Bài 9. Thiết bị đầu ra - Chuyên đề học tập Lí 11 Chân trời sáng tạo

KĐ

Ngày nay, chất lượng cuộc sống được nâng cao nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ. Trong đó, sự phát triển của ngành kĩ thuật điện tử vừa góp phần giải phóng sức lao động, vừa giảm sự phụ thuộc vào quá trình điều khiển của con người, mạch đóng ngắt đèn đường tự động là một ví dụ. Các mạch điện ứng dụng này sử dụng những thiết bị điện tử gì và hoạt động theo nguyên tắc nào?

Lời giải chi tiết:

Các mạch điện ứng dụng này sử dụng thiết bị cảm biến và hoạt động dựa trên những thông tin tín hiệu thu được của các thiết bị cảm ứng.

CH 1

Tìm hiểu tài liệu và trình bày ngắn gọn nguyên tắc hoạt động của một số thiết bị đầu ra.

Lời giải chi tiết:

Relay là công tắc được kích hoạt bằng điện, được sử dụng để đóng hoặc ngắt dòng điện trong một mạch điện

LED là một linh kiện điện tử, có đặc điểm là phát ra ánh sáng khi hai cực của nó được nối với nguồn điện một chiều có hiệu điện thế từ 2-4V

Bộ hiển thị: thay vì phải đọc giá trị điện áp rồi quy đổi thành đại lượng cần khảo sát, ta sẽ sử dụng bộ hiển thị để hiển thị trực tiếp các giá trị cần đo.

CH 2

Hãy kể tên các linh kiện điện tử được sử dụng trong mạch đóng ngắt tự động.

Lời giải chi tiết:

Các linh kiện điện tử: relay, LED, điện trở,...

CH

Tìm các linh kiện điện tử trong sơ đồ ở Hình 9.4 tương ứng với các khối trong sơ đồ ở Hình 9.2.

Lời giải chi tiết:

Cảm biến: biến trở, quang trở

Mạch op-amp-relay: bộ khuếch đại thuật toán, diode

Relay

Mạch cần ngắt: bóng đèn 220V

LT

Hình 9.4 là một mạch điện sử dụng mạch op-amp – relay để thực hiện chức năng bật sáng đèn tự động khi trời tối. Hãy tìm hiểu nguyên lí hoạt động và tiến hành lắp mạch nếu có điều kiện.

Lời giải chi tiết:

Mạch op-amp – relay với chức năng đóng ngắt mạch có sơ đồ khối như Hình 9.2: Khi giá trị của một đại lượng vật lí ghi nhận bởi cảm biến thay đổi thì mạch op-amp hoạt động, hiệu điện thế giữa đầu ra của op-amp và đất được đặt vào hai tiếp điểm cấp nguồn relay (lúc này có giá trị khác không) nên làm relay hoạt động đóng mạch điện thứ hai và relay chỉ đóng mạch khi hiệu điện thế đầu ra có giá trị dương thì mắc thêm một diode giữa op-amp và relay.

CH

Tìm các linh kiện điện tử trong sơ đồ ở Hình 9.8 tương ứng với các khối trong sơ đồ ở Hình 9.6.

Lời giải chi tiết:

Cảm biến: biến trở, quang trở

Mạch op-amp: bộ khuếch đại thuật toán

Mạch tín hiệu bằng đèn LED: điện trở, đèn LED

LT

Hình 9.8 bên dưới là các mạch bật dèn LED khi trời sáng và khi trời tối. Hãy tìm hiểu nguyên lí hoạt động, tiến hành lắp mạch điện tự động bật đèn sáng khi trời tối.

Lời giải chi tiết:

Khi trời sáng, điện trở của quang trở nhỏ lúc này đèn không sáng.

Khi trời tối, điện trở trong của biến quang lớn lúc này rơle đóng lại, đèn sáng.

VD

Tìm hiểu và nêu một số ứng dụng của mạch op-amp - LED trong thực tế.

Lời giải chi tiết:

Đèn ngủ tự động, đèn đường tự động

CH

Dựa vào Hình 9.10, trình bày cách xác định giá trị của nhiệt độ t khi biết giá trị của hiệu điện thế U tương ứng.

Lời giải chi tiết:

Từ điểm hiệu điện thế đã biết trên trục tung (trục U) ta vẽ đường thẳng song song với trụ hoành (trục t) từ giao điểm của đường thẳng ta vừa vẽ với đường cong ta hạ đường thẳng song song với trục tung, cắt trục hoành tại điểm nào thì đó là giá trị của t cần tìm

CH

Tìm các linh kiện điện tử trong sơ đồ Hình 9.11 tương ứng với các khối trong sơ đồ ở Hình 9.9.

Lời giải chi tiết:

Cảm biến: Điện trở nhiệt NTC, R1, R2, R3

Mạch op-amp: Bộ khuếch đại tín hiệu thuật toán

Vôn kế

LT

Hình 9.11 là một mạch điện op-amp - CM dùng để đo nhiệt độ. Hãy tìm hiều nguyên lí hoạt động, tiến hành lập mạch điện và sử dụng do nhiệt độ tại một khu vực mà em chọn.

Lời giải chi tiết:

Vôn kế chỉ thị kim có thể được dùng để hiển thị giá trị sử dụng cảm biến điện trở nhiệt NTC Mạch khuếch đại thuật toán mắc theo sơ đồ Hình 9.11 cho phép khuếch đại tín hiệu từ cảm biến lên nhiều lần với tín hiệu đầu vào đồng pha với tín hiệu đầu ra. Vôn kế được mắc ở lối ra của mạch khuếch đại. Các điện trở R₁ và R₃ được lựa chọn sao cho điện áp lối ra phù hợp với thang đo của vôn kế. Với sơ đồ mạch như trên thì ứng với mỗi nhiệt độ của cảm biến sẽ có một điện áp lối ra của mạch khuếch đại. Do góc quay của kim vôn kế tỉ lệ với điện áp nên ứng với mỗi giá trị của nhiệt độ sẽ có một giá trị của góc quay, Ngược lại, khi biết được góc quay của kim vôn kế, chúng ta cũng biết được nhiệt độ của cảm biến.

VD

Dựa vào các tài liệu đa phương tiện để viết một bài luận ngắn hoặc dùng một video trình bày một số ứng dụng của các thiết bị đầu ra đã được học.

Lời giải chi tiết:

Trong đời sống hiện nay những thiết bị công nghệ dần được phổ biến và quan trọng hơn cho thấy đây là dấu hiệu của một đất nước phát triển về khoa học kĩ thuật. Sau khi chiến tranh kết thúc, chúng ta có cơ hội tiếp thu học tập và áp dụng những tiến bộ của khoa học kĩ thuật trên thế giới vào đời sống xã hội cũng như trong sản xuất. Khoa học kĩ thuật trong đời sống xã hội ngày càng phát triển nhất là những ngành công nghiệp điện, điện tử. Đây là ngành công nghiệp liên quan trực tiếp đến đời sống sinh hoạt cũng như kinh doanh sản xuất của nhân dân.Thiết bị tiện lợi và phổ biến hiện này là thiết bị cảm ứng, một sản phẩm công nghệ tiên tiến được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội như: trong sinh hoạt, trong kinh doanh thương mại, trong bảo mật, trong vận tảu hàng không, …….Cảm biến là thiết bị có thể nhận biết được vật ở cự li nhất định theo lập trình của nó mà không phải chạm vào vật. Chúng ta có rất nhiều loại cảm biến như: cảm biến nhiệt, cảm biến không khí, cảm biến âm thanh, cảm biến màu sắc, cảm biến tần số, cảm biến từ trường…..Trong sinh hoạt thiết bị cảm biến chúng ta thường thấy là như cảm biến âm thanh ( vỗ tay tắt đèn), cảm biến từ trường ( ra khỏi phòng đèn tự tắt). Còn trong sản xuất công nghiệp thì thiết bị cảm biến chủ yếu để ngắt dòng điện khi quá tải, nóng hoặc bị ẩm để bảo vệ thiế bị điện an toàn. Sử dụng cảm biến ở trường hợp nào cũng đem lại lợi ích thiết thực cho người sử dụng như tiết kiệm được chi phí, bảo vệ thiết bị điện an toàn, nâng cao tuổi thọ của chúng. Và hầu hết những thiết bị cảm biến này đều là đầu ra được lắp đặt trong các mạch điện khuếch đại thuật toán. Sự kết hợp này đã đem lại nhiều lợi ích ích cho cuộc sống ngày nay. Sự tiện ích của thiết bị này trong đời sống xã hội là không cần bàn cãi. 

Bài tập

Thiết kế mạch điện ứng dụng mạch op-amp – relay và op-amp – LED đáp ứng yêu cầu sau: Một căn phòng có sử dụng lò sưởi, khi nhiệt độ trong phòng giám đến giá trị T₁, cho trước đèn LED 1 báo hiệu bật sáng, lò sưởi được khởi động. Khi nhiệt đó trong phòng tăng đến giá trị T₂ cho trước thì đèn LED 1 tắt, đèn LED 2 sáng, đồng thời là sưởi được cho ngừng hoạt động.

Lời giải chi tiết:

Ở mạch điện này, nhiệt trở ở mạch op-amp-relays sẽ hoạt động đóng mạch bật sáng đèn ở mạch op-amp - LED đồng thời bật lò sưởi khi ở nhiệt độ T1, khi nhiệt độ tăng đến T2 nhiệt trở dừng hoạt động khiến cho relay dừng hoạt động tắt đèn LED 1 và lò sưởi, khi đó đòng điện sẽ chạy sang mạch điện có LED 2 làm đèn sáng