Trong một mạch điện luôn gồm có 3 thành phần: (1) Nguồn điện năng, (2) Khóa điện đóng mở mạch và (3) là các dạng tải.
Dòng điện thực, hay dòng điện vật lý.
Cái thực thể quan trọng nhất trong tất cả các loại mạch điện, chính là dòng chảy của các hạt điện, hay là dòng điện tử. Một mạch điện đang "sống" là trong mạch đang có dòng chảy trong mạch. Trong hầu hết các loại mạch điện, dòng điện chính là sự chảy của các hạt điện tử, vì điện tử mang điện tích âm, nên khi chảy nó bị hút về cực dương của nguồn.
Dòng điện quy ước.
Do lúc phát hiện ra dòng điện, người ta chưa biết thật sự là cái gì đang chảy, và cũng do quan niệm là cực dương của pin là ở mức volt cao hơn mức volt âm và cho đồng dạng dòng điện với nước chảy từ cao xuống thấp, nên lúc đó người ta cho là dòng điện cũng chảy từ cực dương về cực âm. Sau này khi biết dòng điện chảy trong mạch chính là dòng electron, người ta gọi dòng điện chảy từ cực dương về cực âm là dòng điện quy ước. Và gọi dòng electron là dòng điện thực hay dòng vật lý.
Trong ngành điện, có nhiều dạng dòng điện, được hiểu như sau:
* Dòng điện electron, các electron tự do không gắn với một nguyên tử nào, khi tập trung lại và chảy thành dòng, chúng ta có dòng điện tử. Đây là dạng dòng điện thực chảy trong các mạch điện tử. Do electron mang điện tích âm, nên nó sẽ bị hút và chảy về cực dương của nguồn.
* Dòng điện ly tử, các phân tử mất cân bằng điện tích sẽ trở thành các ion, có ion dương và ion âm. Khi chịu tác động của điện trường, các ly tử sẽ chảy trong mạch, ion dương chảy về hướng cực âm và ion âm chảy về hướng cực dương, sự chảy của các ion rất chậm, vì nó nặng và có quán tính lớn. Dòng điện chảy trong các ống đèn huỳnh quang là dòng ion.
* Dòng điện lỗ. Trong các chất bán dẫn, trên các chổ kết nối giữa các nguyên tử khi mất điện tử nối sẽ để ra lỗ trống, nhờ có các lỗ trống này mà các điện tử nối ở lân cận có thể dời chuyển tạo ta dòng điện, người ta gọi dòng điện này là dòng lỗ, dòng lỗ là một chuyển động biểu kiến, nó chảy về hướng cực âm.
* Dòng điện toán học. Trong khi tính toán các mạch điện, trên các nút của mạch điện, chúng ta có thể chọn chiều dòng chảy tuỳ ý. Và khi giải toán, nếu được dòng điện có dấu âm thì chiều chảy phải là chiều ngược lại, nếu là có dấu dương chiều chảy đúng với chiều đã chọn.
* Dòng điện quy ước, còn gọi là dòng Franklin, chiều chảy của dạng dòng điện này là cho chảy từ cực dương về cực âm. Vì lúc đó người ta tương đồng dòng điện như dòng nước, nước chảy từ cao xuống thấp thì dòng điện cũng chảy từ cực dương, mức cao, về cực âm, mức thấp. Tuy chiều chảy của dòng này này không đúng với bản chất của dòng điện thật, nhưng do dùng quen nên hiện vẫn còn được ưa dùng.
Bạn nhớ trên đời, năng lượng là cái tạo ra công. Cả nhân loại đang đi tìm những dạng năng lượng mới, năng lượng sạch. Năng lượng có 2 dạng:
* Khi một vật thể nằm yên, nó có thế năng, thế năng là năng lượng xác định theo tư thế của nó, nó ở mức cao hay ở mức thấp, nằm càng cao có năng lượng càng lớn.
* Khi vật thể chuyển động, nó có động năng, động năng là năng lượng xác định theo tốc độ chuyển động của nó. Động tính càng lớn, năng lượng càng mạnh.
Nhắn với Bạn: Trong các bài viết của tôi, tôi dùng chiều chảy của dòng điện electron, nó là sự chảy thành dòng của các hạt điện tử, chảy về hướng cực dương và khi chảy thì mang theo năng lượng trên động tính của hạt electron. Dùng dòng chảy electron, mọi giải thích vận hành trong mạch sẽ nhất quán trong suốt bài viết, rất trực quan và dễ hiểu.
1. Điện trở
Trong mạch: Điện trở là các ống dẫn điện.
Trong mạch, điện trở là các ống dẫn điện, nó dẫn dòng vào mạch, với các điện trở có dạng hình ống, người ta ghi sức cản dòng bằng các vòng màu. Khi cằm trên tay một điện trở có 2 điền Bạn cần biết là sức cản dòng của điện trở và sức chịu nóng của các điện trở.
* Sức cản dòng của điện trở tính theo Ohm.
* Sức chịu nóng của điện trở tính theo Watt.
Điện trở là một linh kiện rất phổ dụng, có 3 tham số luôn gắn với một điện trở, đó là: Điện áp Vđo trên hai đầu của một điện trở, cường độ dòng điện I chảy qua điện trở và sức cản dòng Ω của chính điện trở. Luật Ohm cho thấy mối quan hệ của 3 tham số này. Đó là một định luật cực kỳ cơ bản của môn Điện Tử Học mà ai học điện cũng phải biết tường tận.
Một mạch điện thường ở 3 trạng thái:
* Trạng thái mạch đang hoạt động, lúc này trên các đường mạch có mức áp V, trên các nhánh có dòng chảy I và các linh kiện chịu tác động của công suất W.
* Trạng thái mạch đang tắt. Lúc này trong mạch vẫn còn có nguồn nhưng không có dòng chảy. Mạch sẽ hoạt động lại khi đóng khóa điện.
* Trạng thái mạch chết, mạch đã tháo pin.
Trong một mạch điện có 2 tham số trạng thái quan trọng mà chúng ta luôn muốn biết, đó là:Mức áp V trên các đường mạch và cường độ dòng điện I chảy qua các linh kiện. Để đo điện áp chúng ta dùng Volt kế cho mắc song song vào hai điểm đo để biết áp, do khi đo áp dùng cách mắc song song nên để máy đo ít ảnh hưởng vào hoạt động của mạch Bạn phải dùng máy đo Volt có nội trở lớn, càng lớn càng tốt. Khi đo dòng chúng ta dùng Ampere kế cho mắc nối tiếp vào mạch, do khi đo dòng dùng cách mắc nối tiếp nên để máy đo ít ảnh hưởng vào hoạt động của mạch Bạn phải dùng máy đo Ampere có nội trở nhỏ, càng nhỏ càng tốt.
Trong mạch người ta có thể dùng điện trở để giảm dòng chảy qua tải:
Cách 1: Cho mắc nội tiếp, trong hình, người ta dùng một điện trở nối tiếp để hạn dòng, làm giảm cường độ dòng điện chảy qua Led.
Cách 2: Cho mắc song song, trong hình, người ta dùng một điện trở mắc song song để chia dòng, làm giảm cường độ dòng điện chảy qua bóng đèn
Tùy theo cách đặt đường masse, đường masse là đường có mức áp qui định là 0V. Nếu đặt đường masse ở điểm giữa, chúng ta sẽ có nguồn đối xứng, +9V và -9V.
Với các bóng đèn giống nhau cho mắc nối tiếp, mức áp sẽ chia đều trên các bóng đèn
Cũng có thể dùng cách mắc các điện trở theo kiểu nối tiếp hay theo kiểu song song để tạo ra các điện trở đẳng hiệu có trị số Ohm theo ý muốn:
Hình 1 cho thấy khi cho 2 điện trở mắc nối tiếp, chúng ta sẽ có một điện trở đẳng hiệu R = R1 + R2. Vậy khi cho nhiều điện trở mắc theo kiểu nối tiếp, trị của điện trở đẳng hiệu sẽ bằng tất cả các điện trở này cộng lại. Nếu muốn có điện trở lớn, có thể dùng nhiều điện trở nhỏ cho mắc theo kiểu nối tiếp.
Hình 2 cho thấy, khi cho mắc 2 điện trở song song, chúng ta sé có một điện trở đẳng hiệu R = R1xR2/ (R1+R2). Vậy khi cho nhiều điện trở mắc theo kiểu song song, trị nghịch đảo của điện trở đẳng hiệu sẽ bằng tổng của các nghịch đảo của các điện trở song song. Nếu muốn có điện trở nhỏ, có thể dùng nhiều điện trở lớn cho mắc theo kiểu song song.
Các hình vẽ này cho thấy cách mắc các bòng đèn tim theo kiểu nối tiếp và theo kiểu song song. Khi mắc nối tiếp thì dòng chảy qua các bóng đèn sẽ bằng nhau và khi đứt một bóng thì toàn nhánh mất dòng, tất cả các bóng khác đều tắt. Khi mắc song song thì mức áp trên các bóng đèn sẽ bằng nhau, và khi đứt một bóng thì các bóng khác vẫn được cấp dòng và vẫn sáng. Với cách mắc nối tiếp thì mạch bị mất dòng khi có một linh kiện bị đứt, với cách mắc song song thì mạch sẽ bị mất áp khi có một linh kiện bị chạm.
Hình động trên cho thấy: Cách mắc các khóa điện theo kiểu nối tiếp và theo kiểu song song:
* Ở kiểu mắc nối tiếp, thì chỉ khi cả 2 khóa điện cùng kín, đèn mới sáng, chỉ cần cho hở một khóa điện thì đèn sẽ tắt. Người ta định nghĩa cách mắc này là cách mắc theo logic AND.
* Ở kiểu mắc song song, thì chỉ khi cả 2 khóa điện cùng hở, đèn mới tắt, chỉ cần cho kín một khóa điện là đèn sẽ sáng. Người ta gọi cách mắc này là cách mắc theo logic OR.
Luật Ohm, một định luật cực kỳ quan trọng của môn Điện Tử Học
Luật Ohm cho thấy mối quan hệ định lượng của 3 tham số trên các điện trở, đó là: Điện áp V đo trên hai đầu của điện trở, là cường độ dòng điện I chảy qua điện trở và trị sức cảng Ohm của điện trở.
Để nhớ mối quan hệ của 3 tham số này, Bạn có thể dùng hình vẽ trên. Nếu biết trước 2 tham số thì luôn tính được tham số thứ 3. Bạn lấy ngón tay che chữ V sẽ thấy IxR, Bạn lấy ngón tay che chữ I sẽ thấy V/R và Bạn lấy ngón tay che chữ R sẽ thấy V/I.
Họ các điện trở:
Hình vẽ cho thấy biến trở, chiết áp quay, chiết áp tinh chỉnh.
* Biến trở là một điện trở mà trị số Ohm của nó có thể thay đổi được.
* Chiết áp là một vành điện trở than trên đó có một điểm chạy, Bạn dùng chiết áp để cho lấy ra một phần điện áp từ mức áp đưa vào ở hai đầu của chiết áp.
* Chiết áp tinh chỉnh cũng hoạt động như chiết áp nhưng nó có độ chỉnh "nhuyển hơn", ứng với một vòng quay số Ohm thay đổi tương ứng rất nhỏ.
Hình vẽ cho thấy các loại bóng đèn tim. Bóng đèn tim cũng là các điện trở, khi có dòng chảy qua tim đèn, tim đèn vốn là các sợi kim loại sẽ bị nung nóng, ở mức nóng cao, các sợi kim loại sẽ phát ra ánh sáng, để tránh sợi tim tiếp xúc với dưỡng khí nên người ta đặt các sợi tim trong các vỏ bọc thủy tinh trong đó không có dưỡng khí.
Hình vẽ cho thấy nhiệt trở, quang trở, loa gốm, loa điện động và còi báo.
* Nhiệt trở là điện trở có trị số Ohm thay đổi theo mức nóng.
* Quang trở là điện trở có trị số Ohm thay đổi theo mức sáng.
* Các loại loa dùng để chuyển đổi tín hiệu điện ra dạng sóng âm. Loa gốm, còi thường dùng phát tín hiệu nhạc, tín hiệu tiếng hú. Loa điện động dùng phát tín hiệu lời ca tiếng nói.
Dùng trình PSpice để khảo sát vai trò của các điện trở trong mạch:
Bạn có thể dùng trình PSpice để phân tích các mạch điện. Ở trạng thái tĩnh, trình PSpice sẽ xác định mức áp DC trên các đường mạch và xác định cường độ dòng điện chảy vào ra trên các chân của các linh kiện.
Chúng ta dùng PSpice để biết áp và dòng và rồi tính ra điện trở đẳng hiệu:
* 2 điện trở 10K mắc nối tiếp sẽ cho ra điện trở tương đương là 20K
* 2 điện trở 10K mắc song song sẽ cho ra điện trở tương đương là 5K
Một ứng dụng quan trọng của các điện trở là cầu chia volt. Với 2 điện trở mắc nối tiếp, chúng ta có thể lấy ra một phần mức áp của nguồn nuôi.
Trong mạch: trên điện trở R2, chúng ta lấy ra mức áp 1.579V từ nguồn nuôi 9V
Đồ thị cho thấy, khi nguồn vào cho biến đổi từ 0V đến 40V (đường màu xanh), PSpice tính ra cho chúng ta đường biến đổi của mức áp lấy ra trên điện trở R2 (đường màu đỏ). Với đồ thị này, khi Bạn cấp nguồn cho mạch, có mức áp trong khoảng từ 0V đến 40V, Bạn sẽ luôn có thể nhìn thấy được mức áp lấy ra trên R2. Ngược lại, khi Bạn muốn có mức áp lấy ra trên R2, dùng đồ thị này Bạn sẽ biết được phải cấp mức nguồn cho mạch là bao nhiêu. Dùng cách thiết kế theo các đồ thị như trên, quen gọi là cách thiết kế "đồ tính".
2. Tụ điện
Trong mạch: Tụ điện là các kho chứa điện năng theo mức áp
Tụ hóa là loại tụ có điện môi là một lớp oxid nhôm rất mỏng, tụ hóa có điện dung lớn và thường có cực tính âm dương. Khi gắn các tụ hóa có cực tính vào mạch điện, bên có mức áp cao là cực dương và bên có mức áp thấp là cực âm, gắn sai cực sẽ tạo dòng rĩ lớn và dòng rĩ sẽ làm nóng tụ và sẽ làm nổ tụ. Loại tụ hóa Tantalum là tụ có mức tiếng ồn rất nhỏ nên thường được dùng làm các tụ liên lạc ở các tầng đầu của các mạch khuếch đại. Khi cằm trên tay một tụ điện Bạn phải biết 2 tham số:
* Sức chứa điện của tụ, tính theo đơn vị Faraday.
* Sức chịu áp của tụ tính theo đơn vị Volt. Thường người ta ghi trên tụ mức áp làm việc WV
Vì tụ là phần tử kho dùng để chứa điện năng, nên khi làm việc nó có 2 quá trình: Quá trình nạp và quá trình xả. Các tụ trong mạch không bị đốt nóng như các điện trở. Khi rờ tay thấy có tụ điện bị nóng, đó là dấu hiệu "bất thường", phải tắt nguồn và kiểm tra mạch điện.
Tụ thường là loại tụ không có cực tính âm dương, điện môi thường là các chất cách điện, như mica, gốm, chất poly...Điện dung của các tụ thường thường không lớn, nhưng tụ thường có mức chịu áp cao. Người ta thường dùng tụ thường trong các mạch mà tần số nguồn kích thích cao.
Tụ xoay hay các tụ tinh chỉnh là các loại tụ điện mà điện dung của nó thay đổi được. Người ta thường dùng các tụ xoay trong các mạch cộng hưởng, chúng ta biết khi tụ C kết hợp với ống dây L sẽ tạo ra dạng mạch cộng hưởng dùng để tạo ra tín hiệu dạng Sin, có tần số lấy theo trị của tụ C và trị của cuộn cảm L, mạch cộng hường LC còn dùng làm bẩy sóng, dùng để bắt giữ các sóng điện có trong không gian.
Với các tụ dùng màu ghi trị điện dung, cách đọc trị điện dung cũng tương tự như điện trở.
Hình vẽ cho thấy ký hiệu của các tụ điện. Đơn vị của tụ là Faraday, nhưng trong thực tế thường là micro, nano và pico
Tụ vốn là các kho chứa điện, các hệ thức sau cho thấy cách tính lượng điện chứa trong tụ.
* Dòng điện chính là sự chảy của các hạt điện, trên các hạt điện nó mạng một lượng điện tích, với hệ thức Q = C x V, chúng ta có thể xác định được lượng điện tích Q chứa trong tụ C bằng cách lấy C nhân cho mức áp V hiện có trên tụ.
* Điện năng chứa trong tụ, tính theo Joule, nó là 1/2 của trị điện dung C và bình phương của mức áp V hiện có trong tụ. Hệ thức này cho thấy, mức áp trên tụ càng cao, cho biết tụ đang chứa lượng điện năng càng lớn. Do đó với các tụ hóa có trị điện dung C lớn, có mức áp WV làm việc cao, lượng điện năng chứa trong các tụ điện này sẽ rất lớn, nên khi làm việc với các loại tụ điện này, Bạn nên thận trọng, nên dùng một điện trở lớn Watt, vài trăn Ohm cho xả điện để tránh sự vô ý để tụ phóng điện có thể gây ra cháy da, cháy thịt.
Khi Bạn cho kích thích tụ với các nguồn điện xoay chiều dạng Sin, có tần số f, lúc đó tụ có tác dụng cản dòng, sức cản dòng của tụ C gọi là dung kháng. Hệ thức dưới đây, cho thấy cách tính dung kháng của tụ C với nguồn tín hiệu dạng Sin, có tần số f.
Hệ thức cho thấy: Với nguồn Sin có tần số f càng cao, dung kháng Xc của tụ càng nhỏ, hay dòng xoay chiều dạng Sin có tần số càng cao, càng dễ chảy qua tụ. Và đối với nguồn điện DC, có tần số f = 0Hz, dung kháng của tụ sẽ vô cùng lớn, chúng ta nói tụ có tác dung "như hở mạch" đối với nguồn DC. Do sức cản dòng của các tụ điện thay đổi theo tần số, do đó người ta dùng các tụ điện trong các mạch lọc tần. Trong môn điện tử các mạch lọc tần đóng vai trò rất quan trọng. Cơ bản có 4 loại mạch lọc tần:
1. Mạch lọc thấp qua, mạch lọc này lọc lấy các tín hiệu có tần số thấp: "lọc lấy thấp bỏ cao"
2. Mạch lọc cao qua, mạch lọc này lọc lấy các tín hiệu có tần số cao: "lọc lấy cao bỏ thấp"
3. Mạch lọc dãi qua, mạch lọc này lọc lấy các tín hiệu ở khoảng giữa, bỏ thấp, bỏ cao.
4. mạch lọc dãi chắn, mạch lọc này lọc lấy các tín hiệu có tần thấp, tần cao, bỏ các tín hiệu có tần số ở khoảng giữa.
Cũng như điện trở, với các tụ điện, chúng ta cũng có 2 cách mắc tụ, mắc nối tiếp và cách mắc tụ song song.
Hình dưới đây cho thấy cách tính tụ đẳng hiệu của cách mắc tụ nối tiếp và cách mắc tụ song song.
* Khi mắc các tụ nối tiếp, trị điện dung C của tụ tương đương nhỏ, "nghịch đảo của tụ tương đương bằng tổng ngịch đảo của các tụ mắc nối tiếp", nhưng sức chịu áp của tụ đẳng hiệu tăng.
* Khi mắc các tụ song song, trị điện dung C của tụ tương đương lớn, "điện dung của tụ tương đương bằng tổng trị điện dung của các tụ trong mạch", nhưng sức chịu áp của tụ phải tính theo sức chịu áp nhỏ nhất.
Khái niệm về thời hằng (hằng số thời gian)
Chúng ta thấy: Khi tụ điện ở thời kỳ nạp điện, dòng điện tích I chảy vào tụ C và lúc này mức áp Vc trên tụ điện tăng dần lên. Chúng ta có hệ thức dùng xác định cường độ dòng điện đang chảy vào tụ.
* Ở thời điểm khởi đầu: Khi mức áp trong tụ bằng 0V. Lúc này dòng điện chảy vào tụ có biên độ lớn nhất. Io = Vs/R
* Ở thời điểm đủ lâu: Khi mức áp trên tụ đã lên cao bằng mức áp của nguồn Vs, lúc này chúng ta nói tụ đã nạp đầy và dòng nạp Is = 0
* Ở thời điểm đang nạp: Lúc này dòng chảy vào tụ sẽ làm mức áp trên tụ dân cao dần và cường độ dòng điện cũng giảm dần.
Ở đây, qua phép toán, người ta thấy: Sau khoảng thời gian R x C, thì mức áp trên tụ C đã lên đến mức bằng 63% mức áp của nguồn. Người ta gọi R x C là hằng số thời gian.
Hình vẽ cho thấy: đường cong điện áp tăng dần lên khi tụ C ở thời kỳ nạp điện. Và bảng liệt kê mức áp trên tụ theo thời hằng R x C của mạch nạp. Có thể thấy sau 5 (RxC) thì mức áp trên tụ C đã gần bằng mức áp của nguồn.
Hình vẽ cho thấy: đường cong điện áp giảm dần xuống khi tụ ở thời kỳ xả điện. Và sau 5 (RxC), co8 th36 xem nh[ tu9 0a7 xa6 g25n h38t 0i39n
Do sức cản dòng của tụ thay đổi theo tần số của các tín hiệu dạng Sin, do đó tác dụng của các tụ liên lạc sẽ có dung kháng lớn đối với các tín hiệu có tần số thấp. Điều này sẽ gây méo đối với các nguồn tín hiệu "đa hài" có dạng xung vuông. Chúng ta biết: Các tín hiệu tần số thấp sẽ khóa qua tụ liên lạc, đều này sẽ tạo ra dạng méo hình thanh hay dạng méo xung nhọn.
Dùng trình PSpice để khảo sát vai trò của các tụ điện trong mạch:
Qua phân tích trên Bạn thấy dung kháng Xc của tụ điện thay đổi theo tần số của các nguồn tín hiệu, do vậy người ta có thể dùng các tụ điện làm mạch chia áp AC. Trong mạch, dùng tụ C1 và điện trở R1 ráp thành cầu chia volt, qua phân tích của trình PSpice, chúng ta thấy được mức áp AC lấy ra trên điện trở R1, ở đây tụ có trị điện dung càng nhỏ, dung kháng Xc của tụ càng lớn, mức áp trên điện trở R1 sẽ càng thấp. Với các mạch giảm áp bằng tụ, tụ điện còn gây ra sự lệch pha giữa tín hiệu Sin trên tụ C và trên điện trở R. Tóm lại khi dùng tụ làm mạch giảm áp AC, chúng ta dùng PSpice để biết:
* Mức áp lấy ra trên điện trở R, và cũng biết được mức áp có trên tụ điện C.
* Tính ra được góc lệch pha giữa nguồn tín hiệu Sin trên tụ C và trên điện trở R.
Khi khảo sát mạch RC với nguồn tín hiệu dạng xung vuông, lúc đó chúng ta có 2 kiểu mạch: mạch vi phân và mạch tích phân.
Mạch vi phân: Khi tín hiệu lấy ra trên điện trở R, Bạn xem hình, lúc đó chúng ta có quan hệ tín hiệu ngả ra và tín hiệu ngả vào qua một phép toán vi phân, dùng phép toán này, chúng ta sẽ thấy, khi tín hiệu ngả vào có dạng xung vuông thì tín hiệu ở ngả ra sẽ là 2 xung nhọn ngược dấu.
Mạch tích phân: Khi tín hiệu lấy ra trên tụ C, Bạn xem hình, lúc đó quan hệ tín hiệu ngả vào và tín hiệu ngả ra sẽ là phép toán tích phân. Lúc nầy nếu đặt tín hiệu xung vuông ở ngả vào, trên ngả ra chúng ta sẽ có xung tam giác cong.
Ý nghĩa của mạch vi phân và mạch tích phân: Với một xung vuông, chúng ta thấy có 2 thành phần rất rõ rệt: Phần cạnh đứng, hay bờ lên và bờ xuống, ở đây nó cho thấy có sự thay đổi biên độ rất đột ngột, thay đổi rất nhanh, người ta nói: "ở các cạnh lên xuống, nó tập trung rất nhiều các tín hiệu có tần số cao" và ứng với phần nằm ngang, hay mức thấp và mức cao, ở đây nó cho thấy có sự thay đổi biên độ rất chậm, người ta nói: "trong vùng này, nó tập trung các tín hiệu có tần số thấp". Vậy:
* Ở mạch vi phân: Chúng ta thấy, trong tín hiệu ngả ra, các bờ trước và bờ sau vẫn bảo toàn, phần biên độ mức cao và phần mức thấp bị giảm biên. Nên người ta nói: "mạch vi phân giữ lại vùng tần cao và lọc bỏ vùng tần thấp".
* Ở mạch tích phân: Chúng ta thấy, trong tín hiệu ngả ra, các bờ dóc trước và sau bị biến mất, và tín hiệu mức cao và mức thấp vẫn bảo toàn. Nên người ta nói: "mạch tích phân giữ lại vùng tần thấp và lọc bỏ vùng tần cao".
Sau đây, chúng ta cho khảo sát các dạng mạch lọc tần cơ bản thường dùng trong các mạch điện thực dụng, mạch lọc được ráp với tụ điện C và các điện trở R. Khi khảo sát tắc dụng lọc tần, nguồn tín hiệu cho kích thích mạch phải là nguồn dạng Sin.
Mạch lọc thấp qua: Đồ thị cho thấy, ở ngả ra biên độ các tín hiệu có tần số cao đã bị nén biên
Mạch lọc cao qua: Đồ thị cho thấy, biên độ các tín hiệu ở vùng tần số thấp đã bị nén biên.
Mạch lọc dãi qua: Đồ thị cho thấy, các tín hiệu nằm trong vùng tần thấp và vùng tần cao đã bị nén biên.
Mạch lọc dãi chắn: Đồ thị cho thấy, các tín hiệu nằm ở vùng giữa đã bị nén biên
3. Máy biến áp và mạch cấp nguồn 5V
Máy biến áp là một thiết bị điện từ, nó rất thông dụng trong các mạch điện. máy biến áp thường có 2 công dụng:
* Nó biến đổi mức áp bên cuộn sơ cấp ra mức áp bên cuộn thứ cấp cho phụhợp với tải. Thí dụ: Bạn dùng máy biến áp chuyển đổi điện nhà đèn 220V ra mức áp 9V.
* Nó có chức năng tạo cách ly giữa các linh kiện hàn trên bo mạch với đường nguồn AC của nhà đèn. Nhờ có tính cách ly, khi Bạn cho tay chạm vào bo mạch sẽ không bị điện giật, tính cách ly giữa an toàn cho người sử dụng.
Hình vẽ sau cho thấy các thành phần cần có trong một mạch nguồn nuôi DC. Điện vào 220V, cho qua biến áp để giảm áp và tạo tính cách ly. Kế đó dùng 4 diode ráp thành mạch cầu nắn dòng toàn kỳ. Dòng nắn ra có dạng còn nhấp nhô dợn sóng, Bạn phải dùng tụ hóa lớn làm kho chứa điện, nó có tác dụng làm giảm độ dợn sóng ngả ra, và sau cùng dùng IC ổn áp, nó định mức áp ngả ra và cho mức nguồn có tính ổn áp rất tốt.
Hình vẽ cho thấy một máy biến áp với mức áp ngả vào là điện nhà đèn 220V và mức áp ngả ra trên cuộn thứ cấp là 9V. Điện nhà đèn có dạng Sin, tần số 50Hz. Chúng ta thấy không có sự "dính nhau" giữa bên cuộn thứ và bên cuộn sơ, điện ra trên cuộn thứ là do hiện tượng cảm ứng điện từ. Mức áp ra tỷ lệ theo số vòng quấn, quấn càng nhiều vòng, mức áp lấy ra càng cao.
Mạch dùng 4 diode ráp theo dạng cầu, người ta dùng 4 diode để nắn dòng xoay chiều ra dạng dòng xung một chiều. Đây là kiểu nắn dòng toàn kỳ nên lượng điện cấp cho tải sẽ nhiều hơn kiểu nắn dòng bán kỳ. Hình vẽ cho thấy mức áp ở ngả ra tuy là một pha, ở đây là pha dương nhưng mức dợn sóng còn rất lớn, nó chưa có dạng giống như điện của các nguồn pin, nên chưa thể dùng để cấp điện cho các mạch điện điện tử.
Hình động cho thấy nguyên lý hoạt động của cầu nắn dòng dùng 4 diode: Mỗi pha luôn có 2 diode đối diện dẫn điện, nhờ vậy mạch luôn cho điện ra dùng điện xoay chiều ở ngả vào luôn đổi pha. Nhờ vậy mạch nắn dòng toàn kỳ cho lượng điện ra nhiều hơn là mạch nắn dòng bán kỳ.
Người ta dùng tụ hóa lớn làm kho chứa điện, tụ sẽ nạp các dòng xung nắn ra từ cầu 4 diode và vì là phần tử kho nên tụ sẽ giữ điện trong tụ để "có điện thường xuyên cấp cho tải". Ở đây tụ hóa lớn có 3 chức năng:
* Tụ hóa lớn sẽ làm giảm độ dợn sóng của nguồn, mức áp ít dợn sóng hơn.
* Tụ hóa lớn sẽ nâng cao mức nguồn DC, nâng mức nguồn DC lên gần bằng mức volt cực đại của tín hiệu Sin
* Tụ hóa lớn sẽ làm kho chứa điện để luôn có điện cấp cho tải, dù điện nhà đèn có lúc chuyển qua trị 0V.
Sau cùng, người ta thường dùng các IC có chức năng ổn áp để tạo ra đường nguồn có mức áp đúng yêu cầu và có mức nguồn rất thẳng để cấp cho tải. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều IC ổn áp. Với các IC ổn áp 3 chân họ 78xx, như: 7805, nó cho ra mức áp +5V và IC ổn áp 3 chân họ 79xx, như: 7905, nó cho ra mức áp -5V.
Sơ đồ trên cho thấy một mạch nguồn DC rất cơ bản, chúng ta phải hiểu rõ hoạt động của các loại mạch nguồn này, hư hỏng ở mạch nguồn nuôi sẽ làm cho thiết bị "chạy chập chờn" hay "chết máy".
4. Diode, Led
Trong mạch: diode dùng để nắn dòng, diode zener dùng để ổn áp và Led dùng biến đổi dòng điện ra ánh sáng
Diode vốn là van điện, dòng chảy theo chiều thuần thì mở cho dòng chảy qua, dòng chảy theo chiều ngược thì đóng, ngăn không cho dòng chảy qua. Vậy dùng diode có thể nắn dòng điện chảy theo hai chiều, quen gọi là dòng xoay chiều, thành dòng điện chảy theo một chiều. Do điện nhà đèn vốn là dòng xoay chiều, trong khi hầu hết các dạng thiết bị điện tử đều dùng nguồn một chiều, nên trong thiết bị người ta thường dùng diode để nắn dòng. Muốn có mạch nắn dòng toàn kỳ, người ta dùng cầu 4 diode. Hiện nay trên thị trường có bán rất nhiều dạng cầu diode, nó có 4 chân, trên đó ghi 2 chân là xoay chiều và chân + cho ra volt dương và chân - cho ra volt âm.
Khi cằm trên tay một diode, chúng ta phải biết dòng làm việc của nó và phải biết mức áp nghịch của diode. Một diode khi dẫn điện thường ghim lại mức áp khoảng 0.6V, và khi nghịch ngăn dòng không cho qua, thì trên diode sẽ chịu một điện áp nghịch rất lớn.
Diode zener có tính ổn áp. Trong mạch diode zener luôn ở trạng thái phân cực nghịch và làm việc ở trạng thái bị đánh thủng. Khi diode zener bị đánh thủng, nó sẽ có tính ghim áp, lúc này mức áp đưa vào có thay đổi nhưng mức áp lấy ra trên diode zener là không đổi. Trong mạch diode zener luôn dùng với một điện trở hạn dòng để tránh bị quá công suất. Trong nhiều mạch điện người ta dùng diode zener không có điện trở hạn dòng để làm mạch bảo vệ tránh trường hợp thiết bị bị quá áp.
Trong mạch này, người ta dùng diode cho mắc ngang cuộn dây của relay để bảo vệ transistor.Bảo vệ ra sao? Chúng ta biết, khi transistor dẫn điện, nó cấp dòng cho cuộn dây để tạo ra sức hút nam châm, hút lá kim để thay đổi vị trí của tiếp điểm. Nhưng khi transistor ngưng dẫn, nó cắt dòng cấp cho cuộn dây của relay, chính ngay lúc này, từ cuộn dây của relay sẽ "bung ra điện áp ứng", mức áp này thường có biên độ rất cao và dễ đánh thủng làm hư các mối nối bán dẫn. Để tránh điều tai hại này, người ta mắc ngang cuộc dây một diode dùng chống mức áp nghịch, diode sẽ vào trạng thái dẫn điện do có tính ghim áp, diode đã giữ cho mức áp ngang cuộn dây không thể tăng cao.
Led là linh kiện bán dẫn dùng biến đổi trực tiếp dạng điện năng ra dạng quang năng. Do Led là một diode, do đó khi dùng Led, Led phải ở trạng thái phân cực thuần. Hiện nay, Led rất được ưa dùng trong nhiều thiết bị.
Led có nhiều ưu điểm:
* Led có hiệu suất cao, do chuyển đổi trực tiếp điện ra quang nên Led cho hiệu suất rất cao.
* Led có quán tính nhỏ nên có động tính rất nhanh, người ta dùng Led trong các bảng đèn hiển thị hình ảnh, con chữ...
* Led có thể làm việc ở mức áp thấp, ăn dòng nhỏ nên hiện rất thông dụng trong các máy sách tay.
* Led cho ra dạng ánh sáng nhiều màu, nên người ta dùng Led trong các bảng đèn quảng cáo.
Trong mạch, người ta thường dùng một điện trở cho mắc nối tiếp với Led để định mức dòng làm việc của Led. Bạn có thể dùng luật Ohm để tính được trị số Ohm của điện trở định dòng. Với dòng làm việc của các Led là 10mA, Led có mức ghim áp thường trên dưới 2V, Vậy với mức nguồn cấp cho mạch là 9V, điện trở R trong mạch sẽ được xác định theo hệ thức: R = (9V - 2V) / 10mA = 0.7K hay lấy điện trở 680 Ohm
Hiện nay Led đôi cho ra 3 chân cũng rất thông dụng (bạn xem hình), với Led đôi chúng ta có thể cho ra 3 màu, dùng chỉ 3 trạng thái của thiết bị. Nếu chỉ cấp nguồn volt dương cho chân a1 thì Led sẽ phát ra tia sáng màu đỏ. Nếu chỉ cấp nguồn volt dương cho chân a2 thì Led sẽ phát ra tai sáng màu xanh lá, và nếu cả 2 Led đều được cấp nguồn, lúc này Led sẽ phát ra tia sáng màu vàng (do tia đỏ kết hợp với tia xanh lá cho ra tia sáng màu vàng). Bạn nhở khi dùng Led đôi, mỗi Led phải dùng một điện trở hạn dòng riêng.
Hình trên cho thấy cách tính điện trở định dòng làm việc của Led. Với các Led mắc nối tiếp, chúng ta sẽ cho cộng tất cả các mức ghim áp của từng led lại rồi dùng luật Ohm để tính ra điện trở định dòng, dòng làm việc của các Led thường lấy trong khoảng từ 5mA đến 15mA là đủ sáng. Không nên để Led làm việc với mức dòng quá lớn, Led sẽ dễ bị hư.
Sau đây là bảng tham khảo, cho thấy các tham số thường dùng của các loại Led.
Người ta còn dùng nhiều Led sắp xếp lại để tạo ra các bộ hiển thị, như: Thanh Led, Led số dùng mã 7 đoạn, Led chữ, Led ma trận.
Bạn xem cách cho hiện hình các con số thập phân 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 trên đèn số Led mã 7 đoạn.
Bạn thấy có 7 Led tạo ra hình chữ nhật 日, và mỗi Led được đặt tên là a, b, c, d, e, f, g, việc tắt mở các Led này sẽ làm hiện ra các con số:
* Để hiện ra số 0, chúng ta tắt Led g.
* Để hiện ra số 1, chúng ta cho sáng Led b và Led c.
* Để hiện ra số 2, chúng ta cho sáng các Led, a, b, g, e, d.
* Để hiện ra số 3, chúng ta cho tắt các Led, e, f.
* Để hiện ra số 4, chúng ta cho sáng các Led, f, g, b, c.
* Để hiện ra số 5, chúng ta cho tắt các Led, b, e.
* Để cho hiện ra số 6, chúng ta cho tắt Led b, hay tắt Led a, Led b.
* Để cho hiện ra số 7, chúng ta cho sáng các Led, a, b, c.
* Để cho hiện ra số 8, chúng ta cho sáng cả 7 Led.
* Để cho hiện ra số 9, chúng ta tắt Led e, hay tắt Led d và Led e
5. Transistor npn và pnp
Transistor có nhiều loại, ở đây chúng ta nói đến loại transistor 2 mối nối, quen gọi là Bi-Junction Transistor, hay BJT. Trong transistor này có 2 mối nối NP+PN hay PN+NP, hay NPN và PNP. Transistor có 3 chân:
* Chân E (Emitter) là chân dùng để phun ra các hạt mang điện. Với transistor NPN, chân E phun ra dòng điện tử và với transistor PNP chân E phun ra dòng lỗ (dòng lỗ là chuyển động biểu kiến của các hạt điện tử chuyển dời trên các nối trống).
* Chân C (Collector) là chân dùng để thu gôm các hạt điện phun ra từ chân E. Với transistor NPN, nó thu gôm các hạt điện tử và với transistor PNP nó thu gôm các hạt lỗ.
* Chân B (Base) là chân dùng để điều khiển dòng điện chảy trong transistor, chảy từ chân E vào chân C.
Khi dùng transistor làm linh kiện khuếch đại tín hiệu, chúng ta cho phân cực thuận mối nối B-E và phân cực nghịch mối nối B-C. Lúc này tín hiệu đưa vào là mức áp tăng giảm trên chân B, nó sẽ tác động vào dòng chảy trong transistor, tín hiệu lấy ra có thể trên chân E hay trên chân C.
Hình vẽ dưới đây cho thấy ký hiệu của transistor, với loại transistor NPN, mũi tên trên chân E chỉ ra và với loại PNP mũi tên trên chân B chỉ vào.
Transistor BJT cũng có nhiều chủng loại, có nhiều kiểu chân. Khi cằm một transistor, chúng ta phải biết:
* Nó là transistor cao tần hay âm tần.
* Transistor khuếch đại analog hay transistor đóng mở digital hay transistor khóa switching
* Transistor công suất nhỏ hay công suất trung bình hay transistor công suất lớn.
* Transistor có độ lợi dòng lớn hay nhỏ.
* Transistor có mức áp bão hoà nhỏ hay bình thường...
Có thể xem một transistor như 2 diode (nhưng không thể dùng 2 diode ghép lại để tạo ra một transistor). Do vậy khi kiểm tra một transistor, chúng ta thường dùng Ohm kế đo tính thuật nghịch của 2 diode này. Chúng ta còn biết: Diode ở mối nối BE có tính chịu áp nghịch thấp thường khoảng dưới 10V, diode ở mối nối CB thường có tính chịu áp nghịch cao, thường trên 60V đến vài ngàn volt.
Hình vẽ dưới đây cho thấy: Dòng điện bên chân B rất nhỏ, nó có thể điều khiển dòng điện rất lớn bên chân C, đó chính là tính khuếch đại của các transistor. Chúng ta đưa một tín hiệu có công suất nhỏ vào chân B, chúng ta có thể nhận được một tín hiệu lớn hơn, mạnh hơn trên chân C. Do đó, chân B gọi là ngả vào và chân C gọi là ngả ra. Khi dùng một transistor làm tầng khuếch đại, chúng ta thường thiết kế theo trình tự sau:
Thứ nhất: Phải lấy đúng phân cực DC. Với transistor NPN, mức volt trên chân B cao hơn E khoảng một diode, mức volt chân C phải cao hơn chân B.
Thứ hai: Tìm cách đưa tín hiệu vào mạch khuếch đại và tìm cách thu lại tín hiệu ở ngả ra. Có các kiểu vào ra như sau:
* Cho tín hiệu vào chân B và lấy tín hiệu ra trên chân C
* Cho tín hiệu vào chân B và lấy tín hiệu ra trên chân E
* Cho tín hiệu vào chân E và lấy tín hiệu ra trên chân C.
Vậy chân B luôn là ngả vào và chân C luôn là ngả ra, chỉ có chân E có thể lúc làm ngả vào và lúc làm ngả ra.
Thứ ba: Dùng kỹ thuật hồi tiếp để hoàn thiện mạch khuếch đại
Chúng ta biết, trong chế tạo, một transistor cho độ lợi dòng lớn thì công suất không lớn, một transistor công suất lớn thì hệ số khuếch đại dòng nhỏ. Vậy để có các transistor vừa có công suất lớn, vừa có độ lợi dòng lớn, người ta dùng cách ghép phức hợp còn gọi là cách ghép Darlington.
Transistor phức hợp sẽ cho hệ số khuếch đai dòng rất lớn và có công suất lớn.
Hình vẽ sau cho thấy transistor BJT có thể được dùng như một một biến trở chỉnh theo mức áp. Lúc này chân C không phân cực, chân CE xem như một biến trở, tín hiệu có thể qua lại theo hai chiều, nội trở CE sẽ thay đổi theo mức áp cao thấp trên chân B. Người ta thường dùng transistor theo kiểu này ở mạch ALC (Automatic Level Control), nó có tác dụng ổn định biên độ tín hiệu lúc máy ở mode ghi băng.
Người ta thường dùng transistor theo kiểu, tín hiệu tác động trên chân B và tải đặt trên chân C.
Mạch trên cho thấy, người ta dùng điện áp điều khiển đưa vào chân B và đóng mở dòng chảy ra trên chân C, dùng dòng này để kích thích một relay đặt trên chân C.
* Khi chân B có mức áp cao hơn 0.6V, khoảng 1V, thì transistor sẽ vào trạng thái bão hòa, dòng chảy ra trên chân C sẽ cấp cho cuộn dây trong relay, relay hút lá kim xuống và thay đổi vị trí của các tiếp điểm lá kim.
* Khi chân B mất áp, hay 0V thì transistor sẽ vào trạng thái ngưng dẫn, lúc này sẽ không có dòng chảy ra trên chân C, cuộn dây trong relay mất dòng, tiếp điểm lá kim bị nhã ra, nó lại thay đổi vị trí của tiếp điểm lá kim.
Do cuộn dây vốn là một kho chứa điện năng theo dạng dòng, nên khi có dòng điện chảy qua cuộn dây sẽ được nạp điện năng, và khi cuộn dây bị cắt dòng, lượng điện năng chứa trong cuộn dây sẽ hoàn trả lại cho mạch, nó hoàn trả điện năng dưới dạng phát ra điện áp ứng có biên rất cao, mức áp này có thể làm hư các linh kiện bán dẫn trong mạch, do đó ngang relay, người ta phải gắn một diode bảo vệ.
Có thể dùng quang trở gắn trên chân B để đóng mở Led đặt trên chân C.
* Trong hình bên trái, khi quang trở bị chiếu sáng, nó cho nội trở nhỏ, làm giảm mức áp trên chân B, nên transistor vào trạng thái tắt và không có dòng chảy ra trên chân C, nên Led tắt. Và khi quang trở bị che sáng Led sẽ sáng.
* Trong hình bên phải thì ngược lại. Khi quang trở được chiếu sáng, nó sẽ giảm nội trở làm tăng mức áp trên chân B, transistor dẫn điện, Led sáng và khi bị che sáng thì Led tắt.
Trong mạch, chiết áp 10K dùng chỉnh độ nhậy của mạch.
6. Các cổng Logic
Logic là gì?
Logic là một kiểu luận lý, là một kiểu lập luận cho thấy mối quan hệ tất yếu giữa các nguyên nhân đưa đến một kết quả xác định. Logic đơn giản nhất là đóng khóa điện thì bóng đèn sáng, hở khóa điện thì bóng đèn tắt. Mở 2 mắt thì thấy đường, nhắm một mắt cũng còn thấy đường, chỉ khi nhắm cả 2 mắt thì mới không thấy đường. Trong mạch điện có 3 logic cơ bản, đó là: Logic AND, logic OR và logic NOT.
Logic AND có thể diễn tả theo mô hình các khóa điện cho mắc nối tiếp. Logic AND có thể phát biểu như sau: Có 4 khóa điện ḿăc nối tiếp, chỉ khi cả 4 khóa điện cùng đóng kín bóng đèn mới sáng và chỉ cần một khóa điện hở là đèn sẽ tắt.
Logic OR có thể diễn tả theo mô hình các khóa điện cho mắc song song. Logic OR có thể phát biểu như sau: Có 4 khóa điện mắc song song, chỉ khi cả 4 khóa điện đều hở lúc đó đèn mới tắt, chỉ cần một khóa điện đóng kín là đèn sẽ sáng.
Logic NOT có thể diển tả theo mô hình khóa điện mắc song song với bóng đèn. Logic NOT có thể phát biểu như sau: Khi khóa đèn hở thì đèn sẽ sáng và khi khóa điện đóng kín thì đèn mất áp và sẽ tắt.
Bạn biết chỉ cần có 3 dạng logic đơn giản này mà người ta đã tạo ra một vương quốc kỹ thuật số, với biết bao thành tựu không thể tưởng tượng nỗi.
Bảng chân giá cho thấy: chỉ khi các ngả vào đều ở bit 1 thì ngả ra mới ở bit 1, chỉ cần một ngả vào ở bit 0 thì ngả ra sẽ ở bit 0. Trong mạch điện, bit 0 ứng với mức volt thấp và bit 1 ứng với mức volt cao.
Hình vẽ sau cho thấy ký hiệu của 2 cổng logic cơ bản là NOT và AND, và khi kết hợp 2 cổng logic này chúng ta có thể tạo ra một cổng logic rất hữu dụng khác là logic NAND. Sau này người ta dùng logic NAND làm logic nền, vì nó dễ chế tạo, giá thành thấp, do đó người ta dùng sự kết hợp của các cổng logic NAND để tạo ra các kiểu dạng logic thông dụng khác.
Từ các cổng Logic cơ bản trên, người ta còn tạo ra các cổng Logic thông dụng khác. Đó là Logic NOR, Logic Ex-OR hay Dị-OR
Từ bảng chân trị của cổng logic Dị-OR, chúng ta thấy: Chỉ khi 2 ngả vào ở trạng thái bit khác nhau luć đó ngả ra mới là bit 1, khi 2 ngả vào ở trạng thái bit giống nhau thì ngả ra là bit 0
Thêm tầng đảo ở ngả ra của cổng Dị-OR, chúng ta có cổng Dị-NOR, phát biểu của cổng Dị-NOR ngược lại với cổng Dị-OR.
Dưới đây là bảng chân giá của các kiểu cổng logic cơ bản. Bảng dùng cho kiểu cổng 3 ngả vào và kiểu cổng 2 ngả vào.
Các cổng logic kết hợp
Đây là cổng logic AND có 2 ngả vào, trước đó trên một ngả vào, tín hiệu đã cho qua tầng đảo. Kết quả ngả ra của cổng logic kết hợp này cho thấy ở bảng chân giá. Chúng ta thấy: Chỉ khi ngả vào A ở bit 1 và ngả vào B ở bit 0 thì ngả ra mới ở bit 1.
Trong cổng logic này, A, B là ngả vào của cổng logic NOR, B, C là ngả vào của cổng logic AND, D, E là ngả vào của cổng logic OR và bảng chân trị cho thấy trạng thái của các ngả vào ngả ra của cổng logic kết hợp.
Hình vẽ dưới đây cho thấy người ta có thể dùng cổng logic NAND để tạo ra các kiểu cổng logic khác.
Để có kiểu cổng logic kết hợp này, chúng ta có thể tạo ra từ cổng logic NAND, bạn xem hình bên dưới.
Nói với Bạn: Trong các mạch điện logic, dù mạch đơn giản hay phức tạp, tín hiệu luôn xuất hiện ở dạng bit 0, và bit 1, qua các quan hệ qua các kiểu cổng logic, chúng ta luôn xác định được trạng thái bit trên các ngả vào ngả ra, đó là một đặc điểm của loại mạch logic.
Các dạng mạch điện ứng dụng cơ bản
Hình chụp dưới đây cho thấy các dụng cụ thiết yếu của người chơi môn điện tử, cây hàn, chì hàn, cây hút chì, kèm cắt kèm mỏ nhọn, máy khoan lỗ.... Dĩ nhiên không thể không có máy đo VOM và các bo mạch dùng lắp ráp các kiểu mạch điện.
Hai dạng máy đo luôn có trên bàn thợ: Máy đo kim hiển thị các đại lượng theo dạng analog và máy đo số hiển thị theo dạng digital.
Các dạng bo dùng ráp mạch: bo cắm đa năng, dùng ráp thực nghiệm, bo lỗ dùng dây nối mạch và bo mạch in.
Giải thích các mạch điện thực hành cơ bản:
Viết đến đây, tôi muốn dừng lại "tâm sự" với các Bạn thích chơi môn điện tử. Theo tôi, chung quanh chúng ta luôn tồn tại 2 thế giới, đó là thế giới thông tin và thế giới thật.
* Thế giới thông tin, liên quan đến thông tin có trong các bài viết, và liên quan đến các cách trình bày: viết bài trên giấy, biểu diễn bài học bằng phim ảnh, nghe giảng trong lớp, trao đổi kinh nghiệm với các Bạn thợ...Với các phương tiện ngày một tiến bộ, các ý tưởng sẽ càng được diển đạt hấp dẫn hơn, đa dạng hơn, nhiều Bạn xem và đọc cảm thấy rất dễ hiểu, rất tường minh...nhưng nó vẫn chỉ là phạm trù thuộc thế giới thông tin mà thôi. Nói như vậy có nghĩa là không thể chỉ có đọc nghe hiểu là đã có thể làm được các thứ mình muốn.
* Thế giới thật, nó có liên quan đến đôi tay, đến công việc làm, đến các sản phẩm do chính chúng ta làm ra. Nó là thực tế của cuộc sống. Do vậy, Bạn phải làm và làm cho được các thứ mà mình muốn. Nếu chưa làm được và không cố gắng học làm, thì mọi thứ cũng chỉ có trên "trang giấy mà thôi". Cái bệnh nói nhiều mà làm không xong này, ngày nay nhiều Bạn trẻ dễ bị dính lắm. Một lần nữa tôi muốn nói "hãy bắt tay vào làm cho ra cái mình muốn, đó mới là cuộc sống thật của người chuyên viên điện tử vậy".
Trong mạch này, ic 555 ráp thành mạch dao động tạo xung nhịp, tần số xung nhịp phụ thuộc vào điện trở 100K, biến trở 1M và tụ 10uF. Vậy khi Bạn điều chỉnh biến trở sẽ làm thay đổi tần số xung nhịp. Tín hiệu dạng xung lấy ra trên chân số 3 đưa vào chân số 14 của ic 4017. Chúng ta biết ic 4017 là ic đếm hệ thập phần, mỗi lần có một xung vào trên chân số 14 thì trên 1 trong 10 ngả ra sẽ nhẩy lên mức áp cao và làm sáng Led. Các mức áp cao lần lượt cho ra trên các chân: 3 (0), 2 (1), 4 (2), 7 (3), 10 (4), 1 (5), 5 (6), 6 (7), 9 (8), 11 (9). Trong bảng Bạn phân phối trạng thái sáng tắt của các Led đỏ-vàng-xanh theo trình tự của đèn giao thông và dùng các diode 1N4148 gắn vào các đường ra để có trạng thái sáng theo bảng. IC 4017 làm việc với chân số 8 cho nối masse và chân 16 cho nối nguồn V+. Chân chống đếm 13 cho nối masse và trên chân 15 đặt mạch reset để mỗi lần mở điện, ic đếm sẽ khởi đầu từ trị số 0.
Nguyên lý làm việc của mạch này cũng giống như mạch điện trên, mạch dùng ic timer 555 tạo xung nhịp, với trị của tụ 0.01uF đặt trên chân số 2, xung nhịp sẽ có tần số cao. Xung này lấy ra trên chân số 3 và cho vào trên chân 14 của ic 4017 dùng đếm hệ cơ 10. Chúng ta bố trí 7 Led và các diode 1N4148 tạo thành hình con xúc xắt, hay hột xí ngầu, Bạn xem hình.
Bình thường chân số 13 cho treo lên mớc áp cao với điện trở 10K, nên nó ở trạng thái chống đếm, xung vào trên chân số 14 không có tác dụng đến các ngả ra, khi Bạn bấm nút nhấn cho chân số 13 nối masse, xung vào trên chân 14 sẽ làm cho các Led nhấp nháy rất nhanh, và ngay khi Bạn bỏ nút nhấn ra thì mạch đếm dừng nhẩy và sẽ cho hiện ra một trong 6 con số, đó là: Nhất - Nhị - Tam - Tứ - Ngũ - Lục. Điều này mô phỏng trò chơi ném hạt xí ngầu trong đĩa và mặt nào hiện ra hoàn toàn có tính ngẩu nhiên.
Cũng với ic 555 tạo xung nhịp, xung ra trên chân số 3 và cho vào chân 14 của ic 4017 dùng đếm hệ cơ 10, chúng ta sẽ lần lượt có mức volt cao xuất hiện trên các chân 3, 2, 1, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11. Chúng ta dùng các diode 1N4148 lấy xung trên các chân ra cho kích thích chân B của một transistor và dùng dòng điện chảy ra trên chân C để kích sáng một bóng đèn tim. Với cách sắp xếp kiểu nhấp nháy như hình trên, chúng ta sẽ có sự chớp sáng của một đèn tháp, có thể dùng đèn này làm đèn tín hiệu dùng trong đêm tối. Mạch rất đơn giản, cơ hội ráp thành công gần như 100%. Hãy thử xem!
Cơ bản, mạch này cũng là mạch tạo xung nhịp, cho mức áp cao lần lượt xuất hiện trên các ngả ra 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, ...Trên các chân này chúng ta gắn các Led với điện trở hạn dòng, trong mạch dùng 8 Led và sắp theo hình trái tim, và như vậy khi mạch được cấp điện các Led này sẽ lần lượt phát sáng, và chúng ta sẽ có hình trái tim với các điểm sáng nhấp nháy quay vòng. Dĩ nhiên Bạn cũng có thể dùng các điểm Led này sắp xếp theo các hình ảnh khác, và trên một chân ra của ic 4017 cũng có thể dùng nhiều Led. Ở chợ điện tử Nhật Tảo, người ta dùng mạch này làm các đèn hào quang với các vòng Led nhấp nháy rất đẹp.
Mạch dùng ic 4060B đếm xung nhịp theo kiểu dợn sóng, do trong IC này đã có mạch dao động tạo xung nhịp nên không cần đưa xung nhịp từ bên ngoài vào. Tần số xung nhịp có thể điều chỉnh với biến trở 47K. Chúng ta có thể dùng xung ra trên các chân 4, 5 và 6 có tần số xung nhịp khác nhau để kích sáng các dãy Led nhấp nháy theo nhịp khác nhau, chúng ta dùng mức volt cao thấp ra trên các chân này để kích thích các đèn Led. Với mức áp cao, dãy Led bên dưới sẽ sáng và với mức volt thấp dãy Led bên trên sẽ sáng. Bây giờ Bạn cho bố trí các Led trên các hình ảnh, dùng sự nhấp nháy của các Led để làm cho hình sống động hơn, nhất là về đêm.
Ghi nhớ: Nếu dùng nguồn nuôi volt cao, trên các dãy Led Bạn nên thêm điện trở hạn dòng, không để dòng qua Led quá lớn, dễ làm hư Led hay hư ic 4060B.
Mạch này cũng dùng ic 4060B làm việc như mạch trên, các dãy Led có nhịp nhấp nháy nhanh chậm khác nhau lấy ra trên các chân 4, 5, 6 cho bố trí trên cây thông Giáng sinh, nó làm cho cây thông thêm phần sinh động khi về đêm. Dĩ nhiên, Bạn cũng có thể bố trí các dãy đèn Led này trên các vật thể khác, như trang trí bàn thờ, trang trí trên hòn non bộ, trang trí trên các bảng hiệu...Mạch dùng ít linh kiện nên rất tiện dụng, phải không?
Phụ lục
Sau đây là các bảng tra, giúp Bạn biết chức năng, biết công dụng của các IC logic thông dụng
Tạm kết
Bài viết này dành cho các Bạn mới thích chơi môn điện tử, bài viết đã quá dài, tôi tạm dừng ở đây. Khi có dịp chúng ta sẽ lại tiếp tục "nói về cách học điện tử sao cho thật lý thú, sao cho có hiệu quả cao nhất", Hẹn gặp Bạn trong các bài viết khác.
