6. Cấu trúc kha luận
1.5.3. Các dạng mạch cơ bản của mạch khuếch đại
Mạch so sánh
Nếu Vin+ > Vin- : Vout≅ + VCC : được gọi là vùng bão hòa dương Nếu Vin+ < Vin- : Vout≅ - VCC : được gọi là vùng bão hòa âm
32
Mạch khuếch đại đảo
Là mạch dùng hồi tiếp âm từ ngõ ra đến ngõ vào đảo.
- Hệ số khuếch đại mạch đảo được tính bởi:
Ri: Điện trở ngõ vào Rf: Điện trở hồi tiếp
R3: Cân bằng nhiệt cho op- amp
Muốn thay đổi độ khuếch đại vi sai vòng kín AV, thì cần chọn các giá trị Ri , Rf thích hợp.
Khi thay đổi Ri thì tổng trở vào sẽ thay đổi.
Còn thay đổi Rf thì chỉ c AV thay đổi nhưng tổng trở vào không thay đổi. Song giá trị Rf không phải chọn tùy ý.
Nếu Rf quá nhỏ, dòng ra của op-amp sẽ vượt quá giá trị cực đại cho phép, vì dòng ra bao gồm dòng if và dòng qua tải.
Nếu Rf quá lớn, mạch điện dễ bị nhiễu và làm việc thiếu ổn định. Thông thường chọn Rf từ 2kΩ đến 2MΩ.
33
Bộ khuếch đại đảo c trở kháng vào rất lớn nên dòng vào op-amp rất nhỏ. Do vậy dòng tín hiệu vào Ri sẽ bằng dòng qua Rf: ii ≅ if. Nếu đầu vào không đảo (3) của op-amp nối mass, thì dòng phân cực ib cho ngõ vào đảo sẽ tạo ra áp lệch giữa 2 ngõ vào và bản thân dòng phân cực lại thay đổi theo nhiệt độ nên làm cho làm việc thiếu ổn định.
Để giảm nhỏ ảnh hưởng này, cần mắc điện trở R3 vào đầu vào không đảo với mass. Điều kiện cân bằng tốt nhất nên chọn R3 = R1//R2
Mạch khuếch đại không đảo
- Hệ số khuếch đại mạch không đảo được tính bởi:
- Điện trở R3 được mắc ở đầu vào không đảo để ổn định nhiệt, không cho ngõ ra trôi đến trạng thái bão hòa.
34
Mạch cộng
1.5.4. Các dạng vi mạch của mạch khuếch đại
Opamp c nhiều loại IC như: Họ 741, 747, TL081, 082, 083, 084 … Ví dụ: Vi mạch khuếch đại thuật toán 741 c hai đầu vào “Inverting (-)”: Đảo, “Non-Inverting (+)”: Thuận và đầu ra ở chân 6.
1. Khuếch đại với 741 c 2 loại:
- Khuếch đại đảo: Chân 2 nối với tín hiệu vào và tín hiệu ra đảo
35
Để 741 hoạt động được, cần phải lắp thêm 2 điện trở R1, R2 vào mạch như sơ đồ ở hình dưới:
2. Tính hệ số khuếch đại của mạch dùng vi mạch 741 - Hệ số khuếch đại đảo (AV):
36
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG
2.1. Ý tƣởng thiết kế
Thiết kế mạch điều khiển qua điện thoại di động c chức năng thực hiện điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua điện thoại di động.
Hệ thống được thiết kế gồm 5 khối:
- Khối điện thoại thu sử dụng điện thoại Nokia 1280 - Khối nguồn sử dụng IC 7805
- Khối cảm biến sử dụng quang điện trở - Khối khuếch đại sử dụng IC 741
- Khối hiển thị sử dụng Led
Hệ thống điều khiển được thiết kế c thể điều khiển đèn Led sáng và hoàn toàn c thể nâng cấp lên điều khiển được các thiết bị khác.
2.2. Sơ đồ khối của mạch
Hình 2.1: Sơ đồ khối của mạch.
Điện thoại thu Khối điều khiển Khối khuếch đại Khối cảm biến Khối hiển thị Khối nguồn
37 Chức năng của từng khối:
- Khối nguồn nuôi: Là khối cơ bản nhất n cung cấp dòng nuôi cho toàn bộ linh kiện trong mạch. N tạo ra điện áp ổn định thoả mãn các chỉ số về điện áp và dòng.
- Khối khuếch đại: IC 741 điều khiển toàn bộ hoạt động của mạch: Nhận tín hiệu từ mạch cảm biến ánh sáng rồi khuếch đại tín hiệu và đưa tín hiệu hiển thị qua đèn Led.
- Khối cảm biến: Khối này c nhiệm vụ nhận ánh sáng từ điện thoại di động thu và đưa vào khối khuếch đại.
- Khối hiển thị: Là đèn Led cho biết trạng thái hoạt động của mạch khi quang trở được chiếu sáng hay che tối.
2.3. Nguyên lý hoạt động
Mạch điều khiển thông qua quang trở CDS nhận tín hiệu từ điện thoại di động thu. Trong đề tài này tôi sử dụng điện thoại Nokia 1280. Mạch c chức năng điều khiển đèn Led sáng
Để điều khiển được đèn Led thì đầu tiên người điều khiển phải gọi điện tới số máy nơi lắp đặt mạch điều khiển. Điện thoại được gọi sẽ sáng lên ở bàn phím và sử dụng ánh sáng đ để điều khiển đèn Led.
- Khi c ánh sáng chiếu vào quang trở CDS thì điện trở trên CDS là rất nhỏ nên cho dòng dương VCC đi qua làm áp tại ngõ vào dương (+) của mạch khuếch đại thuật toán tăng lên, tăng đến khi áp cao hơn ở ngõ vào dương => Lúc này ngõ ra của mạch khuếch đại thuật toán ở mức cao => đèn sáng
- Khi bị che tối, cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở giảm => điện trở qua quang trở tăng, dòng dương qua CDS giảm nên áp tại ngõ vào dương (+) của mạch khuếch đại giảm theo, giảm đến khi áp tại đây thấp hơn áp tại ngõ vào
38
dương thì ở ngõ ra của mạch khuếch đại thuật toán ở mức thấp => đèn không sáng.
2.4. Thiết kế mạch nguyên lý
Dựa trên sơ đồ khối hình 2.1 mạch nguyên lý được thiết kế tổng thể trên 5 khối.
Hình 2.2: Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống
2.4.1. Khối nguồn
Dùng IC 7805 để tạo nguồn +5V ổn định cấp toàn mạch cho mạch. Sơ đồ nguyên lý như hình dưới:
39
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý của khối nguồn trong mạch
2.4.2. Khối cảm biến
Cảm biến được thực hiện bằng quang trở CDS được mắc nối tiếp với biến trở VR nhờ thế mà việc cảm biến trở nên dễ dàng hơn. Sơ đồ nguyên lý kết nối quang trở CDS trong mạch được trình bày như hình dưới:
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến
2.4.3. Khối khuếch đại
Khối khuếch đại là IC 741 c 8 chân, với 3 chân vào ra là chân 2 (inverting input), chân 3 (non-inverting input), chân 6 (output). Sơ đồ chi tiết như sau:
40
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại trong mạch điện
Chân 1, 5 và 8 của IC là chân không kết nối. IC được cấp nguồn qua chân VSS là chân 4 nối đất và chân VDD là chân 7 nối lên nguồn +5V do bộ nguồn nuôi cung cấp.
Các chân 2, 3 thông qua điện trở nối với cảm biến. Chân 6 nối với đèn Led hiển thị
2.4.4. Khối hiển thị
Sử dụng Led c điện áp định mức là từ 1,8V – 2,2V và dòng định mức là 10mA được ghép nối với IC 741 thông qua chân 6
41
CHƢƠNG 3: THI CÔNG VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỆN TỬ 3.1. Mục đích thiết kế mạch điện
Khai thác sử dụng quang trở CDS và các linh kiện điện tử khác để thu nhận ánh sáng từ bàn phím của điện thoại di động được gọi tới. Từ đ đưa ra tín hiệu điều khiển đèn Led sáng.
3.2. Thiết kế phần cứng
Mạch điện tử c sử dụng các linh kiện như sau -IC 741: 1 chiếc -Biến trở 100K : 1chiếc - IC 7805 : 1 chiếc - Quang trở CDS : 1 chiếc - Điện trở 10KΩ : 4 chiếc - Điện trở 330Ω : 1 chiếc - Led : 1 chiếc
Chức năng các linh kiện
- Mạch khuếch đại 741: So sánh tín hiệu - Biến trở VR: Chỉnh độ nhạy
- Điện trở R1, R2, R3, R4: Là cầu chia áp cho mạch khuếch đại hoạt động - Điện trở R: Hạn dòng qua đèn Led
42
3.3. Mạch điện sau khi lắp ráp
Hoạt động của mạch điện tồn tại ở hai trạng thái: Khi cảm biến được chiếu sáng thì đèn Led sáng
Khi cảm biến không được chiếu sáng thì đèn Led tắt
43
44
3.4. Sản phẩm chế tạo
3.4.1. Hình ảnh hệ thống khi chưa hoạt động
Hình 3.3: Hình ảnh hệ thống khi chưa hoạt động
3.4.2. Hình ảnh hệ thống khi có người gọi tới
45
3.4.3. Hình ảnh hệ thống khi có tín hiệu báo động
Hình 3.5: Hình ảnh hệ thống khi có tín hiệu báo động
3.4.4. Hình ảnh hệ thống khi không có tín hiệu báo động
46
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công mạch điện điều khiển các thiết bị điện từ xa sử dụng s ng điện thoại di động, đề tài “Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển thiết bị điện bằng điện thoại di động” đã thu được kết quả như sau:
- Nắm được nguyên lý hoạt động của điện thoại di động - Nắm được kỹ thuật cảm biến ánh sáng
- Nắm được nguyên lý hoạt động của mạch khuếch đại thuật toán - Thiết kế và chế tạo thành công mạch điện tử
Đề tài “Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển thiết bị điện bằng điện
thoại di động” đã hoàn thành đúng thời hạn. Tuy nhiên hạn chế của sản phẩm
hiện tại là chỉ c thể điều khiển 1 tín hiệu đèn Led sáng và vẫn còn ảnh hưởng bởi nhiều nhiễu bên ngoài. Vì vậy, nếu c cơ hội được nghiên cứu tiếp tôi sẽ nâng cấp sản phẩm để chất lượng tốt hơn và c thể điều khiển được các thiết bị điện gần gũi với cuộc sống hàng ngày, phục vụ nhu cầu con người. Nghiên cứu định hướng ứng dụng này c thể tạo được hứng thú học tập rất lớn cho sinh viên ngành Vật lý – Kỹ thuật n i riêng và sinh viên ngành Vật lý n i chung.
47
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Ngô Diên Tập - Vi xử lý trong đo lường và điều khiển - NXB Khoa học và Kĩ thuật Hà Nội – 1991.
[2] Ngô Diên Tập - Vi điều khiển với lập trình C – NXB Khoa học và Kĩ thuật Hà Nội – 2001.
[3] ThS. Ngô Đức Thiện - Cơ sở kỹ thuật điện, điện tử - NXB Hà Nội – 2006. [4] TS. Nguyễn Viết Nguyên - Giáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng – NXB Giáo dục – 2008.
[5] Bạch Gia Dương, Chử Đức Trình - Kỹ thuật điện tử thực hành – NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội – 2007.