Chương 4: THIẾT KẾ ĐÈN TỰ HIỆU CHỈNH ĐỘ SÁNG 4.1 Giới thiệu chung
4.2 Vi mạch khuếch đại thuật toán opamp ,vi mạch TL082 và quang trở
4.2.1 Cơ bản về vi mạch khuếch đại thuật toán:
Mạch khuếch đại thuật toán (operational Amplifier)hay còn gọi là Opamp là mạch tích hợp có thể ráp với các mạch hồi tiếp bên ngoài để có thể điều chỉnh hàm truyền hay độ lợi của nó.
Hình 3.1: vi mạch KĐTT LM741 Hình 3.2: Ký hiệu KĐTT
Cấu tạo cơ bản của KĐTT là các tầng khuếch đại vi sai. Các vi mạch khuếch đại thuật toán bao gồm 3 phần:
o Khuếch đại vi sai: Khuếch đại tín hiệu ngõ vào, có đặc điểm là khuếch đại nhiễu thấp, trở kháng đầu vào cao.
o Khuếch đại điện áp: Tạo ra hệ số khuếch đại điện áp cao.
o Khuếch đại ngõ ra.
Khuếch đại thuật toán có hai ngõ vào:
o Ngõ vào V- (inverting input) : là ngõ vào khuếch đại đảo, tín hiệu ngõ ra sẽ ngược pha với tin hiệu ngõ vào
o Ngõ vào V+ (non-inverting input) : là ngõ vào khuếch đại không đảo, tín hiệu ngõ ra sẽ cùng pha với tín hiệu ngõ vào.
Khuếch đại thuật toán lý tưởng có 3 đặc điểm sau:
+ Hệ số khuếch đại điện áp là vô cùng.
+ Trở kháng ngõ vào là vô cùng lớn. Vì vậy, dòng vào bằng 0.
+ Trở kháng ngõ ra bằng 0. Điện áp ra không phụ thuộc vào tải.
4.2.2 Các dạng mạch cơ bản của khuếch đại thuật toán:
• Mạch khuếch đại đảo:
Vì opamp xem như lý tưởng nên ta có:
Xét tại nút A:
Suy ra :
Nhận xét:
+ Điện áp ngõ ra khuếch đại với hệ số R2/R1 .
+ Điện áp ngõ ra ngược pha với điện áp ngõ vào.
• Mạch khuếch đại không đảo:
Ta có:
Xét tại nút A, ta có:
Suy ra :
• Mạch cộng tín hiệu:
Ta có:
Xét tại nút A, ta có:
Thay U-= 0 vào phương trình,
ta có:
• Mạch trừ tín hiệu:
Ta có :
Xét tại nút A:
Suy ra:
Xét tại nút B:
Suy ra:
Thế UA = UB , ta có:
• Mạch tích phân:
Khi thay điện trở hồi tiếp của mạch khuếch đại thuật toán bằng một tụ điện. Do tính chất của một tụ điện,ta có mạch tích phân tín hiệu ngõ vào như hình:
Ta có:
Xét tại nút A:
Suy ra:
• Mạch vi phân:
Khi thay tụ điện với điện trở nối với tin hiệu
nguồn, do tính chất của tụ điện nên ta có mạch vi
phân tín hiệu ngõ vào như hình vẽ:
Ta có:
Xét tại nút A:
Với UA = 0
4.2.3 Giới thiệu về vi mạch TL082
Vi mạch TL082 là vi mạch tích hợp hai bộ opamp với ngỏ vào J-Fet với một số ưu điểm sau:
+ Độ lệch về dòng trôi thấp.
+ Bảo vệ ngắn mạch ngõ ra.
Hình 3.3 thể hiện cấu trúc của một vi mạch TL082 . TL082 được đóng gói ở dạng DIP có 8 chân với hai bộ opamp. Chức năng của từng chân như sau:
Hình 3.3: Cấu trúc của vi mạch TL082
Chân 1: Ngõ ra của bộ opamp 1
Chân 2: Ngõ vào đảo của bộ opamp 1
Chân 3: Ngõ vào không đảo của bộ opamp 1
Chân 4: - Vcc
Chân 5: Ngõ vào không đảo của bộ opamp 2
Chân 6: Ngõ vào đảo của bộ opamp 2
Chân 7: Ngõ ra của bộ opamp 1
Chân 4: + Vcc
Cấu trúc của một opamp được thể hiện trong hình 3.4.
Hình 3.5: Cấu trúc của một opamp bên trong vi mạch TL082
Một vài thông số sử dụng TL082.
Điện áp nguồn VCC = ± 18 [V].
Điện áp ngõ vào: Vi = ± 15 [V].
Điện áp ngõ vào sai lệch Vid = ± [V].
Công suất : P = 680 [mW].
4.2.4 Quang trở
Quang trở là một loại linh kiện bán dẫn quang. Đặc tính của quang trở là điện trở thay đổi khi ánh sáng chiếu vào thay đổi. Cấu tạo của quang trở là chất bán dẫn (có thể là Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe)
Hình 3.6: Hình dạng thực tế của quang trở.
Nguyên lý hoạt động của quang trở là khi ánh sáng chiếu vào lớp bán dẫn. Làm cho các hạt điện tử nhận năng lượng từ ánh sáng nhảy từ dãi hóa trị lên dãi dẫn. Làm mật độ điện tử tăng lên
và điện trở trong mạch giảm xuống. Đặc tính điện và độ nhạy quang trở tùy thuộc vào vật liệu bán dẫn.
Khi không có ánh sáng chiếu vào, điện trở của quang trở khoảng 1MΏ.
Khi có ánh sáng chiếu vào thì điện trở giảm xuống chỉ còn khoảng vài trăm Ohm.