các khái niệm và đặc trưng cơ bảncủa hệ thống đo

Chương 1:các khái niệm đặc trưng hệ thống đo : Thế đường cong chuẩn cảm biến? Trình bày phương pháp chuẩn nhiều lần? Đường cong chuẩn cảm biến đường cong biểu diễn phụ thuộc đại lượng (s) đầu cảm biến vào giá trị đại lượng đo (m) đầu vào *Phương pháp chuẩn nhiều lần : - Đặt lại điểm cảm biến - Đo giá trị đầu theo giá trị tăng dần đến cực đại đại lượng đầu vào - Lặp lại trình đo với giá trị giảm dần từ giá trị cực đại :Trình bày Độ nhạy chế độ tĩnh chế độ động - Nếu đặc trưng tĩnh khơng phải tuyến tính độ nhạy chế độ tĩnh phụ thuộc điểm làm việc - Độ nhạy chế độ động xác định đại lượng đo biến thiên tuần hoàn theo thời gian :Em hiểu khái niêm đường thẳng tốt cảm biến? Đường thẳng xây dựng sở số liệu thực nghiệm cho sai số bé nhất, biểu diễn tuyến tính cảm biến gọi đường thẳng tốt Phương trình biểu diễn đường thẳng tốt lập phương pháp bình phương bé :Có loại sai số cảm biến? Nguyên nhân gây sai số 1) Sai số hệ thống Các nguyên nhân gây sai số hệ thống là: + nguyên lý cảm biến + giá trị đại lượng chuẩn không + đặc tính cảm biến + điều kiện chế độ sử dụng + xử lý kết đo 2) Sai số ngẫu nhiên: xuất + thay đổi đặc tính thiết bị + tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên + đại lượng ảnh hưởng khơng tính đến chuẩn cảm biến :Trình bày hiệu ứng chế tạo cảm biến - Trong chế tạo cảm biến tích cực : Hiệu ứng nhiệt điện ,hiệu ứng hỏa điện , hiệu ứng áp điện , hiệu ứng cảm biến điện từ, hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Quang-Điện-Từ ,hiệu ứng Hall - Trong chế tạo cảm biến thụ độmg: Cảm biến thụ động thường chế tạo từ trở kháng có thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo, tác động đại lượng đo ảnh hưởng riêng biệt đến kích thước hình học, tính chất điện đồng thời hai.Sự thay đổi tính chất điện cảm biến phụ thuộc vào chất vật liệu chế tạo trở kháng yếu tố tác động (nhiệt độ, độ chiếu sáng, áp suất, độ ẩm ) :Mạch cầu wheatstone có cấu tạo nào? Hãy cho ví dụ sử dụng mạch cầu wheatstone cảm biến đo lường? -Mạch cầu Wheatstone hay gọi cầu điện trở dùng để đo giá trị điện trở , nhiệt độ, lực, áp suất chưa biết Nó có ý nghĩa quan trọng thiết bị đo lường Vôn kế, Ampe kế, loại cảm biến -Ví dụ : điện trở trượt , máy cảm biến nhiệt độ, máy lực , :Hãy phân tích loại sai số cảm biến, nguyên nhân sai số, phương pháp hạn chế sai số? Lấy ví dụ liên hệ với thực tế? *Sai số hệ thống: sai số không phụ thuộc vào số lần đo, có giá trị khơng đổi thay đổi chậm theo thời gian đo thêm vào độ lệch không đổi giá trị thực giá trị đo Sai số hệ thống thường thiếu hiểu biết hệ đo, điều kiện sử dụng không tốt gây Các nguyên nhân gây sai số hệ thống là: + Do nguyên lý cảm biến + Do giá trị đại lượng chuẩn khơng + Do đặc tính cảm biến + Do điều kiện chế độ sử dụng +Do xử lý kết đo - Cách khắc phục : đổi thiết bị đo cảm biến có chất lượng tốt đo cách chuẩn xác Ví dụ : máy giống đo thứ lại kết khác *Sai số ngẫu nhiên: sai số xuất có độ lớn chiều khơng xác định Ta dự đoán số nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên khơng thể dự đốn độ lớn dấu Những nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên là: + Do thay đổi đặc tính thiết bị + Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên + Do đại lượng ảnh hưởng khơng tính đến chuẩn cảm biến - sai lệch khơng có ngun nhân rõ ràng ,hay ro thiếu nhạy bén giác quan người nên sai số ngẫu nhiên chắn xảy ra.Ví dụ : máy đo nbhưng người lại đo kết khác :Phân tích độ nhạy cảm biến chế độ tĩnh chế độ động? Lấy liên hệ với thực tiễn? - Đường chuẩn cảm biến, xây dựng sở đo giá trị si đầu tương ứng với giá trị không đổi mi đại lượng đo đại lượng đạt đến chế độ làm việc danh định gọi đặc trưng tĩnh cảm biến.Trong chế độ tĩnh, độ nhạy độ đốc đặc trưng tĩnh điểm làm việc xét Như vậy, đặc trưng tĩnh khơng phải tuyến tính độ nhạy chế độ tĩnh phụ thuộc điểm làm việc - Độ nhạy chế độ động xác định đại lượng đo biến thiên tuần hoàn theo thời gian + s0 giá trị không đổi tương ứng với m0 xác định điểm làm việc Q0 đường cong chuẩn chế độ tĩnh + s1 biên độ biến thiên đầu thành phần biến thiên đại lượng đo gây nên + độ lệch pha đại lượng đầu vào đại lượng đầu >Trong chế độ động, độ nhạy S cảm biến xác định tỉ số biên độ biến thiên đầu s1 biên độ biến thiên đầu vào m1 ứng với điểm làm việc xét Q0, theo công thức: Độ nhạy chế độ động phụ thuộc vào tần số đại lượng đo, Sự biến thiên độ nhạy theo tần số có nguồn gốc quán tính cơ, nhiệt điện đầu đo, tức cảm biến thiết bị phụ trợ, chúng cung cấp tức thời tín hiệu điện theo kịp biến thiên đại lượng đo Bởi xét hồi đáp có phụ thuộc vào tần số cần phải xem xét sơ đồ mạch đo cảm biến cách tổng thể :Phân tích độ tuyến tính cảm biến? Làm rõ khái niệm đường thẳng tốt độ lệch tuyến tính? - Một cảm biến gọi tuyến tính dải đo xác định dải chế độ đó, độ nhạy khơng phụ thuộc vào đại lượng đo +Trong chế độ tĩnh, độ tuyến tính khơng phụ thuộc độ nhạy cảm biến vào giá trị đại lượng đo +Trong chế độ động, độ tuyến tính bao gồm không phụ thuộc độ nhạy chế độ tĩnh S(0) vào đại lượng đo, đồng thời thông số định hồi đáp Nhận xét: Nếu cảm biến khơng tuyến tính, người ta đưa vào mạch đo thiết bị hiệu chỉnh cho tín hiệu điện nhận đầu tỉ lệ với thay đổi đại lượng đo đầu vào Sự hiệu chỉnh gọi tuyến tính hố - Phương trình biểu diễn đường thẳng tốt lập phương pháp bình phương bé , Giả sử chuẩn cảm biến ta tiến hành với N điểm đo , PT có dạng 10 :Phân tích giới hạn sử dụng cảm biến? Lấy ví dụ liên hệ với thực tế sử dụng? Trong trình sử dụng, cảm biến chịu tác động ứng lực học, tác động nhiệt Khi tác động vượt ngưỡng cho phép, chúng làm thay đổi đặc trưng làm việc cảm biến Bởi sử dụng cảm biến, người sử dụng cần phải biết rõ giới hạn a) Vùng làm việc danh định vùng tương ứng với điều kiện sử dụng bình thường cảm biến Giới hạn vùng giá trị ngưỡng mà đại lượng đo b) Vùng không gây nên hư hỏng vùng mà mà đại lượng đo đại lượng vật lý có liên quan đại lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng vùng làm việc danh định cịn nằm phạm vi khơng gây nên hư hỏng c) Vùng không phá huỷ vùng mà mà đại lượng đo đại lượng vật lý có liên quan đại lượng ảnh hưởng vượt qua ngưỡng vùng không gây nên hư hỏng cịn nằm phạm vi khơng bị phá hủy Ví dụ : cảm biến nhiệt để địa điểm có nhiệt độ cao bị hỏng 11 : Phân tích nguyên nhân sai số sử dụng cầu điện trở? Cho ví dụ thực tế? Khi sử dụng mạch cầu điện trở , sai số q trình đo khơng thể tránh khỏi ,sai số dụng cụ đo, sai số trình làm trịn kết quả, sai số nhiệt độ,do nguồn điện xảy vấn đề ,chọn thang đo sai, Ví dụ : đo điện trở mạch điện đơn giản ta dùng máy đo có mạch cầu, đo nhiều lần rA kết gần giống 12 : Khi sử dụng cầu điện trở để tối thiểu hoá sai lệch nguồn cấp Để tối thiểu hóa sai lệch nguồn cấp sử dụng mạch cầu điện trở , ta làm sau : - dùng nguồn cấp tiêu chuẩn 220V - dùng dụng cụ tốt có độ sai lệch Chương 2:các loại cảm biến điển hình : Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động photodiot? *Cấu tạo: Photodiot cấu tạo từ bán dẫn, loại thuộc N loại thuộc P, ghép tiếp xúc Tại mặt tiếp xúc hình thành vùng nghèo hạt dẫn vùng tồn điện trường hình thành hàng *Ngun lý hoạt động: -Khi khơng có điện ngồi đặt lên chuyển tiếp (V=0), dịng điện chạy qua chuyển tiếp I=0 -Khi có điện áp đặt lên điôt, hàng rào thay đổi kéo theo thay đổi dòng hạt [] bề rộng vùng nghèo Dòng điện qua chuyển tiếp: I=exp -Khi điện áp ngược đủ lớn ( -26mV 300K), chiều cao hàng rào lớn đến mức dòng khuếch tán hạt trở nên nhỏ bỏ qua lại dòng ngược điơt, I= -Khi chiếu sáng điơt xạ có bước sóng nhỏ bước sóng ngưỡng, xuất thêm cặp điện từ- lỗ trống Để hạt dẫn tham gia dẫn điện càn phải ngăn cản tái hợp chúng, tức nhanh chóng tách rời cặp điện tử lỗ trống Sự tách cặp điện tử- lỗ trống xảy vùng nghèo nhờ tác dụng điện trường -Số hạt dẫn giải phóng phụ thuộc vào thơng lượng ánh đạt tới vùng nghèo khả hấp thụ vùng Thông thường ánh sáng chiếu tới vùng nghèo phụ thuộc đáng kể vào chiều dày lớp vật liệu mà qua: Φ= -Trong hệ số Để tăng thông lượng ánh sáng đến vùng nghèo người ta chế tạo điôt vớ phiến bấn dẫn chiều dày bé -Khả hấp thụ xạ phu thuộc lớn vào bề rộng vùng ghèo Để tăng khả mở rộng vùng nghèo người ta dùng điôt PIN, lớp bán dẫn riêng I kẹp hai lớp bấn dẫn p N, với loại điôt cần điện áp ngược vài vơn mở rộng vùng nghèo toàn lớp bán dẫn I : Photodiot có chế độ hoạt động phân tích chế độ hoạt động quang dẫn? Photodiot có chế độ hoạt động: Chế độ quang dẫn, chế độ quang - Chế độ quang dẫn: sơ đồ nguyên lý gồm cuộn phân cực ngược điôt điện trở để đo tín hiệu [] Dịng qua điơt: =exp ++ Trong dịng quang điện: =exp(-X) Khi điện áp ngược đủ lớn, thành phần exp [] 0, ta có: Thơng thường Phương trình mạch điện: E= Trong = cho phép vẽ đường thẳng tải Dòng điện mạch: Điểm làm việc điôt điểm giao đường thẳng tải đường đặc tuyến I-V với thông lượng tương ứng Chế độ làm việc tuyến tính, tỉ lệ vơi thơng lượng :Trình bày cấu tạo ngun lý hoạt động phototranzito? Cấu tạo: Phototranzito tranzito mà vùng bazo chiếu sáng, khơng có điện áp dặt lên bazo, có điện áp C, đồng thời chuyển tiếp B-C phân cực ngược Nguyên lý hoạt động: Điện áp đặt vào tập trung toàn chuyển tiếp B-C ( phân cực ngược) chênh lệch điện áp E B thay đổi không đáng kể (0,6-0,7) Khi chuyển tiếp B-C chiếu sáng, hoạt động giống photođiot chế độ quang với dòng ngược: Trong dịng ngược lối, dịng quang điện tác động thông lượng chiếu qua bề dày X bazo (bước sóng ): = λ Dịng đóng vai trị dịng bazo, gây nên dịng colectơ : =()=()+() - hệ số khuếch đại tranzito đấu trung emito Có thể coi phototranzito tổ hợp photodiot trandito Phodiot cung cấp dòng quang điện bazo, traziro cho hiệu ứng khuếch đại Các điện tử lỗ trống phát sình vùng bazo (dưới tác dụng sáng) bị phân chia tác động điện trường chuyển tiếp B-C Trong trường hợp tranzito NPN, điện tử bị kéo phía colecto lỗ trống bị giữ lại vùng bazo tạo thành dòng điện tử từ E qua B đến C tượng xảy tương tự lỗ trống phun vào bazo từ nguồn bên ngoài: điện bazo tăng lên làm giảm hàng E B khuếch tán tiếp từ B phía C : So sánh photodiot phototranzito ? Nội dung Photodiot phototranzito Cấu tạo Đối tượng loại diode tiếp giáp PN loại bóng bán dẫn tạo dòng điện ánh sáng chuyển đổi lượng ánh photon chiếu vào bề mặt sáng thành lượng điện chúng tạo điện áp dòng điện tạo dòng điện Đáp ứng nhanh nhiều chậm độ nhạy nhạy Chiều hoạt động Có thể ngược xi nhạy tạo dòng điện đầu lớn Chỉ họat động ngược Bộ phát phototrazito âm so với Ứng dụng vùng C ( Collector) sử dụng nhà máy Đầu báo khói, đầu đĩa điện mặt trời, máy compact, đầu thu ánh sáng vơ đo ánh sáng, vv… hình, laser, v.v : Phân tích mối tương quan nhiệt độ đo nhiệt độ cần đo? Giả sử ,khi đo ta nhận nhiệt độ nhiệt độ phần tử cảm nhận cảm biến nhiệt độ mơi trường đo có nhiệt độ thực Vậy nhiệt độ đo gọi nhiệt độ cần đo Điều kiện để đo nhiệt độ phải có cân bang nhiệt độ môi trường đo cảm biến Tuy nhiên thực tế, nhiệt độ cảm biến không đạt tới nhiệt độ môi trường nhiều nguyên Nên đã tồn chênh lệch nhiệt độ cần đo nhiệt độ đo định Độ chênh lệch độ xác phép đo xác : Có loại nhiệt kế điện trở? Nêu cấu tạo hoạt động nhiệt điện trở kim loại? + Các loại nhiệt kế điện trở : o Nhiệt kế điện trở kim loại o Nhiệt kế điện trở oxit bán dẫn o Nhiệt kế điện trở silic + Cấu tạo hoạt động nhiệt điện trở kim loại : *Cấu tạo : -Vật liệu để chế tạo nhiệt điện trở cần có yêu cầu : điện trở suất đủ lớn, hệ số nhiệt điện trở lớn, bền hoá học, đủ độ bền cơ,hố , dễ gia cơng có khả thay lẫn : đồng, niken,wonfram,platin -Vật liệu chế tạo thường dạng dây màng mỏngcó điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ -Nhiệt điện trở dây kim loại chế tạo theo nhiều cách : quấn dây lõi cách điện chịu nhiệt cao, dạng nhiệt điện trở công nghiệp * Hoạt động : dựa vào thay đổi điện trở vật liệu nhiệt độ thay đổi, với điện trở kim loại ta có biểu thức sau: R(T)=R0.[1+AT+BT +CT ] Trong đó: A,B,C hệ số thực nghiệm 33 : Đo mức phương pháp xạ người ta làm nào? 34 : Sử dụng cầu với hai phần tử Rgauge để đo biến dạng dầm hình Hãy phân tích lập cơng thức liên hệ điện trở biến dạng dầm 35 : Phân tích phương pháp đo nhiệt độ cặp nhiệt ngẫu có sử dụng cầu bù dùng thermistor hình 2? 36 : Điện trở chiết áp dây quấn làm từ 10 inch với 100Ω/inch Dây điện trở quấn thành quận dây 200 vòng Dải đo chiết áp 350o Độ phân giải chiết áp bao nhiêu? Câu 37 ) Một chiết áp cấp nguồn 10 VDC đặt 820 Dải đo chiết áp vòng 350o Hãy tính điện áp ra? Vra = 10*82/350=2.34V 38 : Máy phát tốc chiều với hộp số có tỉ số 100:1 (Trục quay chậm 100 lần so với động cơ) hình Máy phát tốc loại CK20-A với đầu 3V/1000 vòng phút Khối điều khiển máy công cụ với tốc độ quay 60o/ giây Đầu tốc kế bao nhiêu? Tìm độ phân giải hệ tín hiệu tốc kế chuyển đổi thành tín hiệu số sử dụng chuyển đổi tương tự - số bít minh họa hình 3? Tốc độ quay máy cơng cụ 60o/s = 10vịng/phút = vận tốc quay trục Máy phát tốc chiều với hộp số có tỉ số 100:1 ==> Vận tốc quay động 10*100=1000(v/p) ==> Điện áp tốc kế 1000*3/1000=3(V) Vì dùng chuyển đổi bit nên độ phân giải là: 3/(2^8-1)=0.04(V) 39 : Một cảm biến biến dạng mạch cầu sử dụng để đo lực căng thép Thanh thép có diện tích mặt cắt 13 cm2 Cảm biến biến dạng có điện trở 120Ω hệ sổ GF = (Hệ số cảm biến đo lực, hệ số số cung cấp nhà sản xuất Cầu đo nuôi mộtnguồn 10V Khi sắt không tải, cầu cân bằng, nghĩa điện áp 0V Khi lực tác dụng lên thép, điện áp cầu 0.0005V tìm lực tác dụng lên thép? ∆R ≈ 4R∆V/Vs=4*120*0.0005/10=0.024Ω ε=∆l/l=(∆R/R)/(GF)=0.0001 Ta có: E=σ/ε ==> σ = Eε = 0.0001*2.07*10^7=2070(N/cm2) (hệ số Young thép 2.07×107 N/cm2) ==>Lực tác dụng lên thép: F=σS=13*2070=26910 N 40 : Một RTD platinum 100Ω sử dụng hệ thống.Giá trị điện trở thời đọc 100 Ω.Tìm nhiệt độ đo được? RTD=100 Ω==>00C Câu 41 ) Một chiết áp 10KΩ sử dụng làm cảm biến vị trí Giả sử trượt chiết áp nằm dải chiết áp Hãy tìm sai số tải khi: a Mạch giao tiếp có điện trở vơ lớn? b Mạch giao tiếp có điện trở 10 KΩ? a  Điện áp đầu biến trở: Vpot=10*5/10=5 (V) Vậy khơng có sai số TH Điện áp đầu biến trở: Vpot=10* Sai số tải là: 5V – 4.88V = 0.12V b *100 + 100 /(5+ *100 + 100 )=4.88(V) Chương 3:đo lường xử lý tín hiệu : Phân tích sơ đồ khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC Hoạt động lớp ADC thuộc loại sau: -Xung lệnh START khởi đợng hoạt động hêï thống -Xung Clock định điều khiển liên tục chỉnh sửa số nhị phân lưu ghi -Số nhị phân ghi DAC chuyển đổi thành mức điện tương tự VAX -Bộ so sánh so sánh VAX với đầu vào trương tự VA Nếu VAX < VA đầu so sánh lên mức cao Nếu VAX > VA khoảng VT (điện ngưỡng), đầu dra so sánh xuống mức thấp ngừng tiến trình biến đổi số nhị phân ghi Tại thời điểm VAX xấp xỉ VA giá dtrị nhị phân ghi đại lượng số tương đương VAX đại lượng số tương đương VA, giới hạn độ phân giải độ xác hệ thống -Logic điều khiển kích hoạt tín hiệu ECO chu kỳ chuyển đổi kết thúc -Tiến trình có nhiều thay đổi số loại ADC khác, chủ yếu khác cách thức điều khiển sửa đổi số nhị phân ghi : Các tiêu kỹ thuật chủ yếu đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC gì? -Độ phân giải -Dải động, điện trở đầu vào -Độ xác tương đối -Tốc độ chuyển đổi -Hệ số nhiệt độ -Tỉ số phụ thuộc công suất -Cơng suất tiêu hao : Hãy phân tích bước chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Các bước chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số gồm bước : lấy mẫu; nhớ mẫu; lượng tử hóa mã hóa -Lấy mẫu: Đối với tín hiệu tương tự VI tín hiệu lấy mẫu VS sau q trình lấy mẫu khơi phục trở lại VI cách trung thực điều kiện sau thỏa mãn: fS ³ 2fImax Trong fS : tần số lấy mẫu (1) fImax : giới hạn giải tần số tương tự -Nhớ mẫu: Vì lần chuyển đổi điện áp lấy mẫu thành tín hiệu số tương ứng cần có thời gian định nên phải nhớ mẫu khoảng thời gian cần thiết sau lần lấy mẫu -Lượng tử hóa: Nếu dùng tín hiệu số biểu thị điện áp lấy mẫu phải bắt điện áp lấy mẫu hóa thành bội số nguyên lần giá trị đơn vị Q trình gọi lượng tử hóa Đơn vị gọi đơn vị lượng tử, kí hiệu D Như giá trị bit LSB tín hiệu số D -Mã hóa: Việc dùng mã nhị phân biểu thị giá trị tín hiệu số mã hóa Mã nhị phân có sau q trình tín hiệu đầu chuyên đổi A/D : Các tiêu kỹ thuật chủ yếu chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự DAC gì? Hãy phân tích tiêu Các tiêu kỹ thuật chủ yếu ADC :  Độ phân giải : Độ phân gải ADC biểu thị số bit tín hiệu số đầu Số lượng bit nhiều sai số lượng tử nhỏ, độ xác cao  Dải động, điện trở đầu vào : Mức logic tín hiệu số đầu khả chịu tải (nối vào đầu vào)  Độ xác tương đối : Nếu lý tưởng hóa tất điểm chuyển đổiphải nằm đường thẳng Độ xác tương đối sai dsố điểm chuyển đổi thực tế so với đặc tuyến chuyển đổi lý tưởng Ngoài cịn u cầu ADC khơng bị bit tồn phạm vi cơng tác  Tốc độ chuyển đổi : Tốc độ chuyển đổi xác định thời gian thời gian cần thiết hoàn thành lần chuyển đổi A/D Thời gian tính từ xuất tín hiệu điều khiển chuyển đổi đến tín hiệu số đầu đã ổn định  Hệ số nhiệt độ : Hệ số nhiệt độ biến thiên tương đối tín hiệu số đầu nhiệt độ biến đổi 10C phạm vi nhiệt độ công tác cho ph ép với điều kiện mức tương tự đầu vào không đổi  Tỉ số phụ thuộc công suất : Giả sử điện áp tương tự đầu vào không đổi, nguồn cung cấp cho ADC biến thiên mà ảnh hưởng đến tín hiệu số đầu lớn tỉ số phụ thuộc nguồn lớn  Cơng suất tiêu hao : Phân tích DAC dùng điện trở có trọng số nhị phân khuếch đại cộng? Hình 5.3 sơ đồ mạch mạch DAC bit dùng điện trở khuếch đại đảo Bốn đầu vào A, B, C, D có giá trị giả định 0V 5V Bộ khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier – Op Amp) dùng làm cộng đảo cho tổng trọng số bốn mức điện vào Ta thấy điện trở đầu vào giảm dần 1/2 lần điện trở trước Nghĩa đầu vào D (MSB) có RIN = 1k, khuếch đại cộng chuyển mức điện D mà không làm suy giảm (vì Rf = 1k) Đầu vào C có R = 2k, suy giảm 1/2, tương tự đầu vào B suy giảm 1/4 đầu vào A giảm 1/8 Do đầu khuếch đại tính biểu thức: dấu âm (-) biểu thị khuếch đại cộng khuếch đại cộng đảo Dấu âm không cần quan tâm Như ngõ khuếch đại cộng mức điện tương tự, biểu thị tổng trọng số đầu vào Dựa vào biểu thức (4) ta tính mức điện áp tương ứng với tổ hợp ngõ vào (bảng 5.1) Bảng 5.1 Đầu ứng với điều kiện đầu vào thích hợp 0V 5V Độ phân giải mạch DAC hình 5.2 với trọng số LSB, nghĩa x 5V = 0.625V Nhìn vào bảng 5.1 ta thấy đầu tương tự tăng 0.625V số nhị phân đầu vào tăng lên bậc : Phân tích DAC R/2R ladder Mạch DAC ta vừa khảo sát sử dụng điện trở có trọng số nhị phân tạo trọng số thích hợp cho bit vào Tuy nhiên có nhiều hạn chế thực tế Hạn chế lớn khoảng cách chênh lệch đáng kể giá trị điện trở LSB MSB, DAC có độ phân giải cao (nhiều bit) Ví dụ điện trở MSB = 1k DAC 12 bit, điện trở LSB có giá trị 2M Điều khó cho việc chế tạo IC có độ biến thiên rộng điện trở để trì tỷ lệ xác Để khắc phục nhược điểm này, người ta đã tìm mạch DAC đáp ứng yêu cầu mạch DAC mạng R/2R ladder Các điện trở mạch biến thiên khoảng từ đến Hình 5.4 mạch DAC R/2R ladder Từ hình 5.4 ta thấy cách xếp điện trở có hai giá trị sử dụng R 2R Dịng IOUT phụ thuộc vào vị trí chuyển mạch, đầu vào nhị phân B0B1B2B3 chi phối trạng thái chuyển mạch Dòng IOUT phép chạy qua biến đổi dòng thành điện (Op-Amp) để biến dòng thành điện VOUT Điện ngõ VOUT tính theo cơng thức: Với B giá trị đầu vào nhị phân, biến thiên từ 0000 (0) đến 1111(15) : Phân tích DAC với đầu dòng Trong thiết bị kỹ thuật số đơi lúc địi hỏi q trình điều khiển dịng điện Do người ta đã tạo DAC với ngõ dòng để đáp ứng yêu cầu Hình 5.5 DAC với ngõ dịng tương tự tỷ lệ với đầu vào nhị phân Mạch DAC bit, có đường dẫn dịng song song đường có chuyển mạch điều khiển Trạng thái chuyển mạch bị chi phối mức logic đầu vào nhị phân Dòng chảy qua đường mức điện quy chiếu VREF giá trị điện trở đường dẫn định Giá trị điện trở có trọng số theo số 2, nên cường độ dịng điện có trọng số theo hệ số tổng cường độ dòng điện IOUT tổng dòng nhánh DAC với đầu dịng chuyển thành DAC có đầu điện cách dùng khuếch đại thuật tốn (Op-Amp) hình 5.6 Ở hình IOUT từ DAC phải nối đến đầu vào “ – ” khuếch đại thuật toán Hồi tiếp âm khuếch đại thuật tốn buộc dịng IOUT phải chạy qua RF tạo điện áp ngõ VOUT tính theo cơng thức: Do VOUT mức điện tương tự, tỷ lệ với đầu vào nhị phân DAC : Phân tích DAC điện trở hình T Hình 5.7 sơ đồ DAC điện trở hình T bit Trong sơ đồ có hai loại điện trở R 2R mắc thành cực hình T nối dây chuyền Các S3, S2, S1, S0 chuyển mạch điện tử Mạch DAC dùng khuếch đại thuật toán (Op-Amp) khuếch đại đảo VREF điện áp chuẩn làm tham khảo B3, B2, B1, B0 mã nhị phân bit Vo điện áp tương tự ngõ Ta thấy chuyển mạch chịu điểu khiển số nhị phân tương ứng với công tắc: Bi = cơng tắc Si đóng vào VREF, kho Bi = Si nối đất Nguyên lý làm việc DAC đơn giản Người đọc giải thích hoạt động mạch dựa hình vẽ kiến thức đã học Chúng ta cần cho bit Bi logic ta tính VOUT sau dùng nguyên xếp chồng ta tính điện áp ra: Biểu thức (7) chứng tỏ biên độ điện áp tương tự đầu tỉ lệ thuận với giá trị tín hiệu số đầu vào Chúng ta thấy DAC điện trở hình T N bit điện áp tương tự đầu VOUT là: * Sai Số Chuyển Đổi Đối với mạch DAC điện trở hình T sai số chuyển đổi nguyên nhân sau: -Sai lệch điện áp chuẩn tham chiếu VREF Từ cơng thức (8) ta tính sai số chuyển đổi DA riêng sai số lệch điện áp chuẩn tham chiếu VREF gây sau: Biểu thức cho thấy sai số điện áp tương tự DVOUT tỉ lệ với sai lệch DVREF tỉ lệ thuận với giá trị tín hiệu số đầu vào -Sự trôi điểm khuếch đại thuật tốn Sự trơi điểm khuếch đại thuật toán ảnh hưởng giá trị tín hiệu số biến đổi Sai số DVOUT trơi điểm khơng phụ thuộc giá trị tín hiệu số - Điện áp rơi điện trở tiếp xúc tiếp điểm chuyển mạch Các chuyển mạch lý tưởng, thực tế điện áp rơi nối thông mạch điện chuyển mạch tuyệt đối Vậy điện áp rơi đóng vai trị tín hiệu sai số đưa đến đầu vào mạng điện trở hình T -Sai số điện trở Sai số điện trở gây sai số phi tuyến Sai số điện trở không nhau, tác động gây sai số chuyển đổi DA điện trở khác vị trí khác *Tốc độ chuyển đổi: DAC điện trở hình T cơng tác song song (các bit tín hiệu số đầu vào đưa vào song song) nên có tốc độ chuyển đổi cao Thời gian cần thiết cho lần chuyển đổi gồm hai gai đoạn: thời gian trể truyền đạt bit tín hiệu vào xa đến khuếch đại thuật toán thời gian cần thiết để khuếch đại thuật tốn ổn định tín hiệu ... Photodiot có chế độ hoạt động phân tích chế độ hoạt động quang dẫn? Photodiot có chế độ hoạt động: Chế độ quang dẫn, chế độ quang - Chế độ quang dẫn: sơ đồ nguyên lý gồm cuộn phân cực ngược điơt... nhiệt điện ,hiệu ứng hỏa điện , hiệu ứng áp điện , hiệu ứng cảm biến điện từ, hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Quang- Điện-Từ ,hiệu ứng Hall - Trong chế tạo cảm biến thụ độmg: Cảm biến thụ động thường... (0,6-0,7) Khi chuyển tiếp B-C chiếu sáng, hoạt động giống photođiot chế độ quang với dịng ngược: Trong dịng ngược lối, dịng quang điện tác động thơng lượng chiếu qua bề dày X bazo (bước sóng ): =