Trong những năm gần đây, lĩnh vực điện tử bán dẫn đang được nhà nước và chính phủ quan tâm đưa vào chương trình quốc gia “Phát triển nguồn nhân lực ngành công nghiệp bán dẫn đến năm 2030, định hướng đến năm 2050”, Học viện Nông nghiệp Việt Nam (VNUA) đã chủ động xây dựng các hoạt động nghiên cứu và đào tạo trong lĩnh vực này. Với mục tiêu cải thiện kỹ năng thực hành trong đào tạo cho sinh viên các ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa, Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử, trong khuôn khổ đề tài cấp Học viện “Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số mô hình kỹ thuật điện tử phục vụ đào tạo sử dụng linh kiện bán dẫn”, mã số T2025-10-40 do ThS. Bùi Thị Thu – giảng viên BM Vật lý – Khoa Công nghệ thông tin cùng nhóm nghiên cứu đã tiến hành thiết kế các mô đun đảm bảo được các tiêu chí: sử dụng các linh kiện bán dẫn phổ biến, có chi phí thấp, độ bền cơ học cao, nâng cao hiệu quả học tập, khơi gợi tính sáng tạo và phù hợp với chương trình đào tạo.
Để tiến hành thiết kế và thực hiện các mô đun thí nghiệm, nhóm tác giả đã tìm hiểu lý thuyết và từng bước hoàn thiện các mô đun đó theo quy trình sau:
    |
 |
| Quy trình thiết kế và đưa các mô đun thí nghiệm vào sử dụng |
Sau khi tiến hành khảo sát đề cương chi tiết của học phần kỹ thuật điện tử CD02632, nhóm tác giả đã đưa ra nội dung các bài thực hành cần triển khai bao gồm:
+ Ứng dụng của đi ốt trong chỉnh lưu dòng điện xoay chiều: Bài thực hành bao gồm hai thí nghiệm giúp sinh viên hiểu về nguyên lý hoạt động của đi ốt và nguyên lý chỉnh lưu dòng điện xoay chiều.
+ Khảo sát các cổng logic cơ bản: Sinh viên nắm rõ được các mạch logic cơ bản như OR, NOR, AND… và thao tác thành thạo các mạch logic đó trên mô đun thiết kế của bài thí nghiệm.
+ Khảo sát mạch khuếch đại sử dụng tranzito. Bài thực hành gồm có ba thí nghiệm: phân loại tranzito BJT và xác định các cực của tranzito BJT; cách đo hệ số khuếch đại của tranzito nói chung; tìm các hệ số khuếch đại dòng điện, khuếch đại điện áp và khuếch đại công suất của một mạch khuếch đại cụ thể. Từ đó sinh viên hiểu rõ nguyên lý khuếch đại dùng tranzito, biết cách xác định dòng điện và điện áp ở các ngõ vào ra của mạch khuếch đại.
+ Tìm hiểu khuếch đại thuật toán OpAmp 741 và ứng dụng: Trong bài thực hành này, sinh viên được tìm hiểu về IC khuếch đại thuật toán OpAmp LM741 và biết cách sử dụng IC này trong mạch khuếch đại đảo, khuếch đại không đảo, khuếch đại vi phân… Đồng thời, bài thí nghiệm này cũng giúp sinh viên biết dùng OpAmp LM741 trong mạch tạo xung vuông.
+ Tìm hiểu bộ ghép quang: Tìm hiểu một số thiết thiết bị quang điện tử như quang điện trở (LDR), đi ốt thu quang (photođi ốt), transistor quang (phototranzito), đi ốt phát quang (LED), LED hồng ngoại. Biết cách dùng bộ ghép quang (IC PC817) trong mạch điện. Xác định được các thông số về điện áp và dòng điện của mạch ghép quang.
Các mô đun thí nghiệm được thiết kế như sau:
Do đặc tính của các linh kiện bán dẫn thường có kích thước rất nhỏ, dễ hỏng hóc, gãy vỡ nên nhóm đã tiến hành chế tạo các hộp bảo vệ và thiết kế từng bảng mạch trên các tấm nhựa mica, cách làm này cũng góp phần gia tăng độ bền và độ an toàn cho người sử dụng.
|
 |
| Quá trình gia công và hình ảnh linh kiện, mô đun thí nghiệm sau khi hoàn thiện |
Bên cạnh đó, trong quá trình thực hiện các mô đun thí nghiệm, để tiết kiệm chi phí mua thiết bị nhóm đã thay thế các nguồn phát tín hiệu xoay chiều bằng cách kết nối thí nghiệm với máy tính thông qua giao diện ScienceWorkshop 750 Interface và phần mềm DataStudio Phần mềm DataStudio do PASCO Scientific phát triển. Với giải pháp thay thế máy phát tín hiệu xoay chiều qua phần mềm Data Studio, bằng cách sử dụng chương trình Signal Generator của phần mềm để chọn dạng sóng hình sine hoặc hình tam giác, điều chỉnh được biên độ và tần số sóng. Tín hiệu xoay chiều sẽ được nối từ ngõ ra của giao diện ScienceWorkshop 750 Interface tới mạch điện tử bên ngoài thông qua hai dây dẫn. Từ đó có thể cung cấp nguồn tín hiệu xoay chiều cho các thí nghiệm kỹ thuật điện tử cần thiết. Giải pháp thay thế này đã giải quyết được khó khăn về nguồn tín hiệu xoay chiều, từ đó có thể tiến hành theo các bảng thiết kế, lắp đặt và vận hành các thí nghiệm điện tử hoạt động một cách ổn định, trực quan và hiệu quả.
Sau đây là hình ảnh minh họa các mô đun thí nghiệm đã được thực hiện:
Mỗi một mô đun thí nghiệm đều được thiết kế thành hai bản mạch giống hệt nhau nhằm đáp ứng đủ số lượng mô đun cho sinh viên thao tác, không quá 3 sinh viên thực hiện trong một thí nghiệm. Trước khi đưa vào giảng dạy, các mô đun thí nghiệm đều được vận hành thử kiểm tra chức năng, độ ổn định và khả năng thao tác. Sau đó chỉnh sửa và viết tài liệu hướng dẫn sử dụng. Khi tiến hành đưa vào giảng dạy, các mô đun thí nghiệm đều được các sinh viên khảo sát đánh giá để hoàn thiện hơn nữa. Kết quả thiết kế các mô đun thí nghiệm hoạt động ổn định, có tính chính xác cao và được sinh viên đánh giá tốt.
Với quy trình thực hiện thiết kế các mô đun thí nghiệm như trên, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các mô đun thí nghiệm kỹ thuật điện tử đáp ứng đầy đủ các tiêu chí đặt ra ban đầu nhằm phục vụ công tác giảng dạy thực hành cho sinh viên các ngành Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa, Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử. Các mô đun thí nghiệm này hiện đang được sử dụng cho sinh viên thực hành tại bộ môn Vật lý - Khoa Công nghệ thông tin của Học viện Nông nghiệp Việt Nam, kết quả đã mang lại hiệu quả rõ rệt. Có 96,2% sinh viên đánh giá tốt về chất lượng và 91,4% hài lòng với các bài thí nghiệm này. Nhóm tác giả đã thu được những thành công bước đầu trong nghiên cứu: các mô đun được thiết kế chế tạo này không những đáp ứng được nhu cầu thực hành của sinh viên, đảm bảo nội dung trong giảng dạy thực hành, giúp sinh viên có thêm sự hứng thú, phát triển tư duy sáng tạo trong tìm hiểu các ứng dụng của các linh kiện điện tử mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao nhờ chi phí chế tạo thấp. Đồng thời đảm bảo được độ bền cơ học cao và khả năng thao tác dễ dàng. Bên cạnh đó, trong quá trình triển khai và thực hiện nghiên cứu, các giảng viên cũng tích lũy thêm nhiều về kiến thức chuyên môn cũng như khả năng tư duy, tìm tòi sáng tạo. Mô hình nghiên cứu này nên được khuyến khích trong phòng thí nghiệm khác của Học viện để tận dụng nguồn lực đang có và giảm chi phí đầu tư của Học viện.
Khoa CNTT