TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CẢM BIẾN NHÓM 10 BỘ CHUYỂN ĐỔI ĐIỆN ÁP SANG TẦN SỐ Các thành viên Phạm Đình Phú Phạm Công Phong Trịnh Hồng Quang Hoàng Khí Quyền

2. Bộ biến đổi điện áp sang tần số- F/V sử dụng IC 9400. Bộ biến đổi này hoạt động dựa trên nguyên lý hợp nhất. Tần số đầu ra Fout tỉ lệ với độ lớn của điện áp đầu vào liên hệ bởi phương trình sau: Fout = (Vin/Rin)(1/Vref * Cref) Bộ chuyển đổi chấp nhận 1 biến tín hiệu đầu vào tương tự và phát một bộ xung đầu ra, tần số của bộ xung này tỉ lệ tuyến tính với điện áp đầu vào.Những thiết bị này có thể cũng đựơc sử dụng như những bộ biến đổi điện áp sang tần số có độ chính xác cao, chấp nhận thực tế nhiều tần số đầu vào dạng sóng và cung cấp một điện áp đầu ra tỉ lệ tuyến tính. Một hệ thống chuyển đổi V/F hoàn chỉnh chỉ cần thêm hai tụ điện , ba điện trở và điện áp chuẩn. GIỚI THIỆU VỀ BỘ BIẾN ĐỔI V/F

4. Bộ biến đổi V/F được ứng dụng trong các mạch thu nhận dữ liệu. Ứng dụng trong các mạch biến đổi tương tự sang số.. Sự truyền dữ liệu tương tự và ghi dữ liệu. Những vòng khoá pha. Những máy đo tần số và máy đo tốc độ góc. Ưng dụng trong các mạch điều khiển motor. Ứng dụng trong mạch giải điều FM. CÁC ỨNG DỤNG CỦA BỘ V/F

5. TC9400 dùng trong bộ biến đổi V/F sử dụng nguồn thấp chế tạo theo công nghệ CMOS nên chi phí thấp,manglại hiệu suất cao,tiết kiệm năng lượng. Tần số đầu vào tỷ lệ tuyến tính với điện áp đầu vào nên việc tính toán rất dễ dàng và đảm bảo độ chính xác. Một hệ thống chuyển đổi V/F hoàn chỉnh chỉ cần thêm hai tụ điện , ba điện trở và điện áp chuẩn Ưu điểm của bộ V/F

6. 1. IC TC9400 2. OP AMP LM386 3. Cùng các linh kiện khác có giá trị như trên hình1 Dưới đây ta nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của 2 linh kiện quan trọng,chủ yếu là TC 9400 và bộ khuyếch đại LM386. Các thiết bị nghiên cứu

7. CẤU TẠO BÊN TRONG IC TC9400

8. IC TC 9400 hoạt động trên nguyên lý của sự cân bằng điện tích. Hoạt động của nó được thể hiện ở hình 1. Điện áp đầu vào (Vin) được biến đổi thành dòng điện (Iin) bởi Rin . Dòng điện này sau đó đựơc biến đổi thành điện tích trên tụ tích phân, như là điện áp giảm tuyến tính ở đầu ra của Op Amp. Giới hạn thấp nhất của thay đổi đầu ra thiết lập bởi bộ THRESHOLD DETECTOR, gây ra cho điện áp chuẩn nạp cho tụ chuẩn với thời gian đủ dài để cho tụ phóng ra được điện áp bằng điện áp chuẩn. Tác động này làm giảm điện tích trên tụ chuẩn bởi 1 đại lượng cố định (q = CREF ×VREF), nó gây cho đầu ra Op Amp thành đại lượng hữu hạn như hình 2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

9. Hình 2

10. Tại cuối quá trình phóng điện tích, điện tích đựơc giữ ở tụ chuẩn bị tiêu tán, vì vậy mà độ lợi đầu ra dần tới 0, thì hệ thống được lặp lại. Trong cách thức này, sự phóng điện được tiếp tục diễn ra trên tụ tích phân bởi đầu vào cân bằng ngoài bởi điện tích cố định từ áp chuẩn. Tại thời điểm điện áp đầu vào đựơc tăng lên, số xung chuẩn cần đáp ứng để duy trì sự tăng cân bằng, cái mà gây ra để tần số đầu ra cũng tăng. Từ đó mỗi lần tăng điện tích đựơc cố định, sự tăng tần số với điện áp là tuyến tính. Ngoài ra, sự chính xác của độ rộng xung đầu ra không trực tiếp ảnh hưởng đến tính tuyến tính của V/F. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

11. TC9400 chứa mạch tự khởi động để đảm bảo bộ biến đổi V/F luôn hoạt động chính xác khi đã cấp nguồn trước .Trong thời gian bật nguồn, đầu ra của Op Amp ở dưới ngưỡng và Cref đã tích điện. Một bước điện áp dương sẽ không xuất hiện . Đầu ra OP-AMP sẽ tiếp tục giảm cho đến khi đạt nó ngang với ngưỡng -3V của bộ tự so sánh .Khi điều này xảy ra, một điện trở trong được nối tới đầu vào của OP-APM, cái mà cưỡng bức để đầu ra đi đến xác thực cho đến khi TC9400 ở chế độ hoạt động bình thường. TC9400 dùng nguồn CMOS processing cho đầu vào biến thiên thấp và dòng offset với sự sụt áp rất nhỏ. Đầu ra rãnh mở kênh N của FETS cung cấp điện áp cao và dòng sink cao.

12. Sơ đồ chân của TC9400

13. Freq Out: Đầu ra này là môt một rãnh mở kênh N của FET nó cung cấp một xung dạng song của tần số này tỷ lệ với điện áp đầu vào. Đầu ra này được nối với một điện trở treo và giao diện trực tiếp với MOS, CMOS, và TTL logic. Freq/2 Out : Đầu ra này là môt một rãnh mở kênh N của FET nó cung cấp một sóng có tần số bằng một nửa tần số của xung tần số đầu ra. Đầu ra của Freq/2 Out đươc thay đổi trạng thái tại biên của của Pulse Freq Out. Đầu ra này được nối với một điện trở treo và giao diện trực tiếp với MOS, CMOS, và TTL logic CHỨC NĂNG CỦA CÁC CHÂN

14. Output Common: Nguồn của Freq/2 Out v à Pulse Freq Out đựoc nối với chân này.Một mức giới hạn từ điện áp tới đất hoặc từ nguồn VSS có thể đạt được bằng cách nối chân này với một điểm xác định Amplifier Out: Đây là Bậc đầu ra của bộ khuyếch đại.Trong hoạt động của bộ V/F ,chân này xác định môt tín hiệu sườn âm. CHỨC NĂNG CỦA CÁC CHÂN

15. Iin :Đầu vào đảo của bộ khuyếch đại và tới tất cả các đầu nối các đầu nối khi bộ V/F hoạt động.Dòng điện đầu vào được định rõ là 10uA.Nhưng dòng điện vượt quá 50uA có thể ảnh hưỏng có hại đến hoạt động của mạch điện.Iin kết nối tới tất cả các điểm nút của bộ khuyếch đại. Điện áp nguồn không thể cố định trực tiếp nhưng được lưu trong bộ đệm bởi điện trở ngoài. CREF: Giá trị chính xác là không giới hạn và có lẽ đã không giảm bớt tần số.Màng thuỷ tinh hoặc tụ không khí tinh chỉnh đã được giới thiệu trước bởi độ ổn định và sự rò rỉ thấp. Được đặt ở pin 5 và 3. CHỨC NĂNG CỦA CÁC CHÂN

16. VREF Một điện áp chuẩn từ một nguồn xác định hoặc một điện áp cung cấp Vss được áp dụng cho pin này. Độ chính xác của TC9400 phụ thuộc vào điện áp điều chỉnh và nhiệt độ char-acteristics của mạch diện chuẩn. Từ đó cho thấy TC9400 là bộ biến đổi V/F cân bằng điện tích,dòng điện chuân sẽ tương ứng với điện áp đầu vào.Vì nguyên nhân này,tổng trở một chiều của nguồn điện áp chuẩn đủ để cản trở những lỗi tuyến tính. Độ tuyến tính khoảng 0.01%,tổng trở chuẩn khoảng 200Ω hoặc bé hơn mức đề nghị.Tụ phân dòng 0.1µF nên kết nối từ VREF tới đất. CHỨC NĂNG CỦA CÁC CHÂN

17. RIN Giá trị của linh kiện này là được chọn gửi cho môt full-scale của dòng điện vào xấp xỉ khoảng 10µA: A CHỨC NĂNG CỦA CÁC CHÂN Ví dụ:

18. GIỚI THIỆU VỀ IC LM386

19. IC LM 386 IC là bộ khuyếch đại công suất được thiết kế áp dụng cho điện áp thấp. Thông số kỹ thuật như sau: GIỚI THIỆU VỀ IC LM386

20. Cấu tạo bên trong: GIỚI THIỆU VỀ IC LM386

21. b) Sơ đồ chân : GIỚI THIỆU VỀ IC LM386

22. Trong bộ V/F IC LM386 được mắc theo sơ đồ nguyên lý như sau: GIỚI THIỆU VỀ IC LM386

23. KẾT NỐI VỚI BOARD KL-64010 VÀ ĐO KẾT QUẢ PHẦN II

24. Để kết nối đươc với KL-64010 ta tiến hành theo các bước sau: Kết nối bộ nguồn với đầu vào của module KL-64010 . Kết nối Vin với đầu vào của nguồn dương DC và tới DMM của bộ cảm biến. Kết nối Vo25-1 tới màn hình và bộ đếm cảm biến. Bật công tắc về ON. Thiết lập đầu ra nguồn DC tới 50mV. Điều chỉnh điện trở R2 đến khi tần số Vo25-1=25Hz.Bậc này thiết lập tần số đầu ra nhỏ nhất. Thiết lập nguồn DC về 10V.Chỉnh biến trở R8 sao cho Vo25-1=5KHz.Đây là tần số đầu ra cực đại. Lập lại bước 4 và 5 để chắc chắn rằng tần số đầu ra có thể thay đổi được.Nếu Vo25-1 không thê thiết lập được giá trị 25Hz and 5KHz,thay đổi C2 khi: Vo25-1 = 1/2(Vin/R1)(1/Vref C2) Khi Vo25-1 được thiết lập,không thể điều chỉnh R2 và R8 tăng thêm được. KẾT NỐI VỚI BOARD KL-64010

25. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN PHẦN III