Đề tài Thiết kế chế tạo mô hình giảng dạy điện tử cơ bản cho ngành công nghệ ô tô (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Thiết kế chế tạo mô hình giảng dạy điện tử cơ bản cho ngành công nghệ ô tô (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY ĐIỆN TỬ CƠ BẢN CHO NGÀNH CÔNG NGHỆ Ô TÔ MÃ SỐ T2010 - 24 S K C 0 0 3 0 3 1 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2011
2. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường LỜI NÓI ĐẦU Giáo dục đóng vai trò trong việc gìn giữ và truyền bá nền văn minh nhân loại. Trong thời đại cuộc cách mạng khoa học công nghệ ngày nay, tiềm năng tri thức, trí tuệ đang trở thành động lực chính của sự phát triển. Và giáo dục – đào tạo được coi là nhân tố quyết định vị thế của mỗi quốc gia trên trường quốc tế cũng như vị thế của của mỗi người trong cuộc sống của mình. Do đó, Đảng và Nhà nước ta đánh giá cao vai trò của giáo dục – đào tạo và xem giáo dục – đào tạo là quốc sách hàng đầu. Với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, cùng với quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước hiện nay đòi hỏi phải có nhũng con người mới, những con người được trang bị đầy đủ những kiến thức để có thể gánh vác được nhiệm vụ của thời đại. Để đáp ứng được nhu cầu đó nền giáo dục nước ta đang từng bước đổi mới cả về chương trình đào tạo và phương pháp giảng dạy ở các trường đại học trong cả nước. Cùng với sự phát triển của nền công nghiệp ô tô thế giới thì các tập đoàn ô tô nước ngoài đã không ngừng đầu tư vào thị trường Việt Nam, mặt khác các chủng loại, kiểu dáng ngày càng đa dạng hơn, đáp ứng được nhu cầu thị hiếu của người sử dụng. Bên cạnh những nhu cầu về tiện nghi, kiểu dáng, công suất, tính kinh tế, khi sử dụng ô tô thì nhu cầu sửa chữa khắc phục các hư hỏng để duy trì tuổi bền sử dụng ô tô là nhiệm vụ rất quan trọng. Một chiếc xe hiện đại cấu thành bởi nhiều hệ thống phức tạp và chúng đều được điều khiển bằng điện tử, do đó để hiểu được các hệ thống điều khiển đòi hỏi người kỹ sư có một nền tảng vững chắc để có thể khắc phục các hư hỏng một cách hiểu quả cho từng bộ phận của hệ thống điện. Trước nhu cầu thực tế này, người nghiên cứu đã chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy điện tử cơ bản cho ngành công nghệ ô tô” bên cạnh mục đích trang bị cho người học kiến thức cơ bản về các linh kiên điện tử sử dụng trên ô tô và cách tính toán sử dụng các linh kiện một cách hiệu quả vào chuẩn đoán sửa chữa các hệ thống điều khiển điện tử trên xe, kết quả đề tài được xây dựng dựa trên cơ sở tích cực hóa người học nhằm tăng cường khả năng tự học, tự khám phá cho sinh viên ngành công nghệ ô tô. KS. Vũ Đình Huấn Trang 1
3. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường ĐH SPKT TP HCM Đơn vị: Cơ Khí Động Lực THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy điện tử cơ bản cho ngành công nghệ ô tô - Mã số: T2010-24 - Chủ nhiệm: KS Vũ Đình Huấn - Cơ quan chủ trì: ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM - Thời gian thực hiện: từ 25/03/2010 đến 15/ 01/2011 2. Mục tiêu: Chế tạo sa bàn thực tập điện tử cơ bản và xây dựng các bài thực tập 3. Tính mới và sáng tạo: xây dựng tài liệu và bộ thí nghiệm cho sinh viên tự học là chính 4. Kết quả nghiên cứu: Sa bàn và các bài thực tập điện tử cơ bản trên mô hình 5. Sản phẩm: Bộ mô hình thực tập điện tử cơ bản 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: sử dụng sa bàn thực tập điện tử cơ bản để giảng dạy điện tử cơ bản trong môn thực tập điện ô tô 1 cho sinh viên ngành Cơ Khí Động Lực Ngày tháng năm Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên) KS. Vũ Đình Huấn Trang 2
4. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Design and make fundamental electronic module for automotive engineering major. Code number: T2010-24 Coordinator: Vu Đinh Huan Implementing institution: The HCM City University of Technical Education Duration: from 03/25/2010 to 01/15/2011 2. Objective(s): Making fundamental electronic module and marerials 3. Creativeness and innovativeness: student can study fundamental electronic base on module indepently 4. Research results: Fundamental electronic module and marerials 5. Products: Fundamental electronic module 6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability: transfer research results to Automotive Engineering Faculty to teach fundamental electronic in pratising Automotive electric subject. KS. Vũ Đình Huấn Trang 3
5. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường MỤC LỤC Số Trang PHẦN I. MỞ ĐẦU 6 PHẦN II. NỘI DUNG 8 Chƣơng 1: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 8 1.1 Điện trở: 8 1.1.1 Định nghĩa và cách ghép điện trở: 8 1.1.2 Phân loại và cách chọn giá trị điện trở: 9 1.2 Tụ điện: 18 1.2.1 cấu tạo và cách ghép tụ điện: 18 1.2.2 phân loại, cách đo kiểm 19 1.3 Diode: 23 1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: 23 1.3.2 phân loại và cách đo kiểm 25 1.4 TransiStor: 33 1.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 33 1.4.2 Phân loại và cách đo kiểm 39 1.5 Scr: 48 Chƣơng 2: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BIỂU MẪU PHIẾU HƢỚNG DẪN CÔNG TÁC THỰC HÀNH: 53 2.1 Đạ i cương về phiế u dạ y họ c : 53 2.2 Các dạng phiế u dạ y họ c : 54 Chƣơng 3: CÁC PHIẾU THỰC HÀNH: 60 3.1 Bài 1: Hướng dẫn sử dụng thiết bị đo: 60 3.2 Bài 2: Diode Bán Dẫn 70 3.3 Bài 3: Diode Zener 73 3.4 Bài 4: Transistor: 75 KS. Vũ Đình Huấn Trang 4
6. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường 3.5 Bài 5: SCR 78 3.6 Bài 6: Mạch ổn áp dùng IC 78XX: 79 3.7 Bài 7: Cổng logic 80 3.8 Bài 8: Mạch so sánh sử dụng IC LM358 87 3.9 Bài 9: Mạch tạo dao động dùng IC 555 89 PHẦN III: KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 KS. Vũ Đình Huấn Trang 5
7. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường PHẦN I. MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1.2.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay ô tô được sử dụng rộng rãi như một phương tiện tham gia giao thông thông dụng. Ô tô hiện đại nhằm cung cấp tối đa về mặt tiện nghi cũng như tính năng an toàn cho con người khi sử dụng. Ô tô ngày nay không chỉ đơn giản là phương tiện đi lại mà nó còn là thiết bị tiện nghi, an toàn phục vụ các nhu cầu của con người. Các tiện nghi được sử dụng trên xe hiện đại ngày càng phát triển, hoàn thiện và giữ vai trò hết sức quan trọng đối với việc đảm bảo nhu cầu của khách hàng như nghe nhạc, xem truyền hình. Tuy nhiên hệ thống càng hiện đại thì khả năng tiếp cận nó càng khó khăn khi xảy ra hư hỏng. Một sinh viên ngành công nghệ ô tô cần phải trang bị cho mình những kiến thức cơ bản nhất về tất cả các hệ thống trên ô tô. Đặc biệt là hệ thống điều khiển tự động trên ô tô mà ngày nay, sự tiếp cận tìm hiểu cũng như chuẩn đoán sửa chữa ngày càng gặp rất nhiều khó khăn. Vì vậy việc trang bị cho học sinh về kiến thức lý thuyết và thực hành điện tử cơ bản là điều hết sức quan trọng và cần thiết. Mặt khác các bài thực hành điện tử ô tô cho các bạn sinh viên ngành Cơ Khí Động Lực hiện nay chưa hoàn chỉnh cho nên tôi chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình giảng dạy điện tử cơ bản cho ngành công nghệ ô tô ” nhằm giúp các bạn sinh viên hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động, cách đo kiểm các linh kiện điện tử và từ đó áp dụng đo kiểm trên các mạch điều khiển trên ô tô. 1.2.2 Lợi ích của việc làm đề tài Lợi ích cho bản thân: Hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của từng linh kiện điện tử cơ bản Đo kiểm được các linh kiện và mô phỏng hoạt động của các linh kiện điện tử Có thể đo kiểm các mạch điều khiển trên ô tô như hộp ECU động cơ, ECU điện thân xe. Lợi ích cho khoa: Nhằm giúp cho khoa có thêm tài liệu để giảng dạy về điện tử trên ô tô. KS. Vũ Đình Huấn Trang 6
8. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường Tạo điều kiện thuận lợi cho những sinh viên khóa sau có tài liệu để việc thực hành tốt hơn. Nhằm nâng cao chất lượng, uy tín của khoa Cơ khí Động lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM. Lợi ích cho trƣờng : Với mục tiêu đào tạo của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM là “nâng cao chất lượng đầu ra” với đề tài này tôi cũng mong góp phần ít nhiều trong việc đạt được mục tiêu của trường Nhằm nâng cao kiến thức về các hệ thống điều khiển tự động trên ô tô cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực sau khi tốt nghiệp, nhằm giúp cho sinh viên Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nâng cao vị thế hiện có của mình nói chung và của khoa Cơ khí Động lực nói riêng. 1.2 Phƣơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết về các linh kiện điện tử. Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sa bàn thực hành điện tử. Nghiên cứu thiết kế các bài thực hành. 1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Các linh kiện cơ bản sử dụng trong các mạch điều khiển tự động trên ô tô. 1.4 Nội dung nghiên cứu: Các linh kiện cơ bản sử dụng trên ô tô. Nghiên cứu thiết kế mô hình sa bàn thực hành. Xây dựng các bài thực hành trên sa bàn. KS. Vũ Đình Huấn Trang 7
9. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường PHẦN II:NỘI DUNG CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 1.1 Điện trở: 1.1.1 Định nghĩa và cách ghép điện trở: Định nghĩa điện trở: - Theo định luật Ohm khi một dòng điện I chảy qua một điện trở R, thì hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở này là: V(volt) =R(ohm).I(ampe). Vì lí do này, ta có thể gọi điện trở là một linh kiện chuyển đổi từ ampe qua volt, và được sử dụng phổ biến trong các mạch khuếch đại điện thế (điện trở gánh hay tải, load resistor). Ngoài ra, điện trở còn dùng để hạn dòng và làm giảm thế ( sụt áp). - Để xác định được sức cản của điện trở nhà chế tạo dùng một đại lượng để đo đó là Ohm (  ). 1K = 1.000 1M = 1K = 1.000.000 Phƣơng pháp ghép điện trở: + Ghép nối tiếp điện trở R1 R2 Rn R = R1 + R2 + . . . + Rn Hình 1. Điện trở ghép nối tiếp Ví dụ: R1 = 1K nối tiếp với R2= 2.2K. Vậy R tương đương là 3.2K - Khi ghép nhiều điện trở nối tiếp với nhau, ta sẽ được điện trở tương đương bằng tổng các điện trở. Ghép nối tiếp sẽ làm tăng trị số điện trở. KS. Vũ Đình Huấn Trang 8
10. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường + Ghép song song R1 x R2 1 1 1 1 R = R1 + R2 Rtd R1 R2 Rn Rtđ R1 R2 Rn Hình 2. Điện trở ghép song song Ví dụ: R1 = 1K ghép song song với R2= 2.2K. Vậy R tương đương là 680 Chú ý: Khi ghép nối tiếp hai điện trở có giá trị bằng nhau, ta sẽ được điện trở có giá trị tăng gấp đôi. - Khi ghép điện trở song song với nhau, ta sẽ được điện trở tương đương bằng tích các điện trở chia cho tổng các điện trở. Ghép song song sẽ làm giảm trị số điện trơ. Chú ý: Khi ghép hai điện trở song song có giá trị bằng nhau, ta sẽ được điện trở có giá trị giảm phân nửa. - Tuỳ theo công dụng của từng điện trở mà chúng có ký hiệu khác nhau và được phân loại khác nhau. 1.1.2 Phân loại và cách chọn giá trị điện trở: 1.1.2a Điện trở than ép a. Ký hiệu và hình dạng thực tế R Hình 3. Ký hiệu và hình dạng thực tế điện trở than ép b. Công dụng và ứng dụng thực tế Công dụng: Hạn dòng hay làm giảm điện thế Ứng dụng thực tế KS. Vũ Đình Huấn Trang 9
11. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường Điện trở định dòng cho Diode Hình 4. Điện trở định dòng cho Diode c. Giá trị và phương pháp kiểm tra điện trở than ép - Để xác định giá trị của điện trở có 2 cách, đọc các vòng màu trên thân và kết hợp với bảng vòng màu điện trở hay dùng VOM đo điện trở c1 Đọc vòng màu trên thân và kết hợp với bảng vòng màu điện trở c1.1 Vòng màu trên thân điện trở 4 vòng màu Vòng b Vòng c Vòng a Vòng sai số d Hình 5. Vòng màu trên thân của điện trở 4 vòng màu Công thức xác định điện trở 4 vòng màu: R= ab x c % sai số c1.2 Bảng vòng màu đối với điện trở 4 vòng màu Vòng a Vòng b Vòng c Vòng d Vạch màu (Số có nghĩa) (Số có nghĩa) (Hệ số nhân) (Chỉ sai số) Đen 0 0 X 100 Nâu 1 1 X 101 1% Đỏ 2 2 X 102 2% Cam 3 3 X 103 Vàng 4 4 X 104 Xanh lá 5 5 X 105 Xanh dương 6 6 X 106 Tím 7 7 X 107 KS. Vũ Đình Huấn Trang 10
12. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường Xám 8 8 X 108 Trắng 9 9 X 109 Vàng kim X 10-1 5% Bạc X 10-2 10% Ví dụ1: Với điện trở trên: vòng a màu nâu (1), vòng b màu xanh lá (5), vòng c màu nâu(x101), vòng d màu bạc( 10%) Vậy điện trở có giá trị: R= 15x101 10%= 150 10% Ví dụ 2: Vòng a màu nâu (1), vòng b màu đen (0), vòng c màu cam(x103), vòng d vàng kim ( 5%) Vậy điện trở có giá trị: R= 10x103 5%= 10K 5% Ví dụ 3: Vòng a màu xám (8), vòng b màu đỏ (2), vòng c màu cam(x100) , vòng d vàng kim ( 5%) Vậy điện trở có giá trị: R= 82x100 5%= 82 5% c1.3 Vòng màu trên thân điện trở 5 vòng màu Vòng 3 Vòng 2 Vòng 4 Vòng 1 Vòng 5 sai số Loại 5 vòng màu Hình 6. Các vòng màu trên thân điện trở 5 vòng màu Công thức xác định điện trở 5 vòng màu: Màu vòng1, màu vòng 2, màu vòng 3 x màu vòng4 % sai số KS. Vũ Đình Huấn Trang 11
13. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường c1.4 Bảng vòng màu đối với điện trở 5 vòng màu: Vòng 1 Vòng 2 Vòng 3 Vòng 4 Vòng 5 Vạch màu (Số có nghĩa) (Số có nghĩa) (Số có nghĩa) (Hệ số nhân) (Chỉ sai số) Đen 0 0 0 X 100 Nâu 1 1 1 X 101 1% Đỏ 2 2 2 X 102 2% Cam 3 3 3 X 103 Vàng 4 4 4 X 104 Xanh lá 5 5 5 X 105 Xanh 6 6 6 X 106 dương Tím 7 7 7 X 107 Xám 8 8 8 X 108 Trắng 9 9 9 X 109 Vàng kim X 10-1 5% Bạc X 10-2 10% Ví dụ1: Vòng a màu nâu (1), vòng b màu xanh lá (5), vòng c màu đen(0),vòng d màu nâu(x101), vòng e màu đỏ( 1%) Vậy điện trở có giá trị: R= 470x101 1%= 4.7K 1% Ví dụ2: Với điện trở trên: vòng a màu nâu (1), vòng b màu xanh lá (5), vòng c màu đen(0),vòng d màu nâu(x101), vòng e màu đỏ( 1%) Vậy điện trở có giá trị: R= 100x101 2%= 1K 2% c2. Dùng VOM đo điện trở Ví dụ 1: Đo điện trở 150 KS. Vũ Đình Huấn Trang 12