Sử dụng phần mềm Proteus để nâng cao chất lượng giảng dạy phần kĩ thuật điện tử công nghệ 12

BÁO CÁO NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

vectorstock.com/10212115

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

Sáng kiến Sử dụng phần mềm Proteus để nâng cao chất lượng giảng dạy phần kĩ thuật điện tử công nghệ 12 và kích thích khả năng tìm tòi của học sinh WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

BÁO CÁO SÁNG KIẾN I. Điều kiện hoàn cảnh tạo ra sáng kiến Ngày nay trong thời đại công nghệ 4.0. Khoa học công nghệ không ngừng phát triển, nghành tin học nói chung đã có mặt trong hầu như tất cả các nghành nghề từ đơn giản đến phức tạp. Công nghệ tin học đã giúp ích không nhỏ vào công việc giảng dạy và mang lại nhiều kết quả không nhỏ. Proteus là chương trình tạo và mô phỏng các mạch nguyên lí giúp cho người học điện tử hình dung trực quan hơn vào thực tế của các linh kiện điện tử.

Không những thế, hiện nay với chương trình sách giáo khoa công nghệ 12 trong chương 1. LINH KIỆN ĐIỆN TỬ thì nội dung chủ yếu là giúp các em biết được cấu tạo, kí hiệu và công dụng của các linh kiện. Trong khi các linh kiện này các em ít được tiếp xúc trong thực tế, nội dung trong sách giáo khoa thì trừu tượng nhất là công dụng của các linh kiện các em học theo cách rập khuôn máy móc nên việc giới thiệu để các em biết, nhớ kiến thức cũng như có hứng thú hơn với môn học cũng gặp không ít khó khăn. Còn nội dung chương 2. MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN và chương 3. MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN ĐƠN GIẢN thì trong một số bài thì việc nắm bắt và hiểu được nguyên lí làm việc của các mạch điện cũng gặp phải một số khó khăn nhất định như tính trừu tượng của nội dung nói chung và khó hình dung đường đi của dòng điện trong mạch nói riêng dẫn đến khi học các bài thực hành các em phân vân không biết mạch mình lắp có sai sót gì hay không.

Nên yêu cầu đặt ra là làm thế nào để cho các em biết, ghi nhớ nội dung bài học cũng như hứng thú với môn học để mỗi một tiết học công nghệ như 1 buổi tìm tòi, khám phá và kích thích tính tích cực của các em.

Nếu việc mua linh kiện thực về lắp ráp để minh họa công dụng cho các linh kiện, cũng như nguyên lí làm việc của các mạch điện tử thì công việc này vừa tốn kém về mặt kinh tế, thời gian lắp ráp mà lại không kiểm tra trước được mạch đó có sai sót gì hay không. Để giải quyết các vấn đề đó thì các phần mềm mô phỏng đã ra đời. Tuy các phần mềm mô phỏng này chưa chính xác một cách tuyệt đối nhưng cũng giúp ích cho chúng ta rất nhiều. Hiện nay trên các trang mạng có rất nhiều phần mềm mô phỏng nhưng được giáo viên, học sinh, sinh viên nhắc đến nhiều nhất trong số đó là phần mềm Proteus. Trong đề tài này, tôi sẽ giới thiệu rõ hơn về phần mềm Proteus cũng như cách sử dụng phần mềm và tiến hành mô phỏng một số 1

mạch để làm rõ công dụng của các linh kiện, nguyên lí làm việc của một số mạch cụ thể.

II. Mô tả giải pháp.

1. Mô tả giải pháp trước khi có sáng kiến.

(Nêu hiện trạng trước khi áp dụng giải pháp mới; phân tích ưu nhược điểm của giải pháp cũ để cho thấy sự cần thiết của việc đề xuất giải pháp mới nhằm khắc phục nhược điểm của giải pháp cũ).

1.1. Hiện trạng trước khi áp dụng phần mềm mô phỏng vào giảng dạy.

1.1.1. Nội dung kiến thức các bài kĩ thuật điện tử trên thực tế. − Ở chương 1: LINH KIỆN BÁN DẪN, bài 2: Điện trở - Tụ điện – Cuộn cảm. Mặc dù trong lớp 11 các em đã được biết đến các linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm thông qua các bài toán vật lí nhưng công dụng của các linh kiện này là gì, cũng như ứng dụng của nó vào mạch cụ thể thì hầu như các em không nắm rõ. Hay trong bài 4: Linh kiện bán dẫn và IC thì đối với đa số các em những linh kiện này tương đối trừu tượng, ít nghe nói đến vậy nên việc giới thiệu cấu tạo, công dụng của các linh kiện tới các em cũng gặp không ít khó khăn, không những thế việc giới thiệu các linh liện nếu không có sự thay đổi về phương pháp giảng dạy mà chỉ dập khuôn máy móc lặp đi lặp lại thông qua sự tìm hiểu đơn giản về lí thuyết của học sinh, kết hợp với giải thích của giáo viên thông qua các mạch nguyên lí vẽ bằng tay trên bảng rồi cho ra kết luận thì gần như không kích thích được tính hứng thú, yêu thích, hay ham học hỏi của các em. − Ở một số bài chương 2: MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN và chương 3: MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN ĐƠN GIẢN Trong nội dung bài 4 đa phần các linh kiện bán dẫn đó đều được sử dụng để lắp ráp những mạch cụ thể như mạch chỉnh lưu trong bài 7: Khái niệm về mạch điện tử (dùng tới điôt), mạch tạo xung trong bài 8: Mạch khuếch đại – Mạch tạo xung (dùng tới tranzito), mạch báo hiệu và bảo vệ quá điện áp trong bài 14 : Mạch điều khiển tín hiệu (dùng tới điôt, tranzito), mạch điều khiển động cơ 1 pha trong bài 15: Mạch điều khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều một pha (dùng tới triac, điac)….nên việc hướng dẫn cho các em hiểu về các linh kiện này sẽ tạo nền tảng giúp các em nắm rõ hơn nội dung của các bài sau. Không những thế, các bài đều có nội dung chung là tìm hiểu nguyên lí của mạch hoặc từ sơ đồ nguyên lí dẫn tới ưu, nhược điểm của mạch. Trên thực tế, tất cả những mạch từ đơn giản đến phức tạp cũng như vậy. Dựa vào sơ đồ nguyên lí người thiết kế 2

cũng như người đọc hiểu một phần hay toàn phần nguyên lí hoạt động của mạch.

Nên việc hiểu được nguyên lý của mạch là rất cần thiết.

Ngày nay, với xu thế phát triển của thời đại thì việc áp dụng công nghệ thông tin vào quá trình giảng dạy không những giúp giáo viên nâng cao tính sáng tạo và trở nên linh hoạt hơn trong quá trình giảng dạy của mình, mà còn cung cấp tới cho các em một lượng kiến thức nhanh nhất, dễ hiểu nhất. và việc áp dụng phần mềm mô phỏng vào môn công nghệ sẽ giải quyết được các khó khăn về vấn đề tiếp thu kiến thức, sự hứng thú ở các em.

1.1.2. Sự cần thiết của việc áp dụng proteus vào mô phỏng mạch điện tử.

- Khi nói về mảng kĩ thuật điện tử thì trên thực tế có nhiều phần mềm vẽ và mô phỏng mạch điện được ra đời như: Orcad, CircuitMaker, Proteus, Electronics Workbench, tina…Mỗi một phần mềm thì có ưu, nhược điểm riêng biệt. Nhưng phần mềm Proteus có rất nhiều ưu điểm mà các phần mềm khác không có. Nên trong đề tài này tôi sử dụng phần mềm proteus, không những thế hiện nay, hầu như các trường trung học phổ thông đều có phòng học máy tính hoặc trên các lớp 12 gần như mỗi lớp đều có trang bị một máy tính để bàn nên việc cài đặt và sử dụng phần mềm Proteus tương đối đơn giản.

- Trong quá trình giảng dạy, ở những bài đầu giáo viên có thể đan xen giới thiệu và hướng dẫn các em về cách sử dụng phần mềm. Sau đó, yêu cầu các em tự nghiên cứu mạch cụ thể ở những bài tiếp theo và hôm sau các em trình bày bài dưới sự chỉ đạo của giáo viên như thế các em sẽ tự tin, có cơ hội thể hiện mình và hiểu rõ nội dung bài học hơn. Ngoài ra, ở đa số các trường đại học, cao đẳng, trung cấp chuyên nghiệp có các khoa liên quan đến chuyên nghành điện tử thì phần mềm này được sử dụng khá nhiều nên việc tiếp xúc sớm với phần mềm Proteus sẽ rất có ích cho các em sau này.

- Một lý do không thể thiếu đó là, hiện nay trong các tài liệu tham khảo cũng như trên mạng có rất nhiều bài viết nói về ứng dụng của phần mềm này nhưng nội dung không áp dụng được cho chương trình công nghệ 12 hoặc có áp dụng được thì nội dung trình bày không đủ, còn sơ sài. Ví dụ như tranzito, trên các tài liệu tham khảo đa phần chỉ giới thiệu khái quát về tranzito nhưng nguyên lý của nó như thế nào thì chưa thể hiện được hay trong bài 8: Mạch khuếch đại – Mạch tạo xung thì chưa làm rõ được dạng sóng đầu ra của mạch khuếch đại đảo, không đảo với nguồn AC, DC còn về mạch tạo xung thì chưa mô phỏng được dạng xung đầu ra của mạch…..

3

Chính vì tất cả các lí do trên mà tôi đã chọn đề tài : “ Sử dụng phần mềm Proteus để nâng cao chất lượng giảng dạy phần kĩ thuật điện tử công nghệ 12 và kích thích khả năng tìm tòi của học sinh”.

2. Mô tả giải pháp sau khi có sáng kiến: (trọng tâm) (Nêu vấn đề cần giải quyết; Chỉ ra tính mới, sự khác biệt của giải pháp mới so với giải pháp cũ; nêu cách thức thực hiện, các bước thực hiện của giải pháp mới một cách cụ thể, rõ ràng cũng như các điều kiện cần thiết để áp dụng giải pháp; Nêu rõ khả năng áp dụng vào thực tế của giải pháp mới và mang lại lợi ích thiết thực; ngoài ra có thể nêu rõ giải pháp còn có khả năng áp dụng cho những đối tượng, cơ quan, tổ chức nào) Nội dung này bao gồm: Phần 1: Giới thiệu chung về Proteus.

Trong phần này, tôi giới thiệu một cách tổng quan về phần mềm này như: ưu điểm nổi bật của proteus, khả năng ứng dụng, nhược điểm của phần mềm, môi trường làm việc, quy trình sử dụng Proteus.

Phần 2: Mô phỏng hoạt động của một số mạch điện tử cụ thể.

Phần này, toàn bộ công dụng, nguyên lý làm việc của các linh kiện, mạch điện tử có thể mô phỏng được trong phần kĩ thuật điện tử công nghệ 12 sẽ được trình bày đầy đủ và có video hướng dẫn cách vẽ mạch.

Phần 3: Mô phỏng hoạt động của một số mạch điện tử khác.

Một số mạch điện tử mở rộng khác cũng như các mạch các em đã thực hiện mà không có trong sgk để tạo tính hứng thú hơn với phần mềm Proteus nói chung và môn công nghệ nói riêng.

4

2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PROTEUS 8.5 2.1.1. Giới thiệu về phần mềm Proteus 8.5 2.1.1.1. Tổng quan về Proteus.

Phần mềm proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử tương tự và số bao gồm 2 chương trình: ISIS (Intelligent schematic input system) cho phép mô phỏng mạch và ARES (Advanced routing & editing softwar) dùng để vẽ mạch in. Đối với giáo viên và học sinh nói chung thì công cụ isis tương đối dễ tiếp cận vì thư viện có đầy đủ các linh kiện điện tử tương tự và số cơ bản, các công cụ đo đạc trong thực tế cũng như các công cụ để mô phỏng trực quan các quá trình trong mạch.

Hiện nay Proteus có rất nhiều phiên bản như Proteus 8.0, Proteus 8.1, Proteus 8.3, Proteus 8.4, Proteus 8.5, Proteus 8.6, Proteus 8.7, Proteus 8.8... và trong chương trình trung học phổ thông thì giáo viên sử dụng chủ yếu là mô phỏng mạch (ISIS) và chỉ cần Proteus phiên bản Proteus 8.5 là đủ nên trong đề tài này tôi sẽ giới thiệu về chương trình ISIS (mô phỏng mạch) của proteus 8.5.

2.1.1.2. Ưu điểm: Proteus nói chung là phần mềm có rất nhiều ưu điểm như: - Dễ dàng tạo ra một sơ đồ nguyên lý từ các mạch điện đơn giản đến các mạch phức tạp có bộ lập trình vi xử lý.

- Công cụ hỗ trợ kiểm tra lỗi thiết kế trên sơ đồ nguyên lý, có thể xem và lưu lại bản báo lỗi.

- Thay đổi các thông số kĩ thuật của linh kiện dễ dàng.

- Công cụ hỗ trợ chạy và mô phỏng mạch điện rất mạnh và chính xác. Không những thế phần mềm còn có thêm các máy phân tích từ đơn giản như: đồng hồ đo vôn, ampe, máy dao động kí... cho phép ta có thể đo và xem được dạng sóng của mạch.

- Với các phần mềm khác thì thư viện linh kiện khá hạn chế còn proteus thì có một thư viện khá lớn với hơn 6000 linh kiện và ngày càng được bổ sung.

- Một điểm mạnh của proteus là cung cấp cho người sử dụng công cụ biên dịch cho các bộ vi xử lý để tạo ra các tập tin HEX ( dùng nhiều để mô phỏng những mạch vi xử lý khi các em tham gia các cuộc thi khoa học kĩ thuật) để xem và chạy kiểm tra từng bước trong chương trình mô phỏng.

2.1.1.3. Khả năng ứng dụng của proteus 5

- Ứng dụng chính của proteus chính là mô phỏng, phân tích các kết quả từ các mạch nguyên lý. Proteus giúp cho người sử dụng có thể thấy trước mạch thiết kế chạy đúng hay sai trước khi thiết kế trên bo mạch.

- Các công cụ đo vôn, ampe hay dao động kí có độ chính xác khá cao.

- Khả năng áp dụng proteus vào trong giảng dạy là rất tốt cho giáo viên và học sinh vì hầu như proteus cung cấp gần như đầy đủ từ cơ bản đến phức tạp cho người học.

- Điều đặc biệt là tiết kiệm tiền đối với những học sinh ham học, ham nghiên cứu mà không có điều kiện thì proteus chính là người thầy ở nhà cho các em.

2.1.1.4. Nhược điểm Phần mềm nào cũng có nhược điểm của nó, do đó proteus cũng không tránh khỏi các nhược điểm: - Phần mềm do công ty nước ngoài nên tính chất bản quyền khá cao.

- Với những mạch vi xử lý phức tạp hay những linh kiện cần chỉnh quá nhiều thông số kĩ thuật thì sử dụng khá phức tạp.

- Phần mềm do công ty nước ngoài viết nên không có tài liệu hướng dẫn sử dụng bằng tiếng việt. Ngoài ra, trong phần mềm sử dụng hoàn toàn bằng tiếng anh nên đòi hỏi người sử dụng cũng phải có một nền tảng tiếng anh cơ bản nếu muốn sử dụng nó một cách hiệu quả ( nhất là tiếng anh chuyên ngành về điện tử).

2.1.2. Môi trường làm việc của Proteus 8.5 Phần mềm Proteus hiện nay có rất nhiều phiên bản nhưng hiện nay phiên bản 8.5 được sử dụng khá nhiều. Việc tải phần mềm này cũng giống như tất cả các phần mềm khác tương đối đơn giản. Sau khi tải và tiến hành mở phần mềm Proteus ta có giao diện ban đầu của phần mềm Proteus (hình 2.1.1)

6

Hình 2.1.1. Giao diện ban đầu của phần mềm Proteus Để tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lí trước hết ta vào New Project và tiến hành lưu tên cho file đó. Với đuôi là .pdsprj hoặc ta có thể vào Open Project để mở 1 file đã có trong máy.

Sau khi mở file ta có giao diện của Proteus như sau:

Hình 2.1.2. Cửa sổ làm việc của Proteus 8.5 ❖ Môi trường làm việc của Proteus gồm thanh trình đơn, thanh tác vụ, thanh 7

công cụ, các vùng hiển thị linh kiện, vùng làm việc và vùng hiển thị chung. ➢ Trong đó, cần chú ý tới các thành phần của thanh tác vụ gồm: hình 2.3, hình 2.4, hình 2.5, hình 2.6.

Chức năng

Tên New

Tạo bản vẽ mới

Open

Mở bản vẽ đã có

Save

Lưu bản vẽ

Close

Đóng bản vẽ

Home Page

Trang chủ

Schematic capture

Chụp sơ đồ nguyên lí

PCB Layout 3D Visualizer

Bố trí PCB Trình hiển thị 3D

Gerber Viewer

Xem trước mạch

Design Explorer

Những linh kiện tham gia thiết kế

Bill Of Materials

Chi phí của mạch

Source Code

Mã nguồn

Project Notes

Đánh dấu đối tượng

Overiew

Tổng quan

Hình 2.1.3. Chức năng thanh tác vụ của Proteus 8.5 (1) Chức năng

Tên Redraw Display Toggle Gird

Làm mới màn hình thiết kế Chuyển đổi lưới

Toggle False Origin

Chọn gốc tọa độ

Center At Cursor

Trung tâm

Room in

Phóng to

Room out

Thu nhỏ

Zoom to view Entire Sheet

Phóng to để xem toàn màn hình

Zoom To Area

Phóng to một phần

Hình 2.1.4. Chức năng thanh tác vụ của Proteus 8.5 (2) 8

Tên

Chức năng

Chức năng

Tên

Undo Hủy bỏ

Block Rotate Quay khối

Changes Làm lại

Redo Changes Cut Clipboard

to Cắt từ bảng mạch

Copy Clipboard

to

Pick Parts Chọn các linh kiện từ thư viện From Libraries

Sao chép từ bảng mạch

Paste From Lưu từ mạch Clipboard

Xóa khối

Block Delete

bảng

Block Copy

Sao chép khối

Block Move

Di chuyển khối

Làm thiết bị

Make Device

Packaging Công cụ cài đặt thư viện Tool Phân hủy

Decompose

Hình 2.1.5. Chức năng thanh tác vụ của Proteus 8.5 (3) Chức năng

Tên

Nối dây tự động

Wire Autorouter Search Tag

Tìm kiếm nhãn

Property Assignment tool

Sắp xếp linh kiện

New (root) Sheet

Tạo linh kiện mới

Remove/Delete Sheet

Di chuyển / Xóa linh kiện

Exit to parent Sheet

Thoát khỏi linh kiện gốc

Electrical Rules Check

Kiểm tra mạch điện

➢

Hình 2.1.6. Chức năng thanh tác vụ của Proteus 8.5 (4) Thanh công cụ gồm một số thành phần như sau:

Tên section mode

Chức năng

Tên

Chọn linh kiện

Terminals Mở của sổ Mode Chứa nguồn, đất Power, Ground 9

Chức năng lấy

Component Lấy linh kiện từ Device Các kí hiệu chân thư viện Pins Mode

mode

Junction Dot Đặt điểm nối Mode

Mode

Graph Mở cửa phỏng

sổ

mô

Wire

Label Đặt tên cho dây Active Bật chế độ popup nối, tên cho bus Popup Mode

Text

script Chèn chữ vào Generator trang thiết kế Mode

Mode

Mode

Buses Mode Subcircuit Mode

line

Đặt bó dây

Probe Mode

Đo điện thế tại 1 điểm trên mạch

Đặt một kí hiệu Virual mạch Instrument Mode

Chứa dụng cụ đo dòng và áp (Giống đồng hồ vạn năng trên thực tế)

Lấy các dây nối mạch

Symbol

Mở cửa sổ lấy các kí hiệu

maker

Lấy các kí hiệu thiết kế

box, circle, Các hình dạng thiết kế, hình chữ arc, 2D path nhật, hình tròn...

Text

Chứa các nguồn điện, nguồn xung, dòng

Đặt chú thích vào trang thiết kế

Hình 2.1.7. Chức năng thanh công vụ của Proteus 8.5 2.1.3. Quy trình sử dụng Proteus 8 Profesional Việc sử dụng Proteus được chia làm các bước như sau: 2.1.3.1. Đặt tên và chọn đường dẫn để lưu.

Sau khi kích đúp chuột trái để mở phần mềm proteus, ta vào open project để mở mạch mô phỏng đã làm hoặc vào New Project để tạo một mạch mới. Sau đó ta ghi tên của mạch cần mô phỏng và chọn đường dẫn để lưu, tiếp tục ta ấn next để mở ra giao diện cần vẽ (hình 2.2).

2.1.3.2. Chọn các linh kiện cần thiết cho mạch. Đầu tiên ta chọn vào nút Component mode để chọn linh kiện, tiếp theo nhấn vào chữ P để mở thư viện 10

Hình 2.1.8 Cửa sổ chọn linh kiện trong thư viện Proteus 8.5.

Khi thư viện được mở ra, một cửa sổ sẽ xuất hiện như sau:

Hình 2.1.9. Cửa sổ thư viện linh kiện trong Proteus 8.5.

Trong đó: Keywords: tìm kiếm linh kiện Category và Sub-category: chứa các thư viện linh kiện trong chương trình Proteus Results: hiển thị các linh kiện khi được chọn trong thư viện Schematic Review: hiển thị hình dạng của linh kiện PCB Preview: hiển thị sơ đồ chân PCB của linh kiện Sau khi gõ tên linh kiện cần tìm thì chỉ cần kích đúp vào linh kiện đó thì lập tức những linh kiện được chọn sẽ xuất hiện ở trong ô Devices.

11

Với proteus việc tìm kiếm linh kiện ta có thể đánh chính xác tên linh kiện vào trong keywords và proteus sẽ cho phép hiển thị tất cả các linh kiện có tên gần giống để cho ta lựa chọn hoặc ta có thể lấy linh kiện từ các thư viện nhỏ trong cửa sổ thư viện.

Sau khi đã lấy đầy đủ các linh kiện từ thư viện, ta nhấp vào nút OK để đóng cửa sổ thư viện trở về màn hình thiết kế.

- lưu ý: Khi ta cần lấy các linh kiện có khả năng chạy mô phỏng, thường thì các linh kiện này trong thư viện sẽ ghi ACTIVE. + Tại cửa sổ ( Preview) ngoài đặc tính cho biết chân linh kiện nó còn cho biết là linh kiện sẽ lấy có thể chạy được mô phỏng hay không. Nếu chương trình không hỗ trợ linh kiện thì sẽ có dòng No Simulator Model.

2.1.3.3. Đặt linh kiện vào vị trí cần vẽ mạch.

- Click chuột vào linh kiện cần lấy ( linh kiện trong cửa sổ Devices) - Di chuyển con trỏ chuột ra trang thiết kế nơi cần đặt linh kiện và click chuột thì linh kiện sẽ được đặt tại đó.

- Lưu ý: + Trong trường hợp cần lấy nhiều linh kiện cùng loại như 2 điện trở, 3 tụ điện ...thì ta lặp lại các thao tác như trên. + Khi đặt xong các linh kiện vì một lý do nào đó ta muốn di chuyển các linh kiện thì ta chỉ cần click trái vào linh kiện và giữ chuột, kéo linh kiện đến nơi cần di chuyển đến. + Để xoay hoặc xóa 1 linh kiện thì ta click phải vào linh kiện cần xoay sau đó xuất hiện một cửa sổ và chọn vào các biểu tượng xoay ( rotate clockwise, rotate anti clockwise, X mirror, Y mirror) mà ta cần.

Hình 2.1.10. Cửa sổ xóa, xoay , đối xứng các linh kiện.

12

+ Ngoài ra, ta cũng có thể xoay, xóa linh kiện thông qua các biểu tượng trên thanh tác vụ hình 2.5.

2.1.3.4. Vẽ dây nối giữa các linh kiện.

- Việc nối dây cho các linh kiện đơn giản nhất là click trái vào điểm cần nối sau đó thả, kéo tới chân linh kiện mà ta cần rồi click trái lần nữa là xong.

- Khi thiết kế để dễ dàng trong khi vẽ, ta nên bật ô lưới ( Gird) thông qua phím tắt G. - trong quá trình nối dây, một điều hữu ích là proteus tạo ra các đường vuông góc khi ta nối dây theo đường chéo làm cho mạch thiết kế đẹp hơn. Muốn thế ta phải bật biểu tượng

( Wire Auto Router) trên thanh tác vụ hình 2.6.

Hình 2.1.11. Hai cách vẽ trong chương trình khi không bật và có bật biểu tượng Wire Auto Router - Nối các dây dẫn trên BUS với nhau: Một ưu điểm của mạch mô phỏng là ta có thể liên kết 2 dây với nhau mà không cần đi dây bằng cách chọn vào biểu tượng “LBL” trên thanh công cụ, sau đó tiến hành đặt tên cho các đường dây. Các đường dây nối với nhau thì ta đặt nhãn giống nhau.

Hình 2.1.12. Cách đặt tên nhãn trong nối dây BUS. 2.1.3.5. Chỉnh sửa các thông số cho linh kiện.

13

- Trong trường hợp mạch điện cần sử dụng nhiều linh kiện giống nhau và khác nhau về thông số kĩ thuật thì để vẽ mạch nhanh nhất ta không nhất thiết phải tìm đúng từng linh kiện có thông số kĩ thuật chính xác. Nếu lấy từng linh kiện đúng với thông số cần tìm sẽ mất rất nhiều thời gian và đôi lúc thư viện không có linh kiện đó. Vì vậy, ta cần phải sửa các thông số kĩ thuật cho linh kiện. Để làm điều đó ta chỉ cần click đúp trái vào linh kiện và cửa sổ chỉnh sửa sẽ xuất hiện. Tùy từng linh kiện mà ta có thể chỉnh sửa giá trị điện trở hoặc điện áp, tần số ...Sau đó nhấp OK để hoàn tất quá trình chỉnh sửa.

Hình 2.1.13. Cửa sổ chỉnh sửa thông số cho điện trở - Với đa số các linh kiện nói chung thì việc sửa linh kiện tương đối đơn giản, nhưng với nguồn xoay chiều thì cần lưu ý: Ở phần tìm kiếm ta gõ Vsine và sau khi click đúp trái thì sẽ hiển thị khung thông số kĩ thuật của nguồn xoay chiều này.

Với nguồn xoay chiều 220v, tần số 50 hz thì Amplitude được tính bằng giá trị điện áp tức thời nên sẽ bằng 220 nhân căn 2 bằng 311,111 ta lấy tròn 312v.

14

Hình 2.1.14. Nguồn xoay chiều trước và sau khi thay đổi thông số kĩ thuật.

Hình 2.1.15. Mô phỏng điện áp của nguồn xoay chiều 220v.

- Ngoài ra, trong chương trình mô phỏng mạch điện công nghệ 12 thì biến áp cũng được sử dụng khá nhiều. Với biến áp thì ta cần lưu ý tới một số vấn đề sau: Ở phần tìm kiếm ta chọn từ khóa Tran 2p2s (với biến áp một đầu vào, một đầu ra) hoặc tran 2p3s (với biến áp một đầu vào, hai đầu ra) sau khi lấy linh kiện đặt vào vùng làm việc ta click đúp trái vào linh kiện và bảng điều chỉnh thông số của biến áp xuất hiện.

Hình 2.1.16. Biến áp loại 2P2S, 2P3S khi chưa thay đổi thông số kĩ thuật.

15

Ở đây, ta cần quan tâm tới: Primary inductance: cảm kháng cuộn sơ cấp ký hiệu là : PI. Secondary Inductance: cảm kháng cuộn thứ cấp ký hiệu là : SI. Vi: điện áp vào.

Vo: điện áp ra.

Ta có công thức xác định cảm kháng cuộn sơ cấp là: PI=SI∗(Vi/Vo)2 Ví dụ: điện áp vào 220V, qua biến áp hạ áp xuống 12V. Thì với biến áp một đầu vào một đầu ra ta chọn: SI=1 H nên PI= (220/12)2= 336 H. Còn với biến áp một đầu vào hai đầu ra ta chọn SI=1 H nên PI= (220/24)2= 169 H. (do có hai đầu ra nên muốn điện áp trên mỗi đầu ra bằng 12v thì hai đầu ra phải bằng 24v).6 Vậy các thông số của biến áp trên proteus chúng ta sẽ phải cài đặt như sau:

Hình 2.1.17. Biến áp loại 2P2S, 2P3S khi đã thay đổi thông số kĩ thuật.

16

Và kết quả thu được thông qua quá trình mô phỏng:

Hình 2.1.18. Quá trình mô phỏng điện áp đầu vào, đầu ra của biến áp loại 2P3S và 2P2S. 2.1.3.6. Chạy mô phỏng mạch điện. * Để chạy mô phỏng ta click vào các biểu tượng cuối trang thiết kế để chạy mô phỏng, tạm dừng hay tắt mô phỏng. Và trong quá trình mô phỏng muốn xem đường đi của chiều dòng điện thì ta click trái vào System và chọn Set Animation Options rồi đánh dấu vào ô Show Wire Voltage by colour? , Show Wire Current with Arrows?.

Hình 2.1.19. Cửa sổ làm việc của System

Hình 2.1.20. Cửa sổ thể hiện đường đi chiều dòng điện.

17

* Trong quá trình chạy mô phỏng nếu muốn xem giản đồ dạng sóng của mạch điện thì ta có hai cách + Cách 1: Vào Graphs Mode chọn analogue sau đó tạo khung mô tả bằng cách kéo, thả chuột. Di chuyển các điện áp cần xem dạng sóng vào khung mô tả.

Lưu ý muốn xem được dạng sóng ta vào Graph trên thanh công cụ chọn Simulate Graph. Và muốn xem dạng sóng rõ hơn ta click hai lần vào khung mô tả để thay đổi thời gian bắt đầu và kết thúc của việc mô phỏng.

Hình 2.1.21. Mô phỏng dạng sóng khi sử dụng Graphs Mode + Cách 2: Có thể sử dụng dao động kí bằng cách vào Instruments Mode chọn Oscilloscope để xem dạng sóng của mạch điện.

Một số lưu ý khi dùng dao động kí: Với dao động kí cho phép ta mô phỏng tối đa 4 kênh, và mỗi kênh tương ứng với một màu. Trong trường hợp có 3 kênh thì kênh thứ 4 ta chọn OFF để tắt kênh đó.

Dao động kí có ưu điểm hơn so với dùng graph mode là đồ thị thu được ta có thể tách rời hoặc xếp chồng lên nhau để thấy rõ quá trình hoạt động của mạch mô phỏng.

Trong một số trường hợp, nếu dao động kí bị tắt khi ta đang chạy mô phỏng thì ta lấy lại bằng cách vào Debug chọn Reset Debug Popup Windows sau đó ấn Yes. 2.1.4. Một số thành phần nguồn và từ khóa linh kiện hay dùng - Ground: Điểm điện áp 0 18

Ký hiệu trên sơ đồ - Power: nguồn . Tùy cách đặt tên cho nguồn mà nguồn âm hoặc dương. + Nếu đặt “+” trước giá trị điện thế là nguồn dương, “-“ là nguồn âm. Còn đặt là Vcc hoặc VEE thì giá trị điện thế nhận được là +/- 5v.

Hình 2.1.22. Các bước tạo nguồn điện 1 chiều - Đo điện áp DC: trên thanh công cụ chọn biểu tượng sau đó xuất hiện các loại dụng cụ đo, ta chọn DC VOLTMETRER và đồng hồ đo xuất hiện. Nếu muốn thay đổi thang đo ta double click vào vôn kế để thay đổi. Và tất nhiên, muốn đo điện áp thì ta luôn mắc đồng hồ song song với mạch cần đo.

Hình 2.1.23. Đồng hồ đo hiệu điện thế một chiều 19

- Đo dòng điện DC: tương tự như đo điện áp nhưng lúc này ta chọn DC Ammeter. Và đồng hồ luôn được mắc nối tiếp với mạch cần đo.

Hình 2.1.24. Đồng hồ đo dòng điện một chiều - Đo điện áp AC: dùng để đo điện áp xoay chiều hiệu dụng giữa 2 điểm. Và ta chọn công cụ AC Voltmeter, với loại này cũng có thể thay đổi thang đo cho phù hợp với giá trị cần đo.

Hình 2.1.25. Đồng hồ đo điện áp xoay chiều - Tương tự, ta cũng có thể đo được dòng điện xoay chiều AC bằng cách chọn AC Ammeter.

- Đo điện thế tại một điểm nào đó trên mạch: chọn trên thanh công cụ, sau đó chọn Voltage. Công cụ này không có trong thực tế vì nó chỉ có 1 chân, khi ta đặt công cụ này tại vị trí cần đo thì giá trị thu được chính là hiệu điện thế giữa điểm đó so với Ground ( đất).

20

Hình 2.1.26. Công cụ đo điện thế tại một điểm.

- Công cụ đo dòng điện tại một điểm: đây cũng là công cụ có 1 chân, có tác dụng đo chiều và độ lớn dòng điện tại một điểm trên mạch, nhưng nó có thêm mũi tên chỉ chiều dòng điện chạy trong dây.

Hình 2.1.27. Công cụ đo dòng điện tại một điểm - Một số từ khóa các linh kiện khi cần tìm trong thư viện linh kiện ( Keywords):

STT Từ khóa

Ý nghĩa

STT

Từ khóa

Ý nghĩa

1

Pot hg

Biến trở

15

Radial

Tụ phân cực

2

Lamp

Bóng đèn

16

Cap

Tụ không phân cực

3

Switch

Công tắc

17

PNP, NPN

Tranzito thuận, nghịch

4

Inductor

Cuộn dây

18

Speaker Sounder

5

diode

Điôt

19

Traffice Light

Đèn thông

6

Opamp

IC khuếch 20 đại thuật toán

7SEG-MPX2CA-BLUE

Đồng hồ đếm giờ

21

hoặc Loa giao

Led 7 đoạn

RESPACK-8

Thanh điện trở

TRANS-

Biến áp

23

Cap-pol

Tụ (33uF)

Nguồn AC

24

Scr

Điốt chỉnh lưu có điều khiển (Tirixto)

Battery

Nguồn DC

25

Triac

Triac

12

Idr

Quang trở

26

crystal

Thạch anh

13

Relay

Rơ le

27

Displays

Các thiết bị hiển thị

14

Fuse

Cầu chì

28

Tranzito trường Mosfet

29

Tourch LDR

7

7 seg

21

8

Transformers Máy biến áp 22

9

Button

Nút nhấn

10

Vsine

11

Quang trở

Hình 2.1.28. Từ khóa một số linh kiện trong thư viện Proteus.

22

gốm

điện

2.2. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ CỤ THỂ 2.2.1. Chương 1: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 2.2.1.1. Điện trở − Tụ điện – Cuộn cảm ❖ Điện trở (R) ➢ Khi nói về công dụng của điện trở: - Hạn chế hoặc điều chỉnh dòng điện - Phân chia điện áp trong mạch điện.

Trên thực tế, mỗi một giáo viên sẽ có cách giới thiệu công dụng của điện trở khác nhau, nhưng việc kết hợp giữa lí thuyết và ví dụ minh họa, nhất là sử dụng phần mềm mô phỏng mạch điện sẽ giúp học sinh hiểu, nhớ lâu hơn cũng như kích thích được tính tò mò, hứng thú hơn với môn học. ➢ Ở công dụng thứ nhất, khi yêu cầu học sinh nêu công thức của định luật ôm U=I.R. Dựa vào công thức này khi U = Const thì ta thấy I và R tỉ lệ nghịch với nhau.

- Muốn dòng điện đầu ra của mạch điện giảm thì ta chỉ cần tăng giá trị điện trở hoặc thêm một số điện trở có giá trị tương ứng.

- Muốn dòng điện đầu ra của mạch điện tăng lên thì ta chỉ cần giảm giá trị điện trở hoặc bớt một số điện trở có giá trị tương ứng. ➢ Ở công dụng thứ hai, xét mạch điện trên bao gồm một nguồn 1 chiều 12v, hai điện trở R1, R2 mắc nối tiếp. R1 = 5kΩ, R2= 10 kΩ.

Hình 2.2.1. Mạch điện gồm 2 điện trở mắc nối tiếp.

Sau đó mắc thêm hai chiếc đồng hồ đo vôn kế và tiến hành chạy mô phỏng.

Khi đó ta có kết quả sau: 23

Hình 2.2.2. Mô phỏng mạch điện khi mắc 2 điện trở nối tiếp Như vậy, khi mắc 2 điện trở nối tiếp nhau thì điện áp tổng 12v đã phân chia thành 2 điện áp thành phần 4v và 8v. Tương tự khi ta mắc càng nhiều điện trở thì điện áp tổng sẽ càng chia ra thành nhiều điện áp nhỏ tương ứng với giá trị của điện trở trong mạch.

Hình 2.2.3. Khi mắc 3 điện trở nối tiếp

24

Hình 2.2.4. Khi mắc 4 điện trở nối tiếp Trong video https://www.youtube.com/watch?v=LQWwbIaVsyE tôi đã chia sẻ cụ thể các bước để vẽ một mạch điện mô phỏng công dụng của điện trở từ việc lấy linh kiện trong thư viện, lắp ráp linh kiện, nối dây, chỉnh sửa các thông số cơ bản của linh kiện và mô phỏng mạch điện. Với video này các bạn đồng nghiệp có thể tạo ra 1 mạch điện mô phỏng tương tự phù hợp với bài dạy và đối tượng học sinh của trường mình. ❖ Tụ điện (C) ➢ Công dụng của tụ điện: - Ngăn cách dòng điện một chiều và cho dòng điện xoay chiều đi qua.

- Khi mắc phối hợp với cuộn cảm sẽ hình thành mạch cộng hưởng. ➢ Ở công dụng thứ nhất, tôi xét 1 mạch điện bao gồm: một nguồn 1 chiều 12v, một nguồn xoay chiều 220v, một công tắc 2 tiếp điểm, một tụ điện 50mF, một đèn sợi đốt 12v.

Hình 2.2.5. Mạch điện mô phỏng công dụng của tụ điện Sau đó, tiến hành mô phỏng mạch khi công tắc ở tiếp điểm trên thì bóng đèn không sáng.

25

Hình 2.2.6. Mô phỏng mach điện khi công tắc ở tiếp điểm trên Khi công tắc ở tiếp điểm dưới thì bóng đèn sáng, do đầu vào của tiếp điểm dưới là nguồn xoay chiều nên đường đi của chiều dòng điện sẽ như chiều mũi tên.

Hình 2.2.7. Mô phỏng mach điện khi công tắc ở tiếp điểm dưới Ở Video https://www.youtube.com/watch?v=R_YrK9bpFRo tôi đã hướng dẫn chi tiết các bước vẽ mạch điện để mô phỏng công dụng của tụ điện. ➢ Ngoài ra, thông qua phần mềm proteus tôi còn giới thiệu được tới các em học sinh thêm một công dụng nữa của tụ điện là khả năng tích và phóng điện của tụ.

Xét mạch điện bao gồm: nguồn một chiều 12v, một tụ phân cực, một công tắc 2 tiếp điểm, một bóng đèn sợi đốt 12v.

26

Hình 2.2.8. Mạch điện mô phỏng hiện tượng tích và phóng điện của tụ điện Sau khi vẽ mạch và chỉnh sửa các thông số kĩ thuật của linh kiện, tôi tiến hành chạy mô phỏng.

Hình 2.2.9. Quá trình chạy mô phỏng hiện tượng tích điện của tụ điện - Tụ tích điện, khi công tắc ở tiếp điểm trên, dòng điện 1 chiều đi từ nguồn qua bóng đèn để nạp vào tụ, dòng nạp này làm bóng đèn sáng. Khi tụ nạp đầy thì dòng điện nạp bằng 0 vì vậy bóng đèn tắt.

27

Hình 2.2.10. Quá trình mô phỏng hiện tượng phóng điện của tụ điện - Tụ phóng điện: Khi tụ đã nạp đầy, nếu công tắc ở tiếp điểm trên mở, tiếp điểm dưới đóng thì dòng điện đi từ cực dương của tụ phóng qua bóng đèn về cực âm làm bóng đèn sáng. Khi tụ phóng hết điện thì bóng đèn tắt.

Nếu điện dung của tụ càng lớn thì bóng đèn sẽ sáng càng lâu hay thời gian tích điện và phóng điện càng lâu.

- Video hướng dẫn vẽ mạch thể hiện công dụng tích và phóng điện của tụ điện: https://www.youtube.com/watch?v=p7_HjNjgYOo ➢ Ở công dụng thứ hai, khi mắc phối hợp với cuộn cảm sẽ hình thành mạch cộng hưởng. Thì hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng cường độ dòng điện trong mạch đạt giá trị lớn nhất khi cảm kháng bằng dung kháng. Và hiện tượng này đã được nghiên cứu kĩ trong chương trình vật lý 12. ❖ Cuộn cảm ➢ Công dụng của cuộn cảm: - Ngăn cách dòng điện cao tần và cho dòng điện một chiều đi qua. ➢ Ở công dụng này, tôi xét một mạch điện bao gồm: một nguồn 1 chiều 12v, một nguồn xoay chiều 220v (tần số 50Hz), một công tắc 2 tiếp điểm, một cuộn cảm, một đèn sợi đốt 12v.

Hình 2.2.11. Mạch điện mô phỏng công dụng của cuộn cảm 28

Sau đó, tiến hành mô phỏng mạch khi công tắc ở tiếp điểm trên thì bóng đèn sáng.

Hình 2.2.12. Mach điện mô phỏng công dụng dẫn dòng điện một chiều của cuộn cảm Khi công tắc ở tiếp điểm dưới thì bóng đèn không sáng. Ở đây, ta cần làm rõ cho học sinh là nguồn xoay chiều thì tồn tại cả tần số thấp và tần số cao nhưng cuộn cảm chỉ chặn dòng cao tần. Vì thế tôi sẽ mô phỏng mạch với cả 2 trường hợp tần số cao (>20Hz), và tần số thấp (<20 Hz) để thấy rõ sự khác biệt.

29

Hình 2.2.13. Thông số kĩ thuật của nguồn xoay chiều khi tần số cao và tần số thấp

a)

b) Hình 2.2.14. Mach điện mô phỏng công dụng chặn dòng cao tần của cuộn cảm a) Mạch điện mô phỏng khi tần số của nguồn xoay chiều là 50 Hz b) Mạch điện mô phỏng khi tần số của nguồn xoay chiều là 1 Hz 30

Như vậy, với cuộn cảm chỉ có tác dụng chặn dòng cao tần còn dòng xoay chiều có tần số thấp thì vẫn dẫn dòng.

- Video hướng dẫn chi tiết các bước vẽ mạch điện để mô phỏng công dụng của cuộn cảm. https://www.youtube.com/watch?v=TouvRsRAkWo và video https://www.youtube.com/watch?v=-V1AoJJvOLY 2.2.1.2. Linh kiện bán dẫn và IC ❖ Điôt bán dẫn ➢ Nguyên lý làm việc của điôt bán dẫn: Xét 1 mạch điện bao gồm: Nguồn điện 1 chiều 12v, một công tắc 2 tiếp điểm, hai điôt, một đèn sợi đốt 12v được mắc với nhau như trong hình:

Hình 2.2.15. Mạch điện mô phỏng nguyên lý làm việc của điôt bán dẫn.

Khi ta cấp điện áp một chiều 12v vào mạch. Tiếp điểm số 1 đóng, tiếp điểm số 2 mở. Dòng điện đi từ nguồn qua D3 tới bóng đèn về cực âm của nguồn.

Trường hợp này bóng đèn sáng.

Tiếp tục, nếu ta mở tiếp điểm số 1, đóng tiếp điểm số 2 thì trường hợp này bóng đèn không sáng.

a) 31

b) Hình 2.2.16. a) Mạch điện mô phỏng nguyên lý làm việc của điot khi điot phân cực thuận; b) Mạch điện mô phỏng nguyên lý làm việc của điot khi điot phân cực ngược.

Như vậy, điốt là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho dòng điện chạy theo một chiều từ anot sang catot mà không chạy theo chiều ngược lại. − Video hướng dẫn chi tiết các bước vẽ mạch điện để mô phỏng nguyên lí làm việc của điôt: https://www.youtube.com/watch?v=YeIo7FbrfKk ❖ Tranzito ➢ Điều kiện để tranzito làm việc khi thỏa mãn đồng thời 2 điều kiện: − Phân cực cho tranzito − Có UEC đủ lớn ( với tranzito PNP) hoặc UCE đủ lớn với Tranzito NPN. Nói cách khác, muốn 1 tranzito dẫn khi và chỉ khi xuất hiện đồng thời dòng Ib và dòng Ic chạy qua linh kiện đó. ➢ Mạch mô phỏng cho nguyên lý làm việc của tranzito. − Xét một mạch điện bao gồm: nguồn điện 1 chiều 12v, một tranzito PNP ( hoặc tranzito NPN), đèn led, điện trở, công tắc 1 tiếp điểm.

Khi công tắc mở, mặc dù vẫn có nguồn đặt tại 2 chân E và C của tranzito nhưng đèn không sáng ( do chưa có dòng Ib).

32

a)

b) Hình 2.2.17. a) Mạch điện mô phỏng nguyên lý làm việc của tranzito khi tiếp điểm mở; b) Mạch điện mô phỏng nguyên lý làm việc của tranzito khi tiếp điểm đóng.

Khi công tắc đóng, bắt đầu có dòng Ib chạy qua tranzito, đồng thời cũng xuất hiện dòng Ic làm cho đèn sáng. − Video hướng dẫn chi tiết cách vẽ và mô phỏng nguyên lí làm việc của tranzito: https://www.youtube.com/watch?v=R3Lu6nP_gpY và https://www.youtube.com/watch?v=i5yoN3CqbWk ❖ Tirixto (Điôt chỉnh lưu có điều khiển – SCR) ➢ Nguyên lí làm việc của tirixo − Tirixto chỉ dẫn điện khi thỏa mãn đồng thời 2 điều kiện: 33

UGK > 0 và UAK > 0. Còn tất cả các trường hợp khác tirixto đều không dẫn điện. Khi tirixto đã thông dẫn thì cực điều khiển G không còn tác dụng nữa. Và nó chỉ ngưng dẫn khi UAK nhỏ hơn hoặc bằng 0. ➢ Mạch điện mô phỏng cho nguyên lí làm việc của tirixto. − Xét một mạch điện bao gồm: một điện trở (R=1 kΩ), một nguồn một chiều 12v, một đèn sợi đốt 12v, một tirixto, một công tắc loại một tiếp điểm K1.

Khi chưa cấp điện áp dương vào cực điều khiển G hay tiếp điểm mở, dù lúc này UAK > 0 thì tirixto cũng không dẫn điện, bóng đèn không sáng.

Khi tiếp điểm đóng hay cấp điện áp dương vào cực G lúc này UGK > 0 và UAK > 0, ta thấy tirixto thông dẫn, bóng đèn sáng.

a)

b) Hình 2.2.18. a) Mạch điện mô phỏng nguyên lí hoạt động của tirixto khi tiếp điểm mở; b) Mạch điện mô phỏng nguyên lí hoạt động của tirixto khi tiếp điểm đóng.

34

Sau đó, ta tiến hành mở tiếp điểm, tirixto vẫn thông dẫn (bóng đèn sáng) hay khi tirixto đã thông thì cực G không còn tác dụng nữa.

Hình 2.2.19. Mạch điện mô phỏng nguyên lí hoạt động của tirixto khi tiếp điểm đóng sau đó mở.

Tirixto chỉ ngưng dẫn khi UAK < 0 hay mở tiếp điểm. − Video hướng dẫn quá trình vẽ mạch mô phỏng nguyên lí làm việc của tirixto: https://www.youtube.com/watch?v=YppeY_hjzJs ❖ Triac ➢ Nguyên lí làm việc của Triac Khi cực G và A2 có điện thế âm so với A1 thì triac mở. Dòng điện chạy từ A1 sang A2.

Khi cực G và A2 có điện thế dương so với A1 thì triac mở. Dòng điện chạy từ A2 sang A1. ➢ Mạch điện mô phỏng cho nguyên lí làm việc của triac − Xét một mạch điện bao gồm : một điện trở, một triac, một công tắc một tiếp điểm, một công tắc hai tiếp điểm, một nguồn một chiều 12v.

Khi khóa K1 mở, dù chân A1, A2 được cấp điện thì Triac vẫn không dẫn điện, bóng đèn không sáng.

35

Hình 2.2.20. Mạch điện mô phỏng nguyên lí làm việc của triac khi K1 mở.

Khi công tắc K1 đóng, K2 mở tiếp điểm số 1, đóng tiếp điểm số 2 hay cực G và A2 có điện thế âm so với A1 thì triac mở (bóng đèn sáng). Dòng điện chạy từ A1 sang A2 (chiều mũi tên là chiều dòng điện).

Hình 2.2.21. Mạch điện mô phỏng chiều dòng điện của triac khi K1 đóng, K2 mở tiếp điểm 1 và đóng tiếp điểm 2.

Khi khóa K1 đóng, K2 đóng tiếp điểm số 1, mở tiếp điểm số 2 hay cực G và A2 có điện thế dương so với A1 thì triac mở (bóng đèn sáng). Dòng điện chạy từ A2 sang A1 (chiều mũi tên là chiều dòng điện).

36

Hình 2.2.22. Mạch điện mô phỏng chiều dòng điện của triac khi K1 đóng, K2 đóng tiếp điểm 1 và mở tiếp điểm 2. − Video hướng dẫn quá trình vẽ mạch mô phỏng nguyên lí làm việc của triac: https://www.youtube.com/watch?v=dQSB4_bPkXY 2.2.2. Chương 2: MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ CƠ BẢN 2.2.2.1. Khái niệm về mạch điện tử − Mạch chỉnh lưu – Nguồn một chiều Trong bài này, giáo viên giới thiệu qua cho các em biết về nguyên lí làm việc của các mạch chỉnh lưu từ đó đưa ra nhận xét về từng mạch cụ thể. Việc mô phỏng các mạch chỉnh lưu cho phép ta nhìn rõ đường đi dòng điện trong mạch cũng như mô phỏng được giản đồ giản sóng của mạch đó. Ở đây, tôi chỉ giới thiệu về cấu tạo của mạch điện cũng như dạng sóng của mạch điện tạo ra trong quá trình mô phỏng. ➢ Mạch chỉnh lưu nửa chu kì: − Xét một mạch điện bao gồm: nguồn xoay chiều 220v, một biến áp (Tran 2P2S), một điôt và một tải tiêu thụ (là một bóng đèn sợi đốt 12v). Với mạch này, ta sử dụng dao động kí ( đã được giới thiệu ở mục 2.1.3.6) để xem dạng sóng ở đầu ra của mạch. Ở đây, chân A (màu vàng) của dao động kí nối với đầu ra của biến áp, chân B (màu xanh lam) nối với đầu ra của tải.

Hình 2.2.23. Sơ đồ mạch chỉnh lưu nửa chu kì 37

Sau khi vẽ và chỉnh sửa các thông số kĩ thuật của mạch, ta tiến hành mô phỏng, khi đó giản đồ dạng sóng thu được có dạng như hình 2.2.24. Do mạch chỉnh lưu nửa chu kì chỉ làm việc ở nửa chu kì (tương ứng với chiều mũi tên trên hình mô phỏng).

Hình 2.2.24. Giản đồ dạng sóng của mạch chỉnh lưu nửa chu kì khi tách rời hai sóng.

Với dao động kí các giản đồ có thể xếp chồng lên nhau để thấy rõ nguyên lí hoạt động của mạch.

a) 38

b) Hình 2.2.25. a) Giản đồ dạng sóng của mạch chỉnh lưu nửa chu kì ở nửa chu kì dương; b) Giản đồ dạng sóng của mạch chỉnh lưu nửa chu kì ở nửa chu kì âm. − Video hướng dẫn cách vẽ mạch, mô phỏng nguyên lí làm việc của mạch chỉnh lưu nửa chu kì: https://www.youtube.com/watch?v=kvJwWO2Eg_Q ➢ Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì: Xét một mạch điện bao gồm: nguồn xoay chiều 220v, một biến áp (Tran 2P3S), hai điôt và một tải tiêu thụ (là một bóng đèn sợi đốt 12v). Với mạch này, ta sử dụng dao động kí ( đã được giới thiệu ở mục 2.1.3.6) để xem dạng sóng ở đầu ra của mạch. Ở đây, chân A (màu vàng) của dao động kí nối với đầu ra A của biến áp, chân B (màu xanh lam) nối với đầu ra C của biến áp, chân C (trên dao động kí màu đỏ, trên giản đồ là màu hồng) nối với đầu ra của tải.

Hình 2.2.26. Sơ đồ mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì 39

Sau khi vẽ và chỉnh sửa các thông số kĩ thuật của mạch, ta tiến hành mô phỏng, khi đó giản đồ dạng sóng thu được có dạng như hình 2.2.27( do mạch này làm việc ở cả hai nửa chu kì và đều xuất hiện điện áp một chiều ở đầu ra).

a)

b) Hình 2.2.27. a) Giản đồ dạng sóng của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì khi tách rời các sóng. b) Giản đồ dạng sóng của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì khi xếp chồng các sóng. − Video hướng dẫn cách vẽ và mô phỏng nguyên lí làm việc của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì: https://www.youtube.com/watch?v=tsfV7eyMOa8 40

❖ Mạch chỉnh lưu cầu: − Xét một mạch điện bao gồm: nguồn xoay chiều 220v, một biến áp (Tran 2P2S), bốn điôt và một tải tiêu thụ (là một bóng đèn sợi đốt 12v). Với mạch này, ta sử dụng dao động kí ( đã được giới thiệu ở mục 2.1.3.6) để xem dạng sóng ở đầu ra của mạch. Ở đây, chân A (màu vàng) của dao động kí nối với đầu ra của biến áp, chân B (màu xanh lam) nối với đầu ra của tải.

Hình 2.2.28. Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu Sau khi vẽ và chỉnh sửa các thông số kĩ thuật của mạch, ta tiến hành mô phỏng, khi đó giản đồ dạng sóng thu được có dạng như hình 2.2.29.

Hình 2.2.29. Giản đồ dạng sóng của mạch chỉnh lưu cầu.

41

− Video hướng dẫn cách vẽ và mô phỏng nguyên lí làm việc của mạch chỉnh lưu cầu: https://www.youtube.com/watch?v=MhWRNEUXP7Q ❖ Mạch nguồn một chiều: Xét một mạch điện bao gồm: nguồn xoay chiều 220v, một biến áp (Tran 2P2S), bốn điôt, 2 tụ phân cực (C1 = 1000uF, C3 = 100uF), 2 tụ không phân cực (C2 = C4 = 100nF), một tải tiêu thụ (là một bóng đèn sợi đốt 12v).

Với mạch này, ta sử dụng dao động kí ( đã được giới thiệu ở mục 2.1.3.6) để xem dạng sóng ở đầu ra của mạch. Ở đây, chân A (màu vàng) của dao động kí nối với đầu ra của biến áp, , chân B (màu xanh lam) nối với đầu ra sau mạch lọc, chân C (trên dao động kí màu đỏ, trên giản đồ là màu hồng) nối với đầu ra của tải. Ngoài ra, ta sử dụng đồng hồ đo điện áp DC để đo điện áp một chiều ra tải.

Hình 2.2.30. Sơ đồ mạch nguồn một chiều.

Hình 2.2.31. Giản đồ dạng sóng của mạch nguồn một chiều.

42

− Video hướng dẫn cách vẽ và mô phỏng mạch nguồn một chiều: https://www.youtube.com/watch?v=Z2zHulc68Yk và https://www.youtube.com/watch?v=W6ugsjR-xCk 2.2.2.2. Mạch khuếch đại – Mạch tạo xung ❖ Mạch khuếch đại ➢ Giới thiệu về IC khuếch đại thuật toán.

IC khuếch đại thuật toán (OA) thực chất là một bộ khuếch đại dòng một chiều gồm nhiều tầng, ghép trực tiếp, có hệ số khuếch đại lớn, có hai đầu vào và một đầu ra. Trong đó đầu vào Uvk gọi là đầu vào không đảo, đánh dấu (+), đầu vào UVĐ gọi là đầu vào đảo, đánh dấu (−). ➢ Mạch khuếch đại điện áp dùng OA. Với mạch khuếch đại không đảo dùng OA: Khi có tín hiệu đưa đến đầu vào không đảo thì tín hiệu ra cùng dấu với tín hiệu vào.

Với mạch khuếch đại đảo dùng OA: Khi có tín hiệu đưa đến đầu vào đảo thì tín hiệu ra ngược dấu với tín hiệu vào.

- Để minh họa cho mạch khuếch đại đảo và không đảo ta xét một mạch điện bao gồm: Một đầu vào (một chiều hoặc xoay chiều), một điện trở R1 = 10K, một điện trở hồi tiếp Rht = 50K, một IC khuếch đại thuật toán.

- Khi cấp một tín hiệu vào đầu vào không đảo (+) (hoặc đầu vào đảo (−)) thì tín hiệu này sau khi qua R1 được đưa đến đầu vào không đảo (hoặc đầu vào đảo) của OA. Kết quả, với đầu vào là tín hiệu một chiều thì điện áp đầu ra được khuếch đại lên k lần, với k là hệ số khuếch đại được tính bằng công thức

Trong hình minh họa bên dưới hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại không đảo và đảo lần lượt bằng 30 và 5.

43

Hình 2.2.32. Mạch khuếch đại không đảo và đảo dùng OA ( Với đầu vào là tín hiệu một chiều) - Còn trong trường hợp tín hiệu đầu vào là nguồn xoay chiều thì điện áp đầu ra ngược dấu với điện áp đầu vào và được khuếch đại lên k lần. Trong dao động kí thì màu vàng là dạng sóng đầu vào, màu xanh là dạng sóng đầu ra.

a)

b) 44

Hình 2.2.33. a) Giản đồ dạng sóng của mạch khuếch đại không đảo và đảo dùng OA ( Với đầu vào là tín hiệu xoay chiều) khi các sóng được tách rời; b) Giản đồ dạng sóng của mạch khuếch đại không đảo và đảo dùng OA ( Với đầu vào là tín hiệu xoay chiều) khi các sóng được xếp chồng lên nhau. − Video hướng dẫn cách vẽ và mô phỏng mạch khuếch đại không đảo, đảo dùng OA. https://www.youtube.com/watch?v=Z2hBZKnU6OE https://www.youtube.com/watch?v=PzmRiW23_iQ&t=8s ❖ Mạch tạo xung ➢ Khái niệm mạch tạo xung đa hài tự dao động.

Mạch tạo xung đa hài tự dao động là mạch điện tạo ra các xung có dạng hình chữ nhật lặp lại theo chu kì và có hai trạng thái cân bằng không ổn định. ➢ Mô phỏng nguyên lý làm việc của mạch tạo xung đa hài tự dao động dùng tranzito Xét mạch điện bao gồm: nguồn 1 chiều 5v, điện trở loại 680 ôm, và 100 kilo ôm, tụ hóa 100uF, tranzito loại npn, đèn led.

Hình 2.2.34. Mạch điện mô phỏng nguyên lý của mạch tạo xung đa hài dùng tranzito Khi bắt đầu cấp điện áp 5v vào mạch, do tính chất đối xứng không lý tưởng của mạch nên giả thiết Ic1 lớn hơn Ic2 một chút. Khi đó, tranzito T1 (T1) thông, Tranzito T2 (T2) khóa.

Tụ C1 phóng điện từ +C1 qua led D1, qua T1 xuống mát, −C1 qua T2 về mát, lúc này điện áp tại chân bazơ của T2 bắt đầu tăng dần.

Tụ C2 nạp điện từ +Ec qua R2 đến +C2, −Ec qua T1 đến −C2. Đó là trạng thái cân bằng thứ nhất và có xung đầu ra, đèn led D1 sáng, led D2 tắt.

45

Hình 2.2.35. Mạch mô phỏng dạng xung ra của các tranzito trong mạch tạo xung đa hài dùng tranzito (khi T1 thông dẫn, T2 khóa) Sau 1 khoảng thời gian nhất định, do sự phóng của tụ C1, nạp của tụ C2 làm cho điện áp tại chân bazơ của T2 tăng lên làm cho T1 đang thông thành khóa và T2 đang khóa thành thông.

Lúc này Tụ C2 phóng điện từ +C2 qua led D2, qua T2 xuống mát, −C2 qua T1 về mát, lúc này điện áp tại chân bazơ của T1 bắt đầu tăng dần.

Tụ C1 nạp điện từ +Ec qua R1 đến +C1, −Ec qua T2 đến −C1. Đó là trạng thái cân bằng thứ hai và có xung đầu ra, đèn led D2 sáng, led D1 tắt.

Quá trình cứ thế tiếp diễn, T1, T2 thay phiên nhau thông, khóa để tạo xung.

Hình 2.2.36. Mạch mô phỏng dạng xung ra của các tranzito trong mạch tạo xung đa hài dùng tranzito (khi T1 khóa, T2 thông dẫn) 46

Với việc mô phỏng sử dụng dao động kí ta có thể thay đổi giá trị của điện trở hoặc tụ điện để xem sự thay đổi độ rộng của xung đầu vào, đầu ra của mạch.

a)

b) Hình 2.2.37. a) Mạch mô phỏng dạng xung ra của các tranzito trong mạch tạo xung đa hài dùng tranzito (khi giảm giá trị của R1, R3); b) Mạch mô phỏng dạng xung ra của các tranzito trong mạch tạo xung đa hài dùng tranzito (khi giảm giá trị của tụ C1, C2 ) Bây giờ ta giảm giá trị điện trở R1 và R3 thì xung đầu ra sẽ mau hơn (độ rộng xung nhỏ), thời gian nháy sáng của đèn led nhanh hơn. Ngoài ra, khi giảm giá trị C1, C2 cũng thấy điều tương tự.

Khi tăng giá trị của C thì ngược lại. Và đương nhiên khi R1 khác R2 hoặc R3 khác R4 hoặc C1 khác C2 thì lúc này mạch sẽ tạo ra xung đa hài không đối xứng.

47

Hình 2.2.38. Mạch mô phỏng dạng xung ra của các tranzito trong mạch tạo xung đa hài dùng tranzito (khi mạch không đối xứng) https://www.youtube.com/watch?v=jn8v9XBtca8 và https://www.youtube.com/watch?v=T4-YNusicws và https://www.youtube.com/watch?v=qus9cPal44M 2.2.2.3. Mạch điều khiển tín hiệu ❖ Nguyên lý chung của mạch điều khiển tín hiệu.

Sau khi nhận lệnh báo hiệu từ một cảm biến, mạch điều khiển xử lí tìn hiệu đã nhận, điều chế theo một nguyên tắc nào đó. Sau khi xử lí xong, tín hiệu được khuếch đại đến công suất cần thiết và đưa tới khối chấp hành. Khối chấp hành sẽ phát lệnh báo hiệu bằng chuông, đèn và chấp hành lệnh. ❖ Mạch báo hiệu và bảo vệ quá điện áp trong hộ gia đình ➢ Mạch báo hiệu và bảo vệ quá điện áp trong hộ gia đình có nhiệm vụ thông báo và cắt điện khi điện áp vượt quá ngưỡng nguy hiểm ( ví dụ 230v).

- Để mô phỏng ta xét một mạch điện bao gồm: một nguồn xoay chiều 220v, một máy biến áp hạ áp từ 220v xuống 12v, hai điôt thường, một điôt ổn áp 1N4371A, một tụ hóa 2200uF, một biến trở 1k, ba điện trở với giá trị 220 ôm, 2200 ôm và 10 kilo ôm, hai tranzito loại BC413BR, một relay, một đèn sợi đốt (12v), một chuông.

- Lưu ý: Với mạch này để thống nhất với sgk công nghệ 12 ta cần chú ý tới các thông số kĩ thuật sau: + Nguồn vào (Vsine) ta chọn điện áp bằng 220v, tần số 50 Hz. + Đầu ra của máy biến áp bằng 12v nên thông số của máy biến áp Primary inductance ta lấy bằng (220/12)2= 336 H. 48

+ Giá trị VR ta chọn vào khoảng 200 ôm (với điện trở 1k ta cho con chạy tới khoảng 20%). + Relay thì ta chọn Coil Resistance bằng 220v. Ở trạng thái bình thường: Điện áp vào là 220V rơ le RL1 không hút nên tải có điện (đèn sáng) và chuông không kêu.

Hình 2.2.39. Mô phỏng mạch báo hiệu và bảo vệ điện áp khi nguồn vào có điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 220v.

Khi điện áp đầu vào tăng cao vượt quá ngưỡng nguy hiểm( ví dụ 230v) thì điện áp đầu ra của biến áp cũng tăng, điện áp này qua D1, RV1 tới D2 cũng tăng và điện áp này lớn hơn điện áp định mức của D2 nên làm cường độ dòng điện đầu ra của D2 tăng vọt, dòng điện này qua R2, Q1, Q2 tới rơ le RL1 làm rơ le RL1 hút. Khi đó, tải không có điện (đèn báo không sáng), chuông kêu báo hiệu điện áp đang quá cao nên bị cắt điện. + Với phần mềm này ta có thể thay đổi ngưỡng báo hiệu và bảo vệ từ 230v xuống 220v bằng cách nâng con chạy của biến trở VR lên phía trên (ví dụ chọn VR khoảng 23%) thì lập tức: ở ngưỡng điện áp nguy hiểm mới là 220v thì đèn (tải tiêu thụ) lúc trước thì sáng, chuông không kêu nhưng do ta thay đổi ngưỡng điện áp nên đèn sẽ tắt và chuông kêu.

49

a)

b) Hình 2.2.40. a) Mô phỏng mạch báo hiệu và bảo vệ điện áp khi nguồn vào có điện áp vượt quá ngưỡng nguy hiểm (ví dụ 230v); b) Mô phỏng mạch báo hiệu và bảo vệ điện áp khi thay đổi ngưỡng nguy hiểm từ 230v xuống 220v.

Video hướng dẫn vẽ và mô phỏng mạch điện: https://www.youtube.com/watch?v=rvG7HVyIINE https://www.youtube.com/watch?v=ChkCzZa8qYw https://www.youtube.com/watch?v=qKqAOma7TCo 50

2.2.2.4. Mạch điều khiển tốc độ động cơ điện xoay chiều một pha ❖ Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một pha ➢ Để điều khiển tốc độ động cơ một pha, người ta có thể sử dụng các phương pháp sau: - Thay đổi số vòng dây của stato - Điều khiển điện áp đưa vào động cơ.

- Điều khiển tần số nguồn điện đưa vào động cơ. ➢ Điều khiển điện áp và tần số đưa vào động cơ là những phương pháp thường sử dụng. ❖ Mạch điều khiển động cơ một pha bằng triac. ➢ Xét một mạch điện bao gồm: một nguồn xoay chiều 220 v, một biến trở RV1 (1kilo ôm), một điện trở (10 kilo ôm), một triac, một điac, một tụ điện (0.1 uF ) và một động cơ.

- Khi khóa K mở, Triac chưa được mở thông nên không có điện vào động cơ làm động cơ không quay.

- Khi khóa K đóng sẽ có dòng điện nạp vào tụ điện. Khi tụ nạp đầy, điện áp định mức của tụ cũng là điện áp ngưỡng mở thông triac. Khi triac dẫn sẽ cung cấp điện cho động cơ quay.

a)

51

b) Hình 2.2.41. a) Mô phỏng mạch điều khiển động cơ một pha dùng triac khi công tắc mở; b) Mô phỏng mạch điều khiển động cơ một pha dùng triac khi công tắc đóng - Để điều khiển tốc độ cho động cơ, thì thay đổi biến trở RV1, khi đó sẽ thay đổi thời gian nạp điện cho tụ và thay đổi thời gian dẫn của triac.

VD: Giảm điện trở VR, tụ nạp nhanh hơn, triac dẫn nhiều hơn động cơ quay với tốc độ lớn hơn và khi tăng VR (phần trăm nhỏ) thì động cơ quay với tốc độ chậm hơn.

- Video hướng dẫn vẽ và mô phỏng mạch điện: https://www.youtube.com/watch?v=1KuSuiYDIA4 https://www.youtube.com/watch?v=PJsHwE1IcYA 2.3. MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ KHÁC 2.3.1. Một số mạch điện mở rộng hướng dẫn cho học sinh Việc tạo hứng thú cho học sinh là một công viêc mà tất cả các môn học nói chung và môn công nghệ nói riêng đều hướng tới. Với tôi để tạo hứng thú cho các em không những cung cấp kiến thức trong sách giáo khoa mà còn phải hướng dẫn cho các em các ứng dụng, phần mềm hữu ích để các em có thể vừa áp dụng trong quá trình học vừa thực hiện được sau những giờ học tập căng thẳng giúp các em vui vẻ và làm cho cuộc sống thêm sắc màu hơn. Ở phần này, tôi giới thiệu một số mạch mà tôi đã làm và đã hướng dẫn cho các em thực hiện trong năm học 2019 – 2020 vừa qua. Và kết quả là các em đã

52

rất hứng thú không những thế các em còn có thể tự làm được một số mạch điện tử khác.

2.3.1.1. Mạch nháy đèn theo nhạc dùng proteus ❖ Muốn tạo ra mạch nháy đèn ta dùng một IC LM3915, một điện trở 1.2k, một biến trở 5k, 10 đèn led (có thể dùng led red, hoặc Led Yellow...). và các linh kiện trên được nối với nhau theo mạch điện như hình 2.3.1. Ở đây, ta sử dụng cách nối dây bus (đã được đề cập trong mục 2.1.3.4) để mạch rõ ràng và đỡ mất công nối bằng cách đặt tên nhãn ( từ d1 đến d10) cho những đầu dây nối chung với nhau.

Hình 2.3.1. Sơ đồ mạch nháy đèn theo nhạc ➢ Lưu ý: Ở phần chỉnh sửa các linh kiện, nguồn vào ta chọn điện áp bằng 12V. Ở đây, tín hiệu nhạc đầu vào sẽ được mô phỏng bằng cách kích đúp vào biểu tượng nguồn U1 (SIG), hộp thoại “Pwlin Generator Proties” sẽ xuất hiện, và ta kích chuột phải vào biểu tượng để mở rộng màn hình vẽ, khi đó ta nhập tín hiệu bằng việc kích chuột vào tọa độ ta muốn là được.

53

Hình 2.3.2. Dạng tín hiệu đưa vào mạch nháy đèn theo nhạc Sau khi cấp tín hiệu vào mạch, ta cho tiến hành chạy mô phỏng.

Mạch này khá đơn giản và hầu hết các em đều làm được, thời gian nháy đèn nhanh hay chậm phụ thuộc vào việc ta chọn các điểm có trục hoành gần hay xa nhau.

Hình 2.3.3. Mô phỏng mạch nháy đèn theo nhạc 54

Video hướng dẫn quá trình vẽ và mô phỏng mạch nháy đèn theo nhạc. https://www.youtube.com/watch?v=APmNg5WkAdQ https://www.youtube.com/watch?v=yVcO2y6gDXQ 2.3.1.2. Mạch điện cầu thang Khi nói đến mạch điện cho cầu thang, các em đã được biết đến trong chương trình học nghề điện dân dụng nên việc hướng dẫn thiết kế, mô phỏng mạch này khá đơn giản. Không những thế, sau khi hướng dẫn mạch điện cầu thang dành cho nhà 2, 3 tầng, có thể yêu cầu các em làm với nhà có 4, 5 tầng... ❖ Mạch cầu thang cho nhà 2 tầng. ➢ Xét mạch điện bao gồm một nguồn xoay chiều 220v, hai công tắc 2 tiếp điểm, một bóng đèn 220v.

Hình 2.3.4. Mô phỏng mạch điện cầu thang khi đèn sáng ➢ Sau khi chỉnh sửa các thông số kĩ thuật của nguồn và đèn, ta tiến hành chạy mô phỏng.

Khi đi từ tầng một lên tầng 2 ta ấn công tắc SW2 bóng đèn sáng, khi lên tầng 2 ta ấn công tắc SW1 bóng đèn tắt và khi xuống ta ấn công tắc SW1 lần nữa bóng đèn sáng, khi xuống tầng 1 ta ấn công tắc SW2 bóng đèn tắt.

Hình 2.3.5. Mô phỏng mạch điện cầu thang khi đèn tắt 55

Video hướng dẫn quá trình vẽ và mô phỏng mạch cầu thang dành cho nhà 2 tầng: https://www.youtube.com/watch?v=HhloeN1GPtg&t=85s ❖ Mạch điện cầu thang cho nhà 3 tầng Tương tự như nhà 2 tầng, việc thiết kế và mô phỏng sẽ được làm như sau: Xét mạch điện bao gồm một nguồn xoay chiều 220v, hai bóng đèn, bốn công tắc hai tiếp điểm được mắc theo hình 2.3.6.

a) b) Hình 2.3.6. a) Mô phỏng mạch điện cầu thang khi đèn tầng 1 sáng, đèn tầng 2 tắt; b) Mô phỏng mạch điện cầu thang khi đèn tầng 1 tắt, đèn tầng 2 sáng.

Sau khi chỉnh sửa thông số các linh kiện ta tiến hành mô phỏng mạch điện.

Khi ở tầng 1 đi lên cầu thang, ta bật công tắc số 1 thì bóng đèn L1 sáng, lên tầng 2 ta ấn công tắc số 2 bóng đèn L1 tắt, ấn công tắc số 3 bóng đèn L2 sáng, lên tầng 3 ấn công tắc số 4 bóng đèn L2 tắt.

Và ngược lại, khi xuống ta ấn công tắc số 4 bóng đèn L2 sáng, xuống tầng 2 ta ấn công tắc số 3 thì bóng đèn L2 tắt, ấn công tắc số 2 thì bóng đèn L1 sáng và xuống tầng 1 thì ta ấn công tắc số 1 bóng đèn L1 tắt.

Video hướng dẫn quá trình vẽ và mô phỏng mạch đèn cầu thang dành cho nhà 3 tầng: 56

https://www.youtube.com/watch?v=BGEMOPHbH0Q https://www.youtube.com/watch?v=ouwwOW_MSHs 2.3.1.3. Mạch đèn ngủ dùng quang điện trở ❖ Trên thực tế, việc ứng dụng phần mềm này vào thực tế khá thú vị, ví dụ như mạch dùng trong đèn ngủ chẳng hạn. Và để tạo ra một mạch đơn giản, khi trời sáng thì đèn tự tắt, khi trời tối thì đèn tự sáng thì ta cần: Một quang điện trở LDR, một biến trở 50k, hai tranzito loại NPN, một điôt 1N4007, một relay RL1, một nguồn xoay chiều 220v, và một bóng đèn 220v.

Hình 2.3.7. Mô phỏng mạch đèn ngủ đơn giản dùng quang điện trở khi trời sáng Mạch này cho phép ta có thể tạo ra được một mạch đèn ngủ trên thực tế. Khi trời sáng hay ta cho đèn dịch chuyển vào gần chất bán dẫn tới một vị trí nhất định (như trong mạch thì ta chiếu đèn càng gần thì điện trở của quang trở càng giảm) làm role sẽ đóng tiếp điểm số 2, làm đèn tắt.

Còn khi trời tối hay khi đèn dịch chuyển ra xa (điện trở của quang trở càng lớn) thì rơle sẽ đóng tiếp điểm số 1 làm đèn sáng.

Và ở mạch mô phỏng dùng proteus này thì RV1 có tác dụng làm thay đổi điện trở của mạch dẫn đến cường độ dòng điện trong mạch thay đổi và làm khoảng cách của đèn chiếu để bóng đèn L1 sáng cũng thay đổi theo (đèn L1 sáng sớm hơn hay muộn hơn).

57

Hình 2.3.8. Mô phỏng mạch đèn ngủ đơn giản dùng quang điện trở khi trời tối ❖ Video hướng dẫn quá trình vẽ và mô phỏng mạch đèn ngủ đơn giản dùng quang điện trở: https://www.youtube.com/watch?v=zmdUwbpseZU&list=UU4KgkhzEOriSDybHNjkFEQ https://www.youtube.com/watch?v=AXBFIbrueyQ&list=UU4KgkhzEOriSDybHNjkFEQ&index=2 2.3.2. Một số mạch điện học sinh tự làm Sau khi giới thiệu và hướng dẫn học sinh làm quen với phần mềm proteus tôi đã cho các lớp 12A1, 12A2, 12A3 trường THPT Nguyễn Đức Thuận thực hành với một số mạch điện đã được sử dụng trong chương trình công nghệ 12, sau đó dưới sự tìm hiểu của các em ở nhà như tham khảo các mạch điện có sẵn của các anh chị đã và đang học chuyên ngành kĩ thật điện tử hay tham khảo trên các sách chuyên nghành, trên internet thì các em đã thực hiện được một số mạch như sau: 2.3.2.1. Mạch điện cầu thang nhà 3 tầng khi tầng 2 sử dụng công tắc 4 tiếp điểm Sau khi hướng dẫn học sinh thiết kế mạch điện cầu thang dành cho nhà 3 tầng, một số nhóm học sinh lớp 12A1 trường THPT Nguyễn Đức Thuận đã có ý tưởng là thiết kế công tắc cầu thang tầng 2 bằng công tắc 4 tiếp điểm. Mạch này trên cơ sở sử dụng các linh kiện có sẵn của mạch điện cầu thang nhà 3 tầng ở mục 2.3.1.2. thì mạch này được thiết kế có ưu điểm là tiết kiệm được số lượng công tắc, tuy nhiên khi từ tầng 1 lên tầng 2 ta bật công tắc tầng 1 và không lên tầng 3 nữa thì công tắc tầng 2 không đáp ứng được.

58

Hình 2.3.8. Mô phỏng mạch điện cầu thang nhà 3 tầng khi tầng 2 sử dụng công tắc 4 tiếp điểm 2.3.2.2. Mạch nháy đèn led theo hình trái tim Ngoài mục tiêu chính là giúp các em vận dụng phần mềm Proteus vào các bài trong chương trình công nghệ 12 thì phần mềm này còn kích thích các em tìm hiểu sâu hơn về các linh kiện có trong thư viện cũng như ứng dụng của nối dây bus để mạch điện đỡ rối và dễ hiểu hơn. Mạch nháy đèn led theo hình trái tim là mạch điện được vẽ bởi lớp 12A2 trường THPT Nguyễn Đức Thuận, mạch vừa ứng dụng được phần mềm vừa tạo sự thích thú tới các em. Để thiết kế được mạch như vậy ta cần một IC 555, một IC 4017, một tụ điện không phân cực 330pF, một tụ điện phân cực 4.7uF, 20 led (tùy theo hình trái tim to hay nhỏ), một điện trở 10K, một biến trở 100k và các linh kiện được nối với nhau theo mạch như hình 2.3.9.

Hình 2.3.9. Mạch nháy đèn led theo hình trái tim 59

Việc sử dụng nối dây bus (đã được đề cập ở mục 2.1.3.4.) vào mạch không những giúp vẽ mạch được nhanh hơn mà còn tiết kiệm được dây nối làm cho bản vẽ dễ nhìn, dễ hiểu.

Sau khi vẽ mạch và chỉnh sửa các thông số của mạch điện ta tiến hành mô phỏng.

Hình 2.3.10. Mô phỏng mạch nháy đèn led theo hình trái tim Trong mạch này thì đèn led chạy nhanh hơn hay chậm hơn tùy thuộc vào sự điều chỉnh giá trị của biến trở RV1.

2.3.2.3. Mạch hiển thị chữ LOVE Khi nói tới đèn led thì đa phần các em đều biết như ứng dụng của nó trên thực tế hay cách nhận biết các cực của led... Và trên cơ sở đó màn hình bảy đoạn, chín đoạn ra đời, mở rộng hơn ta có màn hình mười bốn phân đoạn, nó cho phép bật hoặc tắt để tạo chữ cái và chữ số.

Mạch hiển thị chữ LOVE được tạo bởi màn hình mười bốn phân đoạn, IC 555, một tụ điện không phân cực 10nF, ba điện trở (với các giá trị là 30k, 50k, 10k), một nguồn điện một chiều DC 5v, một nút nhấn được nối với nhau theo mạch điện như hình 2.3.11.

Hình 2.3.11. Mạch nháy đèn chữ LOVE 60

Sau khi chỉnh sửa các thông số của mạch, ta tiến hành mô phỏng mạch. Và mỗi lần ta nhấn nút thì đèn sẽ sáng và hiển thị chữ LOVE theo yêu cầu.

Hình 2.3.12. Mô phỏng mạch nháy đèn chữ LOVE 2.3.3. Một số hình ảnh học tập của các em Dưới đây là những hình ảnh của các em học sinh trường tôi vẽ mô phỏng một mạch cụ thể sau khi được giáo viên hướng dẫn tìm hiểu, và sự chuẩn bị ở nhà của các em. Sau khi thực hiện tôi nhận thấy với sự chuẩn bị kĩ càng của trò cùng với hướng dẫn thông qua video quay lại quá trình vẽ mạch của giáo viên thì học sinh bước đầu đã biết mô phỏng những mạch đơn giản và một số em tỏ ra khá say mê khi học tới những bài có mạch nguyên lý.

61

Hình 2.3.13. Hình ảnh các em tìm hiểu và thực hành vẽ mạch mô phỏng Trong năm học 2019 – 2020 vừa qua, song song với việc hướng dẫn các em quá trình để tạo ra một mạch mô phỏng trên lớp giúp các em nắm rõ được công 62

dụng của các linh kiện hay nguyên lí làm việc của một mạch cụ thể thì tôi đã cho các em tiến hành lắp ráp một số mạch cụ thể và kết quả thật bất ngờ, hầu như các em đã hiểu, và lắp ráp khá tốt không những thế sự thích thú thể hiện trên khuôn mặt của các em là động lực để tôi tiếp tục cố gắng trao dồi kiến thức, tìm tòi những điều chưa biết về điện tử nói chung và kiến thức trong chương trình công nghệ nói riêng.

KẾT LUẬN Đề tài nghiên cứu của tôi đã thực hiện đúng mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra, đề tài đã thực hiện được các nhiệm vụ sau: - Giới thiệu một cách đơn giản, khái quát nhất về phần mềm Proteus cũng như quy trình mô phỏng mạch, một số chú ý về việc sử dụng dao động kí để mô phỏng hay nshững từ khóa của các linh kiện thường được sử dụng trong mạch điện thuộc môn công nghệ lớp 12...

- Đã giới thiệu và mô phỏng được tới các em công dụng, nguyên lý làm việc của các linh kiện, mạch điện tử trong phần kĩ thuật điện tử công nghệ lớp 12 mà có thể dùng Proteus để mô phỏng.

- Để thuận tiện trong quá trình hướng dẫn trên lớp cũng như quá trình tự học ở nhà của các em thì tôi đã quay video và đã đăng tải trên youtube để cho các em xem từng bước mô phỏng mạch điện để các em có thể luyện tập và thao tác lại.

- Không những thế, sau khi các em đã làm quen với các mạch điện có trong chương trình học thì tôi đã giới thiệu thêm tới các em một số mạch trên thực tế khác như mạch nháy đèn theo nhạc, mạch điện cầu thang dành cho nhà 2 tầng, mạch đèn ngủ dùng quang điện trở và trong quá trình hướng dẫn các em rất hứng thú và thảo luận khá sôi nổi, nhất là những lớp 12A1, 12A2, 12A3 có học lực khá – giỏi nên khả năng tự học, tự tìm tòi tương đối tốt, dưới sự hướng dẫn ban đầu thì 80 – 90% các em đã tự làm được còn với học sinh lớp 12 A4, 12A5, 12A6 thì các học sinh có học lực trung bình – Khá nên đôi lúc các em vẫn cần sự hỗ trợ của giáo viên mới có thể chạy mô phỏng được. Sau đó, các em đã chủ động tìm hiểu và đã làm được một số mạch như mạch điện cầu thang nhà 3 tầng khi tầng 2 sử dụng công tắc 4 tiếp điểm, mạch nháy đèn led theo hình trái tim, mạch hiển thị chữ LOVE...

63

III. Hiệu quả do sáng kiến đem lại: 1. Hiệu quả kinh tế Sáng kiến : “ Sử dụng phần mềm Proteus để nâng cao chất lượng giảng dạy phần kĩ thuật điện tử môn công nghệ lớp 12 và kích thích khả năng tìm tòi của học sinh” về mặt khoa học giáo dục, được áp dụng trong quá trình giảng dạy ở nhà trường nên không tính được hiệu quả về mặt kinh tế.

2. Hiệu quả về mặt xã hội - Sáng kiến đã mang lại cái nhìn tổng quan về việc sử dụng Proteus 8.5 trong các mạch điện tử nói chung.

- Đã giải thích được một số nội dung bài học của phần kĩ thuật điện tử môn công nghệ lớp 12 thông qua các mạch mô phỏng giúp các em dễ hiểu, dễ nhớ, hứng thú với môn học.

- Đã cho học sinh tự thực hành, tự tìm hiểu dưới sự hướng dẫn của giáo viên và kết quả thu được là học sinh rất ham mê, thích thú và có một số em đã có ý tưởng chạy mạch mô phỏng cho mạch điều khiển vi xử lý giúp cho cuộc thi khoa học kĩ thuật trong những năm tới.

- Là tài liệu tham khảo hữu ích cho các đồng nghiệp dạy môn công nghệ lớp 12. Tùy theo cơ sở vật chất, chất lượng học sinh mà giáo viên có thể áp dụng sao cho phù hợp để mang lại hiệu quả trong quá trình giảng dạy.

- Trên nền tảng Proteus, giáo viên và học sinh các trường từ trung học cơ sở đến trung học phổ thông có thể tìm hiểu sâu hơn để mô phỏng các mạch vi điều khiển dùng cho cuộc thi khoa học kĩ thuật của sở nói chung và của trường nói riêng.

- Đối với chương trình đổi mới giáo dục sắp tới thì việc thực hành cho học sinh rất được quan tâm chú trọng nên việc cung cấp kiến thức cho giáo viên trong việc mô phỏng mạch là cần thiết và đề tài này cũng giúp được phần nào nhiệm vụ đó.

- Khi các em có niềm say mê với việc mô phỏng mạch cũng như thực nghiệm nó trên thực tế, giáo viên có thể định hướng nghề nghiệp giúp các em quyết tâm hơn trong quá trình học tập để thực hiện ước mơ nghề nghiệp sau này.

64

IV. Cam kết không sao chép hoặc vi phạm bản quyền.

Tôi xin cam đoan sáng kiến kinh nghiệm trình bày ở trên là kết quả nghiên cứu từ thực tiễn giảng dạy tôi đã viết và thực nghiệm. Tôi không sao chép nội dung của người khác hoặc vi phạm bản quyền của các tác giả khác. Nếu vi phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng thẩm định sáng kiến của Sở giáo dục và đào tạo Nam Định.

CƠ QUAN ĐƠN VỊ TÁC GIẢ SÁNG KIẾN ÁP DỤNG SÁNG KIẾN (Ký tên) (xác nhận) ..................................................................... .....................................................................

(Ký tên, đóng dấu)

65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hòa, V.Đ., Hướng dẫn sử dụng proteus 7.2. 2011.

2. Vũ Đức Thọ (chủ biên), (1999), Kỹ thuật điện tử, NXB Giáo dục.

3. Bộ giáo dục và Đào tạo (2014), Đề án đổi mới chương trình và sách giáo khoa sau 2015 (Bản dự thảo).

4. Nguyễn Tấn Phước (2005), Giáo trình điện tử kỹ thuật mạch điện tử tập 2, NXB T.P Hồ Chí Minh.

5. PGS TS. Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy (2015), Tự học Proteus bằng hình ảnh, NXB Thanh niên.

6. Boylestad, R.L. and L. Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, Eight Edition. 2002.

7. Sách giáo khoa phổ thông hiện hành, Công Nghệ lớp 12.

8. Tài liệu bồi dưỡng giáo viên thực hiện chương trình, sách giáo khoa Lớp 12.

66