcap = 15V và Vmin là điện áp đầu vào tối thiểu cho bộ điều chỉnh. Như vậy ∆V là (15-7)= 8V.
Bây giờ, Điện dung, C =( I*∆t)/ ∆V,
Bây giờ, tôi là tổng của dòng tải cộng với dòng tĩnh của bộ điều chỉnh và I = 24mA (Dòng tĩnh khoảng 4mA và dòng tải là 20mA). Ngoài ra ∆t = 1/100Hz = 10ms. Giá trị của ∆t phụ thuộc vào tần số của tín hiệu đầu vào và ở đây tần số đầu vào là 50Hz.
Do đó, thay thế tất cả các giá trị, giá trị của C sẽ vào khoảng 30microFarad. Vì vậy, chúng ta hãy chọn giá trị là 20microFarad.
4. Quyết định PIV (điện áp nghịch đảo cực đại) của điốt được sử dụng.
Vì điện áp cực đại trên thứ cấp của máy biến áp là 17V, nên tổng PIV của cầu đi-ốt là khoảng (4 * 17) tức là 68V. Vì vậy, chúng ta phải giải quyết các điốt có xếp hạng PIV là 100V mỗi cái. Hãy nhớ rằng PIV là điện áp tối đa có thể được áp dụng cho diode trong điều kiện phân cực ngược của nó mà không gây ra sự cố.
Bước 2. Vẽ mạch và mô phỏng
Bây giờ bạn đã có ý tưởng về các giá trị cho từng thành phần và toàn bộ sơ đồ mạch, chúng ta hãy bắt đầu vẽ mạch bằng phần mềm xây dựng mạch và mô phỏng nó.
Ở đây chúng tôi lựa chọn phần mềm là Multisim.
Dưới đây là các bước đã cho để vẽ mạch bằng Multisim và mô phỏng nó.
- Trên bảng cửa sổ của bạn, nhấp vào liên kết sau: Bắt đầu >>> Chương trình –> Quốc gia –> Dụng cụ –> Bộ thiết kế mạch 11.0 –> multisim 11.0.
- Một cửa sổ phần mềm nhiều sim xuất hiện với một thanh thực đơn và khoảng trống giống như một bảng mạch, để vẽ mạch.
- Trên thanh menu, chọn địa điểm -> thành phần
- Một cửa sổ xuất hiện với tiêu đề-‘chọn các thành phần’
- Trong tiêu đề ‘Cơ sở dữ liệu’ – chọn ‘Cơ sở dữ liệu chính’ từ trình đơn thả xuống.
- Dưới tiêu đề ‘nhóm’- chọn nhóm cần thiết. Nếu bạn muốn tìm điện áp hoặc nguồn hiện tại hoặc mặt đất. Nếu bạn muốn sử dụng bất kỳ thành phần cơ bản nào như điện trở, tụ điện, v.v. Ở đây, trước tiên chúng ta phải đặt nguồn cung cấp AC đầu vào, do đó chọn Nguồn -> Nguồn điện -> AC_power. Sau khi thành phần được đặt (bằng cách nhấp vào nút ‘ok’), hãy đặt giá trị của điện áp RMS thành 230 V và tần số thành 50Hz.
- Bây giờ, một lần nữa trong cửa sổ thành phần, chọn cơ bản, sau đó chọn biến áp, sau đó chọn TS_ideal. Đối với một máy biến áp lý tưởng, độ tự cảm của cả hai cuộn dây là như nhau, để đạt được công suất ra ta phải thay đổi độ tự cảm của cuộn thứ cấp. Bây giờ chúng ta biết tỷ số giữa độ tự cảm của cuộn dây máy biến áp bằng bình phương tỷ số vòng dây. Vì tỷ lệ vòng dây yêu cầu trong trường hợp này là 19, do đó chúng ta phải đặt độ tự cảm của cuộn thứ cấp là 0,27mH. (độ tự cảm của cuộn dây sơ cấp là 100mH).
Trong cửa sổ thành phần, chọn cơ bản, sau đó chọn điốt, rồi chọn điốt IN4003. Chọn 4 điốt như vậy và đặt chúng theo sơ đồ chỉnh lưu cầu. - Trong các cửa sổ thành phần, chọn cơ bản, sau đó chọn Cap _Electrolytic và chọn giá trị của tụ điện là 20microFarad.
- Trong cửa sổ thành phần, chọn nguồn, sau đó chọn Bộ điều chỉnh điện áp, rồi chọn ‘LM7805’ từ menu thả xuống.
- Trong cửa sổ thành phần, chọn điốt, sau đó chọn LED và từ trình đơn thả xuống, chọn LED_green.
- Sử dụng quy trình tương tự, chọn một điện trở có giá trị 100 Ohms.
- Bây giờ chúng ta đã có tất cả các thành phần và có ý tưởng về sơ đồ mạch, chúng ta hãy bắt đầu vẽ sơ đồ mạch trên nền tảng đa sim.
- Để vẽ mạch, chúng ta phải thực hiện các kết nối thích hợp giữa các thành phần bằng cách sử dụng dây dẫn. Để chọn dây, vào Place, sau đó đi dây. Hãy nhớ chỉ kết nối các bộ phận khi xuất hiện điểm giao nhau. Trong multisim, các dây kết nối được biểu thị bằng màu đỏ.
- Để có chỉ báo về điện áp trên đầu ra, hãy làm theo các bước đã cho. Chuyển đến Vị trí, rồi chọn ‘Thành phần’, rồi đến ‘chỉ báo’, rồi đến ‘Vôn kế’, sau đó chọn thành phần đầu tiên.
- Bây giờ mạch của bạn đã sẵn sàng để được mô phỏng.
- Bây giờ hãy nhấp vào ‘Mô phỏng’, sau đó chọn ‘Chạy’.
- Bây giờ bạn có thể thấy đèn LED ở đầu ra nhấp nháy, được biểu thị bằng các mũi tên chuyển sang màu xanh lục.
- Bạn có thể xác minh xem bạn có nhận được giá trị chính xác của điện áp trên mỗi thành phần hay không bằng cách đặt Vôn kế song song.
Bây giờ bạn đã biết thiết kế mạch điện tử đơn giản gồm mấy bước và ý tưởng về việc thiết kế nguồn điện điều chỉnh cho các tải yêu cầu điện áp DC không đổi.
