Chương 4 mạch đo

Chương 4: Mạch đo $1. Khái niệm cơ bản Cảm biến Mạch đo Kết quả Mạch đo dùng thực hiện một số chức năng cơ bản -Khuếch đại tín hiệu từ cảm biến -Tạo hàm biến đổi bù đặc tính -Bù ảnh hưởng của nhiễu và các tác động ngẫu nhiên khác -Chuyển đổi ADC -và một số chức năng khác … 10/24/15 1 $2: Các ứng dụng của KĐTT Các mạch ứng dụng đã học trong kĩ thuật điện tử  • Khuếch đại đảo • Khuếch đại không đảo • Mạch trừ • mạch cộng đảo • mạch cộng không đảo • Mạch vi phân đảo • mạch tích phân đảo • Mạch tích phân không đảo • Mạch lấy hàm mũ • Mạch lấy logarith • Mạch nhân hai tín hiệu • Mạch chia hai tín hiệu • mạch khai căn bậc n • mạch so sánh 1 mức • mạch so sánh 2 mức • mạch dao động đa hài Sinh viên xem lại những mạch này trong Điện tử ứng dụng 10/24/15 2 $3. Chuyển đổi DAC DAC- Digital to Analog Convertor: Chuyển đổi số-tương tự N bit U(t) DAC Un U(t) U(t)=Un ∆U 0111 1001 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 nT Mong muốn là U(t), nhưng thực tế chỉ có Un 10/24/15 Un U(t) khi ∆U0, nghĩa là số bit phải rất lớn 3 Sử dụng thiết bị số trong multimedia Ghi âm Chuyển đổi ADC Chuyển đổi DAC 10/24/15 Ghi đĩa Khuếch đại 4 Nguyên lí chuyển đổi DAC Một số thập phân bất kì đều có thể phân tích dưới dạng nhị phân Dn = 2 n −1 d n −1 + 2 n − 2 d n − 2 + ... + 21 d1 + 2 0 d 0 di = 0 hoặc 1; i=0..(n-1)  Dn = [0  2n-1] ( U ref Dn = U ref 2 ∆U = 10/24/15 U ref 2n n −1 d n −1 + ... + 2 d 0 0 ) Mức điện áp lượng tử hóa 5 U (t ) = Dn ∆U = U ref 2 n Dn = U ref 2 n (2 n −1 d n −1 + ... + 20 d 0 ) U ref n −1 U (t ) Dn ∆U U ref = = n Dn = n 2 d n −1 + ... + 20 d 0 = R R 2 R 2 R U ref U ref U ref U ref d n −1 + 2 d n −2 + ... + n −1 d1 + n d0 = 2R 2 R 2 R 2 R U ref U ref U ref U ref d n −1 + d n −2 + ... + d1 + d0 Rn −1 Rn − 2 R1 R0 ( ) Có thể thiết kế mạch DAC dưới dạng mạch cộng điện áp đảo hoặc không đảo 10/24/15 6 Các mạch DAC thông dụng 10/24/15 7 Các mạch DAC thông dụng U ref Rn −1 d n −1 + U ref Rn − 2 d n −2 + ... + U ref R1 d1 + U ref R0 d0 = I n −1d n −1 + ... + I 0 d 0 = I = U (t ) R Ta có DAC thiết kế theo kiểu cộng dòng điện 10/24/15 8 Mạch nguyên lý cộng dòng 10/24/15 9 Chuyển đổi DAC tốc độ cao 10/24/15 10 Chuyển đổi DAC tốc độ cao 10/24/15 11 10/24/15 12 $4 Chuyển đổi ADC- Analog to Digital Convertor Cổ điển Hiện đại Điện thoại A0 BUS Nối A0 Giám sát T.Bị đ.khiển Tủ đo lường Máy tính Bảo vệ rơ le Rơ le số TI TI TU 10/24/15 A/D 123 A TU A/D 220kV 13 Ứng dụng trong mạng công nghiệp 10/24/15 14 Điều khiển trong mạng công nghiệp 10/24/15 15 10/24/15 16 10/24/15 17 ADC là gì? ADC? Dễ thôi Đó là vi mạch dùng để chuyển đổi tín hiệu liên tục(tương tự) thành tín hiệu số Tín hiệu số ADC 1101 1011 1001 Tín hiệu liên tục 0101 0011 0101 U(t) 1001 Un T 10/24/15 T gọi là chu kì lấy mẫu hay chu kì chuyển đổi 18 ADC một lần tích phân Dữ liệu ra Chôt n bit Xung nhịp Uc AND Uđk Đếm N bit ĐK logic DAC n bit Udac Uoa So sánh Ux Khởi động 10/24/15 19 Biểu đồ thời gian chuyển đổi Ux Udac Bắt đầu một chu kì mới Khởi động Xung đếm Uđk Uc Điện áp lấy ra 10/24/15 20 ADC tích phân 2 nhịp _ + K Ux _ + Uo Đếm N bit ĐK Logic 10/24/15 Đếm Zo Xung nhịp 21 Giản đồ thời gian Đếm Zo 10/24/15 Đếm Zn 22 ADC điện áp-tần số Uref u1 T1 u2 T2 u’2 u’1 k12 T’1 T’2 Z1 k12 = k22 Z2 uref T2 ; k 22 = uref T2' T1 + T2 = T1' + T2' 10/24/15 23 Một số loại ADC thông dụng 10/24/15 29 10/24/15 30 Một số loại ADC thông dụng 10/24/15 31 10/24/15 32 ADC 14 bit, 8 kênh vào tương tự, loại V1724, tốc độ 100MHz 10/24/15 33 10/24/15 34 10/24/15 35 10/24/15 36 $ 12 Các mạch dồn kênh, phân kênh, giải mã I. Mạch dồn kênh (Multiplexer): là vi mạch để chuyển đổi nhiều đầu tín hiệu vào thành một đầu tín hiệu ra (MISO-Multi Input Single Output) 1. 2. 3. 4. Vi mạch 74LS138, 74LS154 74LS138 giải mã 3 địa chỉ  8 đầu ra 74LS154 giải mã 4  16 đầu ra Vi mạch được dùng để chọn các đầu vào tương ứng Ví dụ về mạch sử dụng 74LS138 + V1 V4 Q1 2N3370 + Q2 2N3370 R1 10kΩ U2 1 2 3 6 4 5 A B C G1 ~G2A ~G2B Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 74LS138N VCC 5V 15 14 13 12 11 10 9 7 Q5 2N3370 + V2 Q6 2N3370 + V3 II. Mạch phân kênh 1. Là những mạch phân một đầu vào thành nhiều đầu ra (SIMO) 2. Thường dùng các thanh ghi dịch nối tiếp hay song song 3. Vi mạch 74LS164, là thanh ghi dich song song 4. Được dùng lựa chọn cho 8 đầu ra. U1 1 2 A B 9 ~CLR 8 CLK QA QB QC QD QE QF QG QH 74LS164D 3 4 5 6 10 11 12 13 $9 Mạch cầu C R2 R1 A B R4 D R3 U Điều kiện cân bằng cầu UCD = 0 R1 R4 = R2 R3 Thường khi chế tạo, người ta cố gắng sao cho R 10=R2=R3=R4=R0 Mạch cầu rất quan trọng trong kĩ thuật đo lường điện 10/24/15 40 $10 Vi xử lí trong kĩ thuật đo lường VXL- Microprocessor (Microcontroller) Vi xử lí là gì? VXL ra đời khi nào Vi xử lí là vi mạch, chủ yếu để thực VXL ra các đời phép từ khoảng năm 1969 hiện tính số học, các phép vàlogic không ngừng phát triển cho và một số chức năng phụ khác đến ngày nay Có bao nhiêu VXL có hãng tạp sản phức xuất VXL không, nó hiện nay chứa những gì trong đó 10/24/15 Rất nhiều, có thể kể VXL là một mạch khá một sốvihãng tiêu phức tạp,như nó chứa biểu Intel, trong đó những Motorola, Philips, transistor, điện trở, Zilog, Sony, Toshiba, diode…, Những VXL Siemens… đầu tiên chứ khoảng 18000 transistor, ngày nay khoảng 830 triệu transistor trong một chip Core 2 Duo 41 VXL có tác dụng gì trong đo lường VXL nối với đầu đo như thế nào? VXL chỉ dùng tín hiệu số, do vậy đầudùng tiên để cáctính tín toán hiệu hàm liên số, bù các đặc tính phi tuyến, VXL được phải đổigiá, nhận dạng và dự báo số xâytục dựng cácđược thuật chuyển toán đánh thành tín hiệu đó mới Vậy tại sao liệu, cho phép lưusố, trữ,sau truyền dẫn số liệu, nối mạng các thiết bị Khả năng có nhiều nơinối đo ghép trong một với dâyVXL. chuyền sản xuất hay mạng công nghiệp, tăng tínhcác toán năng là do các nhà vẫn cường dùng chức vàsản điều Sogiám với sát khả năngkhiển, hiệu chỉnh tối ưu các xuất đãthiểu thiếtsức kế lao chohiện nó thì chỉVXL Dụng cụ đo dụng dùng quácụ trình, giảm động của con người… VXL thực như vậy. thị cơ điệnkiến trúc dung VXL chắc phải rấtmột cụ đo có VXL này nếu một phần màhệ không đắt tiền, những không Điều đắt lắm, do một yêu cầu tại đó chỉ dụng cụ thống đo dùng thông so sánh hệ đo cần đo để thường có đo nênVXL cổ điển dùng chỉ thịhiển thị, phầncácdo thói dùng không cơ điệnmột kết hợp sử dụng. mạch quen so sánh, lưu Phần Những nơi nào quan trọng nữa là trữ, Hầu điều khiển …dụng thì hết các cụgiá đo kĩ trong ngành điện thành đơn chiếc loại dụng cụ số có đều VXLcólạigắn VXL, ở thuật hiện nay dùng cơ điện rẻlần, hơn. rẻ hơn rất nhiều các trạm biến áp, các nhà dụngkhông cụ đocó cóVXL Nếu gọn máy nhẹ vàđiện, tin cậy các phân thì cóVXL? tự động hóa hơnxưởng… Nói một cách đầy đều đủ thìsử tự dụng động để được không đo lường, vừa điều hóa ravừa đời trước khi có VXL. ấn số Nhưng khiển, các nhàlưu máytrữ, TĐHinhiện liệu… và nhiều chứcthìnăng đại, nối mạng như SCADA Cũng không hẳn như vậy, một là có những chỗ không dùng VXL, hai nữa là kiến trúc VXL khác nữa. không thể thiếu VXL, đồng thời gầnlaiđạt đến mức trần, sẽ có những vi mạch với công nghệ nano ([...]... Giản đồ thời gian Đếm Zo 10/ 24/ 15 Đếm Zn 22 ADC điện áp-tần số Uref u1 T1 u2 T2 u’2 u’1 k12 T’1 T’2 Z1 k12 = k22 Z2 uref T2 ; k 22 = uref T2' T1 + T2 = T1' + T2' 10/ 24/ 15 23 Một số loại ADC thông dụng 10/ 24/ 15 29 10/ 24/ 15 30 Một số loại ADC thông dụng 10/ 24/ 15 31 10/ 24/ 15 32 ADC 14 bit, 8 kênh vào tương tự, loại V17 24, tốc độ 100MHz 10/ 24/ 15 33 10/ 24/ 15 34 10/ 24/ 15 35 10/ 24/ 15 36 ... DAC tốc độ cao 10/ 24/ 15 11 10/ 24/ 15 12 $4 Chuyển đổi ADC- Analog to Digital Convertor Cổ điển Hiện đại Điện thoại A0 BUS Nối A0 Giám sát T.Bị đ.khiển Tủ đo lường Máy tính Bảo vệ rơ le Rơ le số TI TI TU 10/ 24/ 15 A/D 123 A TU A/D 220kV 13 Ứng dụng trong mạng công nghiệp 10/ 24/ 15 14 Điều khiển trong mạng công nghiệp 10/ 24/ 15 15 10/ 24/ 15 16 10/ 24/ 15 17 ADC là gì? ADC? Dễ thôi Đó là vi mạch dùng để chuyển... U(t) 1001 Un T 10/ 24/ 15 T gọi là chu kì lấy mẫu hay chu kì chuyển đổi 18 ADC một lần tích phân Dữ liệu ra Chôt n bit Xung nhịp Uc AND Uđk Đếm N bit ĐK logic DAC n bit Udac Uoa So sánh Ux Khởi động 10/ 24/ 15 19 Biểu đồ thời gian chuyển đổi Ux Udac Bắt đầu một chu kì mới Khởi động Xung đếm Uđk Uc Điện áp lấy ra 10/ 24/ 15 20 ADC tích phân 2 nhịp _ + K Ux _ + Uo Đếm N bit ĐK Logic 10/ 24/ 15 Đếm Zo Xung nhịp ... thông dụng 10/ 24/ 15 31 10/ 24/ 15 32 ADC 14 bit, kênh vào tương tự, loại V17 24, tốc độ 100MHz 10/ 24/ 15 33 10/ 24/ 15 34 10/ 24/ 15 35 10/ 24/ 15 36 $ 12 Các mạch dồn kênh, phân kênh, giải mã I Mạch dồn kênh... (Multiplexer): vi mạch để chuyển đổi nhiều đầu tín hiệu vào thành đầu tín hiệu (MISO-Multi Input Single Output) Vi mạch 74LS138, 74LS1 54 74LS138 giải mã địa  đầu 74LS1 54 giải mã  16 đầu Vi mạch dùng... đảo • Mạch lấy hàm mũ • Mạch lấy logarith • Mạch nhân hai tín hiệu • Mạch chia hai tín hiệu • mạch khai bậc n • mạch so sánh mức • mạch so sánh mức • mạch dao động đa hài Sinh viên xem lại mạch