Chức năng
Khối này có chức năng khuếch đại tín hiệu vi sai từ sensor của vi kẹp sau đó đưa vào khối xử lý trung tâm để thực hiện biến đổi ADC, mức điện áp khuếch đại yêu cầu của khối trước khi đưa vào biến đổi ADC là 0 V (min)….2.5 V (max). Sensor của vi kẹp được chế tạo ở dạng cầu trở:
Hình 3.2:Dạng cầu trở của sensor
Sơ đồ nguyên lý LM358 LM 358 +12V -12V RB1 RV4 RV6 RV5 RB2 a1 1 a2 2 3 a3 4 a4 b1 b2 b3 b4 5 6 7 8 A D620 RV3 RB1 RB1 -12V +12V RB2 3.3V A DC S E NS OR IN
Hình 3.3: Mạch nguyên lý khối khuếch đại tín hiệu từ sensor
Nguyên lý hoạt động
Tín hiệu đầu vào của khối là tín hiệu điện áp vi sai từ sensor của vi kẹp và từ yêu cầu đầu vào của khối xử lý trung tâm nên khối này được thiết kế thành ba phần chính:
Phần 1: Khuếch đại tín hiệu visai.
Phần này sử dụng IC khuếch đại công cụ chuyên dụng AD620 (phụ lục) với hệ số khuếch đại được điều chỉnh bằng một biến trở 1 kΩ nối giữa chân 1 và 8 của IC. Hệ số khuếch đại tín hiệu được cho bởi công thức
Trong đó RG là điện trở điều chỉnh hệ số khuếch. Bởi vậy RG được cho bởi
RG = 49.4 kΩ/(G -1) (3.2)
Với RG=1 kΩ thì hệ số khuếch đại visai từ 50 lần…1000 lần. Để tránh hiện tượng tự kích gây ảnh hưởng lớn đến tín hiệu nên điều chỉnh hệ số khuếch đại trong khoảng từ 50 lần đến 150 lần.
Hai đầu vào của tín hiệu sensor được nối với hai điện trở 100 kΩ tương ứng nhằm quy chiếu tín hiệu một chiều xuống đất khi không có tín hiệu từ sensor, do vậy mà tránh được hiện tượng khuếch đại tín hiệu một chiều khi không có tín hiệu thực từ sensor.
Để đảm bảo được sự khuếch đại tín hiệu của AD620 tin cậy và tránh hiện tượng tự kích, trong phần khuếch đại tín hiệu vi sai có dùng một tầng khuếch đại đảo kế tiếp sử dụng một bộ khuếch đại thuật toán trong IC LM358 (IC này tích hợp hai bộ khuếch đại thuật toán) với hệ số khuếch cho bởi
K’ = RV4/RB1 (3.3)
Như vậy hệ số khuếch đại của khối vi sai được cho bởi
K=G*K’ (3.4)
Phần 2: Khuếch đại và điều chỉnh thế offset tín hiệu visai
Do yêu cầu điện áp tín hiệu đầu vào biến đổi ADC của khối xử lý trung tâm từ 0
V...2,5 V nên thiết kế tầng khuếch đại đảo và dịch thế offset sau tầng khuếch đại vi sai, điện áp ra của tầng này được cho bởi
Vout=(RV5/RB2)*Vvisai out+(RV5/RB3)*Voffset (3.5)
Để tránh hiện tượng tăng hệ số khuếch đại làm cho tín hiệu Vout của khối vượt quá mức cho phép, tín hiệu Vout được nối với một diode zenner 3.3 V để ổn định tín hiệu vào tránh làm hỏng bộ biến đổi ADC của khối xử lý tín hiệu trung tâm.
Trong khi thiết kế các khối khuếch đại tín hiệu vi sai có sử dụng tụ gốm 100 pF để lọc nhiễu.