B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
71
lín nhÊt cña U1A(TL082), trªn c¬ së ®ã chän
Ω
=
KR 10
7. R8 cã t¸c dông h¹n
dßng cho U1A(TL082) chän
Ω
=
KR 10
8, chän
Ω
=
KR 10
5.
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 400 5
A
mA
μ
÷, 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 2,94 3,04VV÷.
- Theo th«ng sè cña nhµ s¶n xuÊt th× quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é vµ ®iÖn ¸p
ngâ ra nh− sau:
0
10
out
UmVTK=× (mV)
000
0, 01 0, 01 (273 ) 2, 73 0, 01
out
UTK tC tC=×=×+=+ (V)
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
72
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:
15
400 5
R
A
ImA
<< 0
15
9
400 5
VV
A
mA
R
μ
<< , Víi V0 lµ ®iÖn ¸p ngâ ra cña vi
m¹ch LM335 ë nhiÖt ®é 250C.
00
15
99
5 400
VV VV
R
mA A
μ
−−
⇔<< mµ 0
2,73 3,73VV V
<
<
15
1,054 15,675
K
RK⇒Ω<< Ω(1*)
MÆt kh¸c, theo nhµ s¶n xuÊt ë nhiÖt ®é 250C th× vi m¹ch LM335 cã
dßng I = 1mA vµ V0 = 2,98V, suy ra ta cã
15
92,98
400 5
VV
A
mA
R
μ
<<
15
1, 2 15, 0 5
K
RK⇒Ω<< Ω (2*)
Tõ (1*) vµ (2*) ta chän 15
R =10K
Ω
, cßn biÕn trë ®iÒu chØnh
Ω
=
KVR 10
1,
4100CnF=
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
73
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
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
74
¸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
14
1
13 14
R
UU
RR
+=+
vµ 2
11 10
0
d
UU
UU
RR
−
−−
−+=
=> 10 11
2
11 10 10 11
d
RR
UUU
RR RR
−
=
×+ ×
++
Theo tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n th× U+ = U- nªn ta suy ra
biÓu thøc sau:
10
14 11
12
13 14 11 10 10 11
d
R
RR
UUU
RR RR RR
=
×+ ×
++ +
(1**)
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.
Ud lµ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ngâ ra cña bé chuyÓn ®æi khuÕch ®¹i vµ
Ud = k×(U1 - U2), víi k lµ hÖ sè khuÕch ®¹i vµ 10
11
R
k
R
=.
XÐt tr−êng hîp ë nhiÖt ®é t = 00C th× U1 = U2 vµ Ud = 0V khi ®ã tõ (1**)
ta cã : 10
14
13 14 11 10
R
R
RR RR
=
++
, ®Ó ®¬n gi¶n ta chän R11 = R13 vµ R10 = R14.
Mµ ta cã 10
12
11
()
d
R
UUU
R
=−
chän 10
11
9
R
kR
=
= => 10 11
R=9R
×
mÆt kh¸c, dßng
®iÖn lµm viÖc cña OA lµ 1
lv
ImA
=
. Do ®ã dßng håi tiÕp lµ 1
ht
ImA<
2
11 10
1
d
ht
UU
ImA
RR
−
⇒= <
+ 10 11
92,73 6, 27
1
VV
R
RK
mA
⇔
+> = Ω
11 11
10 6, 27 0,627
R
KR K⇒> Ω⇒> Ω
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
75
Chän 11 13
2
R
KR=Ω= => 10 14 18
R
RK
=
=Ω
Chän Diode zener (DZ) (lo¹i 1N4372A) cã UZ = 3V, IZ = 20mA.
Suy ra 12
R = 2,2KΩ.
VR2 lµ biÕn trë ®iÒu chØnh sao cho ®iÖn ¸p ngang b»ng víi ®iÖn ¸p
U2=2,73V, do ®ã chän 2
VR = 10K
Ω
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:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛+×=
20
4
1125,1 R
VR
U