Xem mẫu
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
lín nhÊt cña U1A(TL082), trªn c¬ së ®ã chän R7 = 10 KΩ . R8 cã t¸c dông h¹n
dßng cho U1A(TL082) chän R8 = 10 KΩ , chän R5 = 10 KΩ .
Diode D3 cho xung d−¬ng qua, chän Diode D3 (lo¹i 1N4001) cã UD3 = 50V
vµ I®m = 1A.
3.3.2. Bé c¶m biÕn
§Ó cã thÓ ®o nhiÖt ®é ®−îc chÝnh x¸c, tÊt nhiªn rÊt cÇn cã mét ®Çu dß
(hay cßn gäi lµ ®Çu c¶m nhËn) thÝch hîp. §Çu dß lµ mét c¶m biÕn nhiÖt ®é nã cã
nhiÖm vô lµ chuyÓn tÝn hiÖu nhiÖt ®é sang tÝn hiÖu ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn. cã rÊt
nhiÒu lo¹i c¶m biÕn nh− giíi thiÖu ë ch−¬ng 2. Nh−ng qua viÖc nghiªn cøu lý
thuyÕt vµ thùc tÕ cïng víi viÖc tham kh¶o thÞ tr−êng ®Ó øng dông vµo m¹ch thùc
tÕ t«i ®i ®Õn chän ph−¬ng ph¸p ®o dïng IC c¶m biÕn nhiÖt ®é, c¸c c¶m biÕn
nhiÖt ®é cã ®é chÝnh x¸c cao, dÔ t×m vµ gi¸ thµnh rÎ. Mét trong sè ®ã lµ lo¹i vi
m¹ch LM335, nã lµ lo¹i th«ng dông trªn thÞ tr−êng hiÖn nay, ®ång thêi nã cã
nh÷ng ®Æc tÝnh lµm viÖc phï hîp víi thiÕt kÕ chi tiÕt cña m¹ch.
Mét sè tÝnh chÊt c¬ b¶n cña LM335:
- C¶m biÕn nhiÖt ®é LM335 cã ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p theo nhiÖt ®é lµ:
10mV/0C.
- §é chÝnh x¸c cao, tÝnh n¨ng c¶m biÕn nhiÖt ®é nh¹y. ë nhiÖt ®é 250C
nã cã sai sè kh«ng qu¸ 1%. Khi ®o trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ -40 ÷ 1000C, tÝn
hiÖu ngâ ra tuyÕn tÝnh liªn tôc víi nh÷ng thay ®æi cña tÝn hiÖu ngâ vµo.
- Mét sè th«ng sè kü thuËt cña LM335: tiªu t¸n c«ng suÊt thÊp, dßng
®iÖn lµm viÖc tõ 400μ A ÷ 5mA , dßng ®iÖn ng−îc 15mA, dßng ®iÖn thuËn 10mA.
§é chÝnh x¸c khi lµm viÖc ë nhiÖt ®é 250C víi dßng lµm viÖc 1mA th× ®iÖn ¸p
ngâ ra tõ 2,94V ÷ 3, 04V .
- Theo th«ng sè cña nhµ s¶n xuÊt th× quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é vµ ®iÖn ¸p
ngâ ra nh− sau:
U out = 10mV × T 0 K (mV)
U out = 0, 01× T 0 K = 0, 01× (273 + t 0C ) = 2, 73 + 0, 01t 0C (V)
Khoa C¬ ®iÖn - 71 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Nh− vËy, ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p t−¬ng øng víi d¶i nhiÖt ®é tõ 00C ®Õn
1000C lµ 1V.
TÝnh to¸n m¹ch c¶m biÕn LM335: s¬ ®å m¹ch nh− h×nh 3.9 sau:
H×nh 3.9. S¬ ®å m¹ch c¶m biÕn
Víi R15 cã t¸c dông ph©n ¸p cho c¶m biÕn, C4 chèng nhiÔu cho
LM335, VR1 lµ biÕn trë ®iÒu chØnh tinh ®Ó Vout lµ 10mV/0C
Ta cã dßng ®iÖn lµm viÖc cña c¶m biÕn LM335 lµ:
9V − V0
400 μ A < I R15 < 5mA 400 μ A < < 5mA , Víi V0 lµ ®iÖn ¸p ngâ ra cña vi
R15
m¹ch LM335 ë nhiÖt ®é 250C.
9V − V0 9V − V0
⇔ < R15 < mµ 2,73V < V0 < 3,73V
400 μ A
5mA
⇒ 1,054 K Ω < R15 < 15,675 K Ω (1*)
MÆt kh¸c, theo nhµ s¶n xuÊt ë nhiÖt ®é 250C th× vi m¹ch LM335 cã
9V − 2,98V
400 μ A < < 5mA
dßng I = 1mA vµ V0 = 2,98V, suy ra ta cã
R15
⇒ 1, 2 K Ω < R15 < 15,05 K Ω (2*)
Tõ (1*) vµ (2*) ta chän R15 =10KΩ , cßn biÕn trë ®iÒu chØnh VR1 = 10 KΩ ,
C4 = 100nF
Khoa C¬ ®iÖn - 72 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
3.3.3. ThiÕt kÕ m¹ch chuyÓn ®æi vµ khuyÕch ®¹i
§©y lµ m¹ch trung gian gi÷a bé c¶m biÕn víi m¹ch hiÓn thÞ vµ m¹ch so
s¸nh. Víi m¹ch nµy th× ®Çu vµo lµ c¶m biÕn cã ®iÖn ¸p lµ:
U1 = Uout= 2,73 + 0,01 × t0C
Kho¶ng biÕn thiªn ®iÖn ¸p trong d¶i nhiÖt ®é tõ 00C ®Õn 1000C lµ 1V.
Trong khi ®ã ta cÇn møc ®iÖn ¸p ra lµ tõ 0V ®Õn 9V ®Ó dïng cho m¹ch hiÓn thÞ
sè vµ m¹ch so s¸nh. Do ®ã ®Ó cã ®iÖn ¸p thay ®æi tõ 0V ®Õn 9V th× ta ph¶i
dïng mét tÝn hiÖu n÷a ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu c¶m biÕn. Tõ nh÷ng ph©n tÝch
trªn ta cã s¬ ®å m¹ch h×nh 3.10 nh− sau:
H×nh 3.10. S¬ ®å m¹ch chuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i
Trong s¬ ®å m¹ch cã sö dông m¹ch lÆp l¹i ®iÖn ¸p mµ ®iÖn ¸p ra lu«n
lu«n lÆp l¹i ®iÖn ¸p vµo (Ura=Uvµo). T¸c dông cña bé lÆp l¹i ®iÖn ¸p lµ ®−a ra
mét ®iÖn trë vµo lín víi dßng vµo nhá vµ mét ®iÖn trë ra rÊt thÊp. Do ®ã nã
chèng ®−îc nh÷ng t¸c ®éng qua l¹i gi÷a c¶m biÕn vµ phÇn tÝn hiÖu ®Æt, tr¸nh
hiÖn t−îng ph¶n håi lµm cho thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kh«ng chÝnh x¸c. R15 cã t¸c
dông ph©n ¸p cho c¶m biÕn víi nguån cÊp (9V). §iÒu chØnh VR1 sao cho ®iÖn
Khoa C¬ ®iÖn - 73 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
¸p ra qua R14 ngang b»ng víi ®iÖn ¸p do c¶m biÕn sinh ra. §iÒu chØnh VR1 sao
cho ®iÖn ¸p ra t−¬ng øng víi ®iÖn ¸p ra c¶m biÕn ®Ó khi nhiÖt ®é trong tñ 00C
th× tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra U®=0V. Kh©u khuÕch ®¹i thuËt to¸n U1C cã t¸c dông
võa khuÕch ®¹i võa so s¸nh hai tÝn hiÖu vµo tõ c¶m biÕn vµ tõ tÝn hiÖu ®iÒu
chØnh VR2. Tô ®iÖn C4 cã t¸c dông b¶o vÖ qu¸ ¸p vµ chèng nhiÔu cho c¶m
biÕn.
TÝnh to¸n chän linh kiÖn cho m¹ch: tõ s¬ ®å m¹ch ta cã
R14
U+ = U1
R13 + R14
U2 −U − Ud −U − R10 R11
= 0 => U − = ×U 2 + ×U d
+
vµ
R11 + R10 R10 + R11
R11 R10
Theo tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n th× U+ = U- nªn ta suy ra
biÓu thøc sau:
R10
R14 R11
U1 = ×U 2 + × U d (1**)
R13 + R14 R11 + R10 R10 + R11
Trong ®ã:
U1 lµ tÝn hiÖu ra cña c¶m biÕn vµ U1 = 2,73 + 0,01 × t0 (V)
U2 lµ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµo ngâ ®¶o cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ U2 = 2,73V.
U d l µ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ngâ ra cña bé chuyÓn ®æi khuÕch ®¹i vµ
R10
U d = k × (U 1 - U 2 ), víi k lµ hÖ sè khuÕch ®¹i vµ k = .
R11
XÐt tr−êng hîp ë nhiÖt ®é t = 00C th× U1 = U2 vµ Ud = 0V khi ®ã tõ (1**)
R10
R14
=
ta cã : , ®Ó ®¬n gi¶n ta chän R11 = R13 vµ R10 = R14.
R13 + R14 R11 + R10
R10 R
Mµ ta cã U d = (U1 − U 2 ) chän k = 10 = 9 => R10 =9 × R11 mÆt kh¸c, dßng
R11 R11
®iÖn lµm viÖc cña OA lµ I lv = 1mA . Do ®ã dßng håi tiÕp lµ I ht < 1mA
Ud −U2 9V − 2,73V
⇒ I ht = < 1mA ⇔ R10 + R11 > = 6, 27 K Ω
R11 + R10 1mA
⇒ 10 R11 > 6, 27 K Ω ⇒ R11 > 0,627 K Ω
Khoa C¬ ®iÖn - 74 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Chän R11 = 2 K Ω = R13 => R10 = R14 = 18K Ω
Chän Diode zener (DZ) (lo¹i 1N4372A) cã UZ = 3V, IZ = 20mA.
Suy ra R12 = 2,2KΩ .
VR2 lµ biÕn trë ®iÒu chØnh sao cho ®iÖn ¸p ngang b»ng víi ®iÖn ¸p
U2=2,73V, do ®ã chän VR 2 = 10KΩ
3.3.4. M¹ch t¹o tÝn hiÖu chuÈn
§©y lµ m¹ch t¹o tÝn hiÖu chuÈn (hay cßn gäi lµ tÝn hiÖu ®Æt) m¹ch nµy
cã nhiÖm vô lµ cho ra mét tÝn hiÖu cè ®Þnh ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu ®o ®−îc tõ
c¶m biÕn qua bé so s¸nh ®−îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. S¬ ®å m¹ch nh− h×nh 3.11
sau:
H×nh 3.11. S¬ ®å m¹ch t¹o tÝn hiÖu chuÈn
Khèi t¹o ®iÖn ¸p cè ®Þnh cã dïng IC æn ¸p LM317, khèi nµy cã ®iÖn ¸p
ra tÝnh theo c«ng thøc sau:
⎛ VR ⎞
U 1 = 1,25 × ⎜1 + 4 ⎟
⎜ ⎟
⎝ ⎠
R20
Khoa C¬ ®iÖn - 75 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Nh− vËy, ®iÖn ¸p ra U1min = 1,25V, muèn cho UCmin = 0V th× ta ph¶i t¹o
mét ®iÖn ¸p thÝch hîp ®Ó ®¸p øng ®−îc ®iÒu ®ã chóng t«i t¹o ra mét m¹ch ®iÖn
cã nguån cÊp 9V cho qua mét ®iÖn trë vµ mét biÕn trë ®iÒu chØnh VR3 ®Ó cho
ra U2. Thùc tÕ ®Ó t¹o ra mét tÝn hiÖu ®iÖn ¸p cã thÓ chØ cÇn dïng mét con biÕn
trë ®iÒu chØnh lµ ®−îc nh−ng ®é chÝnh x¸c cña nã kh«ng ®¶m b¶o.Do ®ã trong
m¹ch nµy chóng t«i cã sö dông mét m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n TL084(U1D)
R15
nh»m t¹o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra thay ®æi tõ 0 ÷ 9V víi hÖ sè khuÕch ®¹i k = =9.
R17
Theo kinh nghiÖm ng−êi ta th−êng chän R17 = R19 = 10 K Ω , R15 = 9 × R17 = 90 K Ω
nh−ng thùc tÕ kh«ng cã lo¹i ®iÖn trë cã gi¸ trÞ nµy nªn chän R15 = 100 K Ω , chän
VR4 = 10 K Ω , R20 = 240Ω , tô ®iÖn dïng ®Ó c¶i thiÖn ®iÖn ¸p vµo vµ ®iÖn ¸p U1
C5 = 1μ F , C6 = 0, 01μ F . Tr−êng hîp cã nguån ®iÖn vµo æn ®Þnh råi th× cã thÓ bá
C6. Chän Diode Zener (DZ) (lo¹i 1N4372A) cã th«ng sè kü thuËt lµ: U®m=3V,
I®m=20mA, suy ra R18 = 2, 2 K Ω , VR3 = 10 KΩ .
3.3.5. M¹ch ®o l−êng hiÓn thÞ
Sau khi nghiªn cøu thùc tÕ vµ lý thuyÕt em tiÕn hµnh tÝnh to¸n thiÕt kÕ
m¹ch ®o l−êng nhiÖt ®é vµ hiÓn thÞ theo s¬ ®å khèi sau:
H×nh 3.12. S¬ ®å khèi cña m¹ch ®o nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn
§Ó ®¸p øng ®−îc yªu cÇu cña bµi to¸n vµ thuËn lîi trong thiÕt kÕ l¾p r¸p
chóng t«i tiÕn hµnh chän vi m¹ch ICL7107 (v× trong ®ã cã s½n bé chuyÓn ®æi
AD vµ bé gi¶i m·) vµ bé hiÓn thÞ LED 7 thanh hiÓn thÞ ¸nh s¸ng mµu ®á.
Khoa C¬ ®iÖn - 76 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
3.3.5.1. Vi m¹ch ICL7107
• S¬ ®å khèi cña vi m¹ch ICL 7107 nh− h×nh 3.13:
Vi m¹ch ICL 7107 lµ mét m¹ch tÝch hîp chuyÓn ®æi tÝn hiÖu tõ d¹ng
t−¬ng tù sang d¹ng sè vµ kÕt hîp víi bé gi¶i m· bªn trong ®Ó ®−a tÝn hiÖu hiÓn
thÞ lªn LED 7 thanh.
H×nh 3.13. S¬ ®å khèi trong vi m¹ch ICL 7107
§©y lµ mét vi m¹ch chuyÓn ®æi A/D vµ gi¶i m· hiÓn thÞ sè ®−îc tÝch hîp
bªn trong mét con IC nªn nã lµm viÖc rÊt æn ®Þnh vµ chÝnh x¸c, víi ®é tin cËy
t−¬ng ®èi cao.
Vi m¹ch cã d¶i ®iÖn ¸p ®Çu vµo biÕn ®æi tõ 0V ®Õn 20V nhê cÇu ph©n ¸p
cã møc chuyÓn ®æi tuyÕn tÝnh toµn phÇn. Do ®ã viÖc chän vi m¹ch ICL7107 ®Ó
lµm bé chuyÓn ®æi AD vµ hiÓn thÞ chØ sè ®o nhiÖt ®é b»ng LED 7 thanh lµ
hoµn toµn phï hîp.
• S¬ ®å ch©n vµ chøc n¨ng tõng ch©n cña vi m¹ch ICL 7107
+ S¬ ®å ch©n cña vi m¹ch ICL 7107 nh− h×nh 3.14:
+ chøc n¨ng tõng ch©n cña ICL 7107: vi m¹ch ICL 7107 lµ mét linh
kiÖn cã 40 ch©n víi chøc n¨ng cña tõng ch©n nh− sau:
Ch©n 1: ®−îc nèi víi d−¬ng nguån cung cÊp +5V (U+CC).
Tõ ch©n sè 2 ®Õn ch©n sè 8 lµ c¸c ch©n tÝn hiÖu ®−a vµo LED ®Ó hiÓn thÞ
nh÷ng con sè hµng ®¬n vÞ.
Khoa C¬ ®iÖn - 77 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Tõ ch©n sè 9 ®Õn ch©n 14 vµ ch©n 25 lµ c¸c ch©n tÝn hiÖu sè ®Ó ®−a vµo
LED hiÓn thÞ nh÷ng con sè hµng chôc.
Tõ ch©n sè 15 ®Õn ch©n sè 18 vµ ch©n sè 22 ®Õn ch©n sè 24 lµ c¸c ch©n
tÝn hiÖu sè ®Ó ®−a vµo LED hiÓn thÞ c¸c con sè hµng tr¨m.
Ch©n sè 19: ®−a tÝn hiÖu hiÓn thÞ sè 1 hµng ngh×n.
Ch©n sè 20: ®−a tÝn hiÖu sè vµo LED hiÓn thÞ khi tÝn hiÖu ®o lµ ©m.
Ch©n sè 21: lµ ch©n nèi ®Êt cña tÝn hiÖu sè.
h×nh 3.14. S¬ ®å cÊu t¹o cña ICL 7107
Ch©n sè 26: lµ ch©n nèi víi ©m nguån cung cÊp -5V (U-CC).
Ch©n sè 27: lµ ch©n lÊy tÝn hiÖu vµo kh©u tÝch ph©n.
Khoa C¬ ®iÖn - 78 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Ch©n sè 28 kÕt hîp víi ch©n sè 27 t¹o thµnh m¹ch tÝch ph©n
(INTEGRATOR).
Ch©n sè 29 lµ ch©n ®−a tÝn hiÖu vµo m¹ch tù ®éng trë vÒ kh«ng
(AUTO ZERO).
Ch©n sè 30: tÝn hiÖu t−¬ng tù cã cùc tÝnh lµ ©m ®−a vµo m¹ch AD.
Ch©n sè 31: tÝn hiÖu t−¬ng tù cã cùc tÝnh lµ d−¬ng ®−a vµo m¹ch AD.
Ch©n sè 32: tÝn hiÖu nèi ®Êt (GND).
Ch©n sè 33: nèi víi tô C2.
Ch©n sè 34: lµ ch©n hiÖu chØnh (REF) nèi víi ch©n 33 qua tô C2.
Ch©n sè 35: lµ ch©n hiÖu chØnh (REF) møc thÊp (LOW).
Ch©n sè 36: lµ ch©n hiÖu chØnh (REF) møc cao (HIGH).
Ch©n sè 37: kh«ng sö dông.
Ch©n sè 38, 39, 40: lµ c¸c ch©n t¹o thµnh m¹ch t¹o dao ®éng.
3.3.5.2. Bé hiÓn thÞ
Víi nh÷ng −u ®iÓm næi bËt nh− ®· tr×nh bµy ë ch−¬ng 2 vµ còng do ®iÒu
kiÖn kinh tÕ do ®ã chóng t«i sö dông ®Ìn LED 7 thanh cã an«t chung hiÓn thÞ
ch÷ sè mÇu ®á.
3.3.5.3. S¬ ®å nguyªn lý cña bé ®o l−êng hiÓn thÞ dïng vi m¹ch
ICL7107
S¬ ®å nguyªn lý cña bé ®o l−êng vµ hiÓn thÞ dïng vi m¹ch ICL7107 nh−
h×nh 3.14.
Ho¹t ®éng cña s¬ ®å nh− sau: tÝn hiÖu cÇn ®o ®−îc ®−a vµo ch©n 31, 30
lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu biÕn ®æi tõ 0 ÷ 9V , tÝn hiÖu nµy ®−îc chuyÓn vµo m¹ch
®iÖn tö cña ICL7107, nã ®−îc lÊy tÝch ph©n kÕt hîp víi R1, C1 ë ch©n 27, 28
trong kho¶ng thêi gian nµo ®ã ch¼ng h¹n tõ 0 ÷ t1 , khi ®ã ta cã:
Uv
t1
U tp = U A ∫ U v dt = − t1
R1C1
0
Víi R1 = 470 K Ω; C1 = 0, 22μ F .
Khoa C¬ ®iÖn - 79 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
H×nh 3.14. S¬ ®å nguyªn lý bé hiÓn thÞ LED dïng vi m¹ch ICL7107
Sau khi lÊy tÝch ph©n cña tÝn hiÖu vµo Ud th× Utp ®−îc ®−a vµo bé so
s¸nh, tuú theo møc ®é tÝn hiÖu vµo mµ bé so s¸nh sÏ cho tÝn hiÖu so s¸nh vµo
Khoa C¬ ®iÖn - 80 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
nguon tai.lieu . vn
