Lý thuyết Công nghệ 12 Bài 9: Thiết kế mạch điện tử đơn giản (kèm 10 câu trắc nghiệm)

1. Nguyên tắc chung khi thiết kế mạch điện tử

Trước khi cầm bút vẽ sơ đồ, em cần nhớ mạch tốt không phải là mạch “nhiều linh kiện” mà là mạch làm đúng việc được giao. Có 5 nguyên tắc:

1. Bám sát, đáp ứng yêu cầu thiết kế (điện áp, dòng điện, chức năng…).
2. Mạch đơn giản, tin cậy.
3. Thuận tiện khi lắp đặt, vận hành và sửa chữa.
4. Hoạt động chính xác, ổn định.
5. Linh kiện có sẵn trên thị trường.

Mẹo nhớ: đọc tắt là “Đúng – Đơn giản – Dễ sửa – Chính xác – Dễ mua”. Đếm đủ 5 chữ là đủ 5 nguyên tắc, rất hữu ích khi gặp câu hỏi “có mấy nguyên tắc”.

2. Hai bước thiết kế mạch điện tử

Bước 1: Thiết kế mạch nguyên lí

• Tìm hiểu yêu cầu của mạch cần thiết kế.
• Đưa ra một số phương án thực hiện.
• Chọn phương án hợp lí nhất.
• Tính toán, chọn các linh kiện phù hợp.

Bước 2: Thiết kế mạch lắp ráp

Đây là bước chuyển sơ đồ nguyên lí thành mạch thật trên bảng mạch. Cần tuân thủ:

• Bố trí linh kiện trên bảng mạch khoa học, hợp lí.
• Vẽ đường dây dẫn nối các linh kiện đúng theo sơ đồ nguyên lí.
• Dây dẫn không chồng chéo và ngắn nhất.

Ngày nay, việc thiết kế có thể làm nhanh và chính xác bằng phần mềm chuyên dụng như Protel, Workbench (mô phỏng và vẽ mạch in).

Tiêu chí	Mạch nguyên lí	Mạch lắp ráp
Mục đích	Cho biết mạch hoạt động thế nào, dùng linh kiện gì	Cho biết đặt linh kiện ở đâu, nối dây ra sao
Nội dung chính	Chọn phương án, tính toán linh kiện	Bố trí linh kiện, vẽ đường dây
Thứ tự	Làm trước	Làm sau, dựa trên mạch nguyên lí

3. Ví dụ: thiết kế mạch nguồn điện một chiều

Yêu cầu: điện áp vào xoay chiều 220 V – 50 Hz; điện áp ra một chiều 12 V; dòng điện tải 1 A.

3.1. Lựa chọn sơ đồ

Điểm quan trọng nhất của mạch nguồn là chọn sơ đồ chỉnh lưu. Trong ba loại (một điốt, hai điốt, chỉnh lưu cầu), người ta thường chọn chỉnh lưu cầu vì:

• Độ gợn sóng nhỏ, tần số gợn sóng 100 Hz nên dễ lọc.
• Điốt chỉ chịu điện áp ngược bằng khoảng biên độ điện áp làm việc, không cần gấp đôi như mạch hai điốt.
• Biến áp nguồn không có yêu cầu đặc biệt (không cần cuộn thứ cấp có điểm giữa).

3.2. Sơ đồ khối bộ nguồn

3.3. Tính toán và chọn linh kiện

a) Biến áp

• Công suất biến áp: P = k_BA·U_tải·I_tải = 1,3 × 12 × 1 = 15,6 W (k_BA = 1,3 là hệ số dự trữ).
• Sơ cấp: U₁ = 220 V, 50 Hz.
• Thứ cấp: tính từ U_tải cộng độ sụt áp trên 2 điốt dẫn (ΔU_Đ) – nên trong công thức, ΔU_Đ là độ sụt áp trên 2 điốt (đáp án câu 5).

b) Điốt

• Dòng điện qua điốt: trong mạch cầu, mỗi nửa chu kì có 2 điốt dẫn nên mỗi điốt chỉ gánh một nửa dòng; với hệ số dự trữ k_I = 10 ta có I_Đ = k_I·I_tải/2 = 10 × 1/2 = 5 A.
• Điện áp ngược: U_N = k_U·U_tải = 1,8 × 12 = 21,6 V.
• Tra sổ tay linh kiện, chọn điốt thoả mãn cả hai điều kiện: ví dụ 1N1089 có U_N = 100 V, I_đm = 5 A (100 V > 21,6 V và 5 A ≥ 5 A).

c) Tụ điện lọc

Điện dung càng lớn càng lọc tốt, nhưng tụ phải chịu được điện áp làm việc. Với tải 12 V, ví dụ chọn tụ C = 1000 µF, U_đm = 25 V (điện áp định mức lớn hơn điện áp tải với độ dự trữ an toàn).

4. 10 câu trắc nghiệm Công nghệ 12 Bài 9 (có giải thích)

Câu 1. Mạch lắp ráp phải đảm bảo nguyên tắc nào? A. Linh kiện bố trí khoa học, hợp lí. B. Vẽ dây nối đúng sơ đồ nguyên lí. C. Dây không chồng chéo và ngắn nhất. D. Cả 3 đáp án trên.
Đáp án: D. Cả ba ý đều là nguyên tắc của mạch lắp ráp.

Câu 2. Khi thiết kế mạch nguồn một chiều, người ta thường chọn mạch chỉnh lưu: A. một điốt. B. hai điốt. C. cầu. D. bất kì.
Đáp án: C. Chỉnh lưu cầu có chất lượng tốt, dễ thực hiện. Mạch một điốt gợn sóng lớn, mạch hai điốt cần biến áp có điểm giữa.

Câu 3. Vì sao thường chọn chỉnh lưu cầu? A. Gợn sóng nhỏ, tần số 100 Hz, dễ lọc. B. Điốt không cần chịu điện áp ngược gấp đôi biên độ. C. Biến áp không có yêu cầu đặc biệt. D. Cả 3 ý trên.
Đáp án: D. Ba ưu điểm đều đúng.

Câu 4. Khi thiết kế mạch nguyên lí phải: A. tìm hiểu yêu cầu. B. đưa ra phương án. C. chọn phương án hợp lí nhất. D. cả 3 ý.
Đáp án: D. Đó là ba trong bốn việc của bước 1 (việc thứ tư là tính toán chọn linh kiện).

Câu 5. Trong công thức điện áp ra của biến áp khi không tải, ΔU_Đ là độ sụt áp trên mấy điốt? A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
Đáp án: B. Mạch cầu luôn có 2 điốt cùng dẫn trong mỗi nửa chu kì.

Câu 6. Thiết kế mạch điện tử đơn giản thực hiện theo mấy nguyên tắc? A. 3 B. 4 C. 5 D. 6
Đáp án: C. Đúng 5 nguyên tắc như mục 1.

Câu 7. Yếu tố nào thuộc nguyên tắc thiết kế? A. Bám sát yêu cầu. B. Đơn giản, tin cậy. C. Thuận tiện lắp đặt, vận hành, sửa chữa. D. Cả 3 ý.
Đáp án: D.

Câu 8. Yếu tố nào KHÔNG thuộc nguyên tắc? A. Hoạt động ổn định, chính xác. B. Linh kiện có sẵn trên thị trường. C. Mạch phức tạp. D. Đơn giản, tin cậy.
Đáp án: C. Nguyên tắc yêu cầu mạch đơn giản, nên “phức tạp” là trái ngược.

Câu 9. Thiết kế mạch điện tử tiến hành theo mấy bước? A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
Đáp án: A. Thiết kế mạch nguyên lí và thiết kế mạch lắp ráp.

Câu 10. Các bước thiết kế gồm: A. thiết kế mạch nguyên lí. B. thiết kế mạch lắp ráp. C. cả hai đều đúng. D. cả hai đều sai.
Đáp án: C.

Em có thể luyện thêm tại bài 10 câu trắc nghiệm Công nghệ 12 Bài 9 và đối chiếu lời giải ở Giải Công nghệ 12 Bài 9.

5. Lỗi sai thường gặp

• Nhầm số bước với số nguyên tắc: 2 bước nhưng 5 nguyên tắc.
• Đảo thứ tự hai bước: phải có mạch nguyên lí rồi mới vẽ mạch lắp ráp.
• Quên hệ số dự trữ: chọn điốt, tụ đúng bằng giá trị tính được thì dễ hỏng; luôn chọn linh kiện có thông số lớn hơn.
• Nhầm ΔU_Đ: với chỉnh lưu cầu là sụt áp trên 2 điốt, không phải 1.

6. Bài luyện tập

Bài 1. Thiết kế nguồn một chiều 9 V – 2 A. Tính công suất biến áp với k_BA = 1,3.
Đáp án: P = 1,3 × 9 × 2 = 23,4 W.

Bài 2. Với nguồn ở bài 1, dùng chỉnh lưu cầu, k_I = 10, k_U = 1,8. Tính dòng điện và điện áp ngược cần cho mỗi điốt.
Đáp án: I_Đ = 10 × 2/2 = 10 A; U_N = 1,8 × 9 = 16,2 V. Cần chọn điốt có I_đm ≥ 10 A và U_N ≥ 16,2 V.

Bài 3. Một bạn vẽ dây dẫn nối các linh kiện chồng chéo nhau nhiều chỗ dù mạch vẫn chạy đúng. Bạn đã vi phạm nguyên tắc nào của bước nào?
Đáp án: Vi phạm nguyên tắc “dây dẫn không chồng chéo và ngắn nhất” của bước thiết kế mạch lắp ráp; mạch như vậy khó lắp, khó sửa chữa.

Câu hỏi thường gặp

Thiết kế mạch điện tử đơn giản gồm mấy bước?

Gồm 2 bước: thiết kế mạch nguyên lí (tìm hiểu yêu cầu, đưa ra phương án, chọn phương án hợp lí, tính toán chọn linh kiện) và thiết kế mạch lắp ráp (bố trí linh kiện, vẽ dây nối).

Có bao nhiêu nguyên tắc thiết kế mạch điện tử?

Có 5 nguyên tắc: bám sát yêu cầu; mạch đơn giản, tin cậy; thuận tiện lắp đặt, vận hành, sửa chữa; hoạt động chính xác; linh kiện có sẵn trên thị trường.

Vì sao mạch nguồn một chiều thường chọn chỉnh lưu cầu?

Vì gợn sóng nhỏ với tần số 100 Hz nên dễ lọc, điốt không phải chịu điện áp ngược gấp đôi biên độ và biến áp không cần cuộn thứ cấp có điểm giữa.

Trong mạch nguồn 12 V – 1 A, công suất biến áp tính thế nào?

P = k_BA × U_tải × I_tải = 1,3 × 12 × 1 = 15,6 W, trong đó k_BA = 1,3 là hệ số dự trữ của biến áp.

Bài học liên quan

• Trắc nghiệm Công nghệ 12 Bài 9 có đáp án: Thiết kế mạch điện tử đơn giản
• Lý thuyết Công nghệ 12 Bài 20: Máy thu hình + 10 câu trắc nghiệm
• Lý thuyết Công nghệ 12 Bài 14: Mạch điều khiển tín hiệu + 10 câu trắc nghiệm
• Lý thuyết Công nghệ 12 Bài 8: Mạch khuếch đại – Mạch tạo xung (có trắc nghiệm)
• Công nghệ 12 Bài 15: Lý thuyết và 10 trắc nghiệm động cơ xoay chiều 1 pha
• 10 câu trắc nghiệm Công nghệ 12 Bài 13 có đáp án: Mạch điện tử điều khiển