Trường ĐHCN Hà Nội Bộ
Môn ĐLĐK
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BÀI TẬP LỚN
MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ
ĐỀ TÀI: DÙNG CÁC VI MẠCH TƯƠNG TỰ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG CẶP NHIỆT NGẪU
Giáo viên hướng dẫn:
1
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam
Lớp: ĐH Điện4_K7
NỘI DUNG
Đề Tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt
độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu.
Yêu cầu: - Dải đo từ: t°C = 0°C ÷ t
max
= 0-(100 + 10×n)°C
- Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp
1. U=0 ÷ 10V
2. U=0 ÷ -5V
3. I=0 ÷ 20mA
4. I=4 ÷ 20mA
- Dùng cơ cấu đo chỉ thị.
- Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường: t°C=0÷t
max
/2. Thiết kế mạch
nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng:
) = ﺡ1+0,5 ×a) giây
- Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt giá trị: t°C=t

vấn đề chuyển đổi U-I , vấn đề cảnh báo nhiệt độ ra đèn và vấn đề đo lường các
đại lượng không điện bằng điện
Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và giải nhiệt độ
Phân ra làm 2 phương pháp chính : Đo trực tiếp và đo gián tiếp
+Đo trưc tiếp là phương pháp đo trong đó các chuyển đổi nhiệt điện
đươc đặt trực tiếp trong môi trường cần đo.
+Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi
trường cần đo(áp dụng với trường hơp đo ở nhiệt độ cao ).
Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo không
phải ở quá cao.( 0 – 91)
Đo nhiệt độ bằng phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát 2 loại nhiệt kế cặp
nhiệt ngẫu và nhiệt kế nhiệt điện trở.
Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ ta có nhiều phương pháp để đo nhiệt độ như
dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại , dùng cặp nhiệt ngẫu hay dùng IC cảm biến
nhiệt độ. Sau đây ta sẽ đi tìm hiểu phương pháp thường dùng nhất đó là dùng cặp
nhiệt ngẫu.
.Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu :

3
Phương pháp đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt ngẫu dựa trên cơ sở hiệu ứng
nhiệt điện. Người ta nhận thấy rằng khi hai dây dẫn chế tạo từ vật liệu có bản
chất hoá học khác nhau được nối với nhau bằng mối hàn thành một mạch kín và
nhiệt độ hai mối hàn là t và t0 khác nhau thì trong mạch xuất hiện một dòng
điện. Sức điện động xuất hiện do hiệu ứng nhiệt điện gọi là sức điện động nhiệt
điện. Nếu một đầu của cặp nhiệt ngẫu hàn nối với nhau, còn đầu thứ hai để hở
thì giữa hai cực xuất hiện một hiệu điện thế
· Nhiệt độ đầu tự do t
0
đươc duy trì ở nhiệt độ chuẩn 0
nhưng thực tế thường nhỏ hơn trên lý thuyết .Phương pháp khắc phục :có 2

tín hiệu điện do cảm biến đưa ra thường là rất bé nên ta phải khuếch đại lên để đưa
vào các mạch điện khác.
c, Mạch so sánh : có tác dụng so sánh tín hiệu đưa ra từ khối khuếch đại để đưa ra
khối sau. Việc so sánh tín hiệu sẽ được ứng dụng cho mạch cảnh báo khi có sự quá
nhiệt độ.
d, Mạch chuyển đổi U sang I: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng điện sang tín
hiệu điện áp để hiển thị ra .
e, khối cánh báo : cảnh báo cho người biết rằng nhiệt độ đã tăng quá cao so với
nhiệt độ cho phép.
Đó là các khối cơ bản dùng trong mạch đo và cảnh báo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở
kim loại.

III.Tổng quan mạch đo
5
Chuyển đổi
U sang I
Khuếch đại
điện áp
Cảm biến
Cảnh báo
Mạch so
sánh
3.1 Mạch đo
Đối tượng cần đo là đại lượng vật lý, dựa vào các đặc tính của đại lượng cần đo mà
chọn ra loại cảm biến phù hợp để thực hiện việc biến đổi các thông số cần đo thành
đại lượng điện hay điện áp
U = 0 10V
U=0÷ -5V
I=0÷20mA
I = 420mA

nhiệt ở nhiệt độ làm việc. Để bảo vệ các điện cực, các cặp nhiệt có vỏ bảo vệ (1)
làm bằng sứ chịu nhiệt hoặc thép chịu nhiệt. Hệ thống vỏ bảo vệ phải có nhiệt
dung đủ nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt và vật liệu chế tạo vỏ phải có độ dẫn
7
nhiệt không quá nhỏ nhưng cũng không được quá lớn. Trường hợp vỏ bằng thép
mối hàn ở đầu làm việc có thể tiếp xúc với vỏ để giảm thời gian hồi đáp.
1.2.Vật liệu chế tạo điện cực
1) Telua 2) Chromel 3) Sắt 4) Đồng 5) Graphit 6) Hợp kim platin-rođi
7) Platin 8) Alumel 9) Niken 10) Constantan 11) Coben
- Cặp Platin - Rođi/Platin:
Cực dương là hợp kim Platin (90%) và rôđi (10%), cực âm là platin sạch. Nhiệt
độ làm việc ngắn hạn cho phép tới 1600
o
C , E
đ
=16,77mV. Nhiệt độ làm việc dài
hạn <1300
o
C. Đường đặc tính có dạng bậc hai, trong khoảng nhiệt độ 0 - 300
o
C
thì E ˜ 0.
Trong môi trường có SiO2 có thể hỏng ở nhiệt độ 1000 - 1100
o
C.
Đường kính điện cực thường chế tạo φ = 0,5 mm.
Do sai khác của các cặp nhiệt khác nhau tương đối nhỏ nên loại cặp nhiệt này
thường được dùng làm cặp nhiệt chuẩn.
- Cặp nhiệt Chromel/Alumel:
Cực dương là Chromel, hợp kim gồm 80%Ni + 10%Cr + 10%Fe. Cực âm là


1.2 Điện trở , biến trở .
a.Điện trở

8
Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp
chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại
điện trở có trị số khác nhau.
Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.
Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.
Cách đọc điện trở : vì điện trở rất đa dạng nên để đọc chính xác điện trở ta cần
xác định đúng trị số các vòng màu .

 Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là
vòng chỉ sai số của điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này.
9
 Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3
 Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị
 Vòng số 3 là bội số của cơ số 10.
Sau khi thiết kế mạch chúng ta sẽ phải lựa chọn loại điện trở phù hợp mạch đo, để
hiển thì đầu ra có thể chính xác.
b. Biến trở
Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn. Chúng
có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.
Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn
điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh
sáng hoặc bức xạ từ,
Ký hiệu

1.3 Bộ khuếch đại thuật toán Opam 741

Nguyên lý hoạt động :Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E
trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E.
Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E ,
trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.
Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng
vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc này dòng IC = 0 )
Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy
từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo
thành dòng IB
Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm
bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB
12
Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo
một công thức .
IC = β.IB
Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE
IB là dòng chạy qua mối BE
β là hệ số khuyếch đại của Transistor
Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt
qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán
dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp
bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số
lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống
tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng
của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor.
1.6 Nguồn cấp cho mạch :
Trong mạch sử dụng nguồn điện 1 chiều với cấp điện áp 5V, 9V hoặc 12V tùy
theo yêu cầu của mạch trên thực tế thì nguồn điện 1 chiều thường được chỉnh lưu
từ nguồn xoay chiều. nguồn cấp của chúng ta gồm có :
Máy biến áp có chức năng hạ áp từ 220V xuống cấp điện áp thấp mà ta sử dụng

14

Để chuẩn hóa đầu ra là 10V ta sử dụng mạch khuếch đại với OP 741 với các thông
số như sau:
II.Tính toán thiết kế nguồn :
vì hầu hết các nguồn sử dụng trong mạch đều là nguồn một chiều mà trên thực tế
thì nguồn lại là các nguồn xoay chiều với điện áp là 220V. vậy vấn đề đặt ra là phải
biến đổi dòng xoay chiều sang 1 chiều .
khối nguồn sẽ bao gồm:
 máy biến áp
15
 bộ chỉnh lưa cầu dùng 4 điot
 tụ điện C để lọc
 cuộn cảm L để dàn phẳng dòng điện.
Sơ đồ nguyên lý: + tính chọn máy biến áp: ở đây chúng ta có hai nguồn đó là nguồn cho điện áp đặt
ở bộ so sánh 5V và nguồn cấp cho OA là 12V như vậy cần sử dụng máy biến áp có
nhiều cấp điện áp để lấy ra hai cấp điện áp mình dùng. Hoặc ta có thể hạ xuống
12V rồi dùng con biến trở để chỉnh xuống 5 V nhưng sẽ tiêu tốn 1 lượng năng
lượng vì vậy nên dùng 2 bộ chỉnh lưu điện áp. 1 phương pháp khác là ta có thể
dùng khối ổn áp 1 chiều để có đầu ra thay đổi.

Tối ưu nhất ở đây nên dùng phương án 3.
Phương án thiết kế :
 biến áp : do yêu cầu đặt ra nên ta sử dụng biến áp có điện áp vào 220V và
điện áp ra là 15V .
 mạch chỉnh lưu : do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu như điện áp ra
ít nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với phương pháp

v
>U
đặt
thì còi sẽ kêu báo động. Ở đây đầu ra chuẩn hóa 10V ứng với
460
o
C.Khi nhiệt độ vượt quá 230
o
C ứng với 5V thì còi sẽ kêu,và đèn sẽ sáng
Các thông số của mạch so sánh là : U
đặt
=5V
LS1
SPEAKER
Q1
2N1711
+5v
+12v
-12v
+10v
79%
RV1
10k
+88.8
Volts
U2
AND_2
D1
LED-GREEN
3

UI
==-==2.10
-3
Từ đó ta chọn R1=500Ω
R2=R3=500Ω
21
3
2
6
7 4
1
5
U1
741
R1
250
220
250
R3
220
mA
+20.0
-12V
+12V
-5V
Ta có K
UI
==-= =-4.10
-3
Từ đó ta chọn giá trị của điện trở :R1=R2=250Ω

VII.Mạch đèn LED nhấp nháy
R
4
DC
7
Q
3
GND
1
VCC
8
TR
2
TH
6
CV
5
U1
555
R1
10k
C1
77u
R2
10k
D1
DIODE
D2
DIODE
C2

x
=t
sáng
+t
tối
=0,69.(R
A
+2R
B
).C=8(s)
24
Cho R
A
=R
B
=50kΩ ta suy ra được
VI.Toàn mạch của đề tài
3
2
6
7 4
1
5
U1
741
mV
+8.14
V2
Volts
-0.15

6
74
1
5
U3
741
R5
10k
R6
1000k
R7
1000k
R8
1000k
R9
2200k
mV
+8.14
V1
+12v
-12v
Volts
+5.22
3
2
6
74
1
5
U4

Q1
2N1711
LS1
SPEAKER
+12v
D1
LED-GREEN
+5 v
R
4
DC
7
Q
3
GN D
1
V CC
8
TR
2
TH
6
CV
5
U7
555
C1
0.01u
C2
77u

được đưa vào mạch chuyển đổi U-I để đưa vào cơ cấu chỉ thị điện từ.Ngoài ra
,tín hiệu điện áp còn được đưa vào mạch so sánh để so sánh với điện áp đặt và
đưa ra cảnh báo ở loa khi nhiệt độ tăng cao hơn tmax/2.Mặt khác tín hiệu điện
áp còn được đưa vào IC555 để tạo xung vuông và đưa ra tín hiệu đèn LED.

25