Bài 9: Mạch Điện Đơn Giản Có Sử Dụng Thiết Bị Đầu Ra | Chuyên đề học tập Vật lí 11 | Chuyên Đề 3: Mở Đầu Điện Tử Học - Lớp 11 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 54)

I. MẠCH ĐIỆN TẠO TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN

Tín hiệu từ cảm biến

Tín hiệu đầu ra

Hình 9.2 là sơ đồ của mạch điện đơn giản tạo tín hiệu điều khiển bật tắt thiết bị sử dụng bộ khuếch đại thuật toán. Với mạch khuếch đại thuật toán này, tín hiệu đầu vào (chân –) là điện áp đầu vào Uo hoặc Us còn tín hiệu đầu vào (chân +) là điện áp đầu ra Us. Trong trường hợp ngược lại, điện áp đầu ra sẽ bằng điện áp âm nguồn (mức thấp). Điện trở R1 được điều chỉnh để tạo ra điện áp Uo ở đầu vào đảo.

Biến trở R₀ được điều chỉnh để tạo ra điện áp U_S ở đầu vào đảo. Điện trở R₁ và R₂ được mắc để tạo ra điện áp U_S ở đầu vào không đảo. Tuỳ thuộc vào tỉ số mà điện áp U_S có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn U₀. Nếu thay R₁ hoặc R₂ bằng một cảm biến thì điện áp U_S sẽ thay đổi theo sự thay đổi điện trở của cảm biến. Nhưr vậy, mỗi khi U_S, vượt qua giá trị U₀, thì điện áp đầu ra sẽ thay đổi mức giá trị. Nếu nối đầu ra với một relay hoặc một thiết bị cảnh báo thì ta sẽ có một thiết bị đóng ngắt mạch điện hoặc cảnh báo ngưỡng tự động. 

(Trang 55)

II. MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN ỨNG DỤNG CẢM BIẾN

1. Mạch điện tự động chiếu sáng

Hình 9.3 là sơ đồ mạch điện của thiết bị tự bật điện khi trời tối và tắt điện khi trời sáng. Mạch điện này được thiết kế dựa theo sơ đồ Hình 9.2, trong đó điện trở R₂ được thay bằng cảm biến quang điện R_s. Con chạy của biến trở R₀ được đặt ở vị trí sao cho điện áp U₀, chỉ nhỏ hơn điện áp U_s lúc trời tối một chút. Như vậy,khi trời tối điện áp U_s ở mức cao, relay sẽ đóng mạch làm cho đèn sáng. Khi trời sáng điện áp U_s sẽ giảm xuống thấp hơn điện áp U₀ do đó điện áp U_r ở mức thấp, relay sẽ ngắt mạch để tắt đèn. Với nguyên tắc hoạt động của mạch điện như trên, bóng đèn sẽ tự bật khi trời tối và tự tắt khi trời sáng. 

Hình 9.3. Sơ đồ mạch điện thiết bị tự động chiếu sáng

2. Mạch điện cảnh báo rò rỉ khí cháy nổ

Dựa vào sơ đồ mạch điện Hình 9.2, bằng cách thay điện trở R1 bằng cảm biến phát hiện khí cháy nổ Rk. Đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán được nối với còi báo, khi đó ta có thiết bị cảnh báo rò rỉ khí cháy nổ (Hình 9.4).

(Trang 56)

Mạch cảnh báo rò rỉ khí cháy nổ hoạt động tương tự như mạch tự động bật tắt bóng đèn. Con chạy của biến trở R1 được đặt sao cho điện áp Uo chỉ cao hơn điện áp U2 một chút khi không có rò rỉ khí. Như vậy, khi không có rò rỉ khí, điện áp Us ở mức thấp, còi không kêu. Khi có rò rỉ khí, điện trở của cảm biến giảm xuống đột ngột làm cho điện áp Us tăng nhanh. Nếu điện áp Us tăng cao hơn điện áp Uo, thì điện áp U2 sẽ ở mức cao, còi báo sẽ được kích hoạt để phát ra âm thanh. Hình 9.4. Sơ đồ mạch điện của thiết bị cảnh báo rò rỉ khí cháy nổ

3. Mạch điện tự động đóng mở van nước

Có thể thay đổi mạch điện Hình 9.2 để được mạch điện đóng mở van nước tự động. Mạch điện này đòi hỏi phải có một bộ diode thu phát bức xạ hồng ngoại (Hình 9.6) để tạo thì hiệu điều khiển. Diode thu hồng ngoại D1 sẽ thay cho R1 trong sơ đồ mạch điện Hình 9.2. Diode phát hồng ngoại D2 được nối với tiếp với điện trở R (để tránh hỏng diode) có nhiệm vụ phát ra tia hồng ngoại.

Hình 9.6. Bộ diode thu phát hồng ngoại 

Hình 9.7. Kí hiệu diode thu bức xạ hồng ngoại

Diode thu bức xạ hồng ngoại hoạt động giống như một cảm biến ánh sáng hoạt động trong vùng hồng ngoại và được kí hiệu như Hình 9.7.

Trong mạch điện, diode này được mắc theo phân cực ngược. Khi có tia hồng ngoại chiếu vào thì điện trở phân cực ngược của nó sẽ giảm, cường độ tia hồng ngoại càng mạnh thì điện trở càng giảm nhiều. Diode phát bức xạ hồng ngoại thực chất là một đèn LED phát ra bức xạ hồng ngoại. Trong mạch điện, diode này được mắc theo phân cực thuận. Để thuận tiện, ta gọi diode thu bức xạ hồng ngoại là đầu thu và diode phát bức xạ hồng ngoại là đầu phát.

(Trang 57)

Hình 9.8 là sơ đồ mạch điện đóng mở van nước tự động. Trong thiết kế ứng dụng, cấp đầu thu phát được gắn ở vòi nước theo chiều hướng xuống dưới (Hình 9.9). Biến trở R1 được điều chỉnh sao cho khi đầu thu phát có vật thể (ví dụ tay người) ở gần, tín hiệu từ đầu thu sẽ làm cho điện áp đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán ở mức thấp, van nước ở trạng thái khóa. Khi đưa tay tới gần vòi nước, tia hồng ngoại phản xạ trên tay sẽ tới đầu thu phát, làm điện trở của diode này thay đổi, van nước sẽ mở. Kết quả là điện áp lối ra ở mức cao và relay sẽ đóng mạch để mở khóa van nước.

4. Mạch điện đo nhiệt độ

Vôn kế chi thị nhiệt độ có thể được dùng để hiển thị giá trị nhiệt độ cho nhiệt kế sử dụng cảm biến nhiệt điện trở NTC. Mạch khuếch đại thuật toán được theo sơ đồ Hình 9.10 cho phép khuếch đại tín hiệu từ cảm biến hiển thị trên đầu vào. Vốn kế được mắc ở lối ra của mạch khuếch đại. Các điện trở R1 và R2 được lựa chọn sao cho điện áp lối ra phụ thuộc vào nhiệt độ của vốn kế. R1 là cảm biến nhiệt điện trở NTC. Với sơ đồ mạch như trên thì ứng với mỗi nhiệt độ của cảm biến sẽ có một điện áp lối ra của mạch khuếch đại. Do góc quay của kim vốn kế tỉ lệ với điện áp nên ứng với mỗi giá trị của nhiệt độ sẽ có một giá trị của góc quay. Ngược lại, khi biết được góc quay của kim vốn kế, chúng ta cũng biết được nhiệt độ của cảm biến.

Hình 9.10. Sơ đồ mạch đo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở NTC

Để tạo các vạch chi thị nhiệt độ trên vốn kế chúng ta phải tiến hành hiệu chuẩn thiết bị bằng một kế chuẩn. Nhiệt độ kế là giá trị nhiệt độ của cảm biến, vốn kế chi góc quay tương ứng. Các vị trí góc quay ứng với từng nhiệt độ được đánh dấu trên thang chia độ. Quá trình này được thực hiện trên một dải nhiệt độ để có được đầy đủ các vạch chia trên thang đo.

(Trang 58)