Bài 8. Bộ khuếch đại thuật toán và thiết bị đầu ra - Chuyên đề học tập Lí 11 Kết nối tri thức

KĐ

Chiếc loa của bộ tăng âm hay tai nghe của máy nghe nhạc là những vật dụng rất quen thuộc với chúng ta trong cuộc sống thường ngày. Từ người nghệ sĩ biểu diễn trên sân khấu đến các phát thanh viễn, những diễn giả,... đều cần đến những thiết bị này để truyền tải tiếng đàn, tiếng hát hay giọng nói của họ đến người nghe. Vậy, thiết bị nào đã làm cho chiếc loa hay cặp tai nghe phát ra âm thanh?

Lời giải chi tiết:

Vì trong loa hay cặp tai nghe có bộ khuếch đại nên có thể nghe được âm thanh to hơn

CH

1. Thế nào là bộ khuếch đại, bộ khuếch đại thuật toán? Hãy nêu một số ví dụ ứng dụng bộ khuếch đại thuật toán trong cuộc sống mà em biết.

2. Bộ khuếch đại thuật toán có ưu điểm gì?

Lời giải chi tiết:

1. Bộ khuếch đại được thiết kế để làm tăng cường độ tín hiệu điện lên nhiều lần. Một bộ khuếch đại lí tưởng là bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn nhưng vẫn đảm bảo cho tín hiệu đầu ra không bị méo. Các bộ khuếch đại thường được cấu tạo từ các linh kiện điện tử như transistor, điện trở, tụ điện,... những linh kiện này có thể được tích hợp trên một bản mạch với nhiều chân ra (gọi là IC).

Bộ khuếch đại thuật toán là bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại tuỳ chỉnh, thực hiện được nhiều chế độ khuếch đại với hệ số khuếch đại lớn. Nhờ có tính đa dạng và linh hoạt, bộ khuếch đại thuật toán được xem như là bộ khuếch đại có nhiều ứng dụng nhất. Bộ khuếch đại thuật toán thường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu nhỏ từ các cảm biển trước khi đưa tới tầng khuếch đại tiếp theo. Ngoài ra, nó còn được ứng dụng trong các máy tính và nhiều loại thiết bị tự động hoá khác.

2. Bộ khuếch đại thuật toán có tính tùy chỉnh, thực hiện được hệ số khuếch đại lớn, đa dạng, linh hoạt hơn so với bộ khuếch đại thông thường.

CH 1

1. Relay điện từ là gì? Relay điện từ khác với công tắc điện thông thường thế nào? Tại sao lại cần nguồn điều khiển cho relay điện từ?

2. Dòng điều khiển và dòng qua mạch tải điện được chạy trong bộ phận nào của relay điện từ?

Lời giải chi tiết:

1.

• Relay điện từ là một công tắc đóng, ngắt hoặc chuyển mạch tải điện bằng lực từ. Quá trình đóng, ngắt mạch điện được thực hiện bằng dòng điện.
• Relay là thiết bị đóng ngắt mà vận hành của các tiếp điểm trong mạch điện bằng cách thay đổi điều kiện trong cùng 1 mạch điện hay nhiều mạch điện khác nhau. Còn công tắc điện là thiết bị đóng ngắt giúp đảm bảo việc thiết lập liên tục và ngắt mạch điện trong điều kiện bình thường nhất.
• Khi có dòng điều khiển, lực từ hút miếng sắt non về phía nó làm các tiếp điểm điện cực tiếp xúc với nhau, relay ở trạng thái đóng mạch. Nếu mắc nối tiếp điện cực với mạch tải điện thì relay có thể thực hiện chức năng đóng ngắt mạch điện này.

2. Trong hình 8.4: Dòng điều khiển chạy qua mạch CD của nam cham điện. Dòng qua mạch tải điện chạy qua mạch ngoài AB.

CH 2

Relay trong Hình 8.5 sẽ hoạt động thế nào nếu nối trực tiếp đầu ra của mạch khuếch đại thuật toán với chân điều khiển của relay mà không qua diode?

Lời giải chi tiết:

Relay sẽ luôn trong trạng thái đóng mạch dù điện áp đầu vào là âm hay dương

CH

1. Trong sơ đồ Hình 8.8, để dàn LED sáng thì điện áp lối ra của mạch khuếch đại thuật toán phải dương hay âm so với đất?

2. Tại sao phải mắc điện trở nối tiếp với đèn LED ở lối ra của mạch khuếch đại thuật toán?

Lời giải chi tiết:

1. Điện áp lối ra của mạch khuếch đại phải dương so với mặt đất

2. Vì điện áp hoạt động của đèn LED khá nhỏ, chỉ cỡ 2V do đó không thể mắc trực tiếp nó vào nối ra của bộ khuếch đại thuật toán bởi vì kho đó dòng qua LED sẽ lớn, sẽ làm hỏng LED và bộ khuếch đại nên cần dùng một điện trở có giá trị phù hợp mắc nối tiếp với LED.

HĐ

Thực hiện dự án tìm hiểu về bộ khuếch đại thuật toán và thiết bị đầu ra theo các bước sau:

Bước 1: Xác định nhiệm vụ: Tìm hiểu về tính chất cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán và nguyên tắc hoạt động của thiết bị đầu ra là mạch op-amp-relays, mạch op-amp-LEDs và mạch op-amp-CMs.

Bước 2: Xác định hình thức báo cáo kết quả tìm hiểu được và bộ khuếch đại thuật toán và nguyên tắc hoạt động của 3 thiết bị dầu ra trên

Bước 3: Xây dựng kế hoạch và thời gian thực hiện việc tìm hiểu về bộ khuếch đại thuật toán và nguyên tắc hoạt động của 3 thiết bị trên

Bước 4: Thống nhất tiêu chí đánh giá dự án đảm bảo nêu được tính chất cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán (op-amp) lí tưởng và nguyên tắc hoạt động của mạch op-amp-relays, LEDs, CMs.

Bước 5: Thực hiện theo kế hoạch đã đề ra để hoàn thành sản phẩm như dự kiến.

Bước 6: Báo cáo và đánh giá dự án đã thực hiện.

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Nhiệm vụ:

• Tìm hiểu về tính chất cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán và nguyên tắc hoạt động của thiết bị đầu ra là mạch op-amp-relays, mạch op-amp-LEDs và mạch op-amp-CMs.

Bước 2: Hình thức báo cáo: Thuyết trình, hồ sơ học tập, sơ đồ tư duy,...

Bước 3: Kế hoạch và thời gian thực hiện: (... ngày, phân bố công việc phù hợp với thời gian biểu của học sinh)

• giai đoạn 1: Tìm hiểu về tính chất cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán
• giai đoạn 2: Tìm hiểu về nguyên tắc hoạt động của thiết bị đầu ra là mạch op-amp-relays, mạch op-amp-LEDs và mạch op-amp-CMs.
• giai đoạn 3: Kiểm tra lại tính chính xác của các nội dung, xây dựng cách trình bày các nội dung đã tìm kiếm

Bước 4: Tiêu chí đánh giá dự án

• Hoàn thành đúng thời hạn
• Nội dung đầy đủ, chi tiết
• Ví dụ minh họa rõ ràng, dễ hiểu, gần gũi với thực tế
• Trình bày khoa học, sạch đẹp
• Phong thái thuyết trình tự tin
• ...

Bước 5: Thực hiện kế hoạch

Bộ khuếch đại thuật toán được ứng dụng phổ biến trong rất nhiều thiết bị điện tử từ các thiết bị dân dụng cho đến công nghiệp và khoa học. Một bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng cần có một số tính chất sau:

• Hệ số khuếch đại của bộ thuật toán lí tưởng bằng vô cùng. Trên thực tế hệ số khuếch đại có thể lên tới vài trăm ngàn. Chính vì vậy, bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng có thể khuếch đại được tín hiệu có biên độ rất nhỏ.
• Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng cho phép khuếch đại được tín hiệu có công suất rất nhỏ mà không làm suy giảm tín hiệu do bị tiêu hao năng lượng ở lối vào và dòng điện lối ra không bị suy giảm do tiêu hao năng lượng trong mạch khuếch đại khi nó được nối với tải.
• Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng hoạt động ở mọi tần số.
• Tín hiệu lối vào bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng gần như ngay lập tức được khuếch đại thành tín hiệu lối ra mà không có thời gian trễ.
• Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng không gây nhiễu trong quá trình khuếch đại.

Nguyên tắc hoạt động của thiết bị đầu ra là mạch op-amp-relays, mạch op-amp-LEDs và mạch op-amp-CMs.

• mạch op-amp-relays: Relays điện từ là một công tắc đóng, ngắt hoặc chuyển mạch bằng lực từ. Qúa trình đóng, ngắt mạch điện được thực hiện bằng dòng điện (dòng điều khiển)
• mạch op-amp-LEDs: LED là một linh kiện điện tử biến đổi điện năng thành quang năng với hiệu suất cao. Bản chất của LED là một diode bán dẫn, LED sẽ phát sáng nếu có dòng điện chạy theo chiều thuận.
• mạch op-amp-CMs: Vôn kế chỉ thị kim mắc trực tiếp vào lối ra của bộ khuếch đại thuật toán được dùng để làm bộ hiển thị.

Bước 6: Báo cáo và đánh giá dự án, nghe nhận xét, rút kinh nghiệm cho dự án sau.

CH

1. Bộ khuếch đại thuật toán có vai trò gì trong việc hiệu chuẩn thiết bị đo?

2. Tại sao khi sử dụng vôn kế làm thiết bị hiển thị giá trị đo của đại lượng vật lí chúng ta phải chia lại thang đo và đơn vị đo?

Lời giải chi tiết:

1. Bộ khuếch đại thuật toán thường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu từ cảm biến khi khảo sát một đại lượng nào đó.

2. Vì mỗi giá trị đo được bằng máy đo ta có một giá trị của góc quay tương ứng, nên với mỗi góc quay này thì ta ghi lại giá trị tương ứng của đại lượng vừa đo chúng ta sẽ có được vạch chiamoiws trên thang chia đô của đại lượng cần đo.