Bài 2. Thiết bị đầu ra - Chuyên đề học tập Lí 11 Cánh diều

KĐ

Chúng ta đã biết, tín hiệu từ cảm biến được bộ xử lí sử dụng để tạo ra một hiệu điện thế. Hiệu điện thế này có thể được dùng để điều khiển nhiều thiết bị như hiển thị độ nóng, lạnh, bật tắt một mạch điện hay đo một đại lượng vật lí,... Các thiết bị như vậy là thiết bị đầu ra. Các thiết bị đầu ra hoạt động như thế nào?

Lời giải chi tiết:

Một số thiết bị đầu ra hoạt động:

• Diode phát sáng (LED) được sử dụng để chỉ ra trạng thái (cao hoặc thấp, bật hoặc tắt) ở đầu ra của bộ xử lí.
• Relay được sử dụng để điều khiển dòng điện/ hiệu điện thế có giá trị lớn thông qua dòng điện/ hiệu điện thế thấp ở đầu ra của bộ xử lí.
• Vôn kế có thể được sử dụng để đo hiệu điện thế ở đầu ra của bộ xử lí. Để vôn kế chỉ giá trị của đại lượng đang theo dõi, cần hiệu chuẩn vôn kế.

CH

Trong hình 2.5, đầu vào V+ có ghép với cảm biến nhiệt độ và đầu vào V− của op-amp có mạch chia điện thế. Sự sáng, tối của LED có cho ta biết được vùng nhiệt độ của môi trường tác động lên cảm biến nhiệt độ hay không?

Lời giải chi tiết:

Khi môi trường nhiệt độ thay đổi giá trị nhiệt trở thay đổi nên hiệu điện thế đặt vào hai đầu đèn LED sẽ tăng hoặc giảm theo nhiệt độ nên ảnh hưởng đến sự sáng tối của đèn.

CH 1

Vì sao không thể mắc trực tiếp phụ tải với đầu ra của op-amp?

Lời giải chi tiết:

Vì cường độ dòng điện đầu ra của mạch khuếch đại lớn hơn rất nhiều với cường độ dòng điện chạy trong dây nên không thể mắc trực tiếp phụ tải với đầu racủa mạch.

CH 2

Trong Hình 2.6, khi cuộn dây của relay chưa có dòng điện, tiếp điểm A₁, A₂ tiếp xúc với nhau hay không tiếp xúc với nhau? 

Lời giải chi tiết:

Khi chưa có dòng điện nam châm điện chưa hoạt động nên không thể hút thanh gạt lại được nên tiếp điểm A1, A2 không tiếp xúc với nhau.

LT

Thảo luận để nêu được hai tác dụng của diode D2 trong sơ đồ Hình 2.7.

Lời giải chi tiết:

Diode D₂ được dùng để bảo vệ op-amp khỏi dòng điện cảm ứng trong cuộn dây relay mỗi khi dòng điện trong cuộn dây của relay bị ngắt và duy trì dòng điện một chiều chạy trong mạch.

CH

Đặt cảm biến nhiệt độ ở mạch op-amp - vôn kế và một nhiệt kế vào bình nước có nhiệt độ thay đổi để làm gi?

Lời giải chi tiết:

Cảm biến nhiệt độ ở mach op-amp - vôn kế để đo số chỉ vôn kế thay đổi khi đặt vào bình nước.

Nhiệt kế để đo nhiệt độ của nước ở những số chỉ vôn kế khác nhau.

CH

Thiết kế hệ thống dùng LED làm tín hiệu cảnh báo nhiệt độ vượt ngưỡng

Dụng cụ

• Nguồn điện 5 V.
• Phần tử cảm biến nhiệt độ có điện thế ở đầu ra được tính theo biểu thức V_cb = 0,01t, với t là nhiệt độ nơi đặt nó.
• Op-amp.
• Các điện trở R₁ và R₂.
• Điện thế đầu ra V_cb của cảm biến được đưa trực tiếp vào cổng (+).
• Điện thế V− được trích từ nguồn 5V qua mạch chia thể gồm điện trở R₁ và R₂

Yêu cầu

• Vẽ sơ đồ mạch điện.
• Tính điện thế ra V_cb của cảm biến khi nhiệt độ môi trường bằng 30°C.
• Giả sử R₁ =470Ω, R₂=6,8kΩ

LED sáng hay tối khi nhiệt độ là:

a) 25°C

b) 70°C

• Cho R₁ = 1 kΩ, tìm R₂ để LED sáng khi nhiệt độ vượt ngưỡng 60°C.

Lời giải chi tiết:

Điện thế ra Vcb của cảm biến khi nhiệt độ môi trường bằng 30°C là: 

V_cb = 0,01t=0,01.30=0,3 V

Đèn LED sẽ sáng khi ở nhiệt độ 25°C và tối khi ở 70°C

VD

Dự án tìm hiểu các thiết bị đầu ra.

1. Thảo luận các câu hỏi định hướng:

Khi mặc relay ở đầu ra của op-amp, chúng ta cần quan tâm đến những yếu tố kỉ thuật nào?

2. Thảo luận, thống nhất nội dung cần tìm hiểu

3. Lập kế hoạch, thực hiện dự án của nhóm

Xác định các nhiệm vụ cần thực hiện để hoàn thành dự án tìm hiểu, phân chia nhiệm vụ cho các thành viên trong nhóm xác định thời hạn hoàn thành, phương tiện khảo sát, thu thập, xử lí thông tin và sản phẩm dự kiến.

4. Thực hiện dự án, báo cáo và thảo luận

Tiến hành tìm hiểu, thu thập, xử lí thông tin theo kế hoạch và trình bày ở lớp.

Thảo luận, nhận xét để thấy được vai trò của từng thiết bị đầu ra.

Báo cáo về quá trình thực hiện và kết quả dự án tìm hiểu.

Lời giải chi tiết:

Dòng điện do op-amp tạo ra được đưa vào cuộn dây của relay, điều khiển nó bật hoặc tắt dòng điện có cường độ lớn hơn qua cặp tiếp điểm A₁ và A₂

Do đầu ra của op-amp có thể dương hoặc âm mà diode D₁ chỉ dẫn điện khi đầu ra là dương đối với đất nên cuộn dây relay chỉ được cấp điện khi đầu ra của op-amp là dương. Diode D₂ được dùng để bảo vệ op-amp khỏi dòng điện cảm ứng của cuộn dây relay mỗi khi dòng điện trong relay bị ngắt.