zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Kỹ thuật điều khiển tự động _ Chương số 4

Chia sẻ: Nguyễn Hoàng Quoc Viet | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Báo xấu

123
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ch 4: Xử lý tín hiệu ý • Bộ xử lý tí hiệ có chức năng là chuyển đổi một tín tín hiệu sơ cấp thành một tín hiệu có thể sử dụng được bởi phần tử kế tiếp trong hệ thống. • Những công việc xử lý tín hiệu thường gặp là: cách ly và biến đổi trở kháng; khuếch đại tín hiệu; lọc (chống ễu); uyế óa; ấy ẫu; c uyể đổi ệu ươ g nhiễu); tuyến tính hóa; lấy mẫu; chuyển đổ tín hiệu tương tư sang tín hiệu số và ngược lại. • Bộ khuếch...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật điều khiển tự động _ Chương số 4

Ch 4: Xử lý tín hiệu ý ệ • Bộ xử lý tí hiệ có chức năng là chuyển đổi một tín ử tín hiệu ó hứ ă h ể ột tí hiệu sơ cấp thành một tín hiệu có thể sử dụng được bởi phần tử kế tiếp trong hệ thống. • Những công việc xử lý tín hiệu thường gặp là: cách ly và biến đổi trở kháng; khuếch đại tín hiệu; lọc (chống nhiễu); tuyến tính hóa; lấy mẫu; chuyển đổ tín hiệu tương ễu); uyế óa; ấy ẫu; c uyể đổi ệu ươ g tư sang tín hiệu số và ngược lại. • Bộ khuếch đại thuật toán là phần tử căn bản trong các mạch xử lý tí hiệ h ử tín hiệu © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-1 4.1. Bộ khuếch đại thuật toán (Op-Amp) ( ) Đặc tính của một Op-amp lý tưởng p p ý g Op-amp là một mạch khuếch đại tuyến tính với : - hệ số khuếch đại mạch hở rất lớn: A = 100000+ ố kh ế h đ i h ất lớ - trở kháng vào lớn: Rin > 1 MΩ - trở kháng ra thấp: Rout = 50-75 Ω vout = A(v2 – v1) vsat = 0 8Vcc 0.8Vcc © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-2
4.1. Bộ khuếch đại thuật toán (Op-Amp) ( ) Xét hệ số khuếch đại A = 100000 © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-3 4.1. Bộ khuếch đại thuật toán (Op-Amp) ( ) 5 giả thiết về đặc tính làm việc lý tưởng của Op-amp trong vùng làm việc tuyến tính • Hệ số khuếch đại vô cùng lớn, A = ∞ ⇒ v1 = v2 • Trở kháng vào vô cùng lớn: Rin = ∞ ⇒ i1 = i2 = 0 • Trở kháng ra vô cùng bé: Rout = 0 ⇒ Không tiêu hao năng lượng • Băng thông vô cùng lớn ⇒ Không giới hạn tần số làm việc • Đường đặc tuyến luôn đi qua điểm gốc tọa độ ⇒ Vout = 0 (khi v1 = v2) Đặc tính làm việc của các mạch Op-amp ứng dụng (hệ số khuếch đại, trở kháng, và đáp ứ g tần ứng tầ số) đều được xác định bởi các linh kiện (điện trở, tụ đ ệ ) được nối t o g mạch. ác đị bở ệ (đ ệ t ở, điện) ố trong ạc © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-4
4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản • Mạch so sánh © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-5 4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-6
4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-7 4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản • Mạch lặp điện áp © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-8
4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản • Mạch khuếch đại đảo Thí dụ: một phần tử đo sơ cấp có tín hiệu ra ầ ấ biến thiên từ 0 đến 100 mV khi biến được đo thay đổi trong toàn bộ phạm vi hoạt động. Thiết kế mạch khuếch đại đảo để tạo ra một tín hiệu ế ế ể ra biến thiên từ 0 đến -5 V. Giải: Hệ số khuếch đại: A = 5 / 0.1 = 50 Chọn Ch Lưu ý: g trị của Ri thường được chọn sao cho: ý giá ị g ợ ọ © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-9 4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản • Mạch khuếch đại không đảo Thí dụ: một phần tử đo sơ cấp có tín hiệu ra ầ ấ biến thiên từ 0 đến 100 mV khi biến được đo thay đổi trong toàn bộ phạm vi hoạt động. Thiết kế mạch khuếch đại không đảo để tạo ra một tín ế ế ể hiệu ra biến thiên từ 0 đến 5 V. Giải: Hệ số khuếch đại: A = 5 / 0.1 = 50 Chọn Ch Lưu ý: g trị của Ri và Rf thường được chọn sao cho: ý giá ị g ợ ọ © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-10
4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản • Mạch tổng Nếu Nế Thí dụ: Theo thước đo về sự thoải mái hệ thống điều hòa của một tòa nhà sẽ hoạt động mái, khi tổng giá trị trả về từ bộ cảm biến nhiệt độ và bộ cảm biến độ ẩm là 1 V. Điện áp ngưỡng để kích hoạt hệ thống điều hòa là 5 V. Thiết kế mạch giao tiếp để kết nối tín hiệu của hai bộ cảm biến với hệ thống điều hòa hòa. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-11 4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản Giải: Hệ số khuếch đại: A = Rf / Ri = 5 Chọn Một mạch đảo dấu (với A = 1) được dùng để đảm bảo tín hiệu ra có giá trị dương © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-12
4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản • Mạch khuếch đại vi sai Nếu và © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-13 4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản • Mạch khuếch đại thiết bị Là một mạch khuếch đại vi sai với trở kháng vào lớn – 2 tín hiệu vào thường được đệm bởi bộ lặp lại điện áp Với bộ lặp lại điện áp: • Tăng tổng trở vào để không ảnh hưởng đến tín hiệu nguồn (tín hiệu từ cảm biến) • Trở kháng của hai tín hiệu vào được cân bằng • Cách ly giữa nguồn tín hiệu với các giá trị điện trở Ra, Rf … © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-14
4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-15 4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản • Mạch tích phân © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-16
4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản Thí dụ: Tín hiệu hằng số 100 mV áp vào một mạch tích phân. Mạch có trở kháng là 10 kΩ và điện dung là 1 µF. • Xác định biểu thức của tín hiệu ngõ ra ở thời điểm t2. • Nếu t1 = 5 s và vout(t1) = +10 V, xác định thời điểm t2 khi Op-amp đạt đến trạng thái bảo hòa (ở giá trị -16 V). Giải: © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-17 4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản • Mạch vi phân © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-18
4.2. Các mạch Op-Amp cơ bản • Mạch tạo hàm Là mạch mà tín hiệu ra là một hàm phi tuyến đối với tín hiệu vào. Mạch này được tạo nên bằng cách thay đổi một trong hai điện trở của mạch khuếch đại đảo bằng một phần tử mà có đặc tính volt-ampere phi t ế à ó đặ tí h lt hi tuyến. Mạch tạo hàm căn bậc hai © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-19 4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g • Cách ly và biến đổi trở kháng - Bảo toàn tín hiệu được đo. - Bảo vệ thiết bị đo Optical coupling Transformer coupling © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-20
4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g • Khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu - Khuếch đại đảo / không đảo / vi sai ... - chuyển đổi dòng điện sang điện áp / điện áp sang dòng điện y g g g g © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-21 4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Thí dụ: Thiết kế mạch chuyển đổi một tín hiệu 20 mA thành tín hiệu 5 V. Giải: Thí dụ: Thiết kế mạch chuyển đổi một tín hiệu 12 Vdc thành tín hiệu 20 mA. Giải: © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-22
4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g • Mạch cầu Wheatstone - Một số cảm biến sơ cấp chuyển đổi giá trị của tín hiệu được đo thành giá trị điện trở. - Mạch cầu Wheatstone là phương pháp phổ biến để xác định sự thay đổi nhỏ về điện trở của một phần tử. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-23 4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Mạch cầu cân bằng: Thí dụ: Một mạch cầu Wheatstone được Giải: dùng để đo một giá trị điện trở chưa biết (Rs như hình trên). Biến trở R3 được cân chỉnh cho đến khi mạch cầu cân bằng. Khi mạch cầu cân bằng, R2 = 500 Ω, R3 = 226 Ω, và R4 =1000 Ω. Xác định giá trị Rs. g © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-24
4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Xác định giá trị Rs (từ phần tử cảm biến) bằng mạch cầu tự cân bằng Giá trị điện trở từ phần tử cảm biến sơ cấp Rs được thể hiện qua giá trị dòng điện ở ngõ ra của bộ điều khiển cân bằng (null controller) – có chức năng duy trì mạch cầu luôn ở trạng thái cân bằng bằng. © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-25 4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Ta có: © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-26
4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Xác định giá trị Rs (từ phần tử cảm biến) bằng mạch cầu bất đối xứng Giá trị điện trở từ phần tử cảm biến sơ cấp Rs được thể hiện qua giá trị điện áp của mạch khuếch đại thiết bị - giá trị điện áp này tỉ lệ với sự chênh lệch giữa gíá trị Rs và giá trị Rbal (là giá trị của Rs khi mạch cầu ở trạng thái cân bằng) bằng). © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-27 4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Ta có: Đặt: và © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-28
4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g • Chống nhiễu - Các mạch lọc được thiết kế để làm giảm sự ảnh hưởng của nhiễu đối với tín hiệu. - Những thành phần tần số được bộ lọc cho qua thì biên độ của nó không bị ảnh hưởng. bộ lọc thông thấp bộ lọc thông cao bộ lọc thông dãy bộ lọc chắn dãy (low-pass filter) (high-pass filter) (band-pass filter) (band-stop filter) © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-29 4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Bộ lọc thông thấp Mạch lọc thụ động Mạch lọc tích cực © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-30
4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Mạch lọc tích cực hai tầng © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-31 4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Thí dụ: Xét mạch lọc tích cực 2 tầng với hằng số thời gian τ = 0.01. Xác định độ suy giảm tín hiệu ở tần số 60 Hz. Giải: Thế s = jω = 377j vào trong hàm truyền © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-32
4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Xét τ = 1, mạch lọc 1 tầng Xét τ = 1, mạch lọc 2 tầng © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-33 4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Thiết kế bộ lọc Thiết kế bộ lọc là việc xác định hằng số thời gian τ. Nếu hệ số suy giảm là A và tần số cần lọc là ωs thì: • Đối với bộ lọc 1 tầng: Biên độ trước khi lọc với A = Biên độ sau khi lọc • Đối với bộ lọc 2 tầng: Thí dụ: Thiết kế mạch lọc thông thấp tích cực một tầng có hệ số suy giảm là 25 đối với tín hiệu tần số 60 Hz. Tính giá trị điện trở R khi tụ điện C trong mạch RC có giá trị 10 µF. Giải: Giải © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-34
4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Bộ lọc thông cao / thông dãy / chắn dãy Mạch lọc thông cao Mạch lọc chắn dãy Mạch lọc thông dãy © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-35 4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Decibels (db) Hệ số của các mạch khuếch đại và mạch lọc thường được biễu diễn ở dạng decibels (db, Alexander Graham Bell). Hệ thống decibels mở rộng những giá trị khuếch đại nhỏ và nén lại những giá trị khuếch đại lớn. • A = 1 (không tăng / giảm) → Adb = 0 db • A = 2 (giá trị tín hiệu ra gấp 2 lần giá trị tín hiệu vào → Adb = 6 db • A = 0.5 (giá trị tín hiệu ra bằng phân nữa giá trị tín hiệu vào → Adb = -6 db © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-36
4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Hệ thống decibels rất tiện lợi trong việc tính hệ số khuếch đại của cả hệ thống. Lưu ý: © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-37 4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g Q ∆P ∆P cm 0 0 0 0 • Tuyến tính hóa 10 1 1 10 20 4 4 20 30 9 9 30 40 16 16 40 50 25 25 50 60 36 36 60 70 49 49 70 80 64 64 80 90 81 81 90 100 100 100 100 © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-38
4.3. Xử lý tín hiệu tương tự ý g - Đường cong của bộ tuyến tính đối xứng với đường đặc tính của phần tử phi tuyến qua đường thẳng x = y. - Đường cong của bộ tuyến tính có thể được nội suy xấp xỉ bằng tập hợp những đoạn thẳng. ẳ © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-39 4.3. Xử lý tín hiệu số ý • Cách ly - Đường tín hiệu chỉ đi theo một chiều, do đó mạch nà bảo vệ bộ điều này ệ điề khiển khỏi sự ảnh hưởng của những xung điện do phụ tải t nên. h tạo ê © C.B. Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 4-40

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.