ĐỀ TÀI: DÙNG CÁC VI MẠCH TƯƠNG TỰ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG CẶP NHIỆT NGẪU (ĐO TRÊN 255 ĐỘ C)

LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
Bộ Môn ĐLĐK

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN
MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ
ĐỀ TÀI: DÙNG CÁC VI MẠCH TƯƠNG TỰ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG CẶP NHIỆT NGẪU
Giáo viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Lớp: ĐH Điều Khiển và Tự Động Hóa 4 – Khóa 10

1


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
MỤC LỤC

2


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
NỘI DUNG
Đề Tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt
độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu.
Yêu cầu: - Dải đo từ: t°C = 0°C ÷ tmax = 0-(100 + 10×n)°C
Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp
1. U=0 ÷ 10V

2. U=0 ÷ -5V
3. I=0 ÷ 20mA
4. I=4 ÷ 20mA
- Dùng cơ cấu đo chỉ thị.
- Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường: t°C=0÷tmax-(10+5*n), điều
khiển đèn sáng lên tục (220V, 100W)
- Khi nhiệt độ vượt giá trị : t°C=0÷tmax-(10+5*n). đóng điện cho quạt
24VDC, 60W chạy làm mát.
- Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi và nhấp nháy cho LED với thời
gian sáng và tối bằng nhau và bằng:
0,1+1) = ‫×ﺡ‬a) giây khi nhiệt độ vượt giá trị: t°C=0÷tmax-(10+5*n).
Trong đó:
a: Chữ số hang đơn vị của danh sách ( ví dụ: STT = 3 →a=3; STT=10
→a=0
n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách.
-

Phần Thuyết Minh
Yêu cầu bố cục nội dung:
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
Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp

3

LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
-

Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa
Tính toán mạch nhấp nháy cho LED
Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo
Dùng phần mềm mô phỏng mạch

Kết luận và hướng phát triển.

Chương 1: Tổng quan mạch đo
I.Tổng quan.
Vi mạch số ,vi mạch tương tự lĩnh vực không những mang tới thời sự nóng bỏng
nhưng vẫn ẩn chứa vô số điều bí ẩn và có sức hấp dẫn lạ kỳ , đă đang từng ngày
thâm nhập vào đời sống của chúng ta .Nhưng trong thưc tế các dạng năng lượng
thường ở dạng tương tự .Do đó muốn xừ lí chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta
phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số .
Xuất phát từ ý tưởng đó, em đă thưc hiện việc xây dựng một mạch điện đo
nhiệt độ hiển thị ra đèn LED .Mạch này chỉ mang tính chất thử nghiệm thưc tế về
vấn đề chuyển đổi U-I , vấn đề cảnh báo nhiệt độ ra đèn và vấn đề đo lường các
đại lượng không điện bằng điện
Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và giải nhiệt độ
Phân ra làm 2 phương pháp chính : Đo trực tiếp và đo gián tiếp
+Đo trưc tiếp là phương pháp đo trong đó các chuyển đổi nhiệt điện
đươc đặt trực tiếp trong môi trường cần đo.
+Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi
trường cần đo(áp dụng với trường hơp đo ở nhiệt độ cao ).
Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo không
phải ở quá cao.( 0 – 91)

Đo nhiệt độ bằng phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát 2 loại nhiệt kế cặp
nhiệt ngẫu và nhiệt kế nhiệt điện trở.
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 cặp nhiệt
ngẫu.
4


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
1.

Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu :

Phương pháp đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt ngẫu dựa trên c ơ sở hi ệu
ứng nhiệt điện. Người ta nhận thấy rằng khi hai dây dẫn chế tạo t ừ vật li ệu
có bản chất hoá học khác nhau được nối với nhau bằng m ối hàn thành m ột
mạch kín và nhiệt độ hai mối hàn là t và t0 khác nhau thì trong mạch xuất
hiện một dòng điện. Sức điện động xuất hiện do hiệu ứng nhiệt đi ện g ọi là
sức điện động nhiệt điện. Nếu một đầu của cặp nhiệt ngẫu hàn n ối v ới
nhau, còn đầu thứ hai để hở thì giữa hai cực xuất hiện một hiệu đi ện th ế
·
Nhiệt độ đầu tự do t0 đươc duy trì ở nhiệt độ chuẩn 0
nhưng thực tế thường nhỏ hơn trên lý thuyết .Phương pháp khắc phục :có 2
phương pháp : giữ ổn nhiệt độ đầu đo hoăc dùng thiết bị bù nhiệt. Với cách thứ
nhất ta chỉ việc ngâm đầu đo vào nước đá cũng có cách thứ 2 :khi nhiệt độ thanh tư
do thay đổi thay đổi làm cho mạch bù mất cân bằng dẫn đến việc xuất hiện điện
áp bù vào sức điện động bị thay đổi.
Ta có :
(,)= (,)+

Hình thành sơ đồ khối
1. Sơ đồ khối.
Mạch đo gồm có 6 khối cơ bản :
2.

1. khối cảm biến
2. mạch khuếch đại
3. mạch so sánh
4. khối chỉ thị
5. khối cảnh báo
6. mạch chuyển đổi u sang i
Bản vẽ sơ đồ khối nguyên lý mạch đo :

5


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
Khối Chỉ thị

T

Chuyển đổi
U sang I

0

U đặt

Cảnh báo

Cảm biến
Khuếch đại
điện áp
Mạch so
sánh

3.

Chức năng của các khối trong mạch đo:

a, Khối cảm biến : khối cảm biến có chức năng biến đổi các tín hiệu không điện
thành tín hiệu điện thành tín hiệu điện tương ứng. ở đây ta dùng cảm biến nhiệt
điện trở kim loại để chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp.
b, Khối khuếch đại : có chức năng khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới, vì
tín hiệu điện do cảm biến đưa ra thường là rất bé nên ta phải khuếch đại lên để đưa
vào các mạch điện khác.
c, Mạch so sánh : có tác dụng so sánh tín hiệu đưa ra từ khối khuếch đại để đưa ra
khối sau. Việc so sánh tín hiệu sẽ được ứng dụng cho mạch cảnh báo khi có sự quá
nhiệt độ.
d, Mạch chuyển đổi U sang I: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng điện sang tín
hiệu điện áp để hiển thị ra .
e, khối cánh báo : cảnh báo cho người biết rằng nhiệt độ đã tăng quá cao so với
nhiệt độ cho phép.
Đó là các khối cơ bản dùng trong mạch đo và cảnh báo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở
kim loại.

4.

Tổng quan mạch đo

4.1 Mạch đo

6


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
Đối tượng cần đo là đại lượng vật lý, dựa vào các đặc tính của đại lượng cần đo mà
chọn ra loại cảm biến phù hợp để thực hiện việc biến đổi các thông số cần đo thành
đại lượng điện hay điện áp
U = 0 10V
U=0÷ -5V
I=0÷20mA
I = 420mA
Sau đó qua bọ lọc và khuếch đại tín hiệu
Tín hiệu sau khi được hiệu chỉnh sẽ chuyển qua bộ chuyển đổi U-I để đưa vào cơ
cấu hiển thị.
4.2 Các phương pháp đo nhiệt độ
Đo nhiệt độ là phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên của môi trường,
không có điện trong đại lượng cần đo
-

Nhiệt độ được phân làm nhiều dải để đo:
+ Dải mức thấp
+ Dải mức trung bình
+ Dải mức cao
Nhiệt độ được đo với các cảm biến hỗ trợ như
+ Cặp nhiệt kế
+ Nhiệt điện kế kim loại
+ Nhiệt điện trở kim loại
+ Nhiệt điện trở bán dẫn

+ Cảm biến thạch anh.

Chương 2 : Giới thiệu về các thiết bị chính
I . Các linh kiện có trong mạch
1.Cặp nhiệt ngẫu TCK
7


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4

Cấu tạo điển hình của một cặp nhiệt công nghiệp
1.1.Cấu tạo :
1) Vỏ bảo vệ: 2) Mối hàn :3) Dây điện cực :4) Sứ cách điện:
5) Bộ phận lắp đặt: 6) Vít nối dây: 7) Dây nối; 8) Đ ầu n ối dây.
Đầu làm việc của các điện cực (3) được hàn nối với nhau bằng hàn vảy, hàn
khí hoặc hàn bằng tia điện tử. Đầu tự do nối với dây n ối (7) t ới d ụng c ụ đo
nhờ các vít nối (6) dây đặt trong đầu nối dây (8). Để cách ly các đi ện c ực
người ta dùng các ống sứ cách điện (4), sứ cách điện ph ải tr ơ v ề hoá h ọc và
đủ độ bền cơ và nhiệt ở nhiệt độ làm việc. Để bảo vệ các điện cực, các c ặp
nhiệt có vỏ bảo vệ (1) làm bằng sứ chịu nhiệt hoặc thép chịu nhiệt. H ệ th ống
vỏ bảo vệ phải có nhiệt dung đủ nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt và vật liệu
chế tạo vỏ phải có độ dẫn nhiệt không quá nhỏ nhưng cũng không được quá
lớn. Trường hợp vỏ bằng thép mối hàn ở đầu làm việc có th ể tiếp xúc v ới v ỏ
để giảm thời gian hồi đáp.
1.2.Vật liệu chế tạo điện cực
1) Telua 2) Chromel 3) Sắt 4) Đồng 5) Graphit 6) Hợp kim platin-rođi
7) Platin 8) Alumel 9) Niken 10) Constantan 11) Coben
8

LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
- Cặp Platin - Rođi/Platin:
Cực dương là hợp kim Platin (90%) và rôđi (10%), cực âm là platin s ạch.
Nhiệt độ làm việc ngắn hạn cho phép tới 1600 oC , Eđ =16,77mV. Nhiệt độ làm
việc dài hạn <1300oC. Đường đặc tính có dạng bậc hai, trong khoảng nhiệt
độ 0 - 300oC thì E ˜ 0.
Trong môi trường có SiO2 có thể hỏng ở nhiệt độ 1000 - 1100 oC.
Đường kính điện cực thường chế tạo φ = 0,5 mm.
Do sai khác của các cặp nhiệt khác nhau tương đối nhỏ nên loại cặp nhiệt
này thường được dùng làm cặp nhiệt chuẩn.
- Cặp nhiệt Chromel/Alumel:
Cực dương là Chromel, hợp kim gồm 80%Ni + 10%Cr + 10%Fe. Cực âm là
Alumen, hợp kim gồm 95%Ni + 5%(Mn + Cr+Si).
Nhiệt độ làm việc ngắn hạn ~1100oC, Eđ = 46,16 mV.
Nhiệt độ làm việc dài hạn < 900oC.
Đường kính cực φ= 3 mm.
- Cặp nhiệt Chromel/Coben:
Cực dương là chromel, cực âm là coben là hợp kim gồm 56%Cu + 44% Ni.
Nhiệt độ làm việc ngắn hạn 800oC, Eđ = 66 mV.
Nhiệt độ làm việc dài hạn < 600oC.
- Cặp nhiệt Đồng/Coben:
Cực dương là đồng sạch, cực âm là coben.
Nhiệt độ làm việc ngắn hạn 600oC.
Nhiệt độ làm việc dài hạn <300oC.
Loại này được dùng nhiều trong thí nghiệm vì dễ chế tạo.

2. Điện trở , biến trở .
a.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.

9


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4

Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.

Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.
Cách đọc điện trở : vì điện trở rất đa dạng nên để đọc chính xác điện trở ta cần
xác định đúng trị số các vòng màu .

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

b. Biến trở

10


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn. Chúng

có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.
Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn
điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh
sáng hoặc bức xạ từ,...
Ký hiệu

3. Bộ khuếch đại thuật toán Opam 741

11


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4

Cấu tạo bên trong của OP 741
-OpAmp là một linh kiện có nhiều chức năng
Khuếch đại hiệu hai điện thế nhập
Khuếch đại điện âm hoặc dương

So sánh hai điện thế nhập
. Khi V+ > V- .
. Khi V+ < V- .
. Khi V+ = V- .
Ngoài ra, mạch tích phân ,vi phân ,mạch cộng ,mạch trừ...

12


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
4.LED.
-Led thực chất là một diod nhưng có phát ra ánh sáng khi có dòng điện chạy qua

nó.
- Là thiết bị dùng để báo sáng khi mạch đo thấy nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép

5.Transistor.

Nguyên lý hoạt động :Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E
trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E.
Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và tr ở hạn dòng vào hai c ực B và
E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.
Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai c ực C và E đã đ ược c ấp đi ện
nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC = 0 )
Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có m ột dòng đi ện
chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua m ối BE v ề cực
(-) tạo thành dòng IB
Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC ch ạy qua m ối CE làm
bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB
Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và ph ụ thu ộc
13


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
theo một công thức .
IC = β.IB
Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE
IB là dòng chạy qua m ối BE
β là hệ số khuyếch đại của Transistor
Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và l ỗ tr ống không th ể v ượt
qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do l ớp
bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp th ấp, vì v ậy s ố điện t ử t ự
do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang l ớp bán d ẫn P( c ực B )

lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó
thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện t ử bị hút v ề phía c ực
C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE ch ạy qua Transistor.
6. IC TC7107 chuyển đổi A-D và giải mã LED 7 thanh
TC7107A là bọ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số được cải tiến
trong đó được tích hợp giải mã led 7 thanh. Có tất cả 40 chân.
• Vin+: điện áp vào.
• Vref: chân điện áp tham chiếu, để so sánh với điện áp vào chân Vin+.
Lập tỉ lệ rồi đưa ra kết quả hiển thi.
• OSC 1,2,3: mắc 1 mạch RC để tạo dao động, và tạo chu kì quét thường
là 3 lần / 1s
• VINT: Tích hợp đầu ra. Điểm kết nối cho tụ điện tích hợp.
• VBUFF: kết nối điện trở tích hợp
Sơ đồ nguyên lí TC7107A

14


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4

Theo Datasheet:

Sơ đồ nối dây trên phần mềm mô phỏng Proteus và:

15


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
ICL7107 của hãng Intersil là một bộ chuyển đổi ADC 3 ½ digit công suất thấp,
hiển thị tốt.

Bao gồm trong IC này là bộ giải mã LED 7 đoạn, bộ điều khiển hiển thị, bộ tạo
chuẩn và bộ tạo xung đồng hồ. Các đặc tính của nó bao gồm: tự chỉnh “0” nhỏ hơn
10 uV, điểm “0” trượt không quá 1uV/oC, độ dốc dòng ngõ vào tối đa là 10pA.
IC này có các đặc điểm rất quan trọng sau:
- Độ chính xác rất cao.
- Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu.
- Không cần mạch lấy mẫu và mạch giữ.
- Tích hợp đồng hồ.
- Không cần các thành phần ngoại vi có độ chính xác cao
Kết quả hiển thị ra led 7 đoạn
DISPLAY COUNT = 1000.VIN / VREF
(Theo www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/75081/MICROCHIP/TC7107.html)

Vì vậy ta tính toán VREF =1000 mV để triệt tiêu 1000. Và khuếch đại điện áp Vin=đúng bằng giá trị
trên cảm biến nhiệt độ ,đơn vị là mV

7.

IC555:

Chân 1- Nối đất
Chân 2- Ngõ vào xung
Chân 3- Ngõ ra
Chân 4- Hồi phục
Chân 5- Điện áp điều khiển
Chân 6- Điện áp ngưỡng
Chân 7- Xả điện
Chân 8- Nguồn cấp dương
Hình 2.7.Sơ đồ và chức năng các chân IC555
Mạch tích hợp IC555 là mạch tích hợp

tương tự - số được ứng dụng rộng rãi. Khi
kết hợp với các phần tử R,C bên ngoài cho phép có được mạch tạo xung đơn (mạch định
16


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
thì) có độ rộng xung mong muốn, hoặc mạch dao động tạo dãy xung vuông có tần số xác
định.
Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối
tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC
nối vào chân dương của OA 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi
điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6
lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset .
Hinh 2.9.Nguyên lý hoạt động IC555

Hình 2.8.Sơ đồ nguyên lý IC555
Chu kỳ xung phụ thuộc rất nhiều vào các phần tử R,C bên ngoài.
• Thời gian nạp (có xung ra): tn = 0.69(RA+RB)C
• Thời gian xả điện (không có xung ra): tn = 0.69RBC
• Chu kì: T=0.69(RA+2RB)C
8.

Relay

Định nghĩa rơ le (relay):
Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện. Nói là một công tắc vì rơ le
có 2 trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện
chạy qua rơ le hay không
Nguyên tắc hoạt động:
Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra m ột

từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc m ở các
tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có
thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế.

17


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4

a.

Đèn sợi đốt 220V,100w

CẤU TẠO : gồm sợi đốt, bóng thủy tinh và đuôi đèn
- Sợi đốt làm bằng Vonfram, chịu được nhiệt độ cao, có ch ức năng biến
đổi điện năng thành quang năng.
- Bóng đèn được làm bằng thủy tinh chịu nhiệt,chịu được nhiệt đ ộ
cao,bảo vệ sợi đốt
- Đuôi đèn (đuôi xóay và đuôi ngạnh) được làm bằng đồng hoặc sắt tráng
kẽm gắn chặt với bóng thủy tinh, có chức năng nối với m ạng đi ện cung c ấp
cho đèn
TÁC DỤNG: Sưởi và chiếu sáng
Quạt mát 60w, 24DVC
Sử dụng động cơ 1 chiều nguồn 24V dùng để làm mát khi nhiệt độ vượt quá
mức cho phép.
b.

c.

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 :
18


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
Máy biến áp có chức năng hạ áp từ 220V xuống cấp điện áp thấp mà ta sử dụng
đó là 5V, 9V, 12V.
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:

Chương 3 : Tính toán thiết kế mạch đo
1.

Tính toán cảm biến (TCK)

Theo tính chất của vật liệu làm nên cặp nhiệt ngẫu cứ khoảng 1oC tương ứng với
0,4mV như hình :
Ở đề tài này yêu cầu dải nhiệt độ từ t°C = 0°C ÷ tmax = 0-(100 + 10×n)°C
(với n=57) tức là khoảng 0oC÷670oC cho nên ta sẽ chọn cặp nhiệt ngẫu làm từ
chromel/coben để sử dụng trong đề tài.Với cực dương là chromel, cực âm là
coben là hợp kim gồm 56%Cu + 44% Ni.Nhiệt độ làm việc ngắn h ạn 800 oC,
Eđ = 66 mV.
Nhiệt độ làm việc dài hạn < 600oC.

19

LÊ VĂN THUẬN – TĐH4

CJ
+
670.00
-

TC2

+37.3
mV

TCJ

Để chuẩn hóa đầu ra là 10V ta sử dụng mạch khuếch đại với OP 741 với các thông
số như sau:
2.

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.

20


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
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.
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 2 nửa chu kỳ.
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 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.

21


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4

Cơ cấu đo dùng ổn áp LM 7805 dùng để ổn áp đầu ra 5V:

3.

Tính toán thiết kế mạch khuếch đại và chuẩn hóa.

22


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4

U1
R7
10k
OPAMP

R2

R3

20k

10k

U3

CJ
+

R1
80

670.00

OPAMP

-

TC1

+10.0

TCJ

U2

R4

R5

R6

1400

10k

10k

+37.3
mV

OPAMP

Chuẩn hóa đầu ra 10V (mạch khuếch đại vi sai cải tiến)
Ta có
Mà
Do đó ta chọn các giá trị của R như sau:

23

Volts


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
CJ
+
670.00

R9

-

TC1

13404.8

TCJ
+37.3
mV

R10

U21

100

R11
100

OPAMP

R12
13404.8

Chuẩn hóa đầu ra 5V (mạch khuếch đại vi sai đơn giản)

Ta chọn các giá trị của R như sau: R10=R11=100Ω
Ta chọn các giá trị R như sau: R3=13 404Ω
R4=13 404Ω
********

Chuẩn hóa đầu ra -5V

24

+5.00
Volts


LÊ VĂN THUẬN – TĐH4
Sau khi chuẩn hóa đầu ra được 5 V ta biển đổi từ 5v sang -5v theo mạch
chuyển hóa sau:

R13
10k

U23

R14
10k

OPAMP
-5.00

+5.00

Volts

Volts

4.

Thiết kế mạch so sánh

Mạch so sánh có nhiệm vụ nhận tín hiệu điện áp ở khối khuếch đại đem so sánh
với Uđặt ,khi Uv>Uđặt thì còi sẽ kêu báo động. Ở đây đầu ra chuẩn hóa 10V ứng với
670oC.Khi nhiệt độ vượt quá 375oC ứng với 5.5V thì còi sẽ kêu,và đèn sẽ sáng
Các thông số của mạch so sánh là : Uđặt=5.5V

25