Xem mẫu

  1. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 tiÕp xóc cã sù khuÕch t¸n ®iÖn tö tù do bëi sè l−îng c¸c ®iÖn tö ë ®©y kh¸c nhau, lµm xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng t¹i ®iÓm tiÕp xóc mµ ®iÖn tr−êng cña nã chèng l¹i sù khuÕch t¸n ®iÖn tö tõ phÝa d©y cã sè l−îng ®iÖn tö tù do nhiÒu sang d©y cã Ýt h¬n. Gi¸ trÞ suÊt ®iÖn ®éng tiÕp xóc phô thuéc vµo b¶n chÊt cña hai d©y dÉn vµ nhiÖt ®é tiÕp xóc. MÆt kh¸c, nÕu ®èt nãng mét ®Çu cña d©y dÉn th× ho¹t tÝnh cña ®iÖn tö tù do ë ®Çu ®èt sÏ t¨ng lªn, gi÷a hai ®Çu d©y còng suÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng, do ®ã dßng ®iÖn tö khuÕch t¸n tõ ®Çu nãng sang ®Çu l¹nh, h×nh 2.16 m« t¶ sù h×nh thµnh suÊt ®iÖn ®éng trong vßng d©y A-B víi ®iÒu kiÖn sè l−îng ®iÖn tö tù do cña d©y A(NA) lín h¬n sè l−îng ®iÖn tö cña d©y B(NB), nhiÖt ®é ®Çu tiÕp xóc lµ t vµ ®Çu kia lµ t0 vµ t > t0. eAB(t0) eA(t,t0) eB(t,t0) eAB(t) H×nh 2.16. S¬ ®å søc ®iÖn ®éng Theo ®Þnh luËt Kªich«p, søc ®iÖn ®éng trong vßng d©y ®−îc x¸c ®Þnh lµ: E = eAB(t) - eA(t,t0) - eAB(t0) + eB(t,t0) (2-15) Søc ®iÖn ®éng nµy sÏ sinh ra dßng ®iÖn ch¹y trong vßng d©y. Trong thùc tÕ, gi¸ trÞ eA(t,t0) vµ eB(t,t0) rÊt nhá so víi eAB(t) vµ eAB(t0) nªn cã thÓ bá qua. Khi ®ã søc ®iÖn ®éng lµ: E = eAB(t) - eAB(t0) (2-16) Nh− vËy, søc ®iÖn ®éng sinh ra trong c¸c vßng d©y tû lÖ víi hiÖu nhiÖt ®é ë hai ®Çu d©y. NghÜa lµ th«ng qua gi¸ trÞ suÊt ®iÖn ®éng E ®o ®−îc th× ta sÏ biÕt ®−îc hiÖu nhiÖt ®é ë hai ®Çu d©y. Trong thùc tÕ, cÆp nhiÖt ®iÖn th−êng ®−îc sö dông ®Ó ®o mét m«i tr−êng hay vËt thÓ. NhiÖt ®é cña mét ®Çu ®−îc Khoa C¬ ®iÖn - 41 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
  2. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 gi÷ cè ®Þnh, ®Çu nµy ®−îc gäi lµ ®Çu tù do hay ®Çu l¹nh, ®Çu cßn l¹i ®−îc ®Æt vµo m«i tr−êng ®o nhiÖt ®é vµ ®−îc gäi lµ ®Çu lµm viÖc. Ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña cÆp nhiÖt ®iÖn lµm c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é cã d¹ng nh− sau: E = f(T) (2-17) ë ®iÒu kiÖn chuÈn khi chia ®é c¸c cÆp nhiÖt quy ®Þnh T0 = 00C. ViÖc sö dông cÆp nhiÖt ®iÖn cã rÊt nhiÒu −u ®iÓm nh−: kÝch th−íc cÆp nhiÖt nhá nªn cã thÓ ®o nhiÖt ®é ë tõng ®iÓm cña ®èi t−îng nghiªn cøu vµ t¨ng tèc ®é håi ®¸p. mét −u ®iÓm næi bËt n÷a lµ cÆp nhiÖt ®iÖn cung cÊp suÊt ®iÖn ®éng nªn khi ®o kh«ng cÇn cã dßng ch¹y qua vµ do vËy kh«ng cã hiÖu øng ®èt nãng. SuÊt ®iÖn ®éng cña cÆp nhiÖt trong mçi d¶i réng cña nhiÖt ®é lµ hµm kh«ng tuyÕn tÝnh cña nhiÖt ®é cÇn ®o. §å thÞ biÓu diÔn sù thay ®æi suÊt ®iÖn ®éng E phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña mét sè lo¹i cÆp nhiÖt nh− h×nh 2.17. H×nh 2.17. Sù thay ®æi nhiÖt cña suÊt ®iÖn ®éng E cña mét sè lo¹i cÆp nhiÖt ®iÖn + S¬ ®å ®o: ®Ó ®o søc ®iÖn ®éng E th× ph¶i ghÐp ®−îc thiÕt bÞ ®o (TBD) vµo trong m¹ch cña cÆp nhiÖt ®iÖn. ViÖc ghÐp nèi nµy ph¶i ®¶m b¶o kh«ng lµm thay ®æi gi¸ trÞ søc ®iÖn ®éng sinh ra trong cÆp nhiÖt ®iÖn. Trong thùc tÕ Khoa C¬ ®iÖn - 42 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
  3. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 th−êng cã hai c¸ch ghÐp nèi cÆp nhiÖt ®iÖn ®ã lµ: ghÐp nèi qua ®Çu tù do vµ ghÐp nèi qua mét ®iÖn cùc nhiÖt. • GhÐp nèi qua ®Çu tù do ®−îc m« t¶ nh− h×nh sau: H×nh 2.18. S¬ ®å nèi thiÕt bÞ ®o qua ®Çu tù do cña cÆp nhiÖt ®iÖn a) M¹ch ®iÖn b) S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng Tõ m¹ch t−¬ng ®−¬ng, theo ®Þnh luËt Kiech«p cã: E = eAB(t) – eAC(t0) + eBC(t0) (2-18) Khi t=t0 trong vong d©y kh«ng tån t¹i dßng ®iÖn, khi ®ã E=0. (2-18) => 0 = eAB(t0) – eAC(t0) + eBC(t0) (2-19) => eAB(t0) = eAC(t0) + eBC(t0) (2-20) Nh− vËy ta cã: E = eAB(t) - eAB(t0) (2-21) NghÜa lµ thiÕt bÞ ®o kh«ng lµm thay ®æi suÊt ®iÖn ®éng sinh ra trong vßng d©y. • GhÐp nèi TB§ trong ®iÖn cùc nhiÖt ®−îc m« t¶ nh− h×nh sau: Khoa C¬ ®iÖn - 43 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
  4. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 H×nh 2.19. S¬ ®å nèi TB§ trong ®iÖn cùc nhiÖt a) M¹ch ®iÖn b) S¬ ®å t−¬ng d−¬ng Theo ®Þnh luËt Kiech«p ¸p dông ®èi víi s¬ ®å m¹ch t−¬ng ®−¬ng cã: E = eAB(t) – eAB(t0) – eBC(t1) + eBC(t1) (2-22) Hay E = eAB(t) – eAB(t0) (2-23) VËy tõ hai c¸ch ghÐp nèi trªn thÊy E = eAB(t) – eAB(t0), nghÜa lµ thiÕt bÞ ®o kh«ng cã ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊt cña cÆp nhiÖt ®iÖn vµ ng−îc l¹i. Trong thùc tÕ th× mét sè cÆp nhiÖt ®iÖn cã d¶i nhiÖt ®é lµm viÖc bÞ h¹n chÕ, ch¼ng h¹n nh− ë nhiÖt ®é thÊp n¨ng suÊt nhiÖt ®iÖn cña nã gi¶m ®i lµm cho tÝnh chÝnh x¸c trong phÐp ®o bÞ h¹n chÕ. ë nhiÖt ®é cao cã thÓ x¶y ra hiÖn t−îng t¨ng kÝch th−íc h¹t tinh thÓ lµm t¨ng ®é dßn c¬ häc, thËm chÝ cã thÓ bÞ nãng ch¶y hoÆc cã thÓ x¶y ra hiÖn t−îng bay h¬i mét trong c¸c thµnh phÇn trong hîp kim lµm cÆp nhiÖt ®iÖn. 2.2.5.4. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng c¶m biÕn vi m¹ch LM335 LM335 lµ lo¹i c¶m biÕn nhiÖt ®é chÝnh x¸c trong d¶i nhiÖt ®é tõ -400C ®Õn +1000C, nã lµm viÖc nh− hai Diode Zener vµ ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p theo nhiÖt ®é lµ 10mV/10C. S¬ ®å cÊu t¹o bªn trong vi m¹ch LM335 cã d¹ng nh− h×nh 2.20. Khoa C¬ ®iÖn - 44 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
  5. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 H×nh 2.20. S¬ ®å cÊu t¹o vi m¹ch LM335 §Æc tuyÕn cña LM335 ®−îc m« t¶ nh− sau: U =10 × T (mV) = 2730 + 10 × t (mV) = 2,73 + 0,01 × t (V) Trong ®ã: T: lµ gi¸ trÞ nhiÖt ®é tÝnh theo nhiÖt ®é Kelvin (0K). t: lµ gi¸ trÞ nhiÖt ®é tÝnh theo nhiÖt ®é Celsius (0C). §Ó cho vi m¹ch lµm viÖc tin cËy vµ æn ®Þnh th× dßng ®iÖn cho phÐp qua nã lµ 400μA ®Õn 5mA. Khi lµm viÖc ë nhiÖt ®é 250C vµ dßng ®iÖn lµm viÖc lµ 1mA th× ®iÖn ¸p ra cña vi m¹ch n»m trong kho¶ng 2,94V ®Õn 3.04V. §Æc biÖt lµ LM335 cã ®é chÝnh x¸c cao, tÝnh n¨ng c¶m biÕn nhiÖt ®é rÊt nh¹y, ch¼ng h¹n nh− ë nhiÖt ®é 250C nã cã sai sè kh«ng qu¸ 1%. Nh− vËy, trong qu¸ tr×nh tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é, ®Ó cã thÓ ®iÒu chØnh nhiÖt ®é theo ®óng yªu cÇu cña ®èi t−îng nghiªn cøu th× viÖc sö dông nhiÖt kÕ d·n në chÊt láng vµ nhiÖt kÕ d·n në chÊt r¾n ®Ó ®iÒu chØnh nhiÖt ®é lµ ®iÒu hÕt søc khã kh¨n v× tÝnh −u viÖt cña nã kh«ng cao. MÆt kh¸c nhiÖt ®é lµ mét ®¹i l−îng kh«ng ®iÖn, do ®ã ®Ó ®iÒu chØnh ®−îc nã mét c¸ch tuyÕn tÝnh theo gi¸ trÞ ®Æt tr−íc th× ph¶i chuyÓn ®æi thµnh ®¹i l−îng ®iÖn, thiÕt bÞ dïng ®Ó chuyÓn ®æi nhiÖt ®é thµnh ®¹i l−îng ®iÖn ®iÖn gäi lµ c¶m biÕn. V× vËy, ®Ó ®o nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn mµ cã sö dông c¶m biÕn nhiÖt ®Ó ®o nhiÖt Khoa C¬ ®iÖn - 45 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
  6. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 ®é vµ chuyÓn ®æi nhiÖt ®é thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn. C¸c c¶m biÕn nhiÖt ®é ®· tr×nh bµy ë trªn, mçi lo¹i cã nguyªn lý chuyÓn ®æi kh¸c nhau. CÆp nhiÖt ®iÖn ®−îc sö dông kh¸ phæ biÕn trong c«ng nghiÖp vµ nã cã −u ®iÓm lµ chuyÓn ®æi tÝn hiÖu nhiÖt ®é sang tÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµ cã thÓ ®o nhiÖt ®é ë nh÷ng kh«ng gian chËt hÑp, nh−ng cã nh−îc ®iÓm lµ khi nhiÖt ®é thay ®æi trong kho¶ng hÑp nh− tñ nu«i cÊy vi khuÈn th× cÆp nhiÖt ®iÖn ho¹t ®éng cã ®é chÝnh x¸c kh«ng cao, sai sè lín, cßn nhiÖt kÕ ®iÖn trë lµ c¶m biÕn chuyÓn ®æi nhiÖt ®é sang ®iÖn trë, sau ®ã muèn chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn th× ph¶i dïng thiÕt bÞ chuyÓn ®æi ®ã lµ m¹ch cÇu c©n b»ng, ®èi víi lo¹i nµy m¹ch ®iÖn cã phÇn phøc t¹p nh−ng còng ®−îc dïng kh¸ phæ biÕn trong thùc tÕ nh−ng ®Ó ®o nhiÖt ®é mét c¸ch chÝnh x¸c th× c¶m biÕn nµy cã ®é chÝnh x¸c kh«ng cao do cã ®Æc tÝnh phi tuyÕn. Trong khi ®ã c¶m biÕn vi m¹ch ®iÖn tö cã nh÷ng −u ®iÓm cã thÓ kh¾c phôc ®−îc nh÷ng nh−îc ®iÓm cña c¸c c¶m biÕn trªn, ®ã lµ ®é nh¹y lín, cã thÓ ®o ®−îc nhiÖt ®é trong kho¶ng hÑp. Do ®ã trong ®Ò tµi nµy, ®Ó ®o nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn em chän lo¹i c¶m biÕn vi m¹ch. 2.3. KhuÕch ®¹i thuËt to¸n trong so s¸nh vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu OA (lµ ch÷ viÕt t¾t cña Operational Amplifier) lµ bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n thuéc vÒ bé khuÕch ®¹i dßng ®iÖn mét chiÒu, cã hÖ sè khuyÕch ®¹i lín, cã hai ®Çu vµo vi sai vµ mét ®Çu ra chung. HiÖn nay c¸c bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®ãng vai trß rÊt quan träng vµ ®−îc øng dông réng r·i trong kü thuËt khuÕch ®¹i, t¹o tÝn hiÖu h×nh sin vµ xung, trong bé æn ¸p vµ bé läc tÝch cùc… CÊu t¹o vµ ký hiÖu cña OA: cÊu t¹o c¬ së cña OA víi c¸c tÇng ®Çu lµ c¸c tÇng khuÕch ®¹i vi sai dïng lµm tÇng vµo. TÇng ra cña OA th−êng lµ tÇng lÆp emito (CC) ®Ó dÞch møc mét chiÒu. V× hÖ sè khuÕch ®¹i cña tÇng emito gÇn b»ng 1, nªn hÖ sè khuÕch ®¹i ®¹t ®−îc nhê tÇng vµo vµ c¸c tÇng khuÕch ®¹i bæ xung m¾c gi÷a tÇng vi sai vµ tÇng CC. Tïy thuéc vµo hÖ sè khuÕch ®¹i cña OA mµ quyÕt ®Þnh sè l−îng tÇng gi÷a. Khoa C¬ ®iÖn - 46 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
  7. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Ký hiÖu quy −íc cña mét bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n nh− h×nh 2.21. Víi ®Çu vµo U(v.k) (hay Uv+) gäi lµ ®Çu vµo kh«ng ®¶o, ®Çu vµo thø hai U(v.d) (hay Uv-) gäi lµ ®Çu vµo ®¶o. Ec1 (hay E(c1)) vµ Ec2 (hay E(c2)) lµ hai nguån cung cÊp (cã thÓ lµ nguån kh«ng ®èi xøng). H×nh 2.21. Ký hiÖu cña khuÕch ®¹i thuËt to¸n §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t ®iÖn ¸p cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n: ®Æc tuyÕn cã d¹ng nh− h×nh 2.22 sau: Ur +Ec §Çu vµo §Çu vµo ®¶o Urmax kh«ng ®¶o Uv Urmax -Ec H×nh 2.22. §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña OA §Æc tuyÕn truyÒn ®¹t cña OA gåm hai ®−êng ®Æc tuyÕn t−¬ng øng víi c¸c ®Çu vµo ®¶o vµ kh«ng ®¶o. Mçi ®−êng ®Æc tuyÕn cã mét ®o¹n n»m ngang øng víi chÕ ®é b·o hoµ vµ mét ®o¹n øng víi chÕ ®é khuÕch ®¹i. Trªn nh÷ng ®o¹n ®ã khi thay ®æi ®iÖn ¸p tÝn hiÖu ®Æt vµo, ®iÖn ¸p ra cña bé khuÕch ®¹i kh«ng ®æi vµ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c¸c gi¸ trÞ U+rmax, U-rmax gäi lµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ra cùc ®¹i (®iÖn ¸p b·o hßa) gÇn b»ng Ec cña nguån cung cÊp. §o¹n ®Æc tÝnh Khoa C¬ ®iÖn - 47 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
  8. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 biÓu thÞ phô thuéc tû lÖ cña ®iÖn ¸p ra víi ®iÖn ¸p vµo, víi gãc nghiªng x¸c ®Þnh hÖ sè khuÕch ®¹i cña OA. ΔU r K= ΔU v Trong ®ã trÞ sè K tïy thuéc vµo tõng lo¹i OA, cã thÓ tõ vµi tr¨m ngh×n lÇn. Gi¸ trÞ K lín cho phÐp thùc hiÖn håi tiÕp ©m nh»m c¶i thiÖn nhiÒu tÝnh chÊt quan träng cña OA. §−êng cong trªn h×nh 2.22 lµ ®−êng ®Æc tÝnh lý t−ëng ®i qua gèc täa ®é. Tr¹ng th¸i Ur = 0 khi Uv = 0 gäi lµ tr¹ng th¸i c©n b»ng cña OA. Tuy nhiªn víi nh÷ng OA thùc tÕ th−êng khã cã thÓ ®¹t ®−îc c©n b»ng hoµn toµn, tøc lµ khi Uv = 0 th× Ur cã thÓ lín h¬n hoÆc nhá h¬n kh«ng. Nguyªn nh©n lµ do t¸c ®éng cña c¸c linh kiÖn bªn trong khuÕch ®¹i vi sai. Sù phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña tham sè OA g©y nªn ®é tr«i ®iÖn ¸p ®Çu vµo vµ ®iÖn ¸p ®Çu ra theo nhiÖt ®é. V× vËy trong m¹ch ®iÖn ®Ó c©n b»ng ban ®Çu cho OA ng−êi ta ®−a vµo mét trong c¸c ®Çu vµo cña nã mét trong c¸c ®iÖn ¸p phô thÝch hîp hoÆc mét ®iÖn trë ®Ó ®iÒu chØnh dßng thiªn ¸p ë m¹ch vµo. Ngoµi ra ®iÖn trë ra còng lµ mét trong nh÷ng tham sè quan trong cña OA. OA ph¶i cã ®iÖn trë ra nhá (cì hµng chôc, hµng tr¨m Ω ) ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p ra lín khi ®iÖn trë t¶i nhá. Mét sè m¹ch øng dông c¬ b¶n cña OA: + KhuÕch ®¹i ®¶o h×nh2.23 sau: H×nh 2.23 U v − U N U N − Ur = T¹i nót N cã I1=Iht ; R1 Rht Khoa C¬ ®iÖn - 48 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
  9. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Víi gi¶ thiÕt OA lý t−ëng UN=UP, UP=0 nªn UN=0; Uv R U Ur =− r K= = − ht => R1 Rht Uv R1 Trong ®ã K: lµ hÖ sè khuÕch ®¹i Uv Uv Tæng trë vµo: Z v = = = R1 I1 U v R1 + KhuÕch ®¹i kh«ng ®¶o h×nh 2.24. H×nh 2.24 Trong m¹ch cã håi tiÕp ©m ®iÖn ¸p ®Æt vµo ®Çu ®¶o. R1 UN=UP, mµ UP=Uv => UN=Uv; U N = Ur R1 + R2 Ur R => K = = 1+ 2 Uv R1 + M¹ch ®Öm h×nh 2.25: H×nh 2.25 HÖ sè khuÕch ®¹i (K) víi m¹ch ®iÖn ¸p 100% Uv = Ur K = 1. Khoa C¬ ®iÖn - 49 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
  10. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 2.4. Triac dïng trong m¹ch ®éng lùc Triac lµ mét dông cô b¸n dÉn cã tªn lµ Bidirectinal Triode Thyrixtor, lµ mét lo¹i Thyrixtor cã ba cùc, lµm viÖc ®−îc víi c¶ hai chiÒu d−¬ng vµ ©m cña ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn. V× cã kh¶ n¨ng dÉn dßng ®−îc c¶ hai chiÒu nªn ®−îc gäi lµ Triac (Triode Altemating Current), vµ cho phÐp sö dông Triac trong m¹ch xoay chiÒu nh− mét khãa ®iÖn hoÆc nh− mét bé biÕn ®æi trÞ sè dßng ®iÖn xoay chiÒu. Nªn c¸c cùc ®−îc gäi lµ cùc chuÈn T1 vµ cùc vá T2, cùc cöa G. CÊu t¹o cña Triac T riac ® − îc cÊu t¹o bëi bèn líp b¸n dÉn PNPN ®Æt xen kÏ nhau nh − h ×nh 2.26 vµ cã thÓ coi nh − h ai Thyrixtor PNPN vµ NPNP nèi song song víi nhau. Cùc cæng cña Triac ® − îc cÊu t¹o phøc t¹p h¬n ®Ó cã thÓ ®iÒu khiÓn theo c¸c c¸ch kh¸c nhau: H×nh 2.26. S¬ ®å cÊu t¹o vµ ký hiÖu Triac M¹ch t−¬ng ®−¬ng cña Triac ®−îc m« t¶ nh− nh− h×nh 2.27 d−íi ®©y: H×nh 2.27. M¹ch t−¬ng ®−¬ng cña Triac Nguyªn lý lµm viÖc cña Triac Triac gÇn nh− t−¬ng ®−¬ng víi hai Thyrixtor nèi song song ng−îc. Tr−êng hîp T2(+), G(+), Thyrixtor T më cho dßng ch¶y qua nh− mét Thyrixtor th«ng th−êng. Khoa C¬ ®iÖn - 50 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
nguon tai.lieu . vn