Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN MÔN
Vi Mạch Tương Tự Và Vi Mạch Số
Đề số : 1
NÔI DUNG
Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo
nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại.
Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =tmin - tmax = 0-(100+5*n)0C.
•

Đầu ra: + Chuẩn hóa đầu ra: U=0-10V và I=0-20mA.
+ Dùng cơ cấu đo để chỉ thị.

•

khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường: t oC=0-tmax/2.thiết kế mạch
nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng
t=(1+0.5*a)

•

đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt quá toC=tmax/2.

•

dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân. Xây dựng bộ hiển thị

số BCD

Trong đó a: chữ số hàng đơn vị của danh sách
n: số thứ tự trong danh sách
Nhiệt độ là tín hiệu vật lý mà ta thường gặp trong đời sống hằng
ngày cũng như kỹ thuật và công nghiệp. Việc đo nhiệt độ cũng chính
Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 1


vì thế là một yêu cầu thiết thực. Hiện nay cảm biến đo nhiệt độ là
loại cảm biến được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp cũng như
dân dụng.
Bài tập lớn này nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh
toán,thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt
điện trở kim loại.

Nội dung bài làm có những phần chính sau :
Chương 1: Tổng quan về mạch đo
Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính
Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo
•

Tính toán, lựa chọn cảm biến

•

Tính toán, thiết kế mạch đo,mạch hiển thị

•

Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp

•

Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa

•

tính toán mạch nhấp nháy cho LED

•

Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo.

•

Kết luận và hướng phát triển

•

Nhiệt độ là tín hiệu vật lý mà ta thường gặp trong đời sống hằng
ngày cũng như kỹ thuật và công nghiệp. Việc đo nhiệt độ cũng

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 2

chính vì thế là một yêu cầu thiết thực. Hiện nay cảm biến đo nhiệt
độ là loại cảm biến được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp
•

cũng như dân dụng.
Bài tập lớn này nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh
toán,thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến
nhiệt điện trở kim loại.

Chương 1:TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO
I.Xác định sơ đồ khối của hệ thống

Để thực hiện phép đo của một đại lượng nào đó thì phụ thuộc vào đặc tính
của đại lượng cần đo, điều kiện đo, cũng như độ chính xác yêu cầu của một phép
đo mà ta có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau trên cơ sở của hệ thống đo
lường khác nhau.
Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ ta có nhiều phương pháp để đo nhiệt độ như
dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại , dùng cặp nhiệt ngẫu hay dùng IC cảm biến
nhiệt độ. Sau đây ta sẽ đi tìm hiểu phương pháp thường dùng nhất đó là dùng cảm
biến nhiệt điện trở kim loại.
1.1, Sơ đồ khối chung của mạch đo:

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 3


Sơ đồ khối đo:
Chỉ thị
Mạch

khuếch
đại,
chuẩn
hóa

LED cảnh báo nhấp
nháy

Mạch so
sánh, cảnh
báo

Cảm
Biến
Bộ chuyển
đổi tín hiệu
tương tự sang
số

Bộ giải
mã

Còi báo

LED 7
thanh

1.2 Vai trò tác dụng của các khối
•

Cảm biến : đo nhiệt độ, đưa điện áp đầu ra cho các mạch so sánh,
khuếch đại.

•

Mạch khuếch đại : khuếch đại và chuẩn hóa các điện áp, dòng điện
theo yêu cầu bài toán.

•

Chỉ thị : là các ammeter hoặc vonmeter hiển thị dòng hoặc áp sau
chuẩn hóa.

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 4


•

Mạch so sánh : so sánh điện áp đầu ra của cảm biến với điện áp đặt,
để đưa ra cảnh báo và để LED nhấp nháy.

•

Còi báo : báo động khi nhiệt độ vượt quá giá trị cho phép.

•

LED cảnh báo nhấp nháy: đèn LED nhấp nháy trong trường hợp nhiệt

độ vượt quá giá trị cho phép

•

Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC): để chuyển tín hiệu
giá trị Volt đầu ra của cảm biến mã hóa thành hệ nhị phân

•

Bộ giải mã: Để giải mã tín hiệu từ ADC ra LED 7 thanh

•

LED 7 thanh: Hiển thị giá trị nhiệt độ tương ứng trên cảm biến

Chương II: CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
Để xác định được các thiết bị mà mình sẽ sử dụng trong quá trình tính toán thiết
kế mạch đo ta đi dựa vào các khối cơ bản trong mạch đo để xác định các linh
kiện mà mình sẽ dùng, sau đây ta sẽ liệt kê các linh kiện sử dụng :
II. Tính chọn cảm biến
2.1 Phân loại cảm biến
- Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ).
- Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ).
Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 5


- Thermistor.
- Bán dẫn ( Diode, IC ,….).

- Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ). Dùng
hồng ngoại hay lazer.
2.2 Giới thiệu về cảm biến nhiệt điện trở

•

Hình1:hình dạng và cấu tạo RTD
- Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được
quấn tùy theo hình dáng của đầu đo.
- Nguyên lí hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại này
sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ
nhất định.
- Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây
không hạn chế.
- Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt điện
- Dải đo: -200~400oC
- Ứng dụng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia
công vật liệu, hóa chất…
Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 6


Hiện nay phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum.
Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài.
Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000 ohm (khi ở 0 oC). Điện trở càng cao thì độ
nhạy nhiệt càng cao.
- RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. Loại 4 dây cho kết quả đo chính xác
nhất.
•

Cảm biến đo nhiệt độ PT100

Cảm biến nhiệt độ PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD) PT100
được cấu tạo từ kim loại Platinum được quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt
có giá trị điện trở khi ở 0oC là 100 Ohm. Đây là loại cảm biến thụ động nên khi sử
dụng cần phải cấp một nguồn ngoài ổn định.
-Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100:
Rt = R0( 1+ αT+βT2+C(T-100)T3)
Trong đó:
Rt : điện trở tại nhiệt độ T
R0 : điện trở tại 00C(=100Ω)
α=3.9083x10-3
β=-5.775x10-7
C=-4.183x10-12( t<00C) , C=0 ( t>00C)
Với nhiệt độ từ 00C đến 1000C dùng công thức :
Rt = R0( 1+ αT)
Cấu tạo dây đo nhiệt PT100
1.

Các thông số cơ bản và nguyên tắc hoạt động

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 7


a.

Các thông số cơ bản :

Dây cảm biến nhiệt PT100 bao gồm một đầu dò ống trụ có đường kính 4mm và
chiều dài ống trụ là 30mm ,2 dây đầu ra có chiều dài 1m

Hình 2: hình dạng PT100

Dải nhiệt độ đo được là từ -200ºC đến 850ºC
b.

Sơ đồ cấu tạo bên trong của đầu dò hình trụ

Hình 3: cấu tạo bên trong của đầu dò hình trụ PT100
Điện trở của ống trụ RPT100 = RPT + R3 + R2
L2,L3 được nối với 2 dây đầu ra
•

Nguyên tắc hoạt động

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 8


Khi có sự thay đổi nhiệt độ trên đầu dò thì dẫn đến sự thay đổi điện trở của ống trụ
.Mỗi giá trị nhiệt độ khác nhau tương ứng với mỗi giá trị điện trở khác nhau.Ở 10
ºC thì đo được giá trị điện trở RPT100 =107,6 Ω . Khi tăng 1ºC thì RPT tăng sấp xỉ
0,4Ω
•

Cầu đo điện trở:

Hình 4: mạch nối dây Pt100
Ta sử dụng mạch cầu để đo điện trở, trong đó PT là một nhánh của cầu.
Vo=E*()
Khi ở 00C RPT=100Ω.
Nên ta chọn R1 =R2 =R3=100Ω để cầu cân bằng. Suy ra V0/00c= 0V.
2, bộ khuếch đại thuật toán ^A 741 : bộ khuếch đại này dùng nhiều trong kỹ
thuật điện trở có các dụng khuếch đại các tín hiệu điện như điện áp, dòng điện,
công suất. trong phạm vi bài này ta sẽ sử dụng khếch đại thuật toán để khuếch đại
điện áp đưa ra từ cảm biến và dùng trong bộ so sánh để đưa ra khối cảnh báo cho
mạch đo.
Hình ảnh thực tế của bộ khuếch đại thuật toán :
Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 9


3, điện trở :Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được
làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được
các loại điện trở có trị số khác nhau.

Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.

Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.
a,Cấu tạo
Thường được làm bằng than hay các chất đặc biệt có tính dẫn điện kém. Được
bao bọc bởi bên ngoài bằng 1 lõi sứ hoặc ép thành khối.
b,Cách đọc điện trở :
Cách đọc trị số của điện trở tùy thược vào cách biểu thị của các vòng màu và giá
trị điện trở

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 10






Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị
Vòng số 3 là bội số của cơ số 10

Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là vòng
chỉ sai số của điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này.
 Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3
Sau khi thiết kế mạch chúng ta sẽ phải lựa chọn loại điện trở phù hợp mạch đo, để
hiển thì đầu ra có thể chính xác.


4.cơ cấu chỉ thị : muốn biết được nhiệt độ thì ta phải hiển thị ra thông qua cơ cấu
chỉ thị. Vì mục đích cuối cùng là chúng ta biết được nhiệt độ và cảnh báo.
•

Chúng ta có nhiều cơ cấu chỉ thì như điện từ. từ điện, điện động.... trong
phạm vi bài này chúng ta đo dải điện áp từ 0 đến 10V và dải dòng điện từ 0
đến 20mA ta nên dùng cơ cấu chỉ thị từ điện vì cơ cấu này đo được dòng

•

điện và điện áp 1 chiều với dải đo rộng .
các thiết bị cảnh báo : để cảnh báo quá nhiệt độ ta có thể sử dụng chuông
cảnh báo hoặc còi để cảnh báo, hoặc ta có thể sử dụng đồng thời cả hai để
cảnh báo quá nhiệt độ. Những thiết bị này thường mang thông tin nhanh và
chính xác, dễ lắp đặt và sử dụng nguồn điện một chiều hay xoay chiều.

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 11


5:Nguồn cấp cho mạch
Trong mạch sử dụng nguồn điện 1 chiều với cấp điện áp 5V, 9V hoặc 12V tùy
theo yêu cầu của mạch trên thực tế thì nguồn điện 1 chiều thường được chỉnh
lưu từ nguồn xoay chiều. nguồn cấp của chúng ta gồm có : _máy biến ápcó
chức năng hạ áp từ 220V xuống cấp điện áp thấp mà ta sử dụng đó là 5V, 9V,
12V.

y

_ bộ chỉnh lưu cầu gồm có các điot, tụ điện, và điện và cuộn cảm có tác
dụng chỉnh lưu từ dòng xoay chiều sang dòng 1 chiều. sơ đồ nguyên lý của
khối chỉnh lưu:

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 12


Chương III: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO

2, Tính toán và lựa chọn :
2.1, tính chọn cảm biến và khối cảm biến :
- Khối cảm biến

Là cảm biến nhiệt độ pt100 có cấu tạo là một nhiệt điện trở RTD ( RTDResistance Temperature Detector ):Nguyên lý hoạt động nhiệt điện trở dựa trên
sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến thay đổi điện trở
•
•
•
•

Rt = R0 ( 1 + αt)
Rt : Điện trở ở nhiệt độ t
R0 : Điện trở ở 0 độ C
α : Hệ số của nhiệt điện trở

Với PT100 1V=1oC. Vậy theo yêu cầu của bài thì
cần đo ở nhiệt độ 240C tương ứng với 240V. Với điện áp
ra rất lớn như vậy ta cần phải có 1 mạch phân áp sao cho đầu ra tương ứng
10mV=10oC để phù hợp với các IC số.
Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 13


Vì vậy ta lắp thiết bị như hình vẽ.
Ta có: Ur=Uv.R2/(R1+R2)
Với Ur=0,01 V ; Uv=1 V
Vậy ta có : R2/(R1+R2)=0,01
 Chọn R2=100 Ω => R1=9,9 kΩ

Từ cách lắp đặt thiết bị trên ta được đầu ra khi đo ở nhiệt độ 240oC tương
ứng với 2,4V
Trong bài này vì là dải đo từ 0-240V Uv=1 V nên e chọn bước nhảy để đo
nhiệt độ là 1 độ.
b, Mạch khuếch đại đo lường :
đểtín hiệu đầu ra được chuẩn hóa ta dùng bộ khuếch đại thuật toán đảo với hệ
k được tính như sau : U từ 0- 2,4V, Ura từ 0-10V
Sơ đồ mạch khuếch đại đo lường :

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 14


Vậy điện áp ra được xác định bởi biểu thức với điều kiện bình thường là
R4R7=R5R6:
Biểu thức cho điện áp đầu ra là:
R2+R3

R5

Uc=Ung(---------- +1) ----R1

R6

Khi Uo=0V thì Ung=0V;
Và U0= 10V và Ung=Ura=5 V ta có :
Chọn R4= R5 = R6 = R7 = 1k
(R2+R3):R1=4.17-1

R2+R3=3.17R1
Chọn R2=2k ; R3=1.17k vậy R1=1k
Như vậy với dải đo nhiệt độ từ 0 - 2400C ta sử dụng mạch cầu đo cùng với nhiệt
điện trở platin đã đưa được tín hiệu không điện là nhiệt độ thành tín hiệu điện đó là
điện áp. Và sử dụng bộ khuếch đại thuật toán , khuếch đại tín hiệu lên giống chuẩn
yêu cầu mà đề bài đã cho . để tiếp tục đưa ra khối hiển thị , khối so sánh để cảnh
báo tín hiệu và khối chuyển đổi U sang I để đưa về chuẩn tín hiệu dòng điện .
+) mạch chuẩn hóa đầu ra:các ngõ vào vi sai của KĐTT không lý tưởng bao giờ
cũng lệch nhau , nên phải có mạch ngoài để chỉnh bù trừ , còn gọi là phương pháp
cân bằng điểm 0 . có 2 phương pháp đó là : -điều chỉnh điện áp bù ở 1 ngõ vào
- điều chỉnh bù hồi tiếp âm dòng điện
sau đây ta sử dụng điều chỉnh điện áp bù ở 1 ngõ vào sơ đồ điều chỉnh điệp áp bù 1
ngõ vào :

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 15


Mạch điều chỉnh điện áp bù ở 1 ngõ vào có sơ đồ nguyên lý như hình trên.
Trong trường hợp này , điệp áp ra UAB có điện áp nhỏ ( cỡ 0,5V). nếu trượt con
biến trở.VR sẽ đạt được Uo=0 V khi U1= 0V
C, mạch chuyển đổi U sang I :
Sau khi chuẩn hóa đầu ra ra điện áp ta cần phải chuẩn hóa đầu ra cho dòng điện,
chuẩn hóa đầu chuẩn công nghiệp là 0-20mA.Như vậy cần thiết kế mạch chuyển
đổi
áp-dòng.
Sơ đồ nguyên lý chung của bộ biến đổi áp-dòng:

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 16


Ở đây ta dùng 2 khuếch đại thuật toán để biến đổi áp –dòng:
•

Với mạch khuếch đại này ta biến đổi nguồn điện áp dương sang nguồn điện
áp âm để khi sang mạch áp dòng ta có chuẩn đầu ra là dương nguồn dòng

ta có U0=-(R1*UI)/R2.Để U ko thay đổi giá trị mà chỉ thay đối sang âm ta chọn
R1=R2=10K
Với mạch biến đổi áp – dòng ta có hệ số biến đổi áp – dòng:

•

KUI=IL/UI=-1/R3
Để chuẩn hóa đầu ra có giá trị từ 0 đên 20mA khi giá trị đầu vào là 0 đên 10 V
thì R3=500,R4=600,R5=10K
Như vậy ta đã tính chọn xong các điện trở cho mạch biên đổi dòng – áp. Và
dòng điện ra là chuẩn công nghiệp với giá tri ra từ 0 đên 20mA khi giá trị đầu vào
là 0V đên 10 V. sau khi chuyển đổi xong thành tín hiệu dòng điện ta sẽ tiêp tục đưa
vào khối hiển thị.
d, mạch cảnh báo và mạch so sánh
•

mạch so sánh để có tín hiệu cảnh báo theo đúng nhiệt độ mà mình
muốn ta cần phải chuyển đổi tín hiệu đó từ nhiệt độ sang điện áp. Như
vậy ta cần dùng mạch so sánh để so sánh với tín hiệu mà ta đặt để đưa

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 17


ra tín hiệu cảnh báo.Mạch so sánh có nhiệm vụ so sánh 1 điện áp vào
với một điện áp chuẩn Uđ trong mạch so sánh chỉ có tín hiệu ra chỉ có 2
mức, mức điện áp cao và mức điện áp thấp nghĩa là khi Ui< U đ thì điện
áp ra điện áp ra : Ura gần=0 V Khi C ' ~ ' ra ở mức cao Ui> Uđ thì điện
áp ra khác 0

Dựa vào nguyên lý đó ta thiêt kê mạch cảnh báo dùng bộ so sánh, khi mà điện áp
vẫn chưa đủ so với điện áp đặt thì điện áp ra của bộ so sánh gần bằng 0 nên chuông
chưa báo, khi có quá nhiệt độ mà mình đặt thì có sự quá điện áp, nên điện áp vượt
quá điện áp đặt, điện áp ra của bộ so sánh lên mức cao, cung cấp tín hiệu điện
áp.Lúc này chuông báo sẽ được cấp nguồn và hoạt động báo quá nhiệt độ , cũng
như đền báo sẽ hoạt động.
Tính chọn điện áp đặt :
Dựa vào điều kiện là khi nhiệt độ T=Tmax/2 thì sẽ cảnh báo vậy ta có
Nhiệt độ của giá trị cảnh báo :
Td =240/2= 120 °c
Khi nhiệt độ đạt 120oC thì nguồn vào khi này là:
Unguon=(2.4*120)/240=1.2V
Nguồn ra khi này là:
Ura=1.2*ku=5V
Vậy nguồn so sánh là 5V.
mạch cảnh báo ta đấu mạch còi báo động, vào nguồn còn với còi báo thì ta phải
qua khâu khuếch đại công suất, mạch khuếch đại công suất như hình dưới đây :

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 18


e,tính toán thiết kế LED
theo yêu cầu của đề bài, ta phải thiết kế mạch nhấp nháy cho
LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng t=(1+0.5*a)
“ với a là chữ số hàng đơn vị của danh sách”
Nên a=8

suy ra t=(1+0.5*8)=5s

Ta dung mạch tạo xung vuông IC555 như hình vẽ:
Chen hinh

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 19


Tính toán lựa chọn R,C
Vì thời gian sáng bằng thời gian tối nên ts=tt=5s
Mà ts=0.69RA .C
Tt= 0.69.RB .C
Suy ra chọn R4=R1=20Ω,C1=362.32uF,C2=1nF.
Them điện trở R5=10K để ổn định mạch.
sẽ cung cấp dãy xung ra đối xứng.
f, Tính toán thiết kế nguồn :
vì hầu hết các nguồn sử dụng trong mạch đều là nguồn một chiều mà trên thực tế
thì nguồn lại là các nguồn xoay chiều với điện áp là 220V. vậy vấn đề đặt ra là phải

biến đổi dòng xoay chiều sang 1 chiều .
khối nguồn sẽ bao gồm:
+ máy biến áp.
+ bộ chỉnh lưa cầu dùng 4 điot tụ điện C để lọc.
+ cuộn cảm L để dàn phẳng dòng điện.
Sơ đồ nguyên lý:

+ Tính chọn máy biến áp: ở đây chúng ta có hai nguồn đó là nguồn cho điện áp
đặt ở bộ so sánh 5V và nguồn cấp cho OA là 12V như vậy cần sử dụng máy biến
áp có nhiều cấp điện áp để lấy ra hai cấp điện áp mình dùng. Hoặc ta có thể hạ
xuống 12V rồi dùng con biến trở để chỉnh xuống 5 V nhưng sẽ tiêu tốn 1 lượng
năng lượng vì vậy nên dùng 2 bộ chỉnh lưu điện áp. 1 phương pháp khác là ta có
thể dùng khối ổn áp 1 chiều để có đầu ra thay đổi.
Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 20


Tối ưu nhất ở đây nên dùng phương án 3.
*Phương án thiết kế : + biến áp : do yêu cầu đặt ra nên ta sử dụng biến áp có điện
áp vào 220V và điện áp ra là 15V .
+ mạch chỉnh lưu : do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu
cầu như điện áp ra ít nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với
phương pháp cân bằng nên ta sẽ chọn bộ chỉnh lưu cầu.
+ bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san bằng điện áp để dòng điện
phẳng hơn, lọc bằng tụ điện khá đơn giản và chất lượng học khá cao.Nên ta dùng
tụ điện.
+ khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp ra thay đổi từ 0
đến 15V nên nên ta dùng IC ổn áp thông dụng là LM 7805 do có dải điện áp ra
trong khoảng 1,2V-35V với cách mắc thông thường.

ỔN ẢP
MẠCH
MỐT
BIẾN Ul- CHÍNH Ut BỎ
U(J|CHIẾU
ÁP
Lưu
LỌC
(ỔN
DÒNG)
Cơ cấu đo dùng ổn áp LM 7805 dùng để ổn áp đầu ra 5V:
+Cấu tạo chung: gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động
• Phần tĩnh gồm: nam châm vĩnh cửu 1; mạch từ và cực từ 3 và lối sắt 6 hình
Thành mạch từ kín. Giữa cực từ 3 và lối sắt 6 có khe hở không khí đều gọi là khe
hở làm việc, ở giữa đặt khung quay chuyển động.
• Phần động: gồm: khung dây quay 5 được quấn bắng dây đồng.Khung dây
được
•

Gắn vào trục quay(hoặcdâycăng,dâytreo).Trên trục quay có hai lò xo cản 7
mắc ngược nhau, kim chỉ thị 2 và thang đo 8.

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 21


Hình 5.3. Cơ cấu chỉ thị từ điện.
+Nguyên lý làm việc chung:
Khi có dòng điện chạy qua khung dây 5 (phần động), dưới tác động của từ

trường nam châm vĩnh cửu (phần tĩnh) sinh ra mô men Quay Mq làm khung dây
lệch khỏi vị trí ban đầu một góc a. Mômen quay được tính theo biểu thức:
với

Mq =B.S.W.I
B: độ từ cảmcủa nam châm vĩnh
cửu S: tiết diện khung dây
W: số vòng dây của khung dây

Tại vị trí cân bằng, mômen quay bằng mômencản:
Mq =Mc ™B.S.W.I=D.<™<= —,B.S.W.I=S.
ID
Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 22

(5.1)


Với một cơ cấu chỉ thị cụ thể doB,S,W,Dlà hằng số nên góc lệch tỷ lệ
bậc nhất với dòng điệnlchạy qua khung dây.
+Các đặc tính chung:từ biểu thức (5.1)suy ra cơ cấu chỉ thị từ điện có các đặc
tính cơbản sau:
•

chỉ đo được dòng điện 1
chiều -đặc tính thang đo
đều

•

độ nhạy là 1 hằng số

SƠ ĐỒ MẠCH QUA PROTUES

Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 23


f, Tính toán và lựa chọn mạch ADC
2.4.4 Khối ADC trong mạch

Các chân 1,2,8,10,7 được nối đất
Chân 3 được nối với chân số 3 của mạch tạo dao động HE555
Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 24


Chân 19 nối với điện trở R3= 10kΩ rồi nối vào chân 4 tiếp nối vào tụ C3=150pF rồi
nối đất
Chân 20 nối với nguồn nuôi
Chân 6 là chân nhận tín hiệu từ PT100 rồi chuyển hóa tín hiệu ra các chân
11,12,13,14,15,16,17,18

2.5 Khối giải mã
2.5.1 IC74LS83

74LS83 là IC cộng 2 số 4 bit nhị phân.

-A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4 : các chân đầu vào của 2 số nhị phân A, B.
- S1,S2,S3,S4: đầu ra nhị phân.
-C4 số nhớ của phép cộng.
CO: số nhớ ban đầu.
Vi mạch tương tự và vi mạch số..

Trang 25