(Trang 49)
| Chiếc loa của bộ tăng âm hay tai nghe của máy nghe nhạc là những vật dụng rất quen thuộc với chúng ta trong cuộc sống thường ngày. Từ người nghĩ ra biểu diễn âm thanh biến đổi các chất liệu điện được những giá trị điều khiển đến người nghe. Vậy, thiết bị nào đã làm cho chiếc loa hay cặp tai nghe phát ra âm thanh? |
I. BỘ KHUẾCH ĐẠI VÀ BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
| Bộ khuếch đại được thiết kế để làm tăng cường độ tín hiệu điện lên nhiều lần. Một bộ khuếch đại lí tưởng là bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn nhưng vẫn đảm bảo cho tín hiệu đầu ra không bị méo. Các bộ khuếch đại thường được cấu tạo từ các linh kiện điện tử như transistor, điện trở, tụ điện,... những linh kiện này có thể được tích hợp trên một bản mạch với nhiều chân ra (gọi là IC). |
Hình 8.1. Tín hiệu điện áp trước và sau khi được khuếch đại |
Bộ khuếch đại
Uv
Ur
| Bộ khuếch đại thuật toán là bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại tuỳ chỉnh được điều khiển chiều thế độ khuếch đại với hệ số khuếch đại lớn. Nhờ có tính đa dạng và linh hoạt, bộ khuếch đại thuật toán được xem như là bộ khuếch đại có nhiều ứng dụng nhất. Bộ khuếch đại thuật toán thường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu hoặc các cảm biến trước khi đưa tới tầng khuếch đại tiếp theo hoặc nối ra một bộ phận điều khiển trong các máy tính và nhiều loại thiết bị tự động hoá khác. |
|
trong đó Ur là điện áp đầu ra; Uv là điện áp đầu vào.
Một IC thuật toán đơn giản nhất phải có một chân vào âm (gọi là chân vào đảo - kí hiệu đầu "trừ"), một chân vào dương (gọi là chân vào không đảo - kí hiệu dấu cộng), một chân ra và hai chân nối với nguồn điện. Hầu hết các mạch khuếch đại thuật toán hoạt động với hai nguồn điện áp một chiều. |
Hình 8.2 a. Kí hiệu bộ khuếch đại thuật toán. Vvào+ lỗi vào không đảo, Vvào- lỗi vào đảo, +Vcc chân nguồn dương, -Vcc chân nguồn âm, Vra chân ra |
(Trang 50)
| Trong mạch điện, bộ khuếch đại thuật toán được kí hiệu như Hình 8.2a. Trong một số mạch điện, để tránh hình vẽ trở nên phức tạp, người ta chỉ vẽ 2 chân vào và 1 chân ra. Hai chân nguồn được ngầm hiểu là đã được nối với nguồn điện (Hình 8.2b). |
Hình 8.2b. Kí hiệu bộ khuếch đại thuật toán rút gọn |
II. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN LÍ TƯỞNG
Bộ khuếch đại thuật toán được ứng dụng phổ biến trong rất nhiều thiết bị điện tử từ các thiết bị dân dụng cho đến công nghiệp và khoa học. Một bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng cần có một số tính chất sau:
- Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán bằng vô cùng. Trên thực tế hệ số khuếch đại có thể lên tới vài trăm ngàn. Chính vì vậy, bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng có hệ khuếch đại được tín hiệu có biên độ rất nhỏ.
- Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng cho phép khuếch đại được tín hiệu có công suất rất nhỏ mà không làm suy giảm tín hiệu do bị tiêu hao năng lượng ở lối vào và dòng điện lối ra không bị suy giảm do tiêu hao năng lượng trong mạch khuếch đại khi nó được nối với tải.
- Băng thông của bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng hoạt động ở mọi tần số.
- Tín hiệu lối vào bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng gần như ngay lập tức được khuếch đại thành tín hiệu lối ra mà không có thời gian trễ.
- Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng không gây nhiễu trong quá trình khuếch đại.
| EM CÓ BIẾT Điện áp đầu ra của mạch khuếch đại thuật toán sau khi được khuếch đại không thể vượt quá điện áp nguồn. |
III. THIẾT BỊ ĐẦU RA
1. Relay điện tử
Relay điện tử là một cổng tác động, ngắt hoặc chuyển mạch tải điện bằng lực tự. Quá trình đóng, ngắt mạch điện được thực hiện bằng dòng điện (được gọi là dòng điều khiển). Dòng điều khiển thường chỉ cỡ vài chục milliampere trong khi dòng của tải có giá trị lớn hơn rất nhiều. Trong sơ đồ mạch điện, relay điện tử được kí hiệu như Hình 8.3.
Hình 8.3. Kí hiệu của relay điện tử
(Trang 51)
Hình 8.4 là sơ đồ cấu tạo của một relay ở dạng đơn giản. Khi chưa có dòng điều khiển, hai tiếp điểm điện cực tách rời nhau, relay ở trạng thái ngắt. Khi có dòng điều khiển lực từ hút miếng sắt non về phía nam châm điện làm cho các tiếp điểm điện cực khép lại, nối tiếp điện cực với mạch tải điện thì relay có thể thực hiện chức năng đóng ngắt mạch điện.
Hình 8.4. Cấu tạo của relay điện tử
Miếng sắt non
Thanh đồng đàn hồi
Tiếp điểm
Nam châm điện
Điện áp lối ra của bộ khuếch đại thuật toán có thể được sử dụng để cấp dòng điều khiển cho relay. Hình 8.5 là sơ đồ mạch đóng ngắt relay lấy điện áp điều khiển từ bộ khuếch đại thuật toán. Điện áp đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán có thể nhận giá trị âm hoặc dương. Cả hai điện áp này đều cấp dòng điều khiểncho relay ở trạng thái đóng mạch. Chính vì vậy, muốn relay ngắt mạch khi điện áp tới nó mang giá trị âm thì cần phải có một diode được mắc sao cho với điện áp âm thì dòng điện không chạy qua relay. Với cách mắc này, relay chỉ đóng mạch khi điện áp đầu ra của mạch khuếch đại có giá trị dương và relay sẽ ngắt mạch khi điện áp này có giá trị âm hoặc bằng 0.
| ? 1. Relay điện tử là gì? Relay điện tử khác với công tắc điện thông thường thế nào? Tại sao lại cần nguồn điều khiển cho relay điện tử? 2. Dòng điều khiển và dòng qua mạch tải điện được chạy trong bộ phận nào của relay điện tử? |
Hình 8.5. Sơ đồ mạch điện cho thiệt bị qua dioc đầu ra là relay
Tín hiệu từ lối ra của mạch khuếch đại thuật toán
| Relay trong Hình 8.5 sẽ hoạt động thế nào nếu nối trực tiếp đầu ra của mạch khuếch đại thuật toán với chân điều khiển của relay mà không qua diode? |
2. Diode phát quang (LED)
| LED là một linh kiện điện tử biến đổi điện năng thành quang năng với hiệu suất cao, bản chất LED là một diode bán dẫn (Hình 8.6). LED sẽ phát sáng nếu có dòng điện chạy theo chiều thuận. Trong mạch điện, LED được kí hiệu như Hình 8.7. Với những LED công suất nhỏ, dòng điện chạy qua nó chỉ cỡ vài chục milliampere, do đó nó rất phù hợp để gắn vào lối ra của bộ khuếch đại thuật toán. Tuy nhiên, điện áp hoạt động của LED lại rất nhỏ, chỉ cỡ hơn 2 V do đó không thể mắc trực tiếp nó vào lối ra của bộ khuếch đại thuật toán bởi vì khi đó dòng qua LED sẽ lớn, sẽ làm hỏng LED và bộ khuếch đại. Giải pháp cho vấn đề này là dùng một điện trở có giá trị phù hợp mắc nối tiếp với LED như trong Hình 8.8. Giá trị điện trở này được tính toán dựa trên điện áp đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán và các giá trị định mức của LED. |
Hình 8.6. Hình ảnh trực quan của LED
Hình 8.7. Kí hiệu của LED |
Hình 8.8. Điện trở mắc nối tiếp với LED ở đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán.
Lối ra của bộ khuếch đại thuật toán
3. Bộ hiển thị
Bộ khuếch đại thuật toán thường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu từ cảm biến khi khắc sát một đại lượng nào đó. Thay vì phải đọc giá trị điện áp rời rạc điều thành đại lượng cần khảo sát, ta sẽ sử dụng bộ hiển thị để hiển thị trực tiếp các giá trị cần đo trên đó. Với chế độ hiển thị kim mặc trực tiếp vào lối ra của bộ khuếch đại thuật toán có thể được sử dụng làm bộ hiển thị. Muốn thực hiện được điều này chúng ta cần phải đo đại lượng cần khảo sát bằng một thiết bị chuẩn, đồng thời quan sát giá trị góc quay của kim kế. Ứng với mỗi giá trị đo được bằng máy đo ta có một giá trị của góc quay tương ứng. Đánh dấu góc quay này và ghi lại giá trị tương ứng của đại lượng vừa đo chúng ta sẽ có được vạch chia mới trên thang chia độ của đại lượng cần đo.
Trong trường hợp quan hệ giữa đại lượng cần khảo sát và góc quay là tuyến tính thì các vạch chia trên thang chỉ thị sẽ đều nhau, trái lại các vạch chia sẽ không đều nhau như chỉ ra trong Hình 8.9.
|
Hình 8.9. Thang chia độ tuyển tính và phi tuyển: thang màu xanh ứng với trường họp tuyển tinh; thang màu đỏ ứng với trường hợp phi tuyển |
|
| EM CÓ BIẾT Chúng ta có thể dùng vốn kiến thức đã được học để làm thiết bị hiển thị giá trị đo. Cách này cần một mạch điện để chuyển đổi giá trị điện áp từ bộ khuếch đại thuật toán thành giá trị cần đo để hiển thị trên màn hình dưới dạng các chữ số. Cách làm này khá phức tạp nhưng lại rất tiện lợi khi đọc các giá trị đo. |
(Trang 53)
| Thực hiện dự án tìm hiểu về bộ khuếch đại thuật toán và thiết bị đầu ra theo các bước sau: Bước 1: Xác định nhiệm vụ: Tìm hiểu về tính chất cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán và nguyên tắc hoạt động của thiết bị đầu ra là mạch op-amp – relays, mạch op-amp-LEDs và mạch op-amp-CMs. Bước 2: Xác định hình thức báo cáo kết quả tìm hiểu được về bộ khuếch đại thuật toán và nguyên tắc hoạt động của 3 thiết bị đầu ra trên. Bước 3: Xây dựng kế hoạch và thời gian thực hiện việc tìm hiểu về bộ khuếch đại thuật toán và nguyên tắc hoạt động của 3 thiết bị trên. Bước 4: Thống nhất tiêu chí đánh giá dự án đảm bảo nếu được tính chất cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán (op-amp) lí tưởng và nguyên tắc hoạt động của mạch op-amp-relays, LEDs, CMs. Bước 5: Thực hiện theo kế hoạch đã đề ra để hoàn thành sản phẩm như dự kiến. Bước 6: Báo cáo và đánh giá dự án đã thực hiện. |
| ? 1. Bộ khuếch đại thuật toán có vai trò gì trong việc hiệu chuẩn thiết bị đo? 2. Tại sao khi sử dụng vốn kiến thức đã học để làm thiết bị hiển thị giá trị đo của một đại lượng vật lý chúng ta phải chia lại thang đo và đơn vị đo? |
| EM ĐÃ HỌC
|
| EM CÓ THỂ
|
