Khbd chuyên đề 3 vl11 (bài 7,8,9)

KẾ HOẠCH BÀI DẠY CHUYÊN ĐỀ 3: MỞ ĐẦU ĐIỆN TỬ HỌC Thời lượng: 12 tiết I Mục tiêu dạy học I.1 Kiến thức: * Nghiên cứu khuếch đại thuật toán + Phân loại cảm biến (sensor) theo: nguyên tắc hoạt động, phạm vi sử dụng, hiệu kinh tế + Nguyên tắc hoạt động của: điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR), điện trở nhiệt + Nguyên tắc hoạt động sensor sử dụng: điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR), điện trở nhiệt + Tính chất khuếch đại thuật tốn (op-amp) lí tưởng * Nghiên cứu thiết bị đầu + Nguyên tắc hoạt động mạch op-amp – relays + Nguyên tắc hoạt động mạch op-amp – LEDs (light-emitting diode) + Nguyên tắc hoạt động mạch op-amp – CMs (calibrated meter) + Thiết kế số mạch điện ứng dụng đơn giản có sử dụng thiết bị đầu * Nghiên cứu thiết bị cảm biến (sensing devices): nêu số ứng dụng thiết bị cảm biến nguyên tắc hoạt động thiết bị cảm biến I.2 Kỹ năng: Lập dự án nghiên cứu kiến thức ứng dụng: Thảo luận, đề xuất, chọn phương án thực dự án tìm hiểu nội dung kiến thức I.3 Thái độ + Tự tin đưa ý kiến cá nhân thực nhiệm vụ + Chủ động trao đổi, thảo luận với HS khác với GV + Hợp tác chặt chẽ với bạn thực nhiệm vụ nghiên cứu I.4 Định hướng lực hình thành + Năng lực sử dụng kiến thức(K): Sử dụng kiến thức vào việc giải thích vấn đề có liên quan đến cảm biến, khuếch đại thuật toán, thiết bị đầu tốn có liên quan đến thực tiễn + Năng lực phương pháp(P): Phương pháp nghiên cứu khoa học lập thực dự án + Năng lực trao đổi thông tin(X): Thực trao đổi, thảo luận với bạn để thực nhiệm vụ + Năng lực cá thể (C): Kết hợp kiến thức việc giải toán định luật Sử dụng kiến thức học vào lí giải vận dụng tình thực tiễn II Hình thức, phương pháp, kĩ thuật dạy học * Hình thức: Dạy học theo dự án + Tổ chức dạy học lớp + Tổ chức cho HS hoạt động nhóm * Phương pháp: Phát huy tính chủ động, sáng tạo phát triển lực học sinh III Chuẩn bị: III.1 Giáo viên * Kiến thức cũ HS: + Sự phụ thuộc điện trở vật dẫn vào nhiệt độ, cường độ ánh sáng + Các thiết bị: diot, transitor,… III.2 Học sinh Ơn tập, tìm hiểu kiến thức về: + Sự phụ thuộc điện trở vật dẫn vào nhiệt độ, cường độ ánh sáng + Các thiết bị: diot, transitor III.3 Gợi ý ứng dụng CNTT GV chuẩn bị kênh thơng tin cảm biến IV Tiến trình dạy học IV.1 Ổn định tổ chức: Kiểm tra sĩ số, chia nhóm học tập IV.2 Kiểm tra cũ: IV.3 Xây dựng kiến thức BÀI 7: CẢM BIẾN IV.3.1 Nội dung 1: Tìm hiểu khái niệm, phân loại cảm biến, nguyên tắc hoạt động cảm biến sử dụng biến trở phụ thuộc ánh sáng nhiệt độ ST T Hoạt động Nội dung Chuyển giao nhiệm vụ HS nhận nhiệm vụ: Thực dự án tìm hiểu khái niệm phân loại cảm biến, nguyên tắc hoạt động cảm biến sử dụng biến trở phụ thuộc ánh sáng nhiệt độ Thực nhiệm HS thực lên phương án thực dự án: vụ Tìm hiểu nhiệm vụ Phân công nhiệm vụ thành viên nhóm Lên thời gian hồn thành nhiệm vụ cụ thể, báo cáo tiến độ kết thực Các nhóm nhỏ trao đổi kết thảo luận với để đến kết luận chung Báo cáo, thảo luận Kết luận nhận định hợp thức hóa kiến thức Các nhóm đưa báo cáo thảo luận Giáo viên điều hướng học sinh tới kết luận GV định hướng học sinh trình bày nội dung BÀI 7: CẢM BIẾN I KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CẢM BIẾN Khái niệm Cảm biến (sensor) thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái hay trình vật lý, hóa học, sinh học biến đổi thành tín hiệu điện, sau thơng tin nhận thành dạng tin mã hố xuất hình máy tính để thu thập thơng tin trạng thái hay q trình Cảm biến nhiệt độ Micro áp điện Phân loại * Cách phân loại: Tùy theo mục đích người sử dụng * Cách 1: Dựa theo nguyên tắc hoạt động + Cảm biến chuyển đổi trực tiếp dạng tín hiệu thành tín hiệu điện (VD: Cặp nhiệt điện, micro áp điện,…) Điện áp Các dạng tín hiệu Cảm biến Dịng điện Cảm biến chuyển đổi trực tiếp dạng tín hiệu thành tín hiệu điện + Cảm biến chuyển đổi dạng tín hiệu thành biến đổi đại lượng vật lí (VD: điện trở quang, điện trở nhiệt,…) Thông qua mạch điện, biến đổi đại lượng vật lí chuyển thành tín hiệu điện để điều khiển thiết bị Điện áp Các dạng tín hiệu Mạch điện Cảm biến Dòng điện Cảm biến chuyển đổi dạng tín hiệu thành thay đổi điện trở * Cách 2: Dựa phạm vi sử dụng + Trong y tế: cảm biến đo nhịp tim, cảm biến đo nồng độ oxygen máu, cảm biến đo đường huyết,… + Trong môi trường: Cảm biến đo độ pH nước, cảm biến đo nồng độ bụi, cảm biến đo nồng độ khí độc, + Trong cơng nghiệp: Cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất,… + Trong nông nghiệp: Cảm biến đo độ ẩm đất, cảm biến ánh sáng, cảm biến đo độ mặn, Cảm biến đo độ pH, độ ẩm đất ứng dụng nông nghiệp Cảm biến đo nồng độ oxygen máu ứng dụng y tế Cảm biến phát khói ứng dụng cảnh báo cháy nổ Cảm biến siêu âm ứng dụng đo khoảng cách *Cách 3: Dựa vào hiệu kinh tế, cảm biến đánh giá phân loại theo tiêu chí giá thành, lượng tiêu thụ, độ xác độ bền, hiệu kinh tế đem lại từ việc sử dụng cảm biến đời sống sản xuất VD: Trong nơng nghiệp, sử dụng cảm biến để đo mức độ amoni đất – hợp chất vi khuẩn đất chuyển thành nitrit nitrat Sử dụng liệu với liệu thời tiết, giúp người trồng trọt đạt suất tối đa với lượng II NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG BIẾN TRỞ PHỤ THUỘC ÁNH SÁNG VÀ ĐIỆN TRỞ NHIỆT Điện trở phụ thuộc ánh sáng (Quang điện trở) a Khái niệm: Quang điện trở linh kiện điện tử mà điện trở phụ thuộc mạnh vào cường độ ánh sáng b Cấu tạo: Quang điện trở có cấu tạo chất bán dẫn Kí hiệu điện trở quang Điện trở quang c Nguyên tắc hoạt động: Dựa vào tượng quang điện + Khi xạ có bước sáng thích hợp chiếu vào chất bán dẫn, số electron liên kết bứt khỏi liên kết trở thành electron dẫn đồng thời để lại lỗ trống Chất bán dẫn có hạt mang điện tích tự Kết điện trở quang điện trở giảm Cường độ ánh sáng lớn điện trở quang điện trở nhỏ Khi cường độ ánh sáng nhận tăng điện trở giảm, từ vài nghìn Ohm (Ω) xuống vài trăm Ohm nhỏ hơn.) xuống vài trăm Ohm nhỏ Trong mạch điện, điện trở quang điện trở thay đổi Sự phụ thuộc điện trở quang điện trở làm thay đổi dịng điện điện áp vào cường độ sáng d Ứng dụng: + Công dụng quang điện trở dùng cảm biến ánh sáng thiết bị điện tử đại Ví dụ điện thoại thơng minh, máy tính xách tay, máy tính bảng, + Quang điện trở ứng dụng mạch dò sáng tối LDR dùng làm cảm biến nhạy sáng giúp đóng cắt đèn chiếu sáng + Trong lĩnh vực thiên văn hồng ngoại quang phổ hồng ngoại, LDR dùng làm thành bảng photocell hay cảm biến ảnh + Quang trở ứng dụng việc theo dõi an ninh, thiết bị cảnh báo an toàn camera chống trộm, thiết bị báo động, Điện trở nhiệt a Khái niệm: Điện trở nhiệt Kí hiệu điện trở nhiệt Sự phụ thuộc điện trở nhiệt điện trở NTC vào nhiệt độ Điện trở nhiệt hay nhiệt điện trở (thermistor) loại linh kiện điện tử mà điện trở thay đổi rõ rệt nhiệt độ thay đổi Trong mạch điện, điện trở nhiệt điện trở thay đổi làm thay đổi dịng điện điện áp b Phân loại: Có hai loại điện trở nhiệt + Điện trở có hệ số nhiệt dương (viết tắt PTC) hay cịn gọi nhiệt điện trở thuận Khi nhiệt độ tăng trở kháng tăng theo Điện trở nhiệt có hệ số nhiệt dương Điện trở nhiệt có hệ số nhiệt âm + Điện trở có hệ số nhiệt âm (viết tắt NTC) hay cịn gọi nhiệt điện trở thuận Khi nhiệt độ tăng trở kháng giảm theo c Ứng dụng làm cảm biến nhiệt + Điện trở nhiệt PTC thường dùng mạch điện bảo vệ trạng thái nhiệt thiết bị + Điện trở nhiệt NTC thường dùng ứng dụng đo lường kiểm soát nhiệt độ Sử dụng điện trở quang điện trở nhiệt để làm cảm biến Quang điện trở nhiệt điện trở sử dụng làm cảm biến ánh sáng cảm biến nhiệt độ Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở Cảm biến ánh sáng dùng điện trở nhiệt a Sơ đồ mạch điện: b Nguyên tắc: Trong mạch điện có chứa quang điện trở nhiệt điện trở (kí hiệu Rs) Khi có thay đổi cường độ chùm sáng chiếu vào (đối với quang điện trở) nhiệt độ (đối với nhiệt điện trở) tạo thay đổi điện trở RS, dẫn đến thay đổi điện áp URs UR Có thể sử dụng hai tín hiệu URs UR để làm tín hiệu đo lường điều khiển thiết bị thơng qua mạch điện tử thích hợp Mạch báo động sử dụng quang trở IV.3.2 Nội dung 2: Tìm hiểu khuếch đại thuật toán thiết bị đầu (Bài 8) ST T Hoạt động Nội dung Chuyển giao nhiệm vụ HS nhận nhiệm vụ: Thực dự án tìm hiểu khái niệm, tính chất khuếch đại thuật tốn thiết bị đầu Thực nhiệm vụ HS thực lên phương án thực dự án: Tìm hiểu nhiệm vụ Phân cơng nhiệm vụ thành viên nhóm Lên thời gian hoàn thành nhiệm vụ cụ thể, báo cáo tiến độ kết thực Các nhóm nhỏ trao đổi kết thảo luận với để đến kết luận chung Báo cáo, thảo luận Kết luận nhận định hợp thức hóa kiến thức Các nhóm đưa báo cáo thảo luận Giáo viên điều hướng học sinh tới kết luận GV định hướng học sinh trình bày nội dung BÀI BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN VÀ THIẾT BỊ ĐẦU RA I BỘ KHUẾCH ĐẠI VÀ BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN Khái niệm a Khái niệm: Bộ khuếch đại thiết kế để làm tăng cường độ tín hiệu điện lên nhiều lần + Bộ khuếch đại lí tưởng: có hệ số khuếch đại lớn, tín hiệu đầu không bị méo + Cấu tạo: transistor, điện trở, tụ điện,… tích hợp mạch với nhiều chân (gọi IC) Tín hiệu điện áp trước sau + Bộ khuếch đại thuật tốn: có hệ số khuếch đại tùy khuếch đại chỉnh, thực nhiều chế độ khuếch đại với hệ số khuếch đại lớn + Khuếch đại thuật toán sử dụng để khuếch đại tín hiệu nhỏ từ cảm biến trước đưa tới tầng khuếch đại tiếp theo, ứng dụng máy tính nhiều thiết bị tự động hóa b Kí hiệu khuếch đại thuật tốn Kí hiệu rút gọn V : lối vào không đảo vào+ V : lối vào đảo vào+V : chân nguồn dương cc -V : chân nguồn âm cc V : chân ra + Hầu hết khuếch đại thuật toán hoạt động với hai nguồn điện áp chiều II MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN LÍ TƯỞNG + Hệ số khuếch đại thuật tốn vơ + Cho phép khuếch đại tín hiệu có cơng suất nhỏ mà khơng làm suy giảm tín hiệu + Băng thơng khuếch đại thuật tốn lí tưởng hoạt động tần số + Khơng có thời gian trễ + Khơng gây nhiễu q trình khuếch đại III THIẾT BỊ ĐẦU RA Relay điện từ a Khái niệm + Relay điện từ cơng tắc đóng, ngắt chuyển mạch tải điện lực từ + Q trình đóng ngắt thực dịng điện (dòng điều khiển) cỡ vài chục mA b Cấu tạo hoạt động relay điện từ - Khi chưa có dịng điều khiển, hai tiếp điểm điện cực tách rời nhau: relay trạng thái ngắt mạch - Khi có dịng điều khiển, lực từ hút miếng sắt non phía làm tiếp điểm điện cực tiếp xúc với nhau: relay trạng thái đóng mạch - Điện áp lối khuếch đại thuật toán sử dụng để cấp dịng điều khiển cho relay: relay đóng mạch điện áp đầu mạch khuếch đại có giá trị dương, ngắt mạch điện áp coa giá trị âm Diode phát quang (LED) LED linh kiện điện tử biến đổi điện thành quang với hiệu suất cao - LED diode bán dẫn, phát sáng có dịng điện chạy theo chiều thuận - LED phù hợp để mắc vào lối khuếch đại thuật toán, nhiên cần phải mắc nối tiếp với điện trở để đảm bảo điện áp hoạt động Kí hiệu LED Bộ hiển thị + Thay phải đọc giá trị điện áp quy đổi thành đại lượng cần khảo sát, ta sử dụng hiển thị để thị trực tiếp giá trị cần đo Vôn kế thị kim mắc trực tiếp vào lối khuệch đại thuật tốn sử dụng làm hiển thị + Đo đại lượng cần khảo sát thiết bị chuẩn, đồng thời quan sát giá trị góc quay vôn kế + Ứng với giá trị đo máy đo, có giá trị góc quay tương ứng + Đánh dấu góc quay ghi lại giá trị tương ứng đại lượng vừa đo, có vạch chia thang chia độ đại lượng cần đo Thang chia độ tuyến tính (màu xanh) phi tuyến (màu đỏ) IV.3.3 Nội dung 3: Tìm hiểu mạch điện đơn giản có sử dụng thiết bị đầu (Bài 9) ST T Hoạt động Nội dung Chuyển giao nhiệm vụ HS nhận nhiệm vụ: Thực dự án tìm hiểu mạch điện đơn giản có sử dụng thiết bị đầu Thực nhiệm vụ HS thực lên phương án thực dự án: Tìm hiểu nhiệm vụ Phân cơng nhiệm vụ thành viên nhóm Lên thời gian hoàn thành nhiệm vụ cụ thể, báo cáo tiến độ kết thực Các nhóm nhỏ trao đổi kết thảo luận với để đến kết luận chung Báo cáo, thảo luận Kết luận nhận định hợp thức hóa kiến thức Các nhóm đưa báo cáo thảo luận Giáo viên điều hướng học sinh tới kết luận GV định hướng học sinh trình bày nội dung BÀI MẠCH ĐIỆN ĐƠN GIẢN CÓ SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐẦU RA I MẠCH ĐIỆN TẠO TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN Mạch điện Tín hiệu đầu Tín hiệu từ cảm biến - - - Thiết bị cần điều khiển Nếu điện áp đầu vào không đảo (chân +)cao điện áp đầu vào đảo (chân -) điện áp đầu (Ur) điện áp dương nguồn (mức cao) Ngược lại, điện áp đầu điện áp âm nguồn (mức thấp) Biến trở R0 : tạo điện áp U0 đầu vào đảo Điện trở R1, R2 : tạo điện áp Us đầu vào không đảo Nếu thay R1 R2 cảm biến điện áp Us thay đổi theo thay đổi điện trở cảm biến Nếu Us vượt qua U0 điện áp đầu thay đổi mức giá trị Nếu nối đầu với relay thiết bị cảnh báo: có thiết bị đóng ngắt mạch điện cảnh báo ngưỡng tự động II MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN ỨNG DỤNG CẢM BIẾN Mạch điện tự động chiếu sáng - Điện trở Rs: quang điện trở - R0 đặt cho U0 nhỏ Us lúc trời tối chút - Khi trời tối, điện áp Ur mức cao, relay đóng mạch làm cho đèn sáng 10 Khi trời sáng điện áp Us giảm xuống thấp U0 nên Ur mức thấp, relay ngắt mạch để tắt đèn Mạch điện cảnh báo rị rỉ khí cháy nổ - Điện trở Rs: Cảm biến phát khí cháy nổ - R0 đặt cho U0 cao Us chút khơng có khí rị rỉ - Khi khơng có khí rị rỉ, điện áp Ur mức thấp, cịi khơng kêu Khi có khí rị rỉ, điện áp Us tăng cao U0 nên Ur mức cao, relay đóng mạch, cịi cảnh báo bật phát âm Thiết bị cảnh báo rị rỉ khí cháy thực tế Mạch điện tự động đóng mở van nước - Mạch địi hỏi phải có diode thu phát xạ hồng ngoại để tạo tín hiệu điều khiển - Diode thu hồng ngoại D2 (đầu thu) thay cho R1, diode phát hồng ngoại D1 (đầu phát Led phát hồng ngoại) mắc nối tiếp với điện trở R (tránh làm hỏng diode) - Diode mắc theo phân cực ngược - Khi có tia hồng ngoại chiếu vào điện trở phân cực ngược giảm, cường độ tia hồng ngoại mạnh điện trở giảm nhiều 11 - - Cặp đầu thu phát gắn vòi nước theo chiều hướng xuống Biến trở R0 điều chỉnh cho chưa đưa tay đến gần vịi nước điện áp U0 cao Us chút Khi đó, điện áp đầu khuếch đại thuật toán mức thấp, van nước trạng thái đóng Khi đưa tay đến gần vòi nước, tia hồng ngoại phản xạ tay tới đầu thu với cường độ mạnh làm điện áp Us tăng cao U0, điện áp lối mức cao, relay đóng mạch để mở khóa van nước V.4 Củng cố, vận dụng: I BÀI Câu hỏi mở 7.1: Con người cảm nhận vật thơng qua giác quan Tuy nhiên, có vật chất mà nhận biết giác quan Vậy làm để biết tồn dạng vật chất này? Trả lời Con người sử dụng thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái hay q trình vật lí, hóa học, sinh học biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin trạng thái hay q trình thiết bị gọi cảm biến Câu hỏi I.1: Để phát thanh, người ta dùng máy tăng ăm, loa micro Trong ba thiết bị đó, thiết bị gọi cảm biến? Tại sao? Trả lời Micro gọi loại cảm biến để chuyển đổi âm sang chế độ tín hiệu điện để từ xử lý âm để có chất lượng âm tốt Câu hỏi I.2: Hãy kể tên số thiết bị, vật dụng có sử dụng cảm biến mà em biết Các thiết bị cảm biến: Cảm biến hình ảnh Cảm biến nhiệt độ Cảm biến xạ Cảm biến tiệm cận Cảm biến vị trí Cảm biến quang điện Cảm biến hạt Cảm biến chuyển động Cảm biến kim loại Cảm biến cường độ Cảm biến rò ri Cảm biến độ ẩm Cảm biến khí hóa chất Cảm biến lực Cảm biến dòng chảy Cảm biến khuyết tật Cảm biến lửa Cảm biến biến dạng Cảm biến tiếp xúc Cảm biến không tiếp xúc Cảm biến gia tốc Cảm biến áp suất 12 Câu hỏi I.3: Hãy nêu khác cảm biến biến đổi trực tiếp gián tiếp dạng tín hiệu thành tín hiệu điện Trả lời Cảm biến chuyển đổi nhận phản hồi tín hiệu kích thích từ hệ thống vật lý Nó tạo tín hiệu, đại diện cho thông tin hệ thống, sử dụng số loại hệ thống đo từ xa, thông tin điều khiển Cảm biến chuyển đổi trực tiếp dạng tín hiệu thành tín hiệu điện biến đổi trực tiếp thông tin thành dạng điện để truyền đến đầu Còn cảm biến chuyển đổi gián tiếp dạng tín hiệu thành tín hiệu điện biến đổi thành đại lượng vật lí khác thơng qua mạch điện biến đổi đại lượng vật lí chuyển thành tín hiệu điện để điều khiển thiết bị Câu hỏi I.4: Hãy nêu ví dụ ứng dụng cảm biến lĩnh vực khoa học hay sống mà em biết Cảm biến phận khơng thể thiếu tự động hóa CB IoT hệ thần kinh vậy, người cảm giác giới xung quanh nhờ cảm giác, khứu giác, vị giác, vv… Thì IoT đo lường tiếp nhận thông tin từ môi trường từ cảm biến IoT( Internet of Things ) thông qua cảm biến để nhận biết thay đổi mơi trường, từ đưa thơng số lưu trữ Big Data, cung cấp thông tin cho người dùng tự động điều chỉnh máy móc hoạt động chế độ phù hợp Điện thoại thơng minh ngày nhận diện khn mặt mở khóa hình với vài thao tác đơn giản Đây ứng dụng cảm biến tiệm cận lĩnh vực công nghệ đời sống Các cảm biến tích hợp thêm pin, tia hồng ngoại Ngày nay, không nhận diện khuôn mặt, cảm biến phát triển nhiều tơ có chế độ đỗ xe thơng minh tương lai xe tự lái Câu hỏi học 7.2: Từ Hình 7.6, nhận xét mức độ thay đổi điện trở điện trở quang theo cường độ sáng Trả lời Từ hình 7.6 ta thấy giá trị điện trở quang tỉ lệ nghịch với cường độ sáng, cường độ ánh sáng tăng giá trị điện trở giảm cường độ ánh sáng giảm giá trị điện trở tăng Câu hỏi học 7.2 Để tránh dòng điện lớn qua thiết bị điện người ta mắc nối tiếp thiết bị điện với điện trở nhiệt Theo em ta nên dùng điện trở nhiệt NTC hay PTC cho mục đích trên? Tại sao? Trả lời Nên dùng loại PTC điện trở nhiệt PTC thường dùng mạch điện bảo vệ trạng thái nhiệt thiết bị, dòng điện lớn gây sinh nhiệt mức gây cháy nổ lúc giá trị điện trở PTC tăng lên hạn chế lại lượng điện mức chạy qua mạch điện Câu hỏi II.1: Tại điện trở quang điện trở nhiệt lại sử dụng để làm cảm biến? Trả lời Vì linh kiện tạo thay đổi điện trở khi có ánh sáng chiếu vào (đối với điện trở quang) có thay đổi nhiệt độ (đối với điện trở quang) có thay đổi nhiệt độ (đối với điện trở nhiệt) mạch điện có sử dụng cảm biến lại cần tín hiệu điện áp 13 để đo lường hay điều khiển thiết bị nên ta cần mạch điện để biến thay đổi điện trở thành điện áp Câu hỏi II.2: Phân biệt giống khác điện trở quang điện trở nhiệt Trả lời Quang trở làm chất bán dẫn trở kháng cao khơng có tiếp giáp Trong bóng tối, quang trở có điện trở đến vài MΩ) xuống vài trăm Ohm nhỏ Khi có ánh sáng, điện trở giảm xuống mức vài trăm Ω) xuống vài trăm Ohm nhỏ Hoạt động quang trở dựa hiệu ứng quang điện khối vật chất Khi photon có lượng đủ lớn đập vào, làm bật electron khỏi phân tử, trở thành tự khối chất làm chất bán dẫn thành dẫn điện Mức độ dẫn điện tuỳ thuộc số photon hấp thụ Tuỳ thuộc chất bán dẫn mà quang trở phản ứng khác với bước sóng photon khác Quang trở phản ứng trễ điốt quang, cỡ 10 ms, nên tránh thay đổi nhanh nguồn sáng Điện trở nhiệt loại điện trở có trở kháng thay đổi cách rõ rệt tác dụng nhiệt, hẳn so với loại điện trở thông thường Điện trở nhiệt ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điện tử: làm cảm biến nhiệt, hạn chế dịng xung kích Nhiệt điện trở khác với nhiệt điện kế Câu hỏi II.3: Từ đồ thị Hình 7.6 Hình 7.9, em cho biết điện trở quang điện trở nhiệt NTC hoạt động vùng ánh sáng nhiệt độ tốt? Trả lời Điện trở quang điện trở nhiệt NTC hoạt động vùng ánh sáng nhiệt độ yếu vừa tốt giá trị điện trở khơng làm ảnh hưởng đến hoạt động bình thường mạch II BÀI Câu hỏi 8.1: Chiếc loa tăng âm hay tai nghe máy nghe nhạc vật dụng quen thuộc với sống thường ngày Từ người nghệ sĩ biểu diễn sân khấu đến phát viễn, diễn giả, cần đến thiết bị để truyền tải tiếng đàn, tiếng hát hay giọng nói họ đến người nghe Vậy, thiết bị làm cho loa hay cặp tai nghe phát âm thanh? Trả lời Vì loa hay cặp tai nghe có khuếch đại nên nghe âm to Câu hỏi I.1: Thế khuếch đại, khuếch đại thuật toán? Hãy nêu số ví dụ ứng dụng khuếch đại thuật tốn sống mà em biết Trả lời Bộ khuếch đại thuật tốn khuếch đại có hệ số khuếch đại tuỳ chỉnh, thực nhiều chế độ khuếch đại với hệ số khuếch đại lớn Nhờ có tính đa dạng linh hoạt, khuếch đại thuật toán xem khuếch đại có nhiều ứng dụng Bộ khuếch đại thuật toán thường sử dụng để khuếch đại tín hiệu nhỏ từ cảm biển trước đưa tới tầng khuếch đại Ngồi ra, cịn ứng dụng máy tính nhiều loại thiết bị tự động hố khác Câu hỏi I.2: Bộ khuếch đại thuật tốn có ưu điểm gì? Trả lời Bộ khuếch đại thuật tốn có tính tùy chỉnh, thực hệ số khuếch đại lớn, đa dạng, linh hoạt so với khuếch đại thông thường Câu hỏi II.1: Relay điện từ gì? Relay điện từ khác với cơng tắc điện thơng thường nào? Tại lại cần nguồn điều khiển cho relay điện từ? Trả lời 14  Relay điện từ cơng tắc đóng, ngắt chuyển mạch tải điện lực từ Q trình đóng, ngắt mạch điện thực dòng điện  Relay thiết bị đóng ngắt mà vận hành tiếp điểm mạch điện cách thay đổi điều kiện mạch điện hay nhiều mạch điện khác Cịn cơng tắc điện thiết bị đóng ngắt giúp đảm bảo việc thiết lập liên tục ngắt mạch điện điều kiện bình thường  Khi có dịng điều khiển, lực từ hút miếng sắt non phía làm tiếp điểm điện cực tiếp xúc với nhau, relay trạng thái đóng mạch Nếu mắc nối tiếp điện cực với mạch tải điện relay thực chức đóng ngắt mạch điện Câu hỏi 2: Dòng điều khiển dòng qua mạch tải điện chạy phận relay điện từ? Trả lời Trong hình 8.4: Dịng điều khiển chạy qua mạch CD nam cham điện Dịng qua mạch tải điện chạy qua mạch ngồi AB Câu hỏi 3: Relay Hình 8.5 hoạt động nối trực tiếp đầu mạch khuếch đại thuật toán với chân điều khiển relay mà không qua diode? Trả lời Relay trạng thái đóng mạch dù điện áp đầu vào âm hay dương Câu hỏi 4: Trong sơ đồ Hình 8.8, để dàn LED sáng điện áp lối mạch khuếch đại thuật toán phải dương hay âm so với đất? Trả lời Điện áp lối mạch khuếch đại phải dương so với mặt đất Câu hỏi 5: Tại phải mắc điện trở nối tiếp với đèn LED lối mạch khuếch đại thuật tốn? Trả lời Vì điện áp hoạt động đèn LED nhỏ, cỡ 2V khơng thể mắc trực tiếp vào nối khuếch đại thuật tốn kho dịng qua LED lớn, làm hỏng LED khuếch đại nên cần dùng điện trở có giá trị phù hợp mắc nối tiếp với LED C BÀI Câu hỏi mở 9.1: Trong nhà thông minh, cánh cửa tự đóng mở có người qua lại, vịi nước tự mở tự khóa có người sử dụng, bóng đèn tự bật trời tối tự tắt trời sáng Làm để thiết bị hoạt động cách tự động vậy? Trả lời Vai trị khuếch đại thuật tốn khuếch đại tín hiệu đầu vào từ cảm biến để đưa tín hiệu vào mạch điện đến thiết bị cần điều khiển Có thể khơng cần khuếch đại nhiên với tín hiệu nhỏ, yếu thiết bị không điều khiển Câu hỏi mở 9.1: Trong ngơi nhà thơng minh, cánh cửa tự đóng mở có người qua lại, vịi nước tự mở tự khóa có người sử dụng, bóng đèn tự bật trời 15 tối tự tắt trời sáng Làm để thiết bị hoạt động cách tự động vậy? Trả lời Thiết bị điện nhà tự động vận hành tính vượt bậc giải pháp nhà thơng minh, mang lại cho bạn sống đại, tiện nghi Với tích hợp cảm biến chuyển động, cảm ứng ánh sáng thông minh, không cần đến hỗ trợ người mà thiết bị hoạt động tốt Câu hỏi I.1: Vai trò khuếch đại thuật tốn sơ đồ Hình 9.1 gi? Có thể dùng tín hiệu trực tiếp từ cảm biến để điều khiển thiết bị mà không cần mạch khuếch đại khơng? Trả lời Vai trị khuếch đại thuật tốn khuếch đại tín hiệu đầu vào từ cảm biến để đưa tín hiệu vào mạch điện đến thiết bị cần điều khiển Có thể khơng cần khuếch đại nhiên với tín hiệu nhỏ, yếu thiết bị khơng điều khiển Câu hỏi I.2: Tại điện trở cảm biến Hình 9.2 thay đổi lại làm tín hiệu điện áp tới chân vào khơng đảo khuếch đại thuật toán thay đổi? Trả lời Khi đưa tay tới gần vòi nước, tia hồng ngoại phản xạ tay tới đầu thu với cường độ mạnh làm điện áp Us tăng vượt điện áp U0 Kết điện áp lối mức cao relay đóng mạch để mở khóa van nước VI Ra tập nhà, rút kinh nghiệm: Bài tập giao trước học Thực dự án tìm hiểu cảm biến (Bài 7) theo bước sau: Bước 1: Nhiệm vụ:  Tìm hiểu phân loại loại cảm biến  Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động loại cảm biến Bước 2: Hình thức báo cáo: Thuyết trình, hồ sơ học tập, sơ đồ tư duy, Bước 3: Kế hoạch thời gian thực hiện: ( ngày, phân bố công việc phù hợp với thời gian biểu học sinh)  giai đoạn 1: Tìm hiểu cách phân loại loại cảm biến, ví dụ loại cảm biến  giai đoạn 2: Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động loại cảm biến  giai đoạn 3: Kiểm tra lại tính xác nội dung, xây dựng cách trình bày nội dung tìm kiếm Bước 4: Tiêu chí đánh giá dự án  Hoàn thành thời hạn  Nội dung đầy đủ, chi tiết  Ví dụ minh họa rõ ràng  Trình bày khoa học, đẹp  Phong thái thuyết trình tự tin  Bước 5: Thực kế hoạch Cách phân loại cảm biến - Dựa nguyên tắc hoạt động chia cảm biến thành: cảm biến chuyển đổi trực tiếp dạng tín hiệu thành tín hiệu điện (Hình 7.1) (ví dụ: cặp nhiệt điện, micro áp điện, ) cảm biến chuyển đổi dạng tín hiệu thành biến đổi đại lượng vật lí (Hình 7.2) (ví dụ: điện 16 trở quang, điện trở nhiệt, ) Thông qua mạch điện, biến đổi đại lượng vật lí chuyển thành tín hiệu điện để điều khiển thiết bị - Dựa phạm vi sử dụng, cảm biến phân loại theo ứng dụng khác như: y tế (cảm biến đo nhịp tim, cảm biến đo nồng độ oxygen máu, cảm biến đo đường huyết, ); môi trường (cảm biến đo độ pH nước, cảm biến đo nồng độ bụi, cảm biến đo nồng độ khí độc, ); công nghiệp (cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất); nông nghiệp (cảm biến đo độ ẩm đất, cảm biến ánh sáng, cảm biến đo độ mặn,.) - Dựa hiệu kinh tế, cảm biến đánh giá phân loại theo tiêu chí giá thành, lượng tiêu thụ, độ xác độ bền, hiệu kinh tế đem lại từ việc sử dụng cảm biến đời sống sản xuất Ví dụ nơng nghiệp, sử dụng cảm biến để đo mức độ amoni đất – hợp chất vi khuẩn đất chuyển thành nitrit nitrat Sử dụng liệu với liệu thời tiết, giúp người trồng trọt đạt suất tối đa với lượng phân bón tối thiểu Bước 6: Lắp ghép chế tạo mạch cảm biến ánh sáng, âm đơn giản Bước 7: Báo cáo đánh giá dự án, nghe nhận xét, rút kinh nghiệm cho dự án sau Thực dự án thiết kế số mạch điện ứng dụng đơn giản có sử dụng thiết bị đầu (Bài 9) theo bước sau: Bước 1: Nhiệm vụ: Tìm hiểu số ứng dụng đơn giản mạch điện có sử dụng cảm biến thiết bị đầu Trình bày số ứng dụng đơn giản có sử dụng cảm biến thiết bị đầu Bước 2: Hình thức báo cáo: Thuyết trình, hồ sơ học tập, sơ đồ tư duy, Bước 3: Kế hoạch thời gian thực hiện: ( ngày, phân bố công việc phù hợp với thời gian biểu học sinh) giai đoạn 1: Tìm hiểu số ứng dụng đơn giản mạch điện có sử dụng cảm biến thiết bị đầu giai đoạn 2: Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động ứng dụng đơn giản mạch điện có sử dụng cảm biến thiết bị đầu giai đoạn 3: Kiểm tra lại tính xác nội dung, xây dựng cách trình bày nội dung tìm kiếm Bước 4: Tiêu chí đánh giá dự án Hồn thành thời hạn Nội dung đầy đủ, chi tiết Ví dụ minh họa rõ ràng Trình bày khoa học, đẹp Phong thái thuyết trình tự tin Bước 5: Thực kế hoạch Mạch điện tự động chiếu sáng  Mạch điện thiết bị tự bật đèn trời tối tắt đèn trời sáng Trong điện trở R2 thay cảm biến điện trở quang Rs Con chạy biến trở R0 đặt vị trí cho điện áp U0 nhỏ điện áp Us lúc trời tối chút Như vậy, trời tối điện áp Ur mức cao, relay đóng mạch làm cho đèn sáng Khi trời sáng điện áp Us giảm xuống thấp điện áp U0 điện áp Ur mức thấp, relay ngắt mạch để tắt đèn Với nguyên tắc hoạt động mạch điện trên, bóng đèn tự bật trời tối tự tắt trời sáng Mạch điện cảnh báo rị rỉ khí cháy nổ 17  Mạch điện cảnh báo rị rỉ khí cháy nổ hoạt động tương tự mạch tự động bật tắt bóng đèn Con chạy biến trở R0 đặt cho điện áp U0 cao điện áp Us chút khơng có rỏ rỉ khí Như vậy, khơng có rị rỉ khí, điện áp Ur mức thấp, cịi khơng kêu Khi có rị rỉ khí, điện trở cảm biến giảm xuống đột ngột làm cho điện áp Ur tăng nhanh Nếu điện áp Us tăng cao điện áp U0 điện áp Ur mức cao, cịi cảnh báo kích hoạt để phát âm Bước 6: Báo cáo đánh giá dự án, nghe nhận xét, rút kinh nghiệm cho dự án sau *Thực dự án tìm hiểu khuếch đại thuật toán thiết bị đầu (Bài 8) theo bước sau: Bước 1: Nhiệm vụ:  Tìm hiểu tính chất khuếch đại thuật toán nguyên tắc hoạt động thiết bị đầu mạch op-amp-relays, mạch op-amp-LEDs mạch op-amp-CMs Bước 2: Hình thức báo cáo: Thuyết trình, hồ sơ học tập, sơ đồ tư duy, Bước 3: Kế hoạch thời gian thực hiện: ( ngày, phân bố công việc phù hợp với thời gian biểu học sinh)  giai đoạn 1: Tìm hiểu tính chất khuếch đại thuật tốn  giai đoạn 2: Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động thiết bị đầu mạch op-amp-relays, mạch op-amp-LEDs mạch op-amp-CMs  giai đoạn 3: Kiểm tra lại tính xác nội dung, xây dựng cách trình bày nội dung tìm kiếm Bước 4: Tiêu chí đánh giá dự án  Hoàn thành thời hạn  Nội dung đầy đủ, chi tiết  Ví dụ minh họa rõ ràng, dễ hiểu, gần gũi với thực tế  Trình bày khoa học, đẹp  Phong thái thuyết trình tự tin  Bước 5: Thực kế hoạch Bộ khuếch đại thuật toán ứng dụng phổ biến nhiều thiết bị điện tử từ thiết bị dân dụng công nghiệp khoa học Một khuếch đại thuật tốn lí tưởng cần có số tính chất sau:  Hệ số khuếch đại thuật tốn lí tưởng vơ Trên thực tế hệ số khuếch đại lên tới vài trăm ngàn Chính vậy, khuếch đại thuật tốn lí tưởng khuếch đại tín hiệu có biên độ nhỏ  Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng cho phép khuếch đại tín hiệu có cơng suất nhỏ mà khơng làm suy giảm tín hiệu bị tiêu hao lượng lối vào dịng điện lối khơng bị suy giảm tiêu hao lượng mạch khuếch đại nối với tải  Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng hoạt động tần số  Tín hiệu lối vào khuếch đại thuật tốn lí tưởng gần khuếch đại thành tín hiệu lối mà khơng có thời gian trễ  Bộ khuếch đại thuật tốn lí tưởng khơng gây nhiễu trình khuếch đại Nguyên tắc hoạt động thiết bị đầu mạch op-amp-relays, mạch op-amp-LEDs mạch op-amp-CMs + Mạch op-amp-relays: Relays điện từ cơng tắc đóng, ngắt chuyển mạch lực từ Qúa trình đóng, ngắt mạch điện thực dòng điện (dòng điều khiển) 18 + Mạch op-amp-LEDs: LED linh kiện điện tử biến đổi điện thành quang với hiệu suất cao Bản chất LED diode bán dẫn, LED phát sáng có dịng điện chạy theo chiều thuận + Mạch op-amp-CMs: Vôn kế thị kim mắc trực tiếp vào lối khuếch đại thuật toán dùng để làm hiển thị Bước 6: Báo cáo đánh giá dự án, nghe nhận xét, rút kinh nghiệm cho dự án sau 19