Đề tài Thiết kế và thi công mach tự động xạc pin điện thoại

LÔØI NOÙI ÑAÀU ********* Ngaøy nay khoa hoïc kyõ thuaät ngaøy caøng phaùt trieån nhanh choùng ñaõ ñöa con ngöôøi vöôït ra ngoaøi söï mong ñôïi ñoù laø coâng ngheä Wireless, Mobil, v.v… ñaõ giuùp con ngöôøi döôøng nhö lieân keát laïi vôùi nhau moïi luùc moïi nôi, nhöõng öùng duïng cuûa khoa hoïc kyõ thuaät ñöôïc aùp duïng trong taát caû caùc laõnh vöïc töø kinh doanh, mua baùn, cho ñeán giaûi trí,v.v… Taát caû coâng ngheâ naøy muoán hoaït ñoäng thì caàn phaûi coù moät thieát bò löu ñieän (UPS),hoaêc moät thieát bò cô baûn nhaát ñoù laø Pin saïc, Ac-quiv.v… Trong xu theá ngaøy naøy treân thò tröôøng ngöôøi ta thieát keá raát nhieàu maïch saïc khaùc nhau töø vieäc söû duïng lieân kieän cô baûn nhö Transistor (BJT) keát hôïp cho ñeán caùc linh kieän tích hôïp nhö IC (Integrate Circuit), vi maïch,v.v… Em xin giôùi thieäu ñeán quyù thaày coâ moät maïch saïc pin cô baûn keát hôïp giöõa BJT vaø IC. Em xin chaân thaønh caûm ôn coâ Nguyeãn Thò Ngoïc Anh laø giaùo vieân höôùng daãn cuøng caùc baïn ñaõ giuùp ñôõ em hoaøn thaønh ñoà aùn naøy. BAÛNG NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN ********************* Hoï vaø teân sinh vieân : Nguyeãn Công Lôùp : 08HĐT11 MSVS : 08B10100077 Giaùo vieân höôùng daãn :Th.s:Nguyễn Thị Ngoc Anh Teân ñeà taøi : Thiết kế và thi công mach tự động xạc pin điện thoại Nhaän xeùt cuûa giaùo vieân höôùng daãn : Ñieåm ñaùnh giaù :……………………..xeáp loaïi :…………………………………………... TP.Hoà Chí Minh, Ngaøy………thaùng……..naêm 2003 Giaùo vieân höôùng daãn MUÏC LUÏC ********* PHAÀN I : CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT Chöông I : Giôùi thieäu toång quan veà ñeà taøi Chöông II : Kieán thöùc hoå trôï linh kieän lieân quan Chöông III : Tìm hieåu IC OPAM AD741 vaø pin sac Phaàn II : TÍNH TOAÙN VAØ THIEÁT KEÁ Chöông I : Phaân tích maïch I.1 : Sô ñoà khoái. I.2 : Chöùc naêng töøng khoái. I.3 : Tính toaùn thieát keá töøng khoái. I.4 : Sô ñoà nguyeân lyù. I.5 : Nguyeân lyù hoaït ñoäng. Chöông II : Thi coâng maïch saïc pin. Phaàn III : KEÁT LUAÄN PHAÀN I CHÖÔNG I : GIÔÙI THIEÄU TOÅNG QUAN VEÀ ÑEÀ TAØI ! Đề tài gồm có những phần chính sau: PHẦN I:CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHẦN II:TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN III:KẾT LUẬN CHÖÔNG II : KIEÁN THÖÙC HOÅ TRÔÏ LINH KIEÄN LIEÂN QUAN II.1 ÑIEÄN TRÔÛ II.1.a - Chöùc naêng: -Laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho khaû naêng caûn trôû doøng ñieän, hoaëc taïo suït aùp. II.1.b - Kyù hieäu: II.1.c - Phaân loaïi: 1 - Theo caáu taïo: - Ñieän trôû than: Duøng boät than eùp laïi daïng thanh coù trò soá ñieän trôû töø vaøi ohm cho ñeán vaøi Megaohm, coâng suaát töø 1/8W cho ñeán vaøi W. - Ñieän trôû maøng kim loaïi duøng chaát Nicken-Crom coù trò soá oån ñònh hôn ñieän trôû than, coâng suaát ñieän trôû thöôøng thì 1/2W. - Ñieän trôû oxit-kim loaïi duøng chaát oxit-thieác chòu ñöôïc nhieät ñoä cao vaø ñoä aåm cao. Coâng suaát ñieän trôû thöôøng laø 1/2W. - Ñieän trôû daây quaán duøng caùc loaïi hôïp kim ñeå cheá taïo caùc loaïi ñieän trôû caàn trò soá nhoû hay caùc doøng chòu ñöïng cao. Coâng suaát ñieän trôû daây quaán töø vaøi Watt cho ñeán vaøi chuïc Watt. 2 - Theo coâng duïng: - Bieán trôû (Variable Resistor):VR coøn ñöôïc goïi laø chieát aùp ñöôïc caáu taïo töø moät ñieän trôû maøng than hay moät daây quaán coù daïng hình cung vôùi goùc quay 2700. Coù moät truïc xoay ôû giöõa noái vôùi moät con tröôït laøm baèng than(cho bieán trôû daây quaán) hay laøm baèng kim loaïi cho VR than. - Nhieät trôû (Thermistor-Th): Laø loaïi ñieän trôû coù trò soá thay ñoåi theo nhieät ñoä.Coù 2 loaïi nhieät trôû: - Nhieät trôû coù heä soá aâm laø loaïi nhieät trôû khi nhaän nhieät ñoä cao hôn thì trò soá ñieän trôû giaûm xuoáng vaø ngöôïc laïi. - Nhieät trôû coù trò soá döông laø loaïi ñieän trôû khi nhaän nhieät ñoä cao hôn thì trò soá ñieän trôû taêng leân. - Quang trôû(Photo Resistor): Quang trôû coù trò soá lôùn hay nhoû phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä chieáu saùng vaøo noù. Ñoä chieáu saùng caøng maïnh thì trò soá ñieän trôû caøng nhôû vaø ngöôïc laïi. - Ñieän trôû caàu chì(Fusistor): Ñieän trôû caàu chì coù taùc duïng baûo veä quaù taûi cho heä thoáng ñieän. - Ñieän trôû tuyø aùp(Voltage Dependent Resistor):Ñaây laø loaïi ñieän trôû coù trò soá thay ñoåitheo ñieän aùp ñaët vaøo hai cöïc. Khi ñieän aùp giöõa hai cöïc ôû döôùi trò soá qui ñònh thì VDR coù trò soá ñieän trôû raát lôùn coi nhö hôû maïch. Khi ñieän aùp giöõa hai cöïc taêng cao quaù möùc qui ñònh thi VDR coù trò giaûm xuoáng coøn raát thaáp coi nhö ngaén maïch. II.1.d - Caùc öùng duïng cuûa ñieän trôû: - Trong sinh hoaït: ñieän trôû ñöôïc duøng ñeå cheá taïo caùc duïng cuï ñieän nhö: baøn uûi, beáp ñieän, boùng ñeønv.v… - Trong coâng nghieäp ñieän trôû ñöôïc duøng ñeå cheá taïo caùc thieát bò saáy,söôûi, giôùi haïn doøng khi khôûi ñoäng ñoäng côv.v… - Trong lónh vöïc ñieän töû, ñieän trôû ñöôïc duøng ñeå haïn doøng hay taïo suït aùp v.v… II.2 TUÏ ÑIEÄN II.2.a - Caáu taïo: Tuï ñieän laø moät linh kieän thuï ñoäng trong maïch ñieän töû, ñöôïc vieát taét laø C (Capacitor). Tuï ñieän goàm coù hai baûn cöïc laøm baèng chaát daãn ñieän ñaët song song nhau, ôû giöõa laø moät lôùp caùch ñieän goïi laø ñieän moâi. Chaát caùch ñieän thoâng duïng ñeå laøm ñieän moâi trong tuï laø giaáy, daàu, mica, goám, khoâng khív.v… II.2.b - Phaân loaïi tuï : Coù hai loaïi: Tuï ñieän coù phaân cöïc tính aâm döông. Tuï ñieän khoâng phaân cöïc tính ñöôïc chia laøm nhieàu daïng. Tuï oxit hoaù: Tuï hoùa coù ñieän dung lôùn töø 1uF ñeán 10000uFlaø loaïi tuï coù phaân cöïc tính döông aâm. Khi söû duïng phaûi laép ñuùng theo cöïc tính aâm döông, ñieän aùp laøm vieäc thöôøng nhoû hôn 500V. Tuï goám(Ceramic): Tuï goám coù ñieän dung töø 1pF cho ñeán 1uF, laø loaïi khoâng coù cöïc tính, ñieän aùp laøm vieäc cao ñeán vaøi traêm volt. Tuï giaáy: Laø loaïi tuï khoâng coù cöïc tính goàm coù hai baûn cöïc laø caùc baêng kim loaïi daøi, ôû giöõa coù lôùp caùch ñieän laø giaáy taåm daàu vaø cuoän laïi thaønh oáng. Ñieän aùp ñaùnh thuûng ñeán vaøi traêm volt. Tuï mica: Laø loaïi tuï khoâng coù cöïc tính, ñieän dung töø vaøi pF cho ñeán vaøi traêm nF, ñieän aùp laøm vieäc raát cao treân 1000V. tuï mica ñaét tieàn hôn tuï goám vì ít sai soá, ñaùp tuyeán cao taàn toá, ñoä beàn cao. Treân tuï mica ñöôïc sôn caùc chaám maøuñeå chæ trò soá ñieän dung. Tuï maøng moûng: Laø loaïi tuï coù chaát ñieän moâi laø caùc polyester(PE), Polyetylen(PS), ñieän dung töø vaøi traêm pF cho ñeán vaøi chuïc uF, ñieän aùp laøm vieäc cao ñeán haøng ngaøn volt. Tuï tang: Laø loaïi tuï coù phaân cöïc tính, ñieän dung coù theå raát cao nhöng kích thöôùc nhoû töø 0.1uF ñeán 100uF, ñieän aùp laøm vieäc thaáp chæ vaøi chuïc volt II.2.c - Ñaëc tính naïp, xaû ñieân cuûa tuï ñoái vôùi dc 1. Tuï naïp ñieän: Ñieän aùp töùc thôøi treân hai ñaáu tuï ñöôïc tính theo coâng thöùc: Vc(t)=VDC(1-e-t/ Շ) Trong ñoù: t: thôøi gian tuï nap tính baèng (s). e = 2.71828. Շ = R*C ñôn vò laø s Շ: ñöôïc goïi laø haèng soá thôøi gian tuï naïp ñieän. 2. Tuï xaû ñieän: Ñieän aùp treân hai ñaàu tuï khi xaû ñieän ñöôïc tính theo coâng thöùc: Vc(t)= VDC * e-t/Շ Trong ñoù: t: thôøi gian tuï xaû(s) e = 2.71828 Շ= R*C II.2.d - Ñaëc tính cuûa tuï ñoái vôùi ac Coâng thöùc tính cöôøng ñoä doøng ñieän laø: => Q=I*t Ñoái vôùi tuï ñieän tích tuï naïp ñöôïc tính theo coâng thöùc: Q = C*V => C*V = I*t => V = C-1 * I * t ñieän aùp naïp ñöôïc treân tuï laø söï tích tuï cuûa doøng ñieän naïp vaøo tuï theo thôøi gian t. do ñoù, ñoái vôùi doøng ñieän AC thì trò soá töùc thôøi cuûa doøng ñieän laø: i(t)=Im . sinωt Heä thöùc lieân heä giöõa ñieän aùp Vc vaø doøng ñieän i(t): Vc(t) = ∫ i(t).dt Bieân ñoä cöïc ñaïi treân tuï naïp : Söùc caûn cuûa tuï ñieän ñoái vôùi AC laø: Trong ñoù: Xc : söùc caûn goïi laø dung khaùng cuûa tuï(Ω) f : taàn soá (Hz) c : ñieän dung (F) II.2.e - Öùng duïng cuûa tuï Tuï daãn ñieän ôû taàn soá cao: Dung khaùng cuûa tuï tæ leä nghòch vôùi taàn soá cuûa doøng qua tuï, f caøng cao thì dung khaùng caøng nhoû vaø ngöôïc laïi, ñöôïc tính theo coâng thöùc: Tuï naïp vaø xaû ñieän trong caùc maïch loïc II.3 – DIODE BAÙN DAÃN & DIODE ZENER II.3.1 - DIODE BAÙN DAÃN: II.3.1.a – Caáu taïo : Trong moät tinh theå baùn daãn Silicium hay Gecmanium ñöôïc pha ñeå trôû thaønh vuøng baùn daãn loaïi N (pha Photpho) vaø vuøng baùn daãn loaïi P (pha Indium) thì trong tinh theå baùn daãn hình thaønh moái noái P-N. ôû moái noái P-N coù söï nhaïy caûm ñoái vôùi taùc ñoäng cuûa ñieän, quang, nhieät. Trong vuøng baùn daãn loaïi P coù nhieàu loã troáng, baùn daãn N coù nhieàu electron thöøa. Khi hai vuøng naøy tieáp xuùc nhauseõ coù moät soá electron vuøng N qua moái noái vaø taùi hôïp vôùi loã troáng cuûa vuøng P. Diode baùn daãn coù caáu taïo vaø kyù hieäu nhö hình veõ: II.3.1.b - Nguyeân lyù vaän chuyeån cuûa diode: Phaân cöïc ngöôïc diode: Söû duïng moät nguoàn DC, cöïc aâm cuûa nguoàn noái vôùi chaân P vaø cöïc döông cuûa nguoàn noái vôùi chaân N. Luùc ñoù ñieän tích aâm cuûa nguoàn seõ huùt loã troáng cuûa vuøng P vaø cöïc döông cuûa nguoàn seõ huùt electron cuûa vuøng N laøm cho loã troán vaø electron caøng xa nhau hôn daãn ñeán khoù taùi hôïp laïi. Tuy nhieân vaãn xuaát hieän doøng ñieän raát nhoû goïi laø doøng ñieän ræ (doøng baõo hoaø) phaân cöïc thuaän diode: Söû duïng moät nguoàn DC, cöïc aâm cuûa nguoàn noái vôùi chaân N vaø cöïc döông noái vôùi chaân P. Luùc ñoù ñieän tích aâm cuûa nguoàn seõ keùo loã troáng cuûa vuøng P vaø cöïc döông cuûa nguoàn seø huùt electron cuûa vuøng N laøm cho loã troáng vaø electron gaàn nhau hôn daãn ñeán söï taùi hôïp giöõa loã troáng vaø electron trôû neân deã daøng hôn, khi löïc ñieän ñuû lôùn laøm di chuyeån electron töø vuøng N sang vuøng P, nhö vaäy ñaõ coù moät doøng electron chaïy lieân tuïc töø cöïc aâm cuûa nguoàn sang diode töø N sang P veà cöïc döông cuûa nguoàn. II.3.1.c – Ñaëc tuyeán kyõ thuaät Volt – Ampe II.3.2 – DIODE ZENER II.3.2.a - Caáu taïo : Diode Zener coù caáu taïo gioáng nhö diode thöôøng nhöng pha taïp chaát vôùi tæ leä cao hôn diode thöôøng. Diode Zener thöôøng laø loaïi Silicium. II.3.2.b - Kyù hieäu vaø hình daùng vaø ñaëc tuyeán cuûa diode Zener: II.3.2.c - ÖÙng duïng: Thöôøng laøm maïch oån aùp trong caùc maïch coù ñieän aùp nguoàn thay ñoåi. II.4 – TRANSISTOR II.4.1 – Caáu taïo : Transistor laø loaïi linh kieän baùn daãn goàm ba lôùp baùn daãn tieáp giaùp nhau taïo thaønh moái noái P-N. Tuyø theo caùch saép xeáp thöù töï caùc vuøng baùn daãn ngöôøi ta cheá taïo hai loaïi transistor laø : loaïi PNP vaø loaïi NPN Transistor goàm ba cöïc : Cöïc phaùt E ( Emitter). Cöïc thu C ( Collector). Cöïc neàn B ( Base). II.4.2 – Kyù hieäu vaø hình daùng: II.4.3 – Ñaëc tuyeán kyõ thuaät cuûa transistor: II.4.3.a – Ñaëc tuyeán ngoõ vaøo : IB/VBE VBE =0.5V thì IB = 10uA VBE =0.55V thì IB = 20uA VBE =0.6V thì IB = 30uA VBE =0.65V thì IB = 40uA II.4.3.b – Ñaëc tuyeán truyeàn daãn IC/VBE VBE =0.5V thì IC = 1mA VBE =0.55V thì IC = 2mA VBE =0.6V thì IC = 3mA VBE =0.65V thì IC = 4mA Ñoä khuyeách ñaïi doøng : IC/IB = β IC = β. IB. Maø IE = IC + IB. IE = (β + 1)IB. II.4.3.c – Ñaëc tuyeán ngoõ ra IC/VCE: Ñaàu tieân phaûi taïo ñieän aùp phaân cöïc VBE ñeå taïo doøng IB, sau ñoù taêng ñieän aùp VCE, ñeå ño doøng ñieän IC. Khi taêng VCE töø 0V leân thì doøng ñieän IC taêng nhanh va sau khi ñaït ñeán trò soá IC = IB thì gaàn nhö IC khoâng thay ñoåi maëc duø VCE tieáp tuïc taêng cao. Muoán IC taêng cao hôn thì phaûi taêng phaân cöïc b ñeå coù IB taêng cao daãn ñeán IC taêng cao theo VCE treân ñöôøng ñaëc tuyeán cao hôn. CHÖÔNG III : TÌM HIEÅU VEÀ IC OPAM AD741 & PIN SAÏC III.1 - IC OPAM AD741 III.1.a - Moâ taû cô baûn : NE555 ñöôïc saûn xuaát vôùi ñoä chính xaùc cao. Ñöôïc öùng duïng trong caùc maùy phaùt xung, ñònh thôùi gian chính xaùc, vaø maùy phaùt thôøi gian treã,v.v… Vôùi cheá ñoä ñôn oån thôøi gian treã ñöôïc kieåm soaùt bôûi ñieän trôû vaø tuï ñieän gaén beân ngoaøi, vôùi cheá ñoä oån ñònh taàn soá vaø chu kyø cuûa maïch ñöôïc quyeát ñònh bôûi hai ñieän trôû beân ngoaøi vaø moät tuï ñieän. III.1.b - Caáu taïo beân trong cuûa NE555: III.1.c - Thoâng tin veà öùng duïng cuûa NE555: Vth (chaân 6) Vtr (chaân 2) Reset (chaân 4) Output (chaân 3) Discharging (chaân 7) X X Low Low On Vth>2Vcc/3 Vth>2Vcc/3 High Low On Vcc<Vth<2Vcc/3 Vcc<Vth<2Vcc/3 High - - Vth<Vcc/3 Vth<Vcc/3 High High Off Khi tín hieäu taïi chaân reset thaáp (chaân 4) thì output (chaân 3) thaáp baát chaáp ñieän aùp ngoõ vaøo trigger (chaân 2) hay ñieän aùp threshold (chaân 6). Chæ khi ñieän aùp reset ôû möùc cao thì output tuyø thuoäc vaøo trigger vaø threshold voltage. Khi ñieän aùp threshold saép xì 2Vcc/3 khi ngoõ ra output dang o möùc cao thì chaân 7 (Discharge Tr) môû, khi ñieän aùp threshold thaáp hôn ñeán ngöôõng Vcc/3, trong suoát khoaûng thôøi gian naøy ñieän aùp ngoõ ra output vaãn ôû möùc thaáp. Sau ñoù, neáu ñieän aùp taïi chaân trigger thaáp hôn Vcc/3 thì chaân7 doùng laïi (turn off) ñeå taêng ñieän aùp threshold vaø laùi ngoõ ra output cao trôû laïi. Bieán Kyù hieäu Ñieàu kieän Min Max Yeâu caàu Ñôn vò Nguoàn Vcc - 405 16 - V Doøng Icc RL= - 15 10 mA Pin 5 Vc - - 2Vcc/3 V Chaân 6 Vth - - 2Vcc/3 V Chaân 2 Vtr - - Vcc/3 V Reset VRST - - - 1 V Low chaân 3 VOL - 0.06 0.25 - V High chaân 3 VOH Vcc= 15V ISource = 100mA - - 13.3 V III.2 - PIN SAÏC III.2.a - Caáu taïo : Goàm hai ñieän cöïc moät cöïc aâm(anot) vaø moät ñieän cöïc döông(catot) Dung dòch ñieän giaûi thöôøng laø H2so4; NH4Cl; KOHv.v... Chaát xuùc taùc thöôøng laø MnO2; KCl; Platin;Ag; Platadi; v.v… III.2.b - Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa moïi pin: Trong phaûn öùng hoùa hoïc, phaûn öùng oxi hoùa khöû thoâng thöôøng electron chuyeån tröïc tieáp töø chaát khöû sang chaát oxi hoùa vaø naêng löôïng cuûa phaûn öùng bieán ñoåi thaønh nhieät naêng. Vd : Khi nhuùng thanh keõm vaøo dung dòch CuSO4 ion Cu2+ ñeán tröïc tieáp thanh keõm nhaän electron. Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+. Vaø naêng löôïng cuûa phaûn öùng thoaùt ra döôùi daïng nhieät: Do ñoù, ngöôøi ta môùi bieán ñoåi naêng löôïng cuûa phaûn öùng hoaù hoïc thaønh naêng löôïng ñieän. Muoán laøm ñöôïc nhö vaäy thì ngöôøi ta phaûi thöïc hieän söï oxi hoaù ôû moät nôi vaø söï khöû ôû moät nôi vaø cho doøng electron chuyeån töø chaát khöû sang chaát oxi hoaù qua moät daây daãn. Ñaây laø moâ hình hoaït ñoäng cuûa pin. Trong quaù trình hoaït ñoäng ñieän cöïc keõm bò aên moøn vaø ñieäncöïc ñoàng ñöôïc ñaà theâm. Nghóa laø treân cöïcZn ñaõ xaûy ra söï oxi hoùa vaø treân cöïc Cu ñaõxaûy ra söï khöû ion Cu2+ vaø naêng löôïng cuûa phaûn öùng bieán thaønh ñieän naêng. Döïa vaøo caáu taïo ngöôøi ta chia laøm hai loai pin: Pin thöù caáp vaø pin sô caáp Pin sô caáp laø nhöõng loaïi pin chæ söû duïng moät laàn nhö pin lô-laêng-se, pin kieàm… Pin thöù caáp laø caùc pin coù theå naïp laïi ñöôïc nhö pin Niken Cadimi(NiCd); ac-quy chì; pin nhien lieäu;v.v… Pin sô caáp: I.1 - Pin Khoâ(Lôclaêngse): I.1.a - Caáu taïo: - Ñieän cöïc aâm (Anoát) cuûa pin laø keõm (voû pin) - Ñieän cöïc döông (Catoát) laø thanh than chì boïc bôûi MnO2  vaø boät than. - Chaát ñieän ly laø NH4Cl; ZnCl2 (daïng boä nhaõo). I.1.b - Caùc phaûn öùng beân trong pin: Phaûn öùng oxi-hoùa taïi Anoát: Zn -> Zn2+ + 2e- E0 (0.76V) Phaûn öùng khöû xaûy ra taïi Catoát: 2MnO2 + 2H+ + 2e- -> MnO3 + H2O E0 = 1.04V phaûn öùng chung beân trong pin: Zn + 2MnO2 + H+ -> Zn2+ + Mn2O3 + H2O E0 = 1.8V Treân thöïc teá thì ta khoâng ñaït ñöôïc ñieän aùp 1.8V chuyeån hoaù töø phaûn öùng hoaù hoïc thaønh ñieän naêng maø chæ ñaït khoaûng 1.5V vì coù caùc phaûn öùng phuï beân trong pin. I.2 Pin kieàm: I.2.a - caáu taïo: Coù caáu taïo gioáng pin khoâ LôcLaêngse nhöng chaát ñieän giaûi khoâng chöùa axit (NH4Cl) maø laø chöùa KOH laø dung dòch kieàm, neân ñöôïc goïi laø pin kieàm. I.2.b - Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa pin kieàm: Phaûn öùng oxi-hoùa taïi Anoát : Zn + 2OH- -> ZnO + H2O + 2e- Phaøn öùng khöû taïi Catoát : 2MnO2 + H2O + 2e- -> Mn2O3 + 2OH- phaûn öùng chung tai hai ñieän cöïc: Zn + 2MnO2 -> ZnO + Mn2O3 Ñieän aùp cuûa pin kieàm cuõng gaàn baèng pin khoâ LôcLaêngse =1.54V. Xem xeùt caùc phaûn öùng phuï beân trong cuûa hai loaïi pin LôcLaêngse vaø pin kieàm ngöôøi ta cho ra keát luaän pin kieàm söû duïng toát hôn pin khoâ LôcLaêngse vì traùng ñöôïc hai nhöôïc ñieåm cuûa pin khoâ LôcLaêngse maéc phaûi. Pin khoâ LôcLaêngse phaûn öùng khöû ôû Catoát taïo ra chaát khí: 2NH4+ + 2e- -> 2NH3 + H2 Vaû laïi, trong pin coù MnO2; laø moät taùc nhaân oxi-hoùa coù khaû naêng loaïi tröø khí H2 2MnO2 + H2 -> Mn2O3 + H2O coøn khí NH3 bò ion Zn2+ loaïi boû taïi Anoát : Zn2+ + 2NH3 + 2Cl- -> Zn(NH3)2Cl2 Phaûn öùng chung : 2MnO2 + 2NH4Cl + Zn -> Mn2O3 + H2O + Zn(NH3)2Cl2 vì phaûn öùng trong pin khoâ LôcLaêngse taïo ra khí neân khi pin laøn vieäc lieân tuïc thì saûn phaûm khí khoâng bò loaïi boû kòp laøm cho ñieän aùp bò suït nhanh choáng. Caùc phaûn öùng tröïc tieáp giöõa ñieän cöïc keõm(Zn) vaø ion Amoni (NH4-) tuy dieãn ra chaäm nhöng cuõng laøm cho pin choáng bò hoûng. II. Pin thöù caáp: II.1 - Ac-Quy chì : II.1.a - Caáu taïo: Cöïc aâm laø moät taám chì xoát. Cöïc döông laø moät thanh chì oxit Chaát ñieän ly laø dung dòch H2SO4. II.1.b - Caùc phaûn öùng hoùa hoïc cuûa Ac-quy chì: Quaù trình phoùng ñieän: Taïi cöïc aâm : Pb -> Pb2+ + 2e- Taïi cöïc döông : PbO2 + 4H+ + 2e- -> Pb2+ + 2H2O Phaûn öùng chung taïi hai cöïc: Pb2+ + SO42- -> PbSO4. Quaù trình naïp ñieän: Quaù trình naïp hoaøn toaøn töông tuï quaù trình phoùng ñieän nhöng ngöôïc laïi: Taïi cöïc aâm: PbSO4 + 2e- -> Pb + SO42-. Taïi cöïc döông: PbSO4 + 2H2O -> PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-. II.2 - Pin Niken-Cadimi (NiCad): Ac-quy chì laø moät loaïi pin thöù caáp cuõng khaù phoå bieán trong öùng duïng nhöng mang nhöôïc ñieåm laø khaù coàng keàm vaø coâng suaát thaáp tính theo khoái löôïng. Do ñoù ñaõ xuaát hieän pin NiCad. Pin NiCad ñöôïc söû duïng khaù roäng raõi vaø phoå bieán vaø coù theånaïp laïi caû haøng traêm laàn. Do ñoù duøng laâu hôn caû pin LôcLaêngse vaø ñieän aùp haàu nhö khoâng ñoåi. II.2.a - Caáu taïo: Cöïc aâm Anoát laø Cadimi laø thanh kim loaïi. Cöïc döông Catoát laø Niken(IV)oxit. Dung dòch ñieän giaûi laø Baz II.2.b - Quaù trình phoùng ñieän: Taïi cöïc Anoát: Cd + 2OH- -> Cd(OH)2 + 2e-. Taïi cöïc Catoát: NiO2 + 2H2O + 2e- -> Ni(OH)2 +2OH-. Phaûn öùng chung taïi hai cöïc: Cd + NiO2 + 2H2O -> Cd(OH)2 + Ni(OH)2. II.2.c - Quaù trình naïp ñieän: Pin NiCad coù theå naïp laïi bôûi moät nguoàn ngoaøi vaø caùc phaûn öùng ñieän cöïc ngöôïc laïi vôùi phaûn öùng phoùng ñieän. Ñaïc bieät, caùc saûn phaûm cuûa caùc phaûn öùng ôû hai ñieän cöïc laø chaát raén dính chaët vaøo beà maët cuûa ñieän cöïc, vì caùc phaûn öùng khoâng sinh ra chaát khí neân pin coù theå ñoùng kín. Ñieän aùp cuûa pin vaøo khoaûng 1.4V. II.3 - Pin nhieân lieäu Hidro-Oxi: Phaûn öùng trong pin chæ ñôn giaûn laø quaù trình oxi hoùa hidro cuûa oxi ñeå taïo nöôùc: O2 + 2H2 -> 2H2O (+Q). Nhöng ngöôøi ta saép xeáp theo sô ñoà: II.3.a - Caáu taïo: - Hai thanh Carbon xoáp, laøm hai ñieän cöïc aâm vaø ñieän cöïc döông. - Dung dòch ñieän giaûi laø KOH ñaët. - Chaát xuùc taùc goàm coù Platin hay baïc ôû ñieän cöïc aâm; Platin hay Platadi ôû ñieän cöïc ñöông. II.3.b - Caùc phaûn öùng hoùa hoïc trong pin: Phaûn öùng oxi hoùa taïi Anoát: 2H2 + 4OH- -> 4H2O + 4e- . phaûn öùng khöû taïi Catoát: O2 + 2H2O +4e- -> 4OH-. Phaûn öùng chung: 2H2 + O2 -> 2H2O. II.3.c - ÖÙng duïng : - Duøng taïo ra ñieän vaø nöôùc treân taøu vuõ truï töø khi oxi vaø Hidro. - Maùy phaùt ñieän coâng suaát lôùn 4.5 MegaWatt(MW), ñöôïc cheá taïo thaønh coâng taïi Tokyo, nhöng chaát ñieän giaûi ôû ñaây khoâng phaûi laø KOH ñaët maø laø oxit Photphoric. PHAÀN II : TÍNH TOAÙN VAØ THIEÁT KEÁ MAÏCH SAÏC PIN TÖÏ ÑOÄNG CHÖÔNG I : PHAÂN TÍCH MAÏCH I.1 Sô ñoà khoái Vs : ñieän aùp nguoàn cung caáp. Vo : Ñieän aùp ra. I.2. Chöùc naêng töøng khoái: I.2.a. Khoái ñieàu khieån: Söû duïng IC NE555 I.2.a.1 - Chöùc naêng cuûa khoái: Khi nguoàn cung caáp VDC qua D1 bò giaûm aùp qua ñieän trôû R1 vaø diode Zener 5.6V ñeå taïo thaønh moät ñieän aùp oån ñònh cung caáp cho IC NE555 hoaït ñoäng. R2 vaø R3 taïo ngöôõng daãn naïp (Vchaân 2 luon nhoû hôn Vz /3 ñeå cho ñieän aùp ngoõ ra (pin 3) luoân ôû möùc cao. I.2.b. Khoái naïp söû duïng caëp transistor C1815: I.2.b.1 - Chöùc naêng: Ñieän aùp ra cuûa khoái ñieàu khieån ôû chaân 3 (Vo ôû möùc cao) ñoùng vai troø laø nguoàn ñeå cho hai ñieän trôû R2 vaø R3 taïo thaønh caàu phaân aùp cho caëp transistor C1815 hoaït ñoäng vaø cung caáp nguoàn ñieän aùp naïp cho Batt (VBatt). Doøng naïp cuûa Batt ñöôïc quyeát ñònh bôûi ñieän trôû R4 vaø ñieän aùp VBB cuûa maïch. Khi R4 vaø ñieän aùp VBB ñöôïc choïn ñuùng vôùi yeâu caàu naïp Batt roài ta choïn R1 thích hôïp vôùi doøng naïp cuûa Batt ñeå taïo suït aùp khoaûng gaàn 2V thì seõ laøm cho LED saùng duøng baùo hieäu Batt ñang ñöôïc naïp, coøn khi LED taét baùo hieäu Batt khoâng ñöôïc naïp. (Vo cuûa khoái ñieàu khieån) I.2.c. Khoái hoài tieáp ñieàu khieån: I.2.c.1 - Chöù naêng cuûa khoái: khi pin ñöôïc naïp ñaày ñeán ngöôõng phaân cöïc cho diode vaø moái noái BE cuûa transistor C828, thì laøm cho SCR baét ñaàu daãn. Khi SCR daãn thì seõ daãn maõi vaø ruùt doøng töø Vs qua laøm cho IC 555 taét (hoaëc daãn raát yeáu). Ñoàng thôøi ta cuõng cung caáp cho chaân 6 cuûa IC moät ñieän aùp lôùn hôn 2Vcc/3 cung ñoàng nghóa vôùi IC taét ngoõ ra cuûa IC(pin 3) rôi xuoáng gaàn baèng 0V daãn ñeán ngaét söï phaân cöïc laøm cho Batt khoâng naïp nöõa.I.3 - Chöùc naêng caùc linh kieän: IC NE555 :Laø phaàn töû ñieàn khieãn ñieän aùp ngoõ ra(Vo). Khi ñieân aùp chaân 6(Vth) lôùn hôn 2Vcc/3 (lôùn hôn 6V) thì Vo gaàn baèng 0. Khi chaân 2(Vtr) nhoû hôn Vcc/3(nhoû hôn 3V) thì ñieän aùp ngoõ ra gaàn baèng Vcc. Diode Zener 5.6V(D3) taïo ñieän aùp Vcc baèng haèng soá (=5.6V). Diode D1 ngaên ñieän aùp AC vaø khoâng cho xung phaûn hoài khi ngaén maïch. Diode D2 taïo ngöôõng daãn vaø cho doøng moät chieàu qua. LED : duøng ñeå baùo hieäu khi pin ñang naïp (LED saùng )hay pin naïp ñaày (LED taét). Transistor C1815x2 : Laø transistor coâng suaát nhoû ñöôïc maéc Darlington duøng ñeå naïp pin, coù VBE = 0.65V. Vaø doøng Icmax =0.2A. Ñieän trôû (R) : R1(56Ω) : haïn doøng cho nguoàn Vcc töø nguoàn Vs deå cho Iccmax = 50mA theo coâng thöùc: IR = IZmin + Iccmax Ta coù IZmin = 5mA Ta choïn R= 56 Ω( RD khoaûng 5-20Ω) Ñieän trôû R4 vaø R5 ñöôïc choïn ñeå taïo caàu phaân aùp cho Caëp transistor maéc theo kieåu Darlington ñeå taêng doøng naïp vaø doøng chòu ñöïng cho transistor. Ñieän trôû coâng suaát R7 coù taùc duïng quyeát ñònh doøng naïp cho pin. Ñieän trôû coâng suaát R6 taïo suït aùp khoaûng 2V laøm cho LED saùng khi doøng ñang naïp vaø cuõng coù taùc duïng laøm caàu trì ñieän trôû baûo veä quaù doøng(ngaén maïch ngoõ ra). Ñieän trôû R2 vaø R3 : coù taùc duïng taïo ñieän aùp <Vcc/3 ñeå cung caáp cho chaân 2 cuûa IC. Ñieän trôû R8 taïo söï ruùt doøng khi Transistor C828 Vaø A564 maéc thaønh SCR cöïc nhaïy ñöôïc hoaï ñoäng. Ñieän trôû R10 vaø C4 oån ñònh söï laøm vieäc cho SCR. Tuï ñieän 220uF vaø tuï 100uF/16v coù taùc duïng oån aùp cho nguoàn vaø caùc diode Zener maét chung vôùi noù. I.4 Sô ñoà nguyeân lyù: I.5 Nguyeân lyù hoaït ñoäng: Giaû söû nguoàn cung caáp Vs = 10VDC qua diode 1N4007 coù V =0.7V, ñieän trôû 56Ω taïo suït aùp vaø diode Zener 5.6V taïo söï oån aùp vaø oån doøng cho IC NE555( Vcc=VZ=5.6V) hoaït ñoäng. Ñieän aùp cung caáp cho chaân 8 (Vcc) vaø chaân 4 (Reset) laø const. Ñieän aùp ngoõ ra taïi chaân soá 3(output) luoân ôû möùc cao do hai ñieän trôû 100k vaø 47k taïo thaønh caàu phaân aùp, vaø cho vaøo chaân soá 2 moät ñieän aùp nhoû hôn Vcc/3 laøm cho Vo( chaân 3) luoân ôû möùc cao. Khi ngoõ ra chaân 3 (Vo) ôû möùc cao thì laøm xuaát hieän caàu phaân aùp treân ñieän trôû R4 vaø R5 taïo ñieän aùp naïp cho pin. Vaø khi ngoõ ra ôû möùc thaáp thì caëp transistor C1815 khoâng ñöôïc phaân cöïc neân khoâng coù doøng naïp. Khi pin ñöôïc naïp thì ñieän trôû R7 (1/1w) taïo doøng naïp cho Batt vaø laøm cho ñieän trôû R6 tao suït aùp khoaûng gaàn 2V laøm cho LED saùng, khi pin naïp ñaày thì LED gaàn nhö taét haún, trong thôøi gian naøy ta vaãn chöa ngaét nguoàn thì doøng vaãn coøn naïp cho ñeán khi >=ñieän aùp ngöôõng (Vngöôõng =1.4V) thì moài cho SCR daãn ñieän vaø taét IC. CHÖÔNG II : TÍNH TOAÙN VAØ THIEÁT KEÁ II.1 Tính toaùn nguoàn vaøo Vcc: Ta coù nguoàn cung caáp Vs =10 - 15VDC Diode Zener : coù Vz=5.6V Izmin = 5mA Izmax = 50mA Ta coù Ighmax = Izmin + IRLmax IRLmax = 50mA Choïn R1= 56Ω (Vì Rgh= RD +R1) Pghmax = R1*(Ighmax)2=56*(55)2=0.17(W). II.2 Tính toaùn boä naïpsöû duïng caëp transistor C1815 maéc theo kieåu Darlington: Pin coù ñieän aùp 1.4V, 700mAh => doøng naïp yeâu caàu laø khoaûng 70mA. Transistor coù VBE=0.7V, Icmax =0.1A; Ta coù: Trong ñoù: => => Do ñoù ta choïn ñieän trôû: R7=1Ω II.3 Boä hoài tieáp ñieàu khieån: khi pin ñöôïc naïp ñaày laø 1.4V;(thöïc teá ñaày laø 1.35V); thì diode D2(1N4007 coù VD=0.7V) seõ daãn cuøng vôùi söï phaân cöïc cuûa moái noái VBE laøm transistor C828. C828 cuøng vôùi transistor A564 hôïp thaønh SCR cöïc nhaïy ñöôïc moài daãn ñieän vaø taïo söï ruùt doøng töø nguoàn Vcc xuoáng laøm ngaét nguoàn cuûa IC NE555.