Điện Tử Tự Động - Tự Động Hóa Bằng Kỹ Thuật Số Phần 9 pps

Điều khiển tự động (1) – Bùi Hồng Dương Trang - 65 - ng trình (4-3), (4-4) và (4-5), thì l  4-6 =      =  3  1 +  3   4  2 +  4 này  4-7 =   3  2   1  4 ( 1 +  3 )( 2 +  4 ) Phng trình (4-7)   ing trình (4-7), nên    ng trình (4-7)  4-8  3  2 =  1  4 Phng trình (4-8)   ph(4-8) ng trình (4-7) và (4-8)  W kháng vào cao. Ví dụ (4-3)        (HÌNH 4-4) có     1 =1000, R 2 =842 và R 3 =500 4 .  ng trình (4-8):  3  2 =  1  4  4 =  3  2  1 =  500  842  1000 =  Ví dụ (4-4) Các  1 =R 2 =R 3 =120, R 4 =121.  Điều khiển tự động (1) – Bùi Hồng Dương Trang - 66 -   chênh in áp theo =   3  2   1  4 ( 1 +  3 )( 2 +  4 ) =  10   120  120    120  121   120 + 120  120 + 121  = . () 4.3.2.2 Cầu Wheatstone dùng dòng xoay chiều (AC) Hình 4-5: Mạch cầu xoay chiều AC Khái niệm về mạch cầu Wheatstone ta vừa xem xét có thể được ứng dụng cả với trở kháng giống như với điện trở. Khi đó, cầu được thể hiện như trong HÌNH 4-5, và có nguồn xoay chiều kích thích, thông thường là nguồn tín hiệu điện áp hình sin. Cách phân tích mạch cầu AC tương tự như với mạch cầu DC, với trở kháng (Z ) thay cho các trở (R). Điện áp độ lệch trong cầu được tính như sau 4-9 =   3  2   1  4   1 +  3   2 +  4  =  á   n áp ngun kích thích hình sin,  1 ,  2 ,  3 ,  4 là các tr kháng ca cu. Cu cân bng thì = 04-9  4-10  3  2 =  1  4 4-8 4-10    o  (4-10). Điều khiển tự động (1) – Bùi Hồng Dương Trang - 67 - Ví dụ (4-5) HÌNH 4-6. H  (null). Hình 4-6: Mạch cầu ac cho ví dụ (4-5) Bài gii Vì cu cân bng, cho nên ta có  3  2 =  1   Hoc  2   3     =  1         4-11  2  3    2  =  1      1   4-10), do vy     2  3  1 = 0    =  2   (1 ) 1  = 2 Và   =   1  2    =  1   1  2  = .   Điều khiển tự động (1) – Bùi Hồng Dương Trang - 68 - 4.4 Mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier- Op Amp) M khu  thu toán (Op Amp) là m m t h có chc nng khu  và x lý tín hiu in, d rông rãi trong công ngh iu khin các quá trình công nghip. Có r nhiu nhà s xu khác nhau, nh các m thu toán u có m s thuc tính hat ng c b tdùng chung trong thi k các m iu khin. 4.4.1 Tính chất của bộ khuếch đại thuật toán Bô khu  thu toán  l cc k  gin và là mt b khu  in t vô d. HÌNH 4-7 (A) là ký hiu quy c nó, v hai cc vào p là c (+) và cc  (-), và m cc ra. Quan h gia  ra v  vào c nó c r n gi, ta s mô t nó nh là m  ngay sau ây. Hình 4-7: Ký hiệu và đặc tính lý tưởng của bộ khuếch đại thuật toán 4.4.2 Bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng.  mô t ho ng c m b khu  thu , ta ký hiu in áp vào cc không  là V 1 , còn vào c là V 2 , in áp t cc ra là V o . , n V 1 - V 2 có giá tr d ( V 1 > V 2 ), thì V o bão hoà d. Nu V 1 -V 2 âm (V 2 > V 1 ), thì V o bão hoà âm nh mô t trên HÌNH 4-7 (b). Lu ý rng in áp t cc   in áp t cc vào không o thì in áp ra bão hoà âm . B khu  lý t này có h s khu  không xác  vì v nhiu  lh in áp gia hai cc vào V1 và V 2 khác nhau ta vn có cùng m giá tr in áp ra bão hòa. Các tính ch khác c b khu  thut  là:  Có tr kháng cao vô cùng gia hai cc vào.  Tr kháng ra b khng. Nh v, cn b mà nói, b khuh  thu toán là m thi b ch có hai tr thái  ra: +V sat và -V sat . Trong thc t, thi b này luôn dùng v m m khu . Điều khiển tự động (1) – Bùi Hồng Dương Trang - 69 - M khu  này cho phép ta có r nhi quan h lý thú gia in áp ra v in áp vào c nó. Bộ khuếch đại đảo lý tưởng dùng bộ khuếch đại thuật toán  xét xem b khu  thu toán uc dùng ra sao, ta xem m trên HÌNH 4-8. in tr R 2 R 1 n thông in áp vào (V in ) t im n chung (s). im ni chung này g là im c (so sánh) tín hiu. Ta th, n không có phn hi và cc vào (+) n , in áp ra s bão hoà âm khi V in > 0 và in áp ra s bão hoà d khi V in < 0  a-   b- Không có dòng in ch qua gia các c vào c b khu , vì gi  là tr kháng gi chúng l vô cùng. Hình 4-8: Bộ khuếch đại đảo dùng mạch khuếch đại thuật toán  4-12  1 +  2 = 0 , I 1 = R 1 , I 2 = R 2  4-13    1 +    2 = 0 Điều khiển tự động (1) – Bùi Hồng Dương Trang - 70 - (4-13),  4-14   =   2  1    4-15   ()      =   ;   =  2  1 HÌNH 4-8   R 2 /R 1 có pha 180 0    R 2 < R 1 .     Hai quy tắc phân tích mạch khuếch đại thuật toán:    c   nào gi  V + = V - .  nh tr kháng gi các cc vào là hu h, in áp ra không áp  c thì theo in áp vào,  l   gia u ra v  vào, tr kháng  ra khác không v.v. Tuy nhiên, trong hu h các  d hin , các y t này có th b qua khi thi k các m khu  thu toán. 4.4.3 Một số ứng dụng của các bộ khuếch đại thuật toán 4.4.3.1 Bộ khuếch đại lặp điện áp Hình 4-9: Bộ khuếch đại thuật toán lặp tín hiệu điện áp Bộ khuếch đại thuật toán lặp điện áp có độ lợi là 1 đơn vị nhưng trở kháng đầu vào rất cao. Trở kháng đầu vào cao cần thiết cả cho chính bộ khuếch đại thuật toán, nó cần cỡ hơn Điều khiển tự động (1) – Bùi Hồng Dương Trang - 71 - 100 MOhm. Điện áp ra biến thiên theo điện áp vào, trong dải từ điện áp ra bão hòa âm đến điện áp ra bão hòa dương. Dòng điện ra được giới hạn bởi dòng ngắn mạch của bộ khuếch đại thuật toán, còn trở kháng ra thường nhỏ hơn 100 Ohm. Độ lợi bằng 1 nên ta có thể dùng nó như là một bộ chuyển đổi trở kháng, từ trở kháng đầu vào rất cao thành ra có trở kháng đầu ra thấp, trong khi điện áp không đổi. 4.4.3.2 Bộ khuếch đại thuật toán đảo cộng tín hiệu (the op amp summing amplifier) Hình 4-10: Bộ khuếch đại thuật toán đảo cộng tín hiệu (op amp summing amplifier) Một ứng dụng khá phổ biến của mạch khuếch đại thuật toán là để cộng hoặc trừ hai hoặc nhiều tín hiệu tại đầu vào và khuếch đại kết quả đó lên. HÌNH 4-10 là một ví dụ bộ khuếch đại thuật toán đảo, cộng hai tín hiệu đầu vào V 1 và V 2 . Khi này ta có thể coi đáp ứng đầu ra V out là cộng gộp của hai đáp ứng riêng rẽ của hệ với từng đầu vào riêng rẽ, V 1 và V 2 .  1 =     1  1  2 =     1  2  4-16   =  1 +  2 =     1 ( 1 +  2 ) i dng nh Laplace  1    =    1    ;    =  2  1  2 () =    2    ;    =  2  1      =  1    +  2     Điều khiển tự động (1) – Bùi Hồng Dương Trang - 72 - Hình 4-11: Sơ đồ khối của bộ khuếch đại thuật toán đảo cộng HÌNH 4-10 Ví dụ (4-6) Hãy xây dựng một mạch khuếch đại thuật toán để tạo ra một điện áp ra có quan hệ với điện áp vào theo công thức sau   = 3.4  + 5 Bài giải   in n là 3.4 và 1 cho  Xem HÌNH 4-12 (-  Hình 4-12: Minh họa cho ví dụ (4-6) 4.4.3.3 Bộ khuếch đại thuật toán không đảo Bộ khuếch đại không đảo có thể đuợc xây dụng từ bộ khuếch đại thuật toán như trên HÌNH 4-13. Ta xác định độ lợi của của hệ bằng cách cộng các dòng điện tín hiệu vào tại điểm cộng (s), với thực tế là điện áp tại điểm công tín hiệu (s) cũng là V in sao cho không có sự chênh lệch điện áp giữa các cực vào của bộ khuếch đại thuật toán (quy tắc 2).  1 +  2 = 0 I 1 là dòng qua R1, I 2 là dòng qua R 2  . tự động (1) – Bùi Hồng Dương Trang - 65 - ng trình ( 4-3 ), ( 4-4 ) và ( 4-5 ), thì l  4-6 =      =  3  1 +  3   4  2 +.  o  ( 4-1 0). Điều khiển tự động (1) – Bùi Hồng Dương Trang - 67 - Ví dụ ( 4-5 ) HÌNH 4-6 . H .  4-1 3    1 +    2 = 0 Điều khiển tự động (1) – Bùi Hồng Dương Trang - 70 - ( 4-1 3),  4-1 4   =