Tìm hiểu về Led và ứng dụng của Led

Led (Light Emitter Diode) là một mối nối bán dẫn PN, khi bị kích thích bởi dòng điện thì nó phát ra sáng. Như vậy có thể xem Led là một linh kiện chuyển đổi trực tiếp điện năng ra quang năng, không như bóng đèn tìm phải chuyển điện năng ra dạng nhiệt, cho đốt nóng một sợi kim loại trong môi trường khan khí oxy và  chờ khi sợi kim loại nóng lên mới phát ra sáng. Từ đó, chúng ta thấy Led có các đặc tính sau:

* Có hiệu suất rất cao, vì nó chuyển thẳng điện năng ra quang năng.

* Có quán tính nhỏ, nghĩa là tắt là tắt ngay và cho sáng là sáng ngay, nhấp nháy nhịp rất nhanh.

* Có thể làm việc ở mức volt DC thấp và dòng nhỏ, chỉ vài Volt và vài mA.

* Kích thước của điểm sáng có thể làm rất nhỏ, lại có nhiều màu.

* ...và điều không kém quan trọng nữa là giá tiền rất rẽ, lại rất bền, nên trở thành rất phổ biến.

Với những đặc tính như vậy, Led ngày càng có nhiều ứng dụng rất đặc sắc. Có thể dùng Led làm bảng đèn chữ và hình, có thể dùng Led làm màn hình rộng để hiện hình ảnh, có thể dùng Led để chiếu sáng,  dùng Led chỉ thị, dùng Led tạo hình 2D, 3D, 4D....

Tôi nghĩ không ai làm nghề điện tử mà không hiểu  rõ về Led, nó là một đề tài nhập môn của ngành điện tử học, hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu các cách dùng Led để phục vụ cho cuộc sống hiện thực.

Vài hình ảnh cho thấy cấu tạo của Led và các cách dùng Led:

Hình vẽ cho thấy Led được cấu tạo từ một mối nối bán dẫn PN, khi chất bán dẫn Silicon cho pha Indium (có 3 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng Silicon cần 4 nối, sẽ có một nối thiếu điện tử và cho ra 1 lỗ trống) chúng ta sẽ có chân bán dẫn loại P và khi cho pha với Phosphor (có 5 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng Silicon cần 4 nối, sẽ dư ra 1 hạt điện tử), chúng ta có chân bán dẫn loại N.

Chất bản dẫn loại P tạo điều kiện dẫn điện bằng các lỗ trống (Hole), đó chính là các nối hóa trị thiếu điện tử. Còn chất bán dẫn loại N có điểu kiện dẫn điện là do các điện tử tự do (điện tử dư ra do phosphor có 5 điện tử hóa trị mà trong kết nối tinh thể chỉ cần có 4 ).

Khi mối nối PN được cho phân cực thuận với nguồn pin ngoài, một dòng điện kích thích khi chảy qua mối nối bán dẫn PN sẽ tạo các dao động của các điện tử (Bạn xem hình) và các dao động này sẽ phát ra  sóng điện từ trường đó chính là các tia sáng. Tóm lại Led có 2 chân, gọi là chân âm cực hay Cathode ( do chân  này cho nối vào cực âm của pin)  và chân dương cực  hay Anode (do chân này cho nối vào cực dương của pin), khi chúng ta cho dòng điện chảy qua một Led nó sẽ phát ra chùm tia sáng, và để có điềm sáng đủ mạch, chúng ta dùng vật liệu nhựa trong suốt làm kính hội tụ (Bạn xem hình cấu tạo của Led).

 

Hình chụp trên đây cho Bạn thấy các Led màu có nhiều kích cở, các Led này thường là các điểm sáng  nhỏ thường dùng làm các Led chỉ thị. Như:

* Chỉ thị mức âm lượng mạnh yếu, người ta tạo ra các vạch sáng bằng Led hình dẹp.

* Chỉ thị 3 tranh thái của máy: Đỏ - Xanh - Vàng, người ta dùng Led đôi ra 3 chân.

* Chỉ thị máy có mở nguồn hay tắt, người ta dùng Led tròn đỏ, trắng...

Dĩ nhiên, mỗi Led được xem là một điểm sáng, mà Ban biết hình ảnh chữ sổ đều có thể tạo ra từ các điểm sáng nhỏ này, do đó Bạn có thể dùng nhiều Led để ghép theo hình và theo chữ, theo số, như vậy Bạn đã có một bảng đèn hay một vật thể phát sáng nhiều màu, lung linh nhấp nháy trông rất đẹp mắt.

Ngày nay người ta muốn dùng Led làm nguồn chiếu sáng mạnh để thay thế các đèn chiếu sáng cổ điển, vì Led có hiệu suất rất cao, an toàn, tuổi thọ dài, ít hao điện và rất dễ dùng. Hình trên đây cho thấy hình dạng của các Led công suất lớn, hiện nó đã là nguồn sáng lạnh rất mạnh và  trong một tương lai gần thôi nó sẽ thay thế các đèn chiếu sáng nóng như loại đèn  sợi nung,  loạiđèn chiếu sáng ồn, gây nhiều nhiễu, như đèn ống huỳnh quang.

  

      

Do Led có quán tính nhỏ, nghĩa là nó có thể nhấp nháy với nhịp nhanh, nói cho dễ hiểu, là nó tắt nhanh và sáng nhanh, không như loại đèn sợi nung có quán tính nhiệt quá chậm. Với Led người ta có thể dùng làm loại đèn số theo mã 7 đoạn, dùng loại đèn này để làm các mạch đếm rất tiện (Bạn xem hình, một khối đèn số 7 đoạn có thể cho hiện ra các số thập lục phân).

Nhiều Bạn trẻ thích "ngông", dùng Led tạo hình rồi dùng transistor điều khiển cho các hình nhấp nháy, tạo ra các hình đèn động rất ngộ nghĩnh, như hình đứa trẻ, hình người đạp xe...Còn hình gì nữa, tôi nghĩ chắc Bạn sẽ tự nghĩ ra thôi.

Người ta còn dùng Led để tạo ra hình khối 3D và dùng mạch điện tử làm cho các Led này sáng nhấp nháy rất sinh động.

Dùng Led làm đèn giao thông...

Trước mắt cho dùng nhiều Led siêu sáng ghép lại để làm đèn chiếu sáng mạnh, thay thế các đèn  chiếu sáng cổ điển (sắp vào viện bảo tàng).

Một chút tính toán để biết cách dùng Led.

Đặc tính của môn điện tử là "tính tính toán toán". Khi đã nghĩ ra một mạch điện rồi thì phải biết:

* Biết tính toán dòng, áp, công suất tiêu thụ, tính an toàn, độ bền...

* Biết tìm linh kiện, làm bo mạch in.

* và phải biết ráp mạch

* và nếu giỏi nữa thì phải biết dùng kiến thức của mình tạo ra kinh tế cho bản thân.

Ở đây tôi trình bày các mạch điện kinh điển dùng Led và một số tính toán có liên quan (để  việc tính toán nhanh và dễ làm tôi dùng phần mềm PSpice của OrCAD).

Do có ý là chỉ dùng các linh kiện dễ tìm, tôi chọn kiểu mạch điều khiển kích sáng chủ yếu dùng transistor và chỉ dùng thêm một vài loại ic logic thông dụng.

Trước hết là vấn đề kiểm tra các Led mà Bạn có:

Khi dùng Ohm kế để kiểm tra Led Bạn nhớ các điểm sau:

(1) Lấy thang đo Rx1 để có dòng chảy ra trên dây đo lớn, lúc này dòng ngắn mạch (chập 2 dây đo lại) , dòng  chảy trên dây đo sẽ lớn nhật và thường ở thang Rx1 là 150mA (con số này có ghi trên máy đo).

(2) Do dây đo màu đỏ nối vào cực âm của pin (pin 3V trong máy đo), nên dòng điện tử chảy ra từ dây đen và do dây màu đỏ nối vào cực dương của pin nên dòng điện tử sẽ bị hút vào ở dây đỏ.

(3) Khi đo Led (hay nói chung là khi Bạn đo các linh kiện có tính phi tuyến như diode, transistor, IC) Bạn nên xem kết quả trên vạch chia LV, vạch LV cho Bạn biết mức volt hiện có trên vật đo và khi đọc kết quả trên vạch chia LI, vạch LI cho Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy qua vật đo.

Vậy với Led, khi dây đen đặt trên chân Cathode và dây đỏ trên chân Anode, Led sẽ sáng.  Đọc kết quả trên vạch  chia LV Bạn biết điện áp có trên 2 chân của Led và  đọc trên vạch chia LI, Bạn biết cường độ dòng điện đang chảy qua Led.

Đảo chiều 2 dây đo Led sẽ không sáng, vì nó bị phân cực ngược, khi mối nối bán dẫn PN bị phân cực ngược nó sẽ không cho dòng chảy qua.

Tóm tắt cách đo Led bằng hình động sau:

Bạn thấy gì: Khi dây đen đặt trên chân cathode của led và dây đỏ trên anode thì Led sáng (vì Led được cho phân cực thuận) và khi đảo dây lại thì Led tắt (vì Led bị phân cực nghịch).

Lúc đo theo phân cực thuận, Bạn hãy nhìn kim dừng trên vạch chia LV sẽ biết mức ghim áp của Led. Các Led chiếu sáng thông thường thường có mức ghim áp khoảng 2V, với loại Led siêu sáng có mức ghim áp khoảng 3V.

Ghi nhận: Với các VOM kế có lỗ cắm dùng đo hệ số khuếch đại dòng của các transistor, Bạn có thể cắm Led vào các lỗi này để kiểm tra Led, làm như vậy sẽ nhanh hơn.

Tiếp theo chúng ta sẽ dùng trình PSpice của OrCAD để khảo sát các mạch điện kinh điển dùng Led.

Thực hành 1: Dùng luật Ohm để tính trị của điện trở hạn dòng R

(Xem sơ đồ mạch thực hành 1).

Trong mạch này dùng 3 chủng loại linh kiện, đó là: Led chiếu sáng, điện trở và nguồn điện năng của pin.

 

Trong mạch Bạn luôn phải nhớ dùng điện trở hạn dòng hay còn gọi là điện trở định dòng làm việc cho Led. Các Led chiếu sáng thường có mức ghim áp là 2V (loại Led siêu sáng có mức ghim áp là 3V) và dòng làm việc lấy 10mA là đủ sáng. Vậy chúng ta có thể dùng luật Ohm để tính được trị của điện trở R.

Dùng trình PSpice để tính nhanh, từ các trị in ra trong hình, chúng ta thấy với Led có tính ghim áp là 1.18V và trong mạch dùng điện trở hạn dòng R1 là 1K thì dòng chảy qua led sẽ là 10.82mA, lúc này công suất tiệu thụ trên Led là 12.76mW, rất nhỏ so với công suất làm nóng điện trở R1 là 117.1mW. Vậy nếu muốn giảm dòng chảy qua Led Bạn cho tăng  trị của điện trở R1. 

Điều tối kỵ: Không bao giờ, không bao giờ cho Led nối thẳng vào nguồn pin, không có điện trở hạn dòng, dòng qua Led quá lớn, Led sẽ bị cháy và hư tức khắc (nếu không tin, Bạn có thể làm thử để lấy kinh nghiệm).

Thực hành 2: Khảo sát các Led mắc nối tiếp.

Chúng ta tạo ra 4 nhánh với số Led tăng dần, và dùng PSpice để tìm kết quả về dòng và áp trên mạch, chúng ta nhận thấy:

* Điện áp của các Led được cho cộng vào nhau.

* Do điện trở hạn dòng không thay đổi trị số, nên dòng ở các nhành có nhiều Led sẽ giảm.

* Dòng cung cấp của nguồn pin bằng tổng các dòng qua các nhánh cộng lại.

Vậy khi mắc nhiều Led nối tiếp chúng ta phải nhớ điều chỉnh lại trị của điện trở hạn dòng để dòng qua Led đủ lớn để cho Led sáng mạnh (dòng làm việc của các Led chiếu sáng thường lấy trong khoảng từ 5mA đến 10mA là đủ).

Thực hành 3: Khảo sát các Led vừa mắc nối tiếp vừa mắc song song. 

Bạn mô tả mạch điện muốn ráp trong trình PSpice, và kết quả phân tích của PSpice cho chúng ta số liệu như hình sau:

Qua các số liệu chúng ta thấy: Dòng qua nhánh 2 Led là 4.87mA, và dòng tồng cộng là 9.74mA. Nhánh 3 Led không có dòng.

* Các nhánh có Led cùng loại, có số Led bằng nhau  mắc song song thì có dòng làm sáng Led.

* Nhánh có số Led nhiều hơn, như nhánh 3 Led, nó cần mức áp cao hơn mức ghim áp của nó, do đó nhánh này thiếu áp và sẽ không được cấp dòng, nên các Led không sáng.

Tóm lại, Bạn cần nhớ chỉ dùng cùng loại Led cho mắc nối tiếp và rồi mắc song song, số Led trên các nhánh phải bằng nhau, lúc đó các nhánh này mới có dòng và Led sẽ sáng .

Thực hành 4: Hãy làm quen với tụ điện và mạch RC.

Trong mạch điện tụ điện là kho chứa điện, do vậy khi có một tụ điện Bạn phải biết:

* Điện dung của tụ, đơn vị tính là Faraday, thường dùng ở cấp uF (micro Farad), hay nF (nano Farad) hay pF (pico Farad).

* Sức chịu áp của tụ, trên tụ thường ghi mức áp làm việc (WV, Working Volt), đừng cho tụ nạp ở mức áp quá cao, tụ sẽ bị nổ.

Hình vẽ cho thấy hình dạng các loại tụ điện: Thường có 3 nhóm:

(1) Nhóm tụ hóa, loại tụ có dung lượng lớn (chứa được nhiều điện tích), loại tụ này có cực tính, khi mắc vào mạch dấu dường ghi trên tụ phải cho bên có mức áp cao.

(2) Nhóm tụ thường, loại tụ này có điện dung nhỏ, nhưng sức chịu áp cao. Loại tụ thường không có cực tính.

(3) Nhóm tụ xoay, loại tụ này có điện dung thay đổi được, nó thường dùng trong các mạch cộng hưởng dùng làm bẩy sóng.

Để hiểu nguyên lý làm việc của tụ trong mạch, tôi trình bày bằng hình động, trong hình cho thấy 2 quá trình: Quá trình nạp điện và quá trình xả điện.

* Khi S1 đóng và S2 hở, lúc này tụ C1 ở quá trình cho nạp điện, dòng điện tích từ nguồn pin cho bơm vào tụ, dòng chảy qua điện trở R1 và mức volt trên tụ tăng dần lên cho đến lúc đầy, tụ đầy được hiểu  là mức áp trên tụ đã lên rất gần bằng 12V của nguồn.

* Khi S2 đóng và S1 hở, lúc này tụ C1 ở quá trình xả điện, dòng điện sẽ chảy qua điện trở R2 và mức áp trên tụ sẽ giảm dần xuống. Khi mức áp trong tụ bằng 0V, chúng ta nói tụ đã xả hết điện.

Vậy xuất hiện câu hỏi: Khi nào và bao lâu thì tụ C1 mới nạp đầy? Và phải bao lâu thì tụ C1 mới xả hết điện?

Nhìn vào mạch Bạn cũng thấy, nếu dùng tụ C1 có dung lượng lớn và điện trở R1 làm ống dẫn có sức cản dòng quá lớn thì thời gian để tụ nạp đầy mức áp của nguồn sẽ rất lâu. Cũng vậy, tụ lớn, điện trở R2 có trị lớn thời gian để tụ xả hết điện cũng sẽ rất lâu. Người ta đưa ra một định nghĩa về thời hằng:

Thời hằng của mạch nạp xả của tụ C qua R là thời gian  t = RxC. Với thời gian này tụ sẽ nạp được 63% mức điện của nguồn nuôi hay đã xả được 63% lượng điện mà tụ có. Và mội người đều cho là sau 5t (tức 5xRxC) thì xem như tụ đã nạp đầy hay tụ đã xả hết điện.

Thực hành 5: Bây giờ nói đến linh kiện có tính tích cực đây, đó là transistor.

Transistor là một linh kiện rất quan trọng, nó tạo ra cuộc cách mạng lông trời lỡ đất của ngành điện tử. Transistor được xếp vào loại linh kiện tích cực vì nó có tính khuếch đại. Ở đây chúng ta chỉ dùng transistor như những khóa điện bán dẫn đóng mở mạch theo mức áp cao hay thấp. Có 2 loại transistor, loại NPN và loại PNP.

Mô hình bán dẫn cho thấy người ta sắp xếp các chân bán dẫn loại N, loại P để tạo ra các mối nối EB cà CB và tạo ra các transistor nhị cực NPN hay PNP.

Trong hình N là chất bán dẫn Silicon pha Phospho (Phospho với 5 điện tử hóa trị tạo nối), nên  khi gắn vào tinh thể Silicon sẽ để dư ra một điện tử tự do, và chính điện tử dư ra này  là phần tử dẫn điện trong chất bán dẫn loại N, khi cho  N pha đậm, người ta sẽ ghi là n+ và pha nhạt hơn thì ghi là n-.  Tương tự chất P là chất bán dẫn Silicon cho pha Indium ( Indium có 3 điện tử nối hóa trị nên  khi gắn vào tinh thể Silicon sẽ có một nối trống vì thiếu điện tử), chính các lỗ trống này tạo ra điều kiện dẫn điện trong chất bán dẫn loại P.

Bạn thấy chân E có kích thước thu nhỏ, vì sao?. Vì nó là chân  dùng cho phun ra các hạt tải điện, chân C có kích thước rộng là vì nó là chân được dùng để thu gốp các hạt điện phun ra từ chân E.

Trên đây là hình vẽ cấu trúc bán dẫn của một transistor NPN. Trong chất bán dẫn loại N phần tử làm công việc dẫn điện là các hạt điện tử (dư ra do phospho cho) và trong chất bán dẫn loại P phần tử dẫn điện là các lỗ trống trên các nối (do Indium tạo ra),  các lỗ được cho đồng nghĩa  là các hạt tải điện dương (nên ghi bằng dấu +). Vậy nếu chân E phun ra dòng, dòng này sẽ chảy vượt qua vùng B và sẽ được thu gốp lại trên chân C.

Nhìn các hình chụp trên Bạn thấy transistor có 3 chân:

* Chân E được pha đậm để có tính dẫn điện tốt, nó là chân phun ra các hạt tải điện. Với chất bán dẫn loại N thì phun ra các hạt điện tử dư (do chất pha phospho cung cấp) với chất bán dẫn loại P thì phun ra các lỗ (các nối trống do Indium tạo ra). E là Emitter, nghĩa là chân phát, chân phun ra các hạt tải điện.

* Chân C được pha vừa, nó có tính dẫn điện khá, nó là chân thu gôm các hạt tải điện phun ra từ chân E, nghĩa la các hạt tải điện phun ra từ chân E đều được "hút vào" chân C và chảy ra trên chân C. C là Collector, nghĩa là chân gốp, thu gốp các hạt điện phun ra từ chân E.

* Chân B được làm rất mỏng, nó là chân nền kẹp giữa chân E và chân C, người ta thêm chân B ở giữa để "control" dòng điện chảy từ E vào C. Nó điều khiển dòng điện đi từ E vào C. Người ta làm chân B thật mỏng để tránh sự thất thoát của điện tử lúc vượt qua chân này. B là Base,  nghĩa là chân nền, kẹp giữa E và C, dùng kiểm soát cường độ dòng điện chảy từ E vào C. 

Nhìn vào cấu trúc bán dẫn của transistor, chúng ta thấy  chỉ có thể có 2 loại sắp xếp, đó là NPN hay PNP. Như vậy dù với kiểu sắp xếp nào trong transistor cũng có 2 mối nối PN,  mối nối EB và mối nối CB, do đó người ta gọi loại transistor này là transistor nhị cực hay transistor BJT (BJT, Bipolar Junction Transistor).

Trên các sơ đồ mạch điện, chúng ta dùng ký hiệu của transistor để vẽ mạch, với các ký hiệu của các linh kiện bán dẫn, Bạn nhớ chiều chỉ của mũi tên, mũi tên chỉ vào chân nào chân đó được hiều là  chân có chất bán dẫn loại N.

Transistor là linh kiện thuộc nhóm tích cực (các linh kiện như điện trở, tụ điện, biến áp...thuộc nhóm linh kiện thụ động), có thể dùng transistor để khuếch đại tín hiệu, nghĩa là biến một tín hiệu có công suất yếu ra một tín hiệu có công suất mạnh hơn, transistor còn có thể dùng làm một khóa điện để đóng mở mạch theo mức áp. Tuy nhiên muốn dùng transistor để khuếch đại hay làm khóa điện, trước hết Bạn phải cho phân cực các mối nối trong transistor. Người ta phân ra 4 vùng tùy theo tính phân cực của 2 mối nối bán dẫn EB và CB.

* Nếu cả 2 mối nối EB và CB đều cho phân cực ngược, người ta nói transistor ở trong vùng ngưng dẫn  (Cut-off), lúc này không có dòng chảy trên các chân của transistor. Nếu xem nó như một khóa điện, thì transistor ngưng dẫn giống như một khóa điện làm hở mạch.

* Nếu cả 2 mối nối EB và CB đều cho phân cực thuận, người ta nói transistor ở trong vùng bão hòa  (Saturation), lúc này dòng chảy ra ở chân C đã đặt đến mức không thể tăng  hơn được nữa. Nếu xem nó như một khóa điện, thì transistor bão hòa xem như một khóa điện đóng lại, cho dòng chảy qua.

* Nếu chân EB cho phân cực thuận và chân CB cho phân cực nghịch, người ta nói transistor ở trong vùng khuếch đại (Action), lúc này chỉ với một tác động điện áp nhỏ trên chân B cũng sẽ kiểm soát được dòng chảy mạnh yếu ra trên chân C, trạng thái này của transistor được dùng nhiều nhất.

* Nếu chân EB cho phân cực nghịch và chân CB cho phân cực thuận, người ta nói transistor ở trong vùng khuếch đại  ngược (Rev-Action), lúc này chỉ với một tác động điện áp nhỏ trên chân B cũng sẽ kiểm soát được dòng chảy mạnh yếu ra trên chân E, Bạn thấy người ta đã cho đảo ngược, lấy chân C làm chân phun hạt tải điện và lấy chân E làm chân gốp.  Trạng thái khuếch đại này của transistor ít được dùng vì nó cho độ lợi nhỏ.

Hãy tìm hiểu các đo các transistor NPN và PNP, loại công suất nhỏ:

Đo transistor nhị cực (BJT transistor):

Transistor nhị cực bên trong có hai mối nối PN, quen gọi là transistor bipolar (BJT). Nó có 2 loại, transistor NPN và transistor PNP. Bạn có thể dùng một Ohm kế (kim) để kiểm tra các loại transistor bipolar. Trình tự thường làm là:

(1) Trước hết hãy tìm ra chân B.

                         

Bạn lấy thang đo Rx1, lần lượt tìm đo trên hai chân của transistor, đo chiều này kim không lên, đảo dây đo, kim cũng không lên, vậy đó là hai chân E (Emitter) và C (Collector) của transistor. Như vậy có thể nói chân còn lại sẽ chính là chân B của transistor.

(2) Hãy kiểm tra 2 diode tạo bởi mối nối B-E và mối nối B-C.

Bạn có thể xem transistor tương tự như 2 diode (2 mối nối PN), nên việc kiểm tra một transistor tốt/xấu trở thành kiểm tra 2 diode (diode B-E và diode B-C). Với transistor NPN, nếu dây đen (chân hút dòng, vì bên trong máy đo nó nối vào cực dương của pin) đặt trên chân B, dây đỏ (nơi dòng điện tử chảy ra) đặt trên chân C, lúc này kim phải lên do diode được cho phân cực thuận và dây đỏ dời qua chân E kim cũng phải lên (vì cũng được phân cực thuận). Ngược lại, đặt dây đỏ trên chân B, dây đen trên chân C rồi qua chân E, cả 2 lần đo này kim đều không lên, vì cả 2 diode đều bị phân cực nghịch.

Chú ý: với các transistor loại PNP thì kết quả đo sẽ ngược lại. Nghĩa là dây đỏ trên chân B, dây đen trên chân E, rồi trên chân C, kim sẽ lên là do 2 diode phân cực thuận và dây đen trên chân B, dây đỏ trên chân C, rồi trên chân E, kim không lên vì 2 diode bị phân cực nghịch.

 

Hình vẽ cho thấy, dây đen trên chân B (cho hút dòng điện tử ra trên chân B), dây đỏ trên chân E (cho bơm dòng điện tử vào chân E), kim phải lên là vì lúc này diode B-E đang phân cực thuận.

  

Nếu đặt dây đỏ trên chân B, lấy dây đen đặt lên chân E, diode phân cực nghịch, kim không lên và dây đen trên chân C, kim cũng phải không lên.

(3) Hãy xác định chân E và chân C.

Chúng ta biết, mối nối bán dẫn B-C chịu volt nghịch cao (thường trên 60V), trong khi đó mối nối B-E chịu volt nghịch thấp (thường khoảng 9V).

Do đó, Bạn hãy đặt thang đo Ohm ở vị trí Rx10K, lúc này trên hai dây đo sẽ có 12V (mức volt DC của nguồn pin trong máy đo), dùng mức áp này đo nghịch trên mối nối B-C (kim sẽ không lên) và khi đo nghịch trên mối nối B-E, kim sẽ lên, vì sao? vì mối nối B-E chịu áp nghịch có 9V và nó đã bị đánh thủng với mức áp 12V của máy đo. Qua dấu hiệu này Bạn dễ dàng xác định được chân C và chân E.

Đến đây Bạn đã biết được chân B, chân C và chân E của transistor rồi.

(4) Hãy xác định độ lợi dòng điện (gọi là hệ số beta) của transistor.

Bạn lấy thang đo Ohm Rx10, cho chập hai đầu dây đo lại, chỉnh kim về vạch 0 Ohm.

Cắm transistor 2SC1815 vào đúng chân C, B, E của 3 lỗ cắm NPN trên máy đo. Chờ kim lên, Bạn đọc kết quả trên vạch chia HEF. Kim chỉ vị trí 200, có nghĩa là độ lợi dòng điện (beta) của transistor 2SC1815 là 200 lần. Nnó có nghĩa là dòng điện I_C (chảy ra trên chân C) lớn hơn dòng điện I_B (chảy ra trên chân B) là 200 lần. Tham số beta còn gọi là hệ số HFE của transistor.

Với transistor PNP cũng làm tương tự, cắm transistor vào đúng 3 chân C, B, E của bộ chân cắm PNP và đọc kết quả trên vạch chia HFE, Bạn sẽ biết được độ lợi dòng điện (HFE) của transistor.

Hình chụp sau đây cho thấy cách đo hệ số khuếch đại dòng HFE trên một VOM có chân cắm transistor.

Sau đây là hình vẽ cho thấy 4 vùng làm việc của một transistor NPN.

Khi transistor làm việc qua lại nhanh giữa vùng ngưng dẫn và vùng bão hòa, người ta nói lúc này transistor làm việc như một khóa điện bán dẫn, ngưng dẫn tương tự như một khóa điện hở và bão hòa tương đương với một khóa điện đóng kín.

Khi transistor làm việc trong vùng khuếch thuận người ta nói nó biến một tín hiệu nhỏ yếu ra một tín hiệu lón mạnh.

Khi muốn có mạch khuếch đại ít bị ảnh hưởng của nhiệt, người ta cũng có dùng đến kiểu khuếch đại nghịch (tuy nhiên kiểu khuếch đại này rất ít thấy dùng đến).

Hình vẽ sau đây cho thấy cách phân cực  mối nối EB và CB để transistor loại PNP làm việc trong 4 vùng: Ngưng dẫn, bão hòa, khuếch đại thuận, khuếch đại nghịch.

Bạn làm quen với các kiểu mạch khuếch đại dùng transistor

(phần thí dụ, dùng transistor NPN 2SC1815)

Muốn dùng 1 transistor làm tầng khuếch đại, Bạn chia nó ra làm 3 lớp trong 3 bước:

Bước 1: Lớp phân cực DC, dùng các điện trở để cấp áp DC cho các mối nối EB và CB để transistor làm việc trong vùng khuếch đại.

Bước 2: Lớp Khuếch đại, sau khi đã lấy đúng phân cực, chúng ta  sẽ cho tín hiệu vào và khảo sát tính khuếch đại của mạch, như tính độ lợi, xem méo...

Bước 3: Lớp ổn định, chúng ta sẽ dùng kỹ thuật hồi tiếp để cải thiện mạch khuếch đại, giữ cho nó ổn định hơn, khuếch đại tín hiệu ít bị méo hơn.

Phần thực hành.

Bước 1: Bạn xem hình, các kiểu mạch phân cực DC kinh điển thường dùng để transistor làm việc trong vùng khuếch đại:

Khi phân cực DC, Bạn dùng các điện trở để cấp mức áp DC trên các chân B, chân E chân C, sao cho mối nối EB phân cực thuận để chân E phun ra dòng hạt tải và sao cho mối nối CB phân cực nghịch để chân C hút gần hết dòng phun ra từ chân E. Chúng ta dùng trình PSpice để tính các mức áp phân cực cho mạch điện trên, với các mức áp như hình vẽ, các transistor đã lấy đúng phân cực.

Chúng ta hãy xem dòng làm việc chảy qua các transistor (Bạn xem hình).

Khi dùng các transistor cho làm việc với các tín hiệu nhỏ, dòng làm việc của các transistor lấy trong khoảng 300uA đến 2mA là được. Dòng Ic lấy càng nhỏ transistor khuếch đại ít ồn (ít tiếng sôi) nhưng cho độ lợi nhỏ, nếu lấy dòng Ic lớn, độ lợi sẽ lớn, nhưng tiếng ồn cũng lớn theo (tiếng ồn được hiểu là tiếng sôi phát ra từ dòng chảy). Muốn điều chỉnh cường độ dòng điện Ic, Bạn thay đổi mức áp phân cực trên chân B hay thay đổi trị của điện trở định dòng trên chân E.

Qua phần trình bày trên, Bạn thấy với tất cả các sơ đồ mạch điện, trình PSpice sẽ tính ra mức áp trên các đường mạch và tính ra cường độ dòng điện chảy vào chảy ra trên các chân của các linh kiện. Như vậy khi kiểm tra trạng thái phân cực DC của một mạch điện, công việc của Bạn là dùng VOM kế, đo áp trên các đường mạch và đo dòng trên các chân của các linh kiện, từ kết quả đo được sẽ biết được mạch bị hư hỏng ở phần nào, đó là công việc cơ bản của người chuyên viên điện tử.

Bước 2: Khảo sát mạch khuếch đại với nguồn tín hiệu dạng sin.

Trước hết Bạn hãy gắn vào các tụ liên lạc và dùng một nguồn tín hiệu dạng sin đặt tín hiệu qua tụ liên lạc  C2 vào chân B, dùng tụ liên lạc C1 dẫn tín hiệu ra tải, với điện trở R3 (50K). Và trình PSpice cho chúng ta  kết quả phân tích như hình sau:

Kết quả tín hiệu ngả vào và ngả ra đều có dạng Sin, biên độ tín hiệu ngả ra lớn hơn ngả vào, chúng ta có độ lợi và tín hiệu ngả vào ngả ra có tính đảo pha.

Khi tăng biên độ tín hiệu ngả vào lên 200mV thì tín hiệu ngả ra không còn dạng sin nữa, chúng ta nói  mạch khuếch đại đã làm méo tín hiệu.

Có Bạn hỏi: Đến đây có Bạn dừng tôi lại và hỏi. Tín hiệu là gì? Trong đời thường cứ nghe nói đến tín hiệu luôn, vậy tín hiệu là gì?

Trả lời: Tín hiệu có 2 mặt. Mặt vật lý và mặt thông tin. Chúng ta nhận thấy: 

Tín hiệu thường là các biến đổi vật lý, như trời có nhiều mây thì nghĩ đến mưa, sờ trán thấy nóng thì nghĩ đến bệnh. Ông Bác sĩ cố tìm các dấu hiệu vật lý trên người bệnh để nhận ra bệnh. Còn đối với dân điện tử thì tín hiệu là các biến đổi của mức volt trên các đường mạch, hay sự biến đổi của dòng điện trên các chân của linh kiện. Sự biến đổi này có 3 thành tố, đó là:

* Biên độ của tín hiệu, cho cho thấy sự biến đổi mạnh yếu, cao thấp và thường đo theo Vp-p (hay Ip-p).

* Tần số của tín hiệu, cho thấy sự biến đổi nhanh hay chậm, thường đo theo Hertz.

* Dạng sóng của tín hiệu, cho biết nét biến đổi lên xuống ra sao, theo hình dạng gì.

Về mặt thông tin, một tin hiệu thường mang trong nó một lượng thông tin. Thông tin là sự nhận biết của con người. Nhìn sự biến đổi trên mạch, người thợ có thể biết đó là tín hiệu âm thanh, hay tín hiệu hình ảnh.... Các tín hiệu mà hiện tại chúng ta không nhận biết thường qui cho là ồn hay nhiễu.

Tóm lại có thể hiểu tín hiệu một cách đơn giản. Tín hiệu trước hết là sự biến đổi vật lý và  trong nó có mang theo thông tin. Trong ngành điện người ta đặt tên tín hiệu theo dạng sóng, lúc đó chúng ta có tín hiệu dạng sin, dạng răng cưa, dạng xung vuông, dạng xung nhọn...Nếu đặt tên theo tần số, chúng ta có tín hiệu tần thấp, tần cao, tần siêu cao...Nếu đặt tên theo tính năng, chúng ta có tính hiệu đồng bộ, tín hiệu quét ngang quét dọc, tín hiệu hình, tín hiệu âm thanh...

Trong ngành điện tử, người ta chế tạo máy hiện sóng (OscilloScope) và dùng nó để xem các tín hiệu trên một bo mạch. Có thể nói máy hiện sóng chính là con mắt thứ ba của người thợ điện tử dùng để nhìn thấy tín hiệu trên một mạch điện và làm nghề điện tử là nghề gia công tín hiệu. 

Bây giờ trở lại nói tiếp về mạch khuếch đại dùng transistor...

* Nhìn vào dạng sóng làm sao biết là tầng khuếch đại này có tính đảo pha, rất đơn giản, Bạn thấy khi mức volt trên chân B giảm xuống thì lúc này mức volt trên chân C lại tăng lên và ngược lại, khi mức volt trên chân B tăng lên thì mức volt trên chân C lại giảm xuống. Dạng sóng sin ngả vào và ngả ra đã nói lên tầng khuếch đại này có tính làm đảo pha tín hiệu.

* Nhìn vào dạng sóng làm sao biết tầng khuếch đại này có độ lợi điện áp là bao nhiêu, rất đơn giản, Bạn lấy biên độ tín hiệu đo theo volt ở ngả ra và chia cho biên độ tín hiệu ở ngả vào thì sẽ nói được độ lợi của tầng khuếch đại này.

Bước 3: Vấn đề ổn định tầng khuếch đại và cải thiện các tính năng của tầng khuếch đại..

Trước hết chúng ta sẽ khảo sát dãy tần làm việc của tầng khuếch đại này. Ban xem hình. Trong hình chn1g ta cho một nguồn tín hiệu dạng sin có biên độ không đổi và lần lượt cho thay đổi tần số và đo biên độ ở ngả ra, tiếp tục làm với nhiều tần số khác nhau, chúng ta vẽ ra được đường cong biên tần. Nhìn đường cong này, chúng ta có thể nói: Tầng khuếch đại cho độ lợi 60 lần và có dãy tần làm việc rất rộng.

Một mạch khuếch đại làm việc được với dãy tần quá rộng và nếu mạch khuếch đại lại có độ lợi lớn  nữa sẽ dễ phát sinh dao động tự kích làm cho mạch mất tính ổn định. Người ta sẽ tìm cách giảm dãy tần làm việc của mạch khuếch đại (thu hẹp lại), chỉ cho nó tập trung khuếch đại dãy tần tín hiệu hữu ích mà thôi. Muốn vậy sẽ phải sử dụng đến mạch tạo tác dụng hồi tiếp nghịch. Trong mạch tụ C3 lấy tín hiệu ngược pha trên chân C cho trả về chân B sẽ tạo tác dụng hồi tiếp nghịch, khi gắn thêm tụ C3 vào mạch khuếch đại, chúng ta có đường cong biên tần như hình sau (Bạn xem hình):

Nhìn vào đường cong biên tần, Bạn thấy dãy tần đã bị thu hẹp lại (ở vùng tần số cao, biên độ đã bị ép xuống mức thấp). Tóm lại, tụ C3 làm thu hẹp dãy tần làm việc và điện trở R4 có tác dụng định độ lợi cho tầng khuếch đại này.

Đã đến lúc nói đến công dụng của transistor dùng làm khóa điện đóng mở mạch.

Phần trên chúng ta đã biết, transistor có tính khuếch đại và nó còn được dùng làm khóa điện đơn hướng để đóng mở các mạch điện làm việc với dòng đơn hướng nữa.

 

Hình trên cho thấy:

* Khi chân B ở mức áp thấp thì các transistor ngưng dẫn và Led tắt, đèn LP1 sáng (đèn LP2 tắt).

* Khi chân B ở mức volt cao thì các transistor bão hòa và Led sáng, đèn LP2 sáng (đèn LP1 tắt).

Trong mạch:

+ Các điện trở R1 (10K), R3 (10K) dùng để định mức dòng cho chân B.

+ Điện trở R2 (1K) dùng để hạn dòng cho Led D1.

+ Diode D2 dùng dập xung nghịch, mỗi khi Q2 tắt, cuộn dây relay sẽ phát ra điện áp ngịch, lúc này D2 dẫn điện và dập mức áp nghịch để giữ an toàn cho transistor.

Tóm lại, Bạn có thể dùng transistor NPN như một khóa điện bán dẫn, nó cấp dòng cho tải trên chân C  mỗi khi chân B ở mức áp cao và nó sẽ cắt dòng khi chân B ở mức áp thấp.

Hãy ráp mạch dao động đa hài với 2 transistor để làm nguồn điều khiển nhấp nháy.

Chúng ta có thể dùng 2 transistor để ráp mạch dao động đa hài và dùng nó để điều khiển sự nhấp nháy của các đèn Led. Bạn xem sơ đồ mạch điện và phần giải thich nguyên lý hoạt động của mạch.

Trong mạch mỗi transistor lần lượt đóng mở, khi Q1 bão hòa là lúc Q2 ngưng dẫn và khi Q2 trở lại bão hòa thì đến lúc Q1 ngưng dẫn...Qui trình này sẽ liên tục qua lại không ngưng, chúng ta đã có một mạch dao động.

Muốn hiểu rõ nguyên lý làm việc của mạch này, chúng ta sẽ phải dài dòng một tí. Chúng ta sẽ chia quá trình hoạt động của mạch ra thành từng thời kỳ.

 

Hình động cho thấy: Khi Q2 bão hòa lúc này Q1 ngưng dẫn, Q1 ngưng dẫn sẽ tạo điều kiện cho tụ C1 nạp lại điện, dòng nạp qua R1 và với R1 nhỏ (1K), tụ C1 rất mau nạp đầy mức áp của nguồn. Sau khi Q1 tự trở lại bão hòa nó sẽ tạo điều kiện cho tụ C1 xả điện, dòng xả qua R2 (47K) trả điện về nguồn, lúc này trên chân B của Q2 sẽ có áp âm (khởi đầu là -12V và sẽ giảm dần) và Q2 sẽ bị tạm thời đẩy vào trạng thái ngưng dẫn.

Chú ý trong hình động: Bạn thấy thời gian tụ C1 nạp điện qua R1 nhanh hơn là thời gian nó xả điện qua R2, vì sao? Vì thời hằng C1 x R1 với R1 =1K sẽ nhỏ hơn thời hằng C1 x R2 với R2 = 47K. Người ta nói khi khi Q1 ngưng dẫn lúc Q2 bão hòa, tụ C1 đã nhanh chóng nạp lại mức điện nguồn, vi sau đó, Q1 sẽ tự trở lại bão hòa và mức áp trong tụ C1 sẽ đẩy Q1 tạm vào trang thái ngưng dẫn. Để hiểu rõ hơn, chúng ta giải thích mạch với 2 sơ đồ mạch điện sau:

Lúc Q1 ngưng dẫn và Q2 bão hòa thì mạch sẽ phản ứng ra sau:

Lúc Q2 ngưng dẫn và Q1 bão hòa thì mạch sẽ phản ứng ra sau:

 

Hướng dẫn Bạn ráp thực hành mạch dao động đa hài (Bạn xem hình).

Bước 1: Gắn transistor Q1, Q2 và các Led D1, D2 vào bo mạch.

Bước 2: Gắn điện trở trên chân C của các transistor vào bo mạch, tức gắn R1 (1K), R4 (1K) vào mạch.

Bước 3: Bạn đóng nguồn, các Led phải sáng, nghĩa là Led D1, D2 ắã lấy được dòng qua R1, R4.

Bước 4: Bạn gắn R2 (47K) vào chân B của Q1, lúc này Q1 bão hòa, Led D1 phải tắt, Led D2 vẫn sáng.

Bước 5: Bạn gắn R3 (47K) vào chân B của Q2, Q2 sẽ bão hòa và làm tắt Led D2.

Bước 6: Bây giờ Bạn gắn tụ điện C1, C2 vào mạch. Mạch sẽ dao động và 2 Led D1, D2 sẽ nhấp nháy.

Đến đây, tôi nghĩ Bạn phải hiểu rất rõ nguyên lý hoạt động của mạch dao động đa hài ráp với 2 transistor. Với mạch này, Bạn luôn có 2 xung vuông lệnh pha lấy ra trên chân C của Q1, Q2 và Bạn sẽ dùng xung này để đóng mở các mạch điện bảng đèn và tạo ra được các bảng đèn Led nhấp nháy rất đẹp mặt.

Hình chụp cho thấy cách làm thực hành tự ráp mạch trên bo cắm vạn năng.

Hãy ráp mạch dao động đa hài với 3 transistor để làm nguồn điều khiển nhấp nháy.

Để có 3 xung lệnh pha dùng điều khiển 3 dãy đèn Led, Bạn dùng mạch dao động đa hài ráp với 3 transistor (Bạn xem sơ đồ mạch điện bên trên), và khi dùng phần mềm PSpice để phân tích mạch, Bạn thấy dạng xuông vuông lấy ra trên các chân C của Q1, Q2 và Q3 có pha lệch nhau. Trong mạch, tần số xung nhịp nhanh chậm phụ thuộc vào tụ điện và điện trở trên chân B. Vì thời hằng R x C của mạch này được dùng giữ transistor ở trạng thái tạm ngưng dẫn. Tụ C4 (1uF), tạo điều kiện khởi động dễ.

(...nhớ lại lúc trước khi hướng dẫn các em ráp đến mạch dao động đa hài 3 transistor).

Có em hỏi: Vậy nếu ráp mạch dao động đa hài với 4 transistor thì sẽ có 4 xung lệch pha để điều khiển 4 dãy Led phải không thầy?

Trả lời: Không nếu ráp dao động với 4 transistor chúng ta cũng chỉ có 2 dạng xung lệch pha mà thôi.

Nhiều em không muốn tin và bỏ công ráp thử và quả thật 4 Led không thể chớp tuần tự mà chớp từng cặp. Tôi chứng minh điều này bằng phân tích trên trình PSpice.

Kết quả phân tích cho thấy không có 4 xung lệch pha.

Đến đây tôi thấy nét mặt lộ vẽ thất vọng của các em. Tôi gợi ý: "Sao không ráp thử mạch dao động đa hài với 5 transistor".

Các em lại phấn khởi và ráp thử. Kết quả ra sao?  (Bạn xem sơ đồ mạch điện mạch dao động đa hài ráp với 5 transistor)

Và kết quả cho thấy trên hình vẽ của trình PSpice, ứng với phần xung biên cao là Led sẽ sáng.

 

 Bạn nhận thấy gì? Hãy thử diễn đạt trình tự sáng của Led theo kết quả trên.

  

Bản liệt kê 5 Led ở bên trái cho thấy mỗi lần sáng 2 Led và 2 Led này sáng dời qua phải và có tính quay vòng, sau đó chu trình được lập lại, đó là kết quả của mạch dao động đa hài ráp với 5 transistor. Vậy ráp với 7 transistor thì ra sao? 

Đến đây có thể tạm dừng phân tích các kiểu mạch dao động đa hài. Dĩ nhiên nếu Bạn còn thích tiếp tục, Bạn vẫn có thể thử ráp các mạch dao động đa hài với số transistor nhiều hơn. Với trình PSpice Bạn luôn nhìn thấy kết quả một cách rõ ràng mà không phải mất thời gian và tiền bạc để làm thực hành trên bo cắm vạn năng, kết quả trên trình PSpice luôn phù hợp với thực tế, đó là một lợi thế của thực hành trong không gian ảo.

Thôi, nói qua chuyện tạo hình từ các điểm sáng Led.

Bạn hình dung Led là điểm sáng đủ nhỏ  và trong môn hình học thi hình luôn được tạo ra từ điểm. Vậy để tạo ra một bảng hình theo điểm của Led. Trước hết Bạn phải tìm hình rồi trên hình đã chọn vẽ ra đường bao của hình và bố trí Led phân đều trên đường bao của hình, như vậy Bạn đã có một bảng hình với Led.

Một thí dụ: Bạn vào Word, tìm các hình logo đơn giản và soạn chữ gắn vào sau cho bảng đèn có được nội dung theo đúng ý của Bạn. Tôi tạo nhanh và có một hình đơn giản như hình sau (Bảng đèn một quán Nhậu).

Có hình rồi, bây giờ gắn Led theo đường bao của hình. Và chọn kiểu nhấp nháy cho đúng nhịp, đúng hình, trước hết phân Led theo nhóm và chọn định cách nhấp nháy theo mạch điều khiển. Ở đây để đơn giản vấn đề chúng ta phân hình trên thành 4 nhóm và gắn các Led màu như hình sau:

Và bây giờ dùng bo điều khiển cho 4 thanh phần Led trên bảng đèn này nhấp nháy.

(Dĩ nhiên Bạn có thể gắn số Led nhiều hơn, và chọn Led nhiều màu bảng đèn càng hấp dẫn)

Hãy làm quen với mạch tắt mở nhiều Led gắn theo đường bao của hình.

Qua thí dụ trên, chúng ta thấy một thành phần của hình có khi phải dùng rất nhiều Led, vậy các Led này sẽ mắc ra sao? Và đóng mở nó như thế nào?

Để có đủa số Led cho một thành phần của hình, Bạn cho số Led mắc nối tiếp, thí dụ với nguồn nuôi 12V, Bạn dùng Led thường có thể mắc 4 Led cho một nhánh, và nếu dùng Led siêu sáng thì mắc 3 Led cho một nhánh. Vậy nếu một thành phần hình phải dùng 80 Led thường thì Bạn sẽ mắc 20 nhánh với loại Led thường và mắc 27 nhánh cho loại Led siêu sáng.

(Vấn đề này tôi đã có nói nhiều trong các bài liên quang đến bảng đèn hào quang, Bạn hãy tìm đọc)

Bây giờ có thể đề cập đến một mạch điện dùng các ic thông dụng để tạo xung điều khiển bảng đèn Led.

.

Loại mạch này có rất nhiều, nhưng mạch kinh điển đa năng, Bạn dùng ic 555 và ic đếm hệ cơ 10, CD4017. Sơ đồ mạch tạo xung điều khiển dùng ic 555 và 4017 như hình sau:

Trong mạch ic 555 dùng tạo ra xung nhịp, xung ra trên chân số 3. Khi xuất hiện bờ sau của xung thì ic 4017 sẽ nhẩy lên một số. Bạn thấy cứ mỗi lần xuất hiện xung bờ sau thì Led sáng dời qua một số, khi đếm đủ 10 xung thì qui trình sẽ tự động quay lại. Bạn có thễ thay đổi nhọp xung nanh chậm bằng cách thay đổi trị số của điện trở R1, R2 và tụ C1.

(Vấn đề ic 555 tôi đã có nói trng một chuyên đề về ic 555. Bạn hãy tìm đọc)

Bạn thử làm thực hành ráp ic 555 trên bo cắm đa năng.

Cách dùng 10 đường ra của ic 4017 để đóng mở các mạch điện điều khiển bảng đèn Led.

Sau đây là một ý tưởng: Bạn có thể tạo ra bảng đèn Led với rất nhiều  rất nhiều thành phần, mỗi thành phần là một tập hợp nhiều Led, kế đó Bạn chọn định kiểu nhấp nháy cho nó và điều khiển nó bằng mạch dao động đa hài, tất cả các mạch dao động đa hài sẽ được đóng mở nguồn bằng các ngả ra của ic 4017. Nếu phân phối kiểu nhấp nháy một cách hài hòa, Bạn sẽ có một bảng đèn rất đẹp. Sau đây tôi vẽ ra một sơ đồ mạch điện để Bạn tham khảo.

 

  

Trong mạch:

* IC 555 dùng ráp thành mạch tạo xung nhịp, xung nhịp có tần số rất thấp dùng kích thích mạch đếm dùng ic 4017. Xung ra trên chân số 3  của ic 555 cho vào chân 14 của ic 4017. Bạn biết mỗi lần trên chân số 3 xuất hiện bờ sau của xung (tức mức áp từ cao xuống thấp) thì ic 4017 sẽ cho nhẩy lên một số. Ở đây, Bạn muốn điều chỉnh tần số xung nhịp nhanh hay chậm, Bạn thay đổi trị của R1, R7 và C4.

* IC 4017 là ic đếm hệ cơ 10, nó có 10 đường ra (Q0, Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9), mỗi lần chân số 14 nhận được xung kích thích ứng với bờ sau thì nó sẽ cho nhẩy lên một số, có nghĩa là, mức áp trên một chân ra sẽ lên mức volt cao và Led ở chân này sẽ sáng (mỗi lần chỉ có 1 Led sáng). Bạn dùng mức áp cao trên đường ra để mở nguồn cho các mạch dao động đa hài. Các chân 13 (chân cấm đếm), chân 15 (chân reset), do không dùng cho nối masse, chân 12 (carry Out) dùng báo tràn số (quá 10), do không dùng bỏ trống. Bạn nhớ trên một đường ra của ic 4017 Bạn có thể cùng lúc đóng nguồn cho nhiều mạch dao động đa hài.

* Mạch dao động đa hài được ráp với 2 transistor, dùng mức áp cao thấp trên chân C của transistor  để làm tắt mở các dãy Led trên bảng đèn. Tần số nhấp nháy cho thay đổi theo trị của tụ điện và các điện trở trên chân B. Mỗi tầng dao động đa hài có mạch đóng mở nguồn riêng, do đó Bạn có thể cho đóng mở các mạch dao động theo mức volt cao ra trên 10 chân của ic 4017. Trong mạch chúng ta dùng nhiều diode 4148 làm cổng OR để có thể dùng mức áp cao ra trên một chân của ic 4017 cùng lúc cho mở nhiều mạch dao động đa hài.

Nói chung nguyên lý hoạt động của mạch rất kinh điển và khá đơn giản, nhưng số linh kiện dùng  cho mạch  nhiều, nên khi lắp ráp hay làm  thực hành, Bạn nên phân mạch ra từng đơn vị để ráp riêng rồi sau đó mới ghép tổng hợp lại, như vậy ít lỗi và cơ hội thành công sẽ cao hơn.

  

 
Giới thiệu cách làm các ứng dụng đặc sắc của Led.

Trước hết Bạn hãy tham khảo các ứng dụng của Led qua các hình chụp sau:

Hình chụp cho thấy trên lê đường, hay trong công viên, người ta dùng Led tạo ra các dạng đèn chiếu sáng nghệ thuật. Ưu điểm của loại đèn Led là có nhiều màu, hiệu suất cao, có thể làm việc với mức volt thấp, tuổi thọ dài, hư hỏng một vài Led không ảnh hưởng đến các Led còn tốt khác nên việc chiếu sáng bảo đảm không bị gián đoạn, và nhất là rất phù hợp với nguồn năng lượng mặt trời, rất phù hợp với các loại mạch điều khiển tự động. Tương lai chúng ta sẽ còn thấy nhiều các loại đèn đường có tính nghẹ thuật này.

Một ý tưởng là gắn các đèn Led chiếu sáng vào vù,  khi đi trong đêm tối dưới trời mưa, ánh đèn này cực kỳ cần thiết, nó vừa có tính nghệ thuật lại rất hữu dụng, việc làm này không khó vì Led là loại đèn làm việc được ở mức nguồn DC thấp, nó có thể làm việc cùng với loại pin charge rẽ-gọn-nhỏ-nhẹ, khi hết pin sẽ cho nạp lại điện, hay nếu vù có pin mặt trời thì khi dùng vù đi trong nắng  pin sẽ tự nạp điện và khi cần thì Led sẽ dùng nguồn pin này để chiếu sáng. Led trong vù còn có thể thay đổi màu sắc,  thay đổi mức sáng tùy theo môi trường, thật tiện dụng hết biết.

Đeo trên người là cái ba lô có bảng Led, trên đó  hiện ra các hình và chữ có nội dung thông báo ý muốn của chủ nhận. Khi Bạn mang loại ba lô này và đi xe đạp, Bạn có thể dùng bảng đèn Led này để báo dừng (Stop), báo quẹo trái quẹo phải bằng mũi tên chỉ, báo giảm tốc, báo sắp dừng...Với Led thì chuyện này quá đơn giản, có thể nói dân chơi điện tử tài tử cũng có thể tự làm được. Bảng đèn này còn dùng để báo điều gì nữa, chắc khi làm Bạn sẽ nghĩ ra thôi...

Đèn nghệ thuật trang trí trong các vật dụng gia đình, sao không? Với Led có hiệu suất cao, có nhiều màu, có quán tính nhỏ, chạy nguồn DC thấp, lại rẽ tiền dễ tìm, chuyện gì nghĩ ra cũng có thể làm được. Ở đây cái quan trọng nhất là trí tưởng tượng và các ý tưởng vượt thời không gian. Với Led, Bạn có thể làm tăng tính nghệ thuật, tính hữu dụng của các vật dụng chung quanh Bạn. Bạn xem các hình ảnh gợi ý Bạn thấy thích không? Hãy tự mình nghĩ ra và thực hiện. Đó là một trò chơi đơn giản mà trí tuệ.

Nhìn mấy hình này, tôi nhớ lại thời gian còn ở bên nhà (Chợ Lớn Q5,  VN), tôi đã hướng dẫn rất nhiều bạn họa sĩ, thợ sửa xe Honda, sửa xe hơi, thợ tạc tượng...những người không có kiến thức xâu về điện tử mà vẫn làm ra được các bảng đèn quảng cáo với Led, đèn quang báo hiệu câu chữ. Có anh thì muốn làm bảng đèn quảng cáo, có anh thì muốn làm các đèn nháy gắn trên xe Honda,  gắn trên xe hơi, có anh thì muốn làm đèn hào quang gắn trên các bàn thợ Phật, có anh thì muốn gắn đèn trên các hòn cảnh giả sơn. Bây giờ ra đường đâu đâu cũng có bảng đèn quảng cáo dùng Led, thật đề tài này hiện vẫn còn rất có ăn. Tôi nghĩ chắc nhiều Bạn cũng thích tự làm các bảng đèn hiện hình chữ nhấp nháy theo ý mình, có phải không?

 

Hình chụp trên đây cho thấy cụ thể các sản phẩm dùng Led siêu sáng để làm đèn chiếu sáng. Các sản phẩm này hiện đã đi vào cuộc sống thật sự của nhiều người. Nhờ Led có hiệu suất cao, an toàn, ít hư hỏng, dễ bảo trì và nhất là có thể làm việc với nguồn điện DC thấp nên rồi nó sẽ thay thế các loại đèn chiếu sáng cổ điển, già lão. Một ngày gần đây thôi,  Bạn sẽ thấy hầu hết các đèn chiếu sáng trong nhà, ngoài ngỏ, trên đường đều sẽ dùng Led.

Hình chụp cho thấy các loại Led, từ Led thường đến led siêu sáng, Led công suất lớn. Nó có nhiều cách gắn, gắn bằng chân hàn, bằng kỹ thuật chân dán, kỹ thuật kết nối cơ học...Nói chung có đủ thứ kiểu, chỉ cần một câu nói là đủ, nó quá tiện dụng.

  

Bây giờ nói chuyện dùng Led làm các sản phẩm 2D. 

2D là gì? D là chữ viết đầu của Dimention có nghĩa là chiều (hay duy, 维), 2D ý nói là thế giới 2 chiều, đó chính là thế giới phẳng, chỉ có 2 chiều, chiều  x và chiều y. x là một chiều và y là một chiều khác,  là vì  trong x không có phép biến đổi nào tạo ra y và y không thể chuyển ra x, đó là 2 chiều. Nói cho dễ hiểu đó là các hình ảnh nằm trên mặt phẳng. Dùng Led trang điểm cho các hình ảnh trong thế giới phẳng gọi là ảnh 2D. Chúng ta thử làm bảng đèn hào quang với các linh kiện dễ tìm dễ làm, xem như tạo ra loại sản phẩm 2D.

Đèn sẽ được làm với các Led màu đỏ loại thường, loại Led này có mức ghim áp khoảng 2V, và mạch điều khiển các Led nhấp nháy sẽ dùng mạch dao động đa hài 3 transistor. Cách làm theo trình tự sau:

Bước 1: Tạo hình đèn hào quang trên một đĩa tròn.

Bạn gắn các Led đỏ theo vòng tròn, ở đây gắn 6 vòng, mỗi vòng chia ra 8 phần đều nhau nên trên mỗi vòng Bạn gắn 8 Led, Bạn cho kích sáng mỗi lần 2 vòng xen kẽ để tạo hiệu ứng hào quang.

* Lần thừ 1 kích sáng 8 Led của vòng 1 và 3.

* Lần thừ 2 kích sáng 8 Led của  vòng 2 và 4.

* Lần thừ 3 kích sáng 8 Led của  vòng 3 và 6.

Rồi cho quay lại và tiếp tục, Bạn sẽ thấy hiệu ứng các tia hào quang. Như vậy với 2 vòng số Led sẽ là 8 x 2 = 16 Led. Bạn sẽ dùng 1 transistor để kích sáng 16 Led này. (Bạn xem sơ đồ mạch điện)

  

Bước 2: Ráp mạch điều khiển các Led tạo ra hiệu ứng ánh hào quang.

Trong mạch dùng Q1, Q2, Q3 để ráp thành mạch dao động đa hài 3Q, tạo ra tín hiệu 3 nhịp. Tần số xung nhịp có thể thay đổi theo trị của tụ C và điện trở trên chân B.  Bạn lấy xung ra trên mỗi chân C của transistor để kích  sáng các vòng sáng hào quang.

Ghi nhận: Sau này khi dùng loại transistor nhỏ có kiểu chân TO92, với loại transistor PNP Bạn có thể dùng transistor 8050 và với loại NPN Bạn dùng transistor 8055, loại transistor này có dòng Ic lớn  (khoảng 800mA) nên khả năng kích sáng được nhiều Led hơn.

Bước 3: Thử đèn và điều chỉnh.

Sau khi ráp xong mạch, cấp điện, nếu mạch ráp không sai thì đèn sẽ nhấp nháy, tạo ra hiệu ứng hào quang. Bạn sẽ thay thử trị của các tụ điện C và điện trở R trên chân B để có nhịp đủ nhanh. Nhanh quá thì chóng mặt, chậm quá thì xem không giống tia hào quang.

3D là gì? Là các dạng hình khối dùng Led. Chúng ta bắt đầu làm quen với một hình khối  3D kinh điển. Bạn xem cách làm dạng hình 3D được trình bày như sau:

Với hình khối lập phương 3D, Bạn sẽ dùng 27 Led để gắn trên những điểm như hình vẽ, vậy xem như Bạn có 3 mặt với mỗi mặt có 9 Led. Với các chân anode Bạn cho nối thành 3 nhóm, trong hình ghi là nhóm A1, A2, A3, vậy khi cấp volt dương cho dây A1 thì chỉ tạo điều kiện cho các Led ở cạnh ngoài bên trái sáng thôi, khi cấp volt dương cho chân A2 thì chỉ tạo điều kiện cho có các Led ở giữa sáng và khi cấp volt dương cho chân A3 thì chỉ tạo điều kiện cho có các Led ở cạnh bên phải sáng, việc muốn Led nào sáng sẽ còn tùy thuộc việc cấp mức volt thấp cấp cho các chân, ở nhóm 1 là các chân B1, B2, B3, ở nhóm 2 là các chân B4, B5, B6, và ở nhóm 3 là các chân B7, B8, B9.

Sau khi ráp xong khối 3D với 27 Led, bây giờ Bạn có thể gắn các Led trên các điểm của khối 3D  và cho các Led này "nhẩy múa" tùy theo điều kiện cấp điện của Bạn.

Các hình chụp sau đây, cho thấy cách làm thực hành, ráp 36 Led trên một hình khối 3D (mỗi mặt 12 Led):

Thực hành trên bo cắm đa năng, ưu điểm của cách làm thực hành này là Bạn ít phải hàn ráp, thời gian thay đổi kiểu ráp nhanh.

Hình chụp cho thấy cách làm thực hành, ráp khối 3D với các Led đỏ trên bo cắm đa năng.

Sau khi đã định hình xong khối 3D, Bạn cho chuyển nó lên bản mạch in để hàn cố định (Bạn xem hình)

 Hình chụp khối 3D ráp với 36 Led trên bản mạch in. Bạn sẽ thử nghiệm làm các hình khối khác, phức tạp hơn cũng với cách làm thực hành tương tự như trên,

Bây giờ hãy nói đến cách ráp mạch điều khiển khối đèn 3D dùng 27 Led đỏ này và lập bảng điều khiển từng Led một trên khối 3D.

Với bảng ma trận trên, Bạn có thể cho bất cứ Led nào trong 27 Led trên khối 3D sáng cũng được phải không?

Điều kiện để cho một Led trong bảng ma trận này sáng là, chân A (A1, A2, A3) phải cấp áp dương, như nối vào đường nguồn 12V và chân B (B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9) phải cho nối đất để lấy dòng. Vấn đề rất đơn giản, chỉ có vậy.

Ở đây, trên một mặt chúng ta chỉ gắn có 9 Led (để làm thí nghiệm khởi đầu), dĩ nhiên muốn dùng khối 3D hiện được các hình nổi đủ nét, trên một mặt chúng ta sẽ phải cho gắn nhiều Led hơn, như 12 Led, 16 Led, 25 Led, 64 led... Nếu Bạn gắn số Led trên một mặt càng nhiều thì trên khối 3D này Bạn sẽ có thể cho hiện ra được các hình chữ chuyển động trong không gian 3 chiều xem rất lạ mắt.

Để Bạn dễ nìn thấy nguyên lý hoạt động của các Led gắn trên khối 3D, tôi tạo ra một hình động sau đây (Bạn xem hình). Bạn thấy muốn một Led hay nhiều Led trong khối 3D sáng, chân anode của nó phải có volt dương (ở đây tôi cho cấp 12V) và chân cathode của nó phải thông masse để lấy dòng qua điện trở hạn dòng R. Nếu Bạn dùng xung quét trên 3 chân A, thì Bạn có thể điều khiển từng Led một trên khối 3D này.

(Dĩ nhiên nếu Bạn không dùng xung quét trên nhóm chân A với A1, A2, A3 thì việc điều khiển từng Led sáng tắt sẽ không thực hiện được)

Còn nói tới 4D nữa...

Có Bạn hỏi: Không gian có 3D, 3 chiều, đó là trục x, trục y, trục z. Vậy 4D là cái quái gì?

Trả lời: Ở đây 4D được hiểu là hình ảnh 4 duy (Dimention hay 维). Theo định nghĩa chính thống nếu dùng các phép biến đổi trong một thế giới của duy x  mà không tạo ra được y và ngược lại thì ta có thế giới 2 duy, đó là duy x và duy y (hình học phẳng), tương tự không có phép biến đổi nào trong  thế giới của duy x và duy y có thể tạo ra duy z, vậy ta có thể giới 3 duy (hình học không gian). Trong vật lý ta rất quen với thế giới 3 duy vì đó chính là không gian 3 chiều mà chúng ta đang tồn tại trong đó. Vậy duy thứ tư là duy gì?  Ở đây đó chính là màu sắc mà chúng ta thêm vào cho các Led. Với việc dùng các Led màu trong hình khối 3D, chúng ta sẽ có hình 4D, vì đâu có phép biến đổi nào trong x, y, z tạo ra được thế giới màu sắc của các Led, phải không?

Hiện nay có rất nhiều sản phẩm hình khối dùng các Led nhiều màu để cho hiện ra các hình ảnh chuyển động trong không gian 3D, hình ảnh nhìn rất kích thích và đẹp mắt.

Các hình chụp trên cho thấy các hình ảnh có thể cho hiện ra trong khối 3D với Led nhiều màu. Các hình ảnh được tạo ra từ các câu lệnh đã có trong bộ nhớ của các ic vi điều khiển. Đến đây chúng ta đã phải dùng đến các ic vi điều khiển mới giải quyết được vấn đề phức tạp này.

hãy share bài viết nếu bạn thấy có ích nhé !

Posted in: giáo trình