Nghiên cứu và thiết kế mạch tự động điều khiển nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn

021 <TTu + Më b»ng xung ®iÒu khiÓn uG > 0 khi 021 <TTu Nh− vËy, cã hai c¸ch ®iÒu khiÓn Triac cã hiÖu suÊt cao lµ: B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 52 - UG > 0 víi 012 >TTu dßng tõ T2 ®Õn T1. - UG < 0 víi 012 <TTu dßng tõ T1 ®Õn T2. C¸c th«ng sè cña Triac + §iÖn ¸p ®Þnh møc (Udm): lµ ®iÖn ¸p cùc ®¹i cho phÐp ®Æt vµo Triac theo chiÒu thuËn hoÆc chiÒu ng−îc trong mét thêi gian dµi. + Dßng ®iÖn hiÖu dông ®Þnh møc (Idm): lµ dßng ®iÖn lín nhÊt cã thÓ ®i qua Triac trong mét thêi gian dµi. + Dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn Triac (IG): lµ dßng ®iÖn ®iÒu khiÓn IG ®¶m b¶o më Triac. + §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Triac (UG): lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ®¶m b¶o më Triac. + Dßng ®iÖn duy tr× (Ih): lµ trÞ sè tèi thiÓu cña dßng ®iÖn anot ®i qua Triac ®Ó duy tr× Triac ë tr¹ng th¸i më. + §iÖn ¸p r¬i ®Þnh møc trªn Triac ( uΔ ): lµ ®iÖn ¸p r¬i trªn Triac khi Triac dÉn vµ dßng ®iÖn qua Triac b»ng dßng ®iÖn ®Þnh møc. Triac lµm viÖc ë chÕ ®é th«ng-kho¸ Trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc chuÈn th× viÖc khãa mét Triac gièng nh− viÖc khãa mét Thyrixtor khi gi¸ trÞ dßng gi¶m d−íi gi¸ trÞ dßng ®iÖn duy tr×. Víi mét phô t¶i ®−îc cÊp tõ mét nguån xoay chiÒu h×nh sin qua bé biÕn ®æi dßng ®iÖn dïng Triac hoÆc dïng hai Thyrixtor m¾c song song ng−îc chiÒu th× cã thÓ cã hai chÕ ®é lµm viÖc: + ChÕ ®é th«ng-khãa nh− mét bé ®ãng-c¾t kh«ng tiÕp ®iÓm. Khi ®ãng, phô t¶i ®−îc nèi víi nguån vµ tiªu thô ®ñ c«ng suÊt. Khi c¾t, phô t¶i bÞ c¾t khái nguån, c«ng suÊt tiªu thô b»ng kh«ng. + ChÕ ®é th«ng víi viÖc ®iÒu chØnh dßng ®iÖn xoay chiÒu qua viÖc ®iÒu khiÓn gãc më α . øng dông cña Triac Dïng ®Ó ®iÒu chØnh ¸nh s¸ng ®iÖn, nhiÖt ®é trong lß, ®iÒu chØnh chiÒu quay vµ tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu… B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 53 2.5. Giíi thiÖu s¬ ®å nguyªn lý cña mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn ®ang ®−îc sö dông 2.5.1. Tñ Galenkamp (Anh) * S¬ ®å nguyªn lý: nh− h×nh 2.29 Trong ®ã: - TH: lµ c¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë. - Q2 lµ Transistor mét mÆt ghÐp (hay UJT). - LP: lµ ®Ìn b¸o. -VR1,VR2 lµ c¸c biÕn trë tinh chØnh nhiÖt ®é ®Æt, T1 lµ biÕn ¸p xung. * Nguyªn lý ho¹t ®éng cña tñ nh− sau: tñ sö dông bé c¶m biÕn ®iÖn trë nhiÖt (TH) ®−îc l¾p n»m trong m¹ch cÇu ®o l−êng ABCD. Ban ®Çu tñ ch−a ho¹t ®éng, ®Æt nhiÖt ®é cho tñ b»ng ®iÒu chØnh biÕn trë VR3. Sau ®ã cÊp nguån ®iÖn xoay chiÒu cho tñ, cÇu D1 cã ®iÖn mét chiÒu vµ ®−îc æn ¸p b»ng diode zener D2. Khi ®iÖn trë cña TH cßn lín mµ trÞ sè R9+VR1>R5 vµ thÕ ë A d−¬ng h¬n B, do thÕ ë A d−¬ng h¬n cùc ph¸t cña Q3 lµm cho Q3 kho¸, cùc ph¸t cña Q4 d−¬ng h¬n cùc gèc cña Q4 lµm cho Q4 më, n¹p ®iÖn cho C2 ®Ó t¹o s−ên tr−íc cña dao ®éng, ®Õn khi C2 n¹p ®Çy th× Q2 b¾t ®Çu th«ng. KÕt qu¶ lµ trªn cuén s¬ cÊp cña biÕn ¸p xung cã xung vµ c¶m øng sang thø cÊp cho ra xung ®Ó më Triac, lóc nµy gãc kÝch α nhá Triac më cÊp dßng ®iÖn cho d©y ®èt vµ tñ b¾t ®Çu nãng dÇn lªn, tñ nãng ®Õn trÞ sè ®Æt th× c¶m biÕn TH gi¶m dÇn trÞ sè lµm cho thÕ ë B d−¬ng lªn vµ thÕ ë A gi¶m xuèng ®Õn khi lµm cho Q3 th«ng cßn Q4 kho¸, tô C2 kh«ng ®−îc n¹p. Transistor 1 tiÕp gi¸p (hay UJT) kho¸, biÕn ¸p xung kh«ng cã xung t¸c ®éng. Triac kho¸ do kh«ng cã xung kÝch, ng¾t dßng cÊp cho d©y ®èt. sau kho¶ng thêi gian nµo ®ã tñ nguéi dÇn lµm cho c¶m biÕn TH l¹i t¨ng trÞ sè, t¨ng tíi møc cÇu l¹i chuyÓn tr¹ng th¸i, vµ qu¸ tr×nh nµy cø lÆp ®i l¹i quanh gi¸ trÞ nhiÖt ®é mµ ta cÇn khèng chÕ. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 54 H×nh 2.29. S¬ ®å nguyªn lý tñ Galenkamp B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 55 2.5.2. Tñ Model 101-A1(Trung Quèc) * S¬ ®å nguyªn lý: nh− h×nh 2.30: Trong ®ã: TH lµ c¶m biÕn ®iÖn trë nhiÖt lµm b»ng Platin khi nhiÖt ®é t¨ng th× ®iÖn trë còng t¨ng tuyÕn tÝnh; P lµ cuén d©y r¬le; VR1,VR2 lµ c¸c biÕn trë ®iÒu chØnh ®Ó t¹o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Æt (hay nhiÖt ®é ®Æt). * Nguyªn lý ho¹t ®éng cña tñ nh− sau: khi cÊp nguån ®iÖn xoay chiÒu 220V, tñ lµm viÖc ngay vµ lóc nµy do nhiÖt ®é trong tñ thÊp trÞ sè cña c¶m biÕn nhiÖt ®iÖn trë TH nhá nªn ®Çu ra 1 cña U1A(LMA324) nhá, U1B(LMA324) l¾p theo kiÓu khuÕch ®¹i c©n b»ng vi sai, tÝn hiÖu ra ch©n 7 phô thuéc vµo tÝn hiÖu vµo ë ch©n 5, 6, U1C(LMA324) m¾c theo kiÓu khuÕch ®¹i ph¶n håi ©m cã ®¶o dÊu nªn tÝn hiÖu ra ë ch©n 8 cã gi¸ trÞ d−¬ng, U1D(LMA324) m¾c theo kiÓu khuÕch ®¹i ph¶n håi ©m kh«ng ®¶o nªn ë ch©n 14 cã gi¸ trÞ ®iÖn ¸p d−¬ng so víi m¸t, ®iÖn ¸p nµy qua R14 vµo cùc baz¬ cña Q1, lµm cho Q1 th«ng. Khi ®ã cuén d©y r¬le P cã dßng ®i qua, hót tiÕp ®iÓm cÊp ®iÖn cho d©y ®èt vµ LED xanh s¸ng b¸o hiÖu tñ ®ang lµm viÖc. Sau kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh nµo ®ã th× tñ nãng lªn lín h¬n gi¸ trÞ nhiÖt ®é ®Æt ë VR1,VR2, gi¸ trÞ ®iÖn trë cña c¶m biÕn nhiÖt TH t¨ng lªn lµm cho tÝn hiÖu vµo ch©n 2 t¨ng lªn, lµm cho tÝn hiÖu vµo ch©n 5 còng t¨ng lªn b»ng tÝn hiÖu vµo ch©n 6. Khi ®ã tÝn hiÖu ra ë ch©n 7 cã gi¸ trÞ lµ 0V, ®−a vµo ch©n 9 kÕt qu¶ lµ tÝn hiÖu ra ë ch©n 8 cã gi¸ trÞ ©m ®−îc khuÕch ®¹i tiÕp qua U1D(LMA324) lµm cho ch©n 14 cã ®iÖn ¸p ©m ®−a vµo cùc baz¬ cña Q1 lµm cho Q1 bÞ kho¸, kh«ng cho dßng qua r¬le P, kh«ng cho dßng qua d©y ®èt, LED ®á s¸ng, LED xanh t¾t vµ qu¸ tr×nh trªn cø lÆp ®i lÆp l¹i theo yªu cÇu cña ng−êi sö dông. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 56 H×nh 2.30. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn tñ Model 101-A1 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 57 2.5.3. Tñ TC200M (Liªn X«) * S¬ ®å nguyªn lý: nh− h×nh 2.31. Trong ®ã: MBA lµ m¸y biÕn ¸p h¹ ¸p; CC1, CC2 lµ cÇu ch× 1A; HE1, HE2 lµ d©y ®èt; KA lµ nót Ên; P1 lµ r¬le mét chiÒu 24V; P2 lµ r¬le mét chiÒu 110V; TK lµ nhiÖt kÕ c«ng t¾c; L1, L2 lµ c¸c ®Ìn b¸o. * Nguyªn lý ho¹t ®éng cña tñ: tñ nµy sö dông nhiÖt kÕ c«ng t¾c ®Ó ®iÒu khiÓn, tñ cã thÓ lµm viÖc ë hai møc c«ng suÊt: + Tñ lµm viÖc ë m¾c c«ng suÊt nhá (hai d©y ®èt ®−îc m¾c nèi tiÕp víi nhau): ban ®Çu ta ®Æt nhiÖt kÕ c«ng t¾c ë møc nhiÖt ®é yªu cÇu, cÊp nguån xoay chiÒu 220V b»ng c¸ch bËt c«ng t¾c nguån CT, r¬le P1 cã ®iÖn hót ngay tiÕp ®iÓm P1(5-6) cÊp dßng cho d©y ®èt theo chiÒu tõ CC1-P1(5- 6)-P2(13-14)-HE2-P2(3-4)-HE1-CC2, tñ nãng dÇn, ®Ìn b¸o L2 s¸ng, L1 t¾t. + Tñ lµm viÖc víi chÕ ®é c«ng suÊt lín (hai d©y ®èt lµm viÖc song song): ®Æt nhiÖt ®é b»ng nhiÖt kÕ c«ng t¾c, ®ãng nguån xoay chiÒu, Ên nót KA, KA1 t¹m thêi nh¶ ra, KA2 ®ãng, khi ®ã cuén d©y r¬le P2 cã ®iÖn hót tiÕp ®iÓm P2(9-10) tù duy tr× vµ KA2 nh¶ ra, KA1 ®ãng l¹i, cßn P2(13-14), P2(3-4) nh¶ ra; P2(7-8), P2(1-2), P2(5-6), P2(11-12) ®ãng l¹i. Khi ®ã HE1, HE2 lµm viÖc song song víi nhau, HE1 ®−îc cÊp dßng theo chiÒu tõ CC2- P2(7-8)-HE1-P2(5-6)-CC1, cßn HE2 ®−îc cÊp dßng theo chiÒu tõ CC2- KA1-P2(11-12)-P2(1-2)-CC1 ®ång thêi c¶ hai ®Ìn b¸o L1, L2 cïng s¸ng. Trong c¶ hai tr−êng hîp trªn khi nhiÖt ®é trong tñ ®¹t ®Õn nhiÖt ®é ®Æt th× thuû ng©n trong nhiÖt kÕ c«ng t¾c nèi tiÕp ®iÓm TK l¹i, khi ®ã cùc gèc cña transistor (Q1) d−¬ng lªn ®ét ngét vµ d−¬ng h¬n cùc ph¸t lµm cho Q1 kho¸ l¹i, cuén d©y r¬le P1 mÊt ®iÖn c¾t tiÕp ®iÓm P1(5-6), khi ®ã cuén d©y r¬le P2 còng mÊt ®iÖn, sau kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh tiÕp ®iÓm TK l¹i më ra d©y ®èt l¹i ®−îc cÊp dßng, qu¸ tr×nh trªn cø lÆp ®i lÆp l¹i theo yªu cÇu cña ng−êi sö dông. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 58 H×nh 2.31. S¬ ®å nguyªn lý tñ TC200M(Liªn X«) B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 59 2.6. KÕt luËn Qua viÖc nghiªn cøu ë ch−¬ng 1 th× ë ch−¬ng nµy ®· nªu ®−îc nguyªn t¾c cÊu t¹o, nguyªn t¾c lµm viÖc chung cña tñ nu«i cÊy vi khuÈn. §Æc biÖt lµ ®· giíi thiÖu mét c¸ch tæng qu¸t vÒ quy tr×nh tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é. Giíi thiÖu mét sè s¬ ®å vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña mét sè lo¹i tñ nu«i cÊy vi khuÈn ®ang ®−îc sö dông t¹i bÖnh viÖn B¹ch Mai Hµ Néi. Tõ nh÷ng kÕt qu¶ ®ã t«i tiÕn hµnh thiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn. Ch−¬ng 3 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 60 ThiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn NhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn 3.1. nhiÖm vô cña thiÕt kÕ NhiÖm vô cÇn thùc hiÖn lµ thiÕt kÕ mét m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é cã gi¶i nhiÖt ®é tõ 00C ®Õn 900C. §Æc biÖt lµ trong ®Ò tµi nµy ®Ó thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn. Th−êng ta ph¶i khèng chÕ nhiÖt ®é ë 370C. V× vËy yªu cÇu ®Æt ra ë ®©y lµ: • ThiÕt kÕ bé ®o dïng c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é. • ThiÕt kÕ bé chuyÓn ®æi tÝn hiÖu t−¬ng tù sang sè vµ ®−a ra hiÓn thÞ. • ThiÕt kÕ m¹ch t¹o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p chuÈn. • ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn kh¸ng ®èt trong tñ. 3.2. S¬ ®å khèi vµ chøc n¨ng cña tõng khèi H×nh 3.1. S¬ ®å khèi cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é Chøc n¨ng vµ nhiÖm vô cña tõng khèi: • Khèi c¶m biÕn: cã nhiÖm vô ®o l−êng nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn. • Khèi chuyÓn ®æi: cã nhiÖm vô t¹o ra tÝn hiÖu thÝch hîp. • Khèi A/D: cã nhiÖm vô chuyÓn ®æi tÝn hiÖu t−¬ng tù sang tÝn hiÖu sè. • Khèi gi¶i m·: cã nhiÖm vô gi¶i m· nhÞ ph©n sang m· thËp ph©n. • Khèi hiÓn thÞ: hiÓn thÞ tÝn hiÖu ®o vµ tÝn hiÖu chuÈn. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 61 • Khèi so s¸nh: cã nhiÖm vô so s¸nh tÝn hiÖu ®o ®−îc víi tÝn hiÖu chuÈn råi ®−a ra tÝn hiÖu ®iÒn khiÓn. • Khèi tÝn hiÖu chuÈn: nh»m t¹o ra tÝn hiÖu chuÈn ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu ®o. • M¹ch ®iÒu khiÓn: t¹o ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t−¬ng øng ®Ó ®−a ra ®iÒu khiÓn kh¸ng ®èt. • Kh¸ng ®èt cã nhiÖm vô t¹o ra nhiÖt ®é thÝch hîp cho tñ nu«i cÊy vi khuÈn. 3.3. TÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ ph©n tÝch nguyªn lý ho¹t ®éng cña tõng khèi 3.3.1. M¹ch ®iÒu khiÓn 3.3.1.1. M¹ch ®éng lùc S¬ ®å nguyªn lý m¹ch lùc cña tñ nu«i cÊy vi khuÈn nh− h×nh 3.2 sau: H×nh 3.2. S¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®éng lùc Ho¹t ®éng cña s¬ ®å nh− sau: khi cã xung ®iÒu khiÓn t¸c ®éng vµo cùc baz¬ cña Tranzitor (Q1) (lo¹i NPN), c¸c xung nµy lµ c¸c xung nhän d−¬ng. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 62 Tranzitor nµy lµm viÖc nh− mét khãa ®iÖn tö, tr¹ng th¸i lµm viÖc phô thuéc vµo xung ®iÒu khiÓn. Mçi khi cã xung nhän d−¬ng t¸c ®éng vµo cùc baz¬ cña Tranzitor, lµm cho Q1 më. KÕt qu¶ lµ trªn cuén s¬ cÊp cña biÕn ¸p xung (BAX) cã xung, c¶m øng sang cuén thø cÊp cña BAX t¸c ®éng tíi cùc ®iÒu khiÓn cña Triac (GT) lµm cho Triac më víi nh÷ng gãc më cã gi¸ trÞ kh¸c nhau ®Ó cÊp dßng ®iÖn xoay chiÒu cho ®iÖn trë d©y ®èt (Rt). Khi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn U®k t¨ng lªn ( nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy thÊp), m¹ch so s¸nh lËt tr¹ng th¸i sím h¬n v× vËy c¸c xung nhän ®−îc ph¸t sím h¬n, c¸c xung nµy qua BAX ®Æt lªn cùc ®iÒu khiÓn cña Triac lµm cho nã më sím, dßng ®iÖn nguån xoay chiÒu 220V/50Hz cung cÊp cho ®iÖn trë d©y ®èt t¨ng lín. Do ®ã nhiÖt ®é cña tñ nu«i cÊy nãng dÇn lªn cho ®Õn khi b»ng nhiÖt ®é ®Æt vµ Triac sÏ dÉn dßng trong mét kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh, v× Triac cã thÓ më cho dßng ®iÖn ch¶y qua khi cã ®iÖn ¸p d−¬ng ®Æt lªn anèt vµ xung ¸p d−¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn, sau khi Triac ®· më th× xung ®iÒu khiÓn cã t¸c ®éng còng kh«ng cã t¸c dông vµ ®Õn lóc nµo ®ã nhiÖt ®é trong tñ t¨ng c¶m biÕn nhiÖt ®é sÏ t¸c ®éng lµm cho tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn gi¶m lµm cho xung nhän ph¸t ra muén h¬n, gãc kÝch cña Triac lín, dßng ®iÖn cÊp cho ®iÖn trë d©y ®èt sÏ gi¶m khi ®ã nhiÖt ®é trong tñ gi¶m xuèng cho ®Õn khi b»ng nhiÖt ®é ®Æt vµ ®−îc kÐo dµi trong mét kho¶ng thêi gian nµo ®ã th× nhiÖt ®é trong tñ l¹i gi¶m nhá h¬n nhiÖt ®é ®Æt th× qu¸ tr×nh l¹i ngù¬c l¹i vµ qu¸ tr×nh nµy cø lÆp ®i lÆp l¹i. Nh− vËy, nhiÖt ®é trong trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn sÏ lu«n lu«n ®−îc gi÷ æn ®Þnh ë gi¸ trÞ nhiÖt ®é ®Æt. BAX ë ®©y cã t¸c dông võa lµm chøc n¨ng c¸ch ly m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng lùc, võa lµm chøc n¨ng t¹o xung ®Ó më Triac. Diode (D1) ®−îc m¾c ë ®©y cã chøc n¨ng triÖt tiªu c¸c xung ©m sinh ra trong m¹ch s¬ cÊp cña BAX vµ lo¹i trõ hiÖn t−îng qu¸ ®iÖn ¸p trªn c¸c cùc C, E cña Tranzitor do suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng sinh ra trªn cuén s¬ cÊp cña BAX. Tô ®iÖn C1, R1 m¾c song song víi Triac cã t¸c dông tr¸nh hiÖn t−îng më kh«ng mong muèn. Bëi v× khi x¶y ra tr−êng hîp ®iÖn ¸p ®Æt lªn Triac t¨ng víi B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 63 tèc ®é lín h¬n ®iÖn ¸p giíi h¹n cña Triac th× Triac còng cã thÓ chuyÓn tõ tr¹ng th¸i kho¸ sang tr¹ng th¸i më mÆc dï dßng ®iÒu khiÓn b»ng 0V. Chän 1R =25Ω , 1 0,47C Fμ= . §iÖn trë RLP cã t¸c dông h¹n chÕ dßng cho ®Ìn b¸o LP. Rt lµ ®iÖn trë d©y ®èt. Qua qu¸ tr×nh thùc tËp chóng t«i t×m hiÓu vµ nghiªn cøu thùc tÕ trong c¸c tñ nu«i cÊy vi khuÈn trong bÖnh viÖn B¹ch Mai vµ mét sè n¬i thÊy th«ng th−êng c¸c tñ cã c«ng suÊt 1,2KW, ®iÖn ¸p ®Þnh møc qua tñ lµ 220V. Trªn c¬ së nµy t«i tiÕn hµnh tÝnh to¸n chän linh kiÖn cho m¹ch ®éng lùc. TÝnh to¸n chän linh kiÖn cho m¹ch ®éng lùc: + Chän Triac lo¹i BTA08 ( TO220AB) tõ s¸ch “S¬ ®å ch©n linh kiÖn b¸n dÉn”. Tg: D−¬ng Minh TrÝ , th«ng sè kü thuËt cña Triac gåm cã: Ua®m = 600V Ia®m = 8A UGT = 1,5V IGT = 100mA AtG μ20= + Chän BAX cã hÖ sè biÕn ¸p lµ k = 1. V× BAX lµm nhiÖm vô c¸ch ly gi÷a m¹ch ®iÒu khiÓn víi m¹ch ®éng lùc vµ t¹o xung ®Ó ®iÒu khiÓn gãc më cho Triac. Khi ®ã U1 = U2 = UGT = 1,5V vµ I1 = I 2= IGT = 100mA. Trong ®ã I1, U1 lµ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p s¬ cÊp cña BAX. Cßn I2, U2 lµ dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p thø cÊp cña BAX. + Chän ®iÖn ¸p cung cÊp ECC = 9V. Tõ s¬ ®å m¹ch ®éng lùc thÊy khi Q1 më th× ECC = I1×R2 + U1 + UCE => Ω=× −−=−−= − 7210100 3.05.19 3 1 1 2 I UUER CECC Chän Ω=1002R V× I1 = IC = 100mA. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 64 => Chän Tranzitor (Q1) 2SC1815 (lo¹i NPN) víi c¸c th«ng sè nh− sau: IC =150mA; 130β = ; PC = 400mW;T=1250C; VËy dßng mAII CB 77,0130 100 === β + Chän Diode (D1): do hiÖu øng Lenx¬, nÕu kh«ng cã Diode D1 th× suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng sÏ sinh ra qu¸ ®iÖn ¸p trªn c¸c cùc C, E cña Tranzitor (Q1) cã thÓ ®¸nh thñng Tranzitor (Q1) nµy. Do ®ã chän Diode lo¹i 1N4001 cã c¸c th«ng sè kü thuËt nh− sau: U®m = 50V; I®m = 1A. + Chän ®Ìn b¸o (LP) lµ LED víi dßng ®iÖn lµm viÖc tõ 5mA ®Õn 20mA vµ ®iÖn ¸p lµm viÖc lµ 2V. Do ®ã ®Ó h¹n chÕ ®iÖn ¸p cho ®Ìn th× ph¶i dïng ®iÖn trë lµ: Ω== K mA VRLED 2210 220 3.3.1.2. M¹ch so s¸nh Trong m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é, ®Ó nhiÖt ®é trong tñ cã thÓ tù ®éng ®iÒu chØnh ®−îc vÒ nhiÖt ®é chuÈn mµ ®· ®−îc ®Æt tr−íc th× ph¶i sö dông bé so s¸nh ®Ó so s¸nh tÝn hiÖu ®o ®−îc nhê c¶m biÕn víi tÝn hiÖu chuÈn ®· ®Æt tr−íc. Sai lÖch ë ®Çu ra cña bé so s¸nh sÏ ®−îc xö lý ë m¹ch hiÖu chØnh sai sè. Ngoµi ra, ®Ó t¹o ra ®−îc tÝn hiÖu xung ®iÒu khiÓn gãc më cña Triac cÊp nguån cho bé t¹o nhiÖt (ë ®©y lµ d©y ®èt) th× còng cÇn ph¶i cã bé so s¸nh ®Ó cã thÓ so s¸nh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p cña bé t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé. §Ó cã thÓ so s¸nh nh÷ng khèi nµy cã thÓ dïng m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n hoÆc tranzitor. Trong ®Ò tµi nµy em sö dông m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n TL082 víi c¸c th«ng sè kü thuËt cña TL082 (hoÆc TL084) nh− sau: §iÖn ¸p vµo: 3 18VU V= ± ÷± . §iÖn ¸p vµo lín nhÊt: 30VU = ± . C«ng suÊt tiªu hao: P=680mW. Nguån cung cÊp: 15CCV = ± . Dßng ®iÖn lµm viÖc Ilv=1mA ë nhiÖt ®é lµm viÖc 250C th× TL082( hoÆc TL084) cã mét sè tÝnh chÊt sau: B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 65 HÖ sè khuÕch ®¹i ®iÖn ¸p: k=106dB. Dßng ®iÖn dÞch: 30pA. Tèc ®é ra t¨ng ®iÖn ¸p ®Çu ra 13 /V sμ . §é tr«i ®iÖn ¸p thø nguyªn: 13± . S¬ ®å m¹ch so s¸nh hai tÝn hiÖu cã d¹ng nh− h×nh 3.3 sau: H×nh 3.3. S¬ ®å m¹ch so s¸nh Ho¹t ®éng cña s¬ ®å nh− sau: khi cho hai tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Æt U®Æt, vµ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®o ®−îc tõ c¶m biÕn U®o vµo m¹ch so s¸nh th×: NÕu U®Æt > U®o => tÝn hiÖu Ura cã gi¸ trÞ ©m. Khi ®ã nhiÖt ®é trong tñ thÊp h¬n nhiÖt ®é ®¨t, bé so s¸nh sÏ ®−a ®Õn bé ®iÒu khiÓn tÝn hiÖu ®ãng më Triac ®Ó ®−a nhiÖt ®é trong tñ vÒ gi¸ trÞ nhiÖt ®é ®Æt. NÕu U®Æt < U®o th× tÝn hiÖu Ura cã gi¸ trÞ d−¬ng. Khi ®ã nhiÖt ®é trong tñ lín h¬n nhiÖt ®é ®Æt, bé so s¸nh sÏ ®−a tÝn hiÖu ra ®Õn khèi t¹o tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Ó kho¸ Triac c¾t nguån cÊp cho bé t¹o nhiÖt. 3.3.1.3. M¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn gãc më S¬ ®å t¹o xung ®iÒu khiÓn cho nh− h×nh 3.4 sau: B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 66 H×nh 3.4. S¬ ®å m¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn Ho¹t ®éng cña khèi nh− sau: tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn U®k lµ kÕt qu¶ cña sù sai lÖch ®iÖn ¸p. ë ®©y nã t−¬ng øng víi sù chªnh lÖch gi÷a nhiÖt ®é thùc ®o ®−îc nhê c¶m biÕn vµ nhiÖt ®é ®Æt nhê bé t¹o tÝn hiÖu chuÈn. TÝn hiÖu xung r¨ng c−a UX ®−îc so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn U®k nhê bé so s¸nh dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n TL082. TÝn hiÖu xung r¨ng c−a ®−îc ®−a vµo ®Çu kh«ng ®¶o cßn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®−îc ®−a vµo ®Çu ®¶o. Bé so s¸nh nµy ®−îc m¾c theo nguyªn lý kh«ng cã ph¶n håi nªn tÝn hiÖu ra cña nã cã thÓ lµ b·o hßa d−¬ng hoÆc b·o hßa ©m phô thuéc vµo mèi t−¬ng quan gi÷a tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn U®k vµ tÝn hiÖu xung r¨ng c−a UX. Khi tÝn hiÖu xung lín h¬n tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn th× tÝn hiÖu ra cña bé so s¸nh cã d¹ng xung vu«ng. Xung vu«ng nµy qua bé vi ph©n R-C sÏ t¹o ra c¸c xung nhän mçi khi xung vu«ng lËt tr¹ng th¸i. §é réng cña c¸c xung nµy phô thuéc vµo dung l−îng cña tô ®iÖn C2, c¸c xung nhän nµy khi qua bé vi ph©n vÉn cßn cã xung ©m. Sau khi ®i qua Diode (D2) th× c¸c xung ©m bÞ chÆn l¹i. Nh− vËy, xung ®iÒu khiÓn gãc më lµ nh÷ng xung nhän d−¬ng cã thêi ®iÓm xuÊt hiÖn lµ lóc giao nhau gi÷a ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn víi s−ên sau cña xung r¨ng c−a. S¬ ®å d¹ng xung nh− h×nh 3.5 sau: B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 67 H×nh 3.5. S¬ ®å d¹ng xung Bé vi ph©n R-C cã t¸c dông söa d¹ng xung ®Çu ra cña bé so s¸nh sao cho ®é réng vµ biªn ®é thÝch hîp víi Triac cÇn ®iÒu khiÓn. §é réng xung ®−îc quyÕt ®Þnh bëi thêi gian dßng qua Triac ®¹t ®Õn gi¸ trÞ dßng ®iÒu khiÓn (Tra trong s¸ch tra cøu øng víi lo¹i Triac sö dông). Gäi tx lµ ®é réng xung: sRCtx μ202,2 42 ≈××≈ Chän FC μ47,02 = => Ω=×= 4,1947,02,2 20 4 F sR μ μ thùc tÕ chØ cã ®iÖn trë cã gi¸ trÞ Ω= 204R . Nh− vËy, trong m¹ch vi ph©n R-C chän Ω= 204R , FC μ47,02 = . TÝnh chän R3 víi I = 0,77mA => ΚΩ=Ω=−× −−=−−Δ−= − 77013.913.97701001077.0 3.05.199 32 )1( 2 3 RI UUR QC BED Chän ΚΩ=103R Chän D2 (lo¹i 1N4001) cã c¸c th«ng sè kü thuËt lµ: UD2 = 50V; ID2 =1A. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 68 3.3.1.4. M¹ch t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé Trong thùc tÕ muèn ®iÒu chØnh Triac ®ãng më (víi mét gãc më α nµo ®ã) tù ®éng theo yªu cÇu cña bµi to¸n th× chóng ta cÇn ph¶i t¹o ra ®−îc tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®ång bé víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Æt lªn an«t-cat«t cña Triac. §Ó lµm ®−îc viÖc nµy ng−êi ta th−êng t¹o ra xung r¨ng c−a ®ång bé (hay cßn gäi lµ ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh) ®©y lµ ph−¬ng ph¸p hay ®−îc sö dông nhÊt ngoµi ra ng−êi ta còng cã thÓ ®iÒu khiÓn theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng ARCCOS. Trong ®Ò tµi nµy t«i sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng tuyÕn tÝnh. S¬ ®å m¹ch t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé nh− h×nh 3.6 sau: H×nh 3.6. S¬ ®å m¹ch t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé Ho¹t ®éng cña m¹ch t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé nµy nh− sau: nguyªn lý chung ®Ó t¹o ra xung r¨ng c−a lµ ®Çu tiªn ta ph¶i t¹o ra ®−îc xung vu«ng sau ®ã dïng m¹ch tÝch ph©n cho ra xung r¨ng c−a. Trong ®Ò tµi nµy t«i thiÕt kÕ m¹ch t¹o xung r¨ng c−a cã sö dông bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n TL082, nã gåm cã 2 OA (U1A vµ U1B) ®ãng trong mét vá, U1A(TL082) ®−îc dïng trong m¹ch t¹o xung vu«ng, U1B(TL082) dïng cho m¹ch tÝch ph©n t¹o xung r¨ng c−a. M¹ch t¹o xung vu«ng: m¹ch gåm m¸y biÕn ¸p gi¶m ¸p vµ mét bé so s¸nh tÝn hiÖu vµo víi m¸t, bé so s¸nh ë ®©y lµ U1A(TL082). Khi cã tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ë nöa chu kú d−¬ng cña tÝn hiÖu xoay chiÒu vµo ®Çu kh«ng ®¶o cña U1A(TL082) lóc ®ã ®Çu vµo kh«ng ®¶o sÏ d−¬ng h¬n ®Çu vµo ®¶o nªn ®Çu ra B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 69 cña U1A(TL082) sÏ cã tÝn hiÖu xung ®iÖn ¸p b·o hoµ +9V (víi gi¶ thiÕt bé so s¸nh nµy lµ lý t−ëng) th× tÝn hiÖu vµo ®Çu kh«ng ®¶o gi¶m dÇn ®Õn lóc nhá h¬n ®Çu vµo ®¶o vµ ©m dÇn khi ®ã ®Çu ra cña U1A(TL082) lËt tr¹ng th¸i ®Õn chÕ ®é b·o hoµ ©m (-9V) trong kho¶ng thêi gian nµo ®ã th× tÝn hiÖu ®Çu vµo kh«ng ®¶o d−¬ng h¬n ®Çu ®¶o, ®Çu ra cña tÝn hiÖu sÏ lËt tr¹ng th¸i vµ cã tÝn hiÖu xung ®iÖn ¸p d−¬ng, qu¸ tr×nh l¹i tiÕp tôc lÆp ®i lÆp l¹i nh− vËy. S¬ ®å d¹ng xung cña m¹ch nµy nh− h×nh 3.7 sau: H×nh 3.7. S¬ ®å d¹ng xung vu«ng M¹ch t¹o xung r¨ng c−a: m¹ch gåm cã mét kh©u tÝch ph©n, Diode chØ cho tÝn hiÖu d−¬ng ®i qua vµ mét Tranzitor (Q2) ®Ó ®ãng më, ho¹t ®éng cña m¹ch nµy lµ khi cã xung d−¬ng qua Diode vµo ®Çu kh«ng ®¶o cña TL082(U1B) d−¬ng h¬n ®Çu vµo ®¶o nªn cho tÝn hiÖu qua U1B(TL082) ®ång thêi n¹p cho tô C3 tÝn hiÖu ra lóc nµy t¨ng dÇn tuú thuéc vµo dung l−îng cña tô lín hay nhá, cßn khi tÝn hiÖu vµo lµ xung ©m sÏ ®i vµo cùc B cña Q2 khi ®ã Q2 sÏ më cho dßng ch¶y qua khi ®ã tÝn hiÖu ë ®Çu vµo kh«ng ®¶o nhá h¬n tÝn hiÖu ®Çu ®¶o do ®ã xung ra sÏ gi¶m dÇn nh−ng nhê cã tô C3 nªn xung ra chØ gi¶m B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 70 ®Õn 0V th× tô l¹i phãng. Do ®ã ë ®Çu ra ta sÏ nhËn ®−îc mét chuçi xung r¨ng c−a. S¬ ®å d¹ng xung ®Çu ra cã d¹ng nh− h×nh 3.8 sau: H×nh 3.8. S¬ ®å d¹ng xung r¨ng c−a TÝnh to¸n lùa chän c¸c linh kiÖn trong m¹ch nµy nh− sau: §é réng xung ra cña m¹ch tÝch ph©n R6 - C3 vµ khuÕch ®¹i thuËt to¸n U1B(TL082) lµ τ)32,2(R3) (2,2t 36x2 ÷=××÷= C . Víi τ lµ h»ng sè thêi gian: 36 CR ×=τ , chän 360005,0 CRs ×==τ . Chän FpFC μ222.02223 == => Ω== KF sR 52.22 222,0 0005,0 6 μ . Nh− vËy, chän Ω= KR 226 . Chän Tranzitor (lo¹i PNP) m· hiÖu 2SA564 cã c¸c th«ng sè kü thuËt sau: IC = 100mA, 250=β , PC = 250mW, Tj = 1250C. V× khuÕch ®¹i thuËt to¸n U1A(TL082) cã dßng lµm viÖc lµ 1mA, dßng cùc baz¬ cña Tranzitor lµ mAmAIII CCB 4,0250 100 250 ==== β , R7 cã t¸c dông h¹n chÕ dßng cho Tranzitor. Do ®ã, Ω== K mA VR 9 1 9 7 , víi gi¶ thiÕt 9V lµ ®iÖn ¸p ra B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 71 lín nhÊt cña U1A(TL082), trªn c¬ së ®ã chän Ω= KR 107 . R8 cã t¸c dông h¹n dßng cho U1A(TL082) chän Ω= KR 108 , chän Ω= KR 105 . Diode D3 cho xung d−¬ng qua, chän Diode D3 (lo¹i 1N4001) cã UD3 = 50V vµ I®m = 1A. 3.3.2. Bé c¶m biÕn §Ó cã thÓ ®o nhiÖt ®é ®−îc chÝnh x¸c, tÊt nhiªn rÊt cÇn cã mét ®Çu dß (hay cßn gäi lµ ®Çu c¶m nhËn) thÝch hîp. §Çu dß lµ mét c¶m biÕn nhiÖt ®é nã cã nhiÖm vô lµ chuyÓn tÝn hiÖu nhiÖt ®é sang tÝn hiÖu ®iÖn ¸p hay dßng ®iÖn. cã rÊt nhiÒu lo¹i c¶m biÕn nh− giíi thiÖu ë ch−¬ng 2. Nh−ng qua viÖc nghiªn cøu lý thuyÕt vµ thùc tÕ cïng víi viÖc tham kh¶o thÞ tr−êng ®Ó øng dông vµo m¹ch thùc tÕ t«i ®i ®Õn chän ph−¬ng ph¸p ®o dïng IC c¶m biÕn nhiÖt ®é, c¸c c¶m biÕn nhiÖt ®é cã ®é chÝnh x¸c cao, dÔ t×m vµ gi¸ thµnh rÎ. Mét trong sè ®ã lµ lo¹i vi m¹ch LM335, nã lµ lo¹i th«ng dông trªn thÞ tr−êng hiÖn nay, ®ång thêi nã cã nh÷ng ®Æc tÝnh lµm viÖc phï hîp víi thiÕt kÕ chi tiÕt cña m¹ch. Mét sè tÝnh chÊt c¬ b¶n cña LM335: - C¶m biÕn nhiÖt ®é LM335 cã ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p theo nhiÖt ®é lµ: 10mV/0C. - §é chÝnh x¸c cao, tÝnh n¨ng c¶m biÕn nhiÖt ®é nh¹y. ë nhiÖt ®é 250C nã cã sai sè kh«ng qu¸ 1%. Khi ®o trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ -40 ÷ 1000C, tÝn hiÖu ngâ ra tuyÕn tÝnh liªn tôc víi nh÷ng thay ®æi cña tÝn hiÖu ngâ vµo. - Mét sè th«ng sè kü thuËt cña LM335: tiªu t¸n c«ng suÊt thÊp, dßng ®iÖn lµm viÖc tõ 400 5A mAμ ÷ , dßng ®iÖn ng−îc 15mA, dßng ®iÖn thuËn 10mA. §é chÝnh x¸c khi lµm viÖc ë nhiÖt ®é 250C víi dßng lµm viÖc 1mA th× ®iÖn ¸p ngâ ra tõ 2,94 3,04V V÷ . - Theo th«ng sè cña nhµ s¶n xuÊt th× quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é vµ ®iÖn ¸p ngâ ra nh− sau: 010outU mV T K= × (mV) 0 0 00,01 0,01 (273 ) 2,73 0,01outU T K t C t C= × = × + = + (V) B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 72 Nh− vËy, ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p t−¬ng øng víi d¶i nhiÖt ®é tõ 00C ®Õn 1000C lµ 1V. TÝnh to¸n m¹ch c¶m biÕn LM335: s¬ ®å m¹ch nh− h×nh 3.9 sau: H×nh 3.9. S¬ ®å m¹ch c¶m biÕn Víi R15 cã t¸c dông ph©n ¸p cho c¶m biÕn, C4 chèng nhiÔu cho LM335, VR1 lµ biÕn trë ®iÒu chØnh tinh ®Ó Vout lµ 10mV/0C Ta cã dßng ®iÖn lµm viÖc cña c¶m biÕn LM335 lµ: 15400 5RA I mAμ < < 0 15 9400 5V VA mA R μ −< < , Víi V0 lµ ®iÖn ¸p ngâ ra cña vi m¹ch LM335 ë nhiÖt ®é 250C. 0 0 15 9 9 5 400 V V V VR mA Aμ − −⇔ < < mµ 02,73 3,73V V V< < 151,054 15,675K R K⇒ Ω < < Ω (1*) MÆt kh¸c, theo nhµ s¶n xuÊt ë nhiÖt ®é 250C th× vi m¹ch LM335 cã dßng I = 1mA vµ V0 = 2,98V, suy ra ta cã 15 9 2,98400 5V VA mA R μ −< < 151,2 15,05K R K⇒ Ω < < Ω (2*) Tõ (1*) vµ (2*) ta chän 15R =10KΩ , cßn biÕn trë ®iÒu chØnh Ω= KVR 101 , 4 100C nF= B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 73 3.3.3. ThiÕt kÕ m¹ch chuyÓn ®æi vµ khuyÕch ®¹i §©y lµ m¹ch trung gian gi÷a bé c¶m biÕn víi m¹ch hiÓn thÞ vµ m¹ch so s¸nh. Víi m¹ch nµy th× ®Çu vµo lµ c¶m biÕn cã ®iÖn ¸p lµ: U1 = Uout= 2,73 + 0,01× t0C Kho¶ng biÕn thiªn ®iÖn ¸p trong d¶i nhiÖt ®é tõ 00C ®Õn 1000C lµ 1V. Trong khi ®ã ta cÇn møc ®iÖn ¸p ra lµ tõ 0V ®Õn 9V ®Ó dïng cho m¹ch hiÓn thÞ sè vµ m¹ch so s¸nh. Do ®ã ®Ó cã ®iÖn ¸p thay ®æi tõ 0V ®Õn 9V th× ta ph¶i dïng mét tÝn hiÖu n÷a ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu c¶m biÕn. Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn ta cã s¬ ®å m¹ch h×nh 3.10 nh− sau: H×nh 3.10. S¬ ®å m¹ch chuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i Trong s¬ ®å m¹ch cã sö dông m¹ch lÆp l¹i ®iÖn ¸p mµ ®iÖn ¸p ra lu«n lu«n lÆp l¹i ®iÖn ¸p vµo (Ura=Uvµo). T¸c dông cña bé lÆp l¹i ®iÖn ¸p lµ ®−a ra mét ®iÖn trë vµo lín víi dßng vµo nhá vµ mét ®iÖn trë ra rÊt thÊp. Do ®ã nã chèng ®−îc nh÷ng t¸c ®éng qua l¹i gi÷a c¶m biÕn vµ phÇn tÝn hiÖu ®Æt, tr¸nh hiÖn t−îng ph¶n håi lµm cho thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kh«ng chÝnh x¸c. R15 cã t¸c dông ph©n ¸p cho c¶m biÕn víi nguån cÊp (9V). §iÒu chØnh VR1 sao cho ®iÖn B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 74 ¸p ra qua R14 ngang b»ng víi ®iÖn ¸p do c¶m biÕn sinh ra. §iÒu chØnh VR1 sao cho ®iÖn ¸p ra t−¬ng øng víi ®iÖn ¸p ra c¶m biÕn ®Ó khi nhiÖt ®é trong tñ 00C th× tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra U®=0V. Kh©u khuÕch ®¹i thuËt to¸n U1C cã t¸c dông võa khuÕch ®¹i võa so s¸nh hai tÝn hiÖu vµo tõ c¶m biÕn vµ tõ tÝn hiÖu ®iÒu chØnh VR2. Tô ®iÖn C4 cã t¸c dông b¶o vÖ qu¸ ¸p vµ chèng nhiÔu cho c¶m biÕn. TÝnh to¸n chän linh kiÖn cho m¹ch: tõ s¬ ®å m¹ch ta cã 14 1 13 14 RU U R R + = + vµ 2 11 10 0dU UU U R R −− −− + = => 10 112 11 10 10 11 d R RU U U R R R R − = × + ×+ + Theo tÝnh chÊt cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n th× U+ = U- nªn ta suy ra biÓu thøc sau: 1014 11 1 2 13 14 11 10 10 11 d RR RU U U R R R R R R = × + ×+ + + (1**) Trong ®ã: U1 lµ tÝn hiÖu ra cña c¶m biÕn vµ U1 = 2,73 + 0,01× t0 (V) U2 lµ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµo ngâ ®¶o cña bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n vµ U2 = 2,73V. Ud lµ tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ngâ ra cña bé chuyÓn ®æi khuÕch ®¹i vµ Ud = k ×(U1 - U2), víi k lµ hÖ sè khuÕch ®¹i vµ 10 11 Rk R = . XÐt tr−êng hîp ë nhiÖt ®é t = 00C th× U1 = U2 vµ Ud = 0V khi ®ã tõ (1**) ta cã : 1014 13 14 11 10 RR R R R R =+ + , ®Ó ®¬n gi¶n ta chän R11 = R13 vµ R10 = R14. Mµ ta cã 10 1 2 11 ( )d RU U U R = − chän 10 11 9Rk R = = => 10 11R =9 R× mÆt kh¸c, dßng ®iÖn lµm viÖc cña OA lµ 1lvI mA= . Do ®ã dßng håi tiÕp lµ 1htI mA< 2 11 10 1dht U UI mA R R −⇒ = <+ 10 11 9 2,73 6,27 1 V VR R K mA −⇔ + > = Ω 11 1110 6,27 0,627R K R K⇒ > Ω⇒ > Ω B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 75 Chän 11 132R K R= Ω = => 10 14 18R R K= = Ω Chän Diode zener (DZ) (lo¹i 1N4372A) cã UZ = 3V, IZ = 20mA. Suy ra 12R = 2,2KΩ . VR2 lµ biÕn trë ®iÒu chØnh sao cho ®iÖn ¸p ngang b»ng víi ®iÖn ¸p U2=2,73V, do ®ã chän 2VR = 10KΩ 3.3.4. M¹ch t¹o tÝn hiÖu chuÈn §©y lµ m¹ch t¹o tÝn hiÖu chuÈn (hay cßn gäi lµ tÝn hiÖu ®Æt) m¹ch nµy cã nhiÖm vô lµ cho ra mét tÝn hiÖu cè ®Þnh ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu ®o ®−îc tõ c¶m biÕn qua bé so s¸nh ®−îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. S¬ ®å m¹ch nh− h×nh 3.11 sau: H×nh 3.11. S¬ ®å m¹ch t¹o tÝn hiÖu chuÈn Khèi t¹o ®iÖn ¸p cè ®Þnh cã dïng IC æn ¸p LM317, khèi nµy cã ®iÖn ¸p ra tÝnh theo c«ng thøc sau: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +×= 20 4 1 125,1 R VRU B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 76 Nh− vËy, ®iÖn ¸p ra U1min = 1,25V, muèn cho UCmin = 0V th× ta ph¶i t¹o mét ®iÖn ¸p thÝch hîp ®Ó ®¸p øng ®−îc ®iÒu ®ã chóng t«i t¹o ra mét m¹ch ®iÖn cã nguån cÊp 9V cho qua mét ®iÖn trë vµ mét biÕn trë ®iÒu chØnh VR3 ®Ó cho ra U2. Thùc tÕ ®Ó t¹o ra mét tÝn hiÖu ®iÖn ¸p cã thÓ chØ cÇn dïng mét con biÕn trë ®iÒu chØnh lµ ®−îc nh−ng ®é chÝnh x¸c cña nã kh«ng ®¶m b¶o.Do ®ã trong m¹ch nµy chóng t«i cã sö dông mét m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n TL084(U1D) nh»m t¹o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra thay ®æi tõ 0 9V÷ víi hÖ sè khuÕch ®¹i 15 17 9Rk R = = . Theo kinh nghiÖm ng−êi ta th−êng chän 17 19 10R R K= = Ω , 15 179 90R R K= × = Ω nh−ng thùc tÕ kh«ng cã lo¹i ®iÖn trë cã gi¸ trÞ nµy nªn chän 15 100R K= Ω , chän 4 10VR K= Ω , 20 240R = Ω , tô ®iÖn dïng ®Ó c¶i thiÖn ®iÖn ¸p vµo vµ ®iÖn ¸p U1 5 61 , 0,01C F C Fμ μ= = . Tr−êng hîp cã nguån ®iÖn vµo æn ®Þnh råi th× cã thÓ bá C6. Chän Diode Zener (DZ) (lo¹i 1N4372A) cã th«ng sè kü thuËt lµ: U®m=3V, I®m=20mA, suy ra 18 2, 2R K= Ω , Ω= KVR 103 . 3.3.5. M¹ch ®o l−êng hiÓn thÞ Sau khi nghiªn cøu thùc tÕ vµ lý thuyÕt em tiÕn hµnh tÝnh to¸n thiÕt kÕ m¹ch ®o l−êng nhiÖt ®é vµ hiÓn thÞ theo s¬ ®å khèi sau: H×nh 3.12. S¬ ®å khèi cña m¹ch ®o nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn §Ó ®¸p øng ®−îc yªu cÇu cña bµi to¸n vµ thuËn lîi trong thiÕt kÕ l¾p r¸p chóng t«i tiÕn hµnh chän vi m¹ch ICL7107 (v× trong ®ã cã s½n bé chuyÓn ®æi AD vµ bé gi¶i m·) vµ bé hiÓn thÞ LED 7 thanh hiÓn thÞ ¸nh s¸ng mµu ®á. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 77 3.3.5.1. Vi m¹ch ICL7107 • S¬ ®å khèi cña vi m¹ch ICL 7107 nh− h×nh 3.13: Vi m¹ch ICL 7107 lµ mét m¹ch tÝch hîp chuyÓn ®æi tÝn hiÖu tõ d¹ng t−¬ng tù sang d¹ng sè vµ kÕt hîp víi bé gi¶i m· bªn trong ®Ó ®−a tÝn hiÖu hiÓn thÞ lªn LED 7 thanh. H×nh 3.13. S¬ ®å khèi trong vi m¹ch ICL 7107 §©y lµ mét vi m¹ch chuyÓn ®æi A/D vµ gi¶i m· hiÓn thÞ sè ®−îc tÝch hîp bªn trong mét con IC nªn nã lµm viÖc rÊt æn ®Þnh vµ chÝnh x¸c, víi ®é tin cËy t−¬ng ®èi cao. Vi m¹ch cã d¶i ®iÖn ¸p ®Çu vµo biÕn ®æi tõ 0V ®Õn 20V nhê cÇu ph©n ¸p cã møc chuyÓn ®æi tuyÕn tÝnh toµn phÇn. Do ®ã viÖc chän vi m¹ch ICL7107 ®Ó lµm bé chuyÓn ®æi AD vµ hiÓn thÞ chØ sè ®o nhiÖt ®é b»ng LED 7 thanh lµ hoµn toµn phï hîp. • S¬ ®å ch©n vµ chøc n¨ng tõng ch©n cña vi m¹ch ICL 7107 + S¬ ®å ch©n cña vi m¹ch ICL 7107 nh− h×nh 3.14: + chøc n¨ng tõng ch©n cña ICL 7107: vi m¹ch ICL 7107 lµ mét linh kiÖn cã 40 ch©n víi chøc n¨ng cña tõng ch©n nh− sau: Ch©n 1: ®−îc nèi víi d−¬ng nguån cung cÊp +5V (U+CC). Tõ ch©n sè 2 ®Õn ch©n sè 8 lµ c¸c ch©n tÝn hiÖu ®−a vµo LED ®Ó hiÓn thÞ nh÷ng con sè hµng ®¬n vÞ. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 78 Tõ ch©n sè 9 ®Õn ch©n 14 vµ ch©n 25 lµ c¸c ch©n tÝn hiÖu sè ®Ó ®−a vµo LED hiÓn thÞ nh÷ng con sè hµng chôc. Tõ ch©n sè 15 ®Õn ch©n sè 18 vµ ch©n sè 22 ®Õn ch©n sè 24 lµ c¸c ch©n tÝn hiÖu sè ®Ó ®−a vµo LED hiÓn thÞ c¸c con sè hµng tr¨m. Ch©n sè 19: ®−a tÝn hiÖu hiÓn thÞ sè 1 hµng ngh×n. Ch©n sè 20: ®−a tÝn hiÖu sè vµo LED hiÓn thÞ khi tÝn hiÖu ®o lµ ©m. Ch©n sè 21: lµ ch©n nèi ®Êt cña tÝn hiÖu sè. h×nh 3.14. S¬ ®å cÊu t¹o cña ICL 7107 Ch©n sè 26: lµ ch©n nèi víi ©m nguån cung cÊp -5V (U-CC). Ch©n sè 27: lµ ch©n lÊy tÝn hiÖu vµo kh©u tÝch ph©n. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 79 Ch©n sè 28 kÕt hîp víi ch©n sè 27 t¹o thµnh m¹ch tÝch ph©n (INTEGRATOR). Ch©n sè 29 lµ ch©n ®−a tÝn hiÖu vµo m¹ch tù ®éng trë vÒ kh«ng (AUTO ZERO). Ch©n sè 30: tÝn hiÖu t−¬ng tù cã cùc tÝnh lµ ©m ®−a vµo m¹ch AD. Ch©n sè 31: tÝn hiÖu t−¬ng tù cã cùc tÝnh lµ d−¬ng ®−a vµo m¹ch AD. Ch©n sè 32: tÝn hiÖu nèi ®Êt (GND). Ch©n sè 33: nèi víi tô C2. Ch©n sè 34: lµ ch©n hiÖu chØnh (REF) nèi víi ch©n 33 qua tô C2. Ch©n sè 35: lµ ch©n hiÖu chØnh (REF) møc thÊp (LOW). Ch©n sè 36: lµ ch©n hiÖu chØnh (REF) møc cao (HIGH). Ch©n sè 37: kh«ng sö dông. Ch©n sè 38, 39, 40: lµ c¸c ch©n t¹o thµnh m¹ch t¹o dao ®éng. 3.3.5.2. Bé hiÓn thÞ Víi nh÷ng −u ®iÓm næi bËt nh− ®· tr×nh bµy ë ch−¬ng 2 vµ còng do ®iÒu kiÖn kinh tÕ do ®ã chóng t«i sö dông ®Ìn LED 7 thanh cã an«t chung hiÓn thÞ ch÷ sè mÇu ®á. 3.3.5.3. S¬ ®å nguyªn lý cña bé ®o l−êng hiÓn thÞ dïng vi m¹ch ICL7107 S¬ ®å nguyªn lý cña bé ®o l−êng vµ hiÓn thÞ dïng vi m¹ch ICL7107 nh− h×nh 3.14. Ho¹t ®éng cña s¬ ®å nh− sau: tÝn hiÖu cÇn ®o ®−îc ®−a vµo ch©n 31, 30 lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu biÕn ®æi tõ 0 9V÷ , tÝn hiÖu nµy ®−îc chuyÓn vµo m¹ch ®iÖn tö cña ICL7107, nã ®−îc lÊy tÝch ph©n kÕt hîp víi R1, C1 ë ch©n 27, 28 trong kho¶ng thêi gian nµo ®ã ch¼ng h¹n tõ 10 t÷ , khi ®ã ta cã: 1 10 1 1 t v tp A v UU U U dt t RC = = −∫ Víi 1 1470 ; 0, 22R K C Fμ= Ω = . B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 80 H×nh 3.14. S¬ ®å nguyªn lý bé hiÓn thÞ LED dïng vi m¹ch ICL7107 Sau khi lÊy tÝch ph©n cña tÝn hiÖu vµo Ud th× Utp ®−îc ®−a vµo bé so s¸nh, tuú theo møc ®é tÝn hiÖu vµo mµ bé so s¸nh sÏ cho tÝn hiÖu so s¸nh vµo B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 81 cæng AND më cho xung nhÞp vµo, m¹ch ®Õm ho¹t ®éng cho ®Õn khi dung l−îng m¹ch hÕt. M¹ch ®iÒu khiÓn sÏ ®iÒu khiÓn m¹ch ®iÖn tö ho¹t ®éng ®−a tÝn hiÖu ®iÖn ¸p chuÈn vµo m¹ch tÝch ph©n ®Ó lÊy tÝch ph©n UchuÈn trong kho¶ng thêi gian tõ 20 t÷ lµ: 2 20 1 0 t c tp chuan A UU U dt t U R C R C = = + =× ∫ Do UchuÈn cã cùc tÝnh ng−îc víi Uv nªn sau kho¶ng thêi gian t2, UchuÈn=0V vµ ®iÖn ¸p so s¸nh USS=0, cæng AND ®ãng l¹i, lóc nµy tÝn hiÖu ®Õm ®−îc trong m¹ch sÏ lµ tÝn hiÖu sè t−¬ng øng víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®−a vµo Uv. TÝn hiÖu sè nµy ®−îc ®−a qua bé gi¶i m· vµo chØ thÞ LED kÕt qu¶ nhiÖt ®é cÇn ®o sÏ t−¬ng øng víi ch÷ sè hiÓn thÞ trªn thiÕt bÞ hiÓn thÞ LED. §Ó h¹n chÕ dßng vµo LED chóng t«i chóng t«i tiÕn hµnh tÝnh tiÕn hµnh tÝnh to¸n nh− sau: Do ®Æc ®iÓm cña vi m¹ch ICL7107 lµ: + TÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµo lµ tõ: V200÷ . + TÝn hiÖu ®iÖn ¸p ra lµ tõ: VmV 999,1999,1 ±÷± . + Dßng ®iÖn lµm viÖc: Aμ100± . + Nguån cung cÊp cho vi m¹ch lµ: V5± . vµ ®Æc ®iÓm cña bé hiÓn thÞ LED 7 thanh hiÓn thÞ ¸nh s¸ng mµu ®á lµ: + Dßng ®iÖn cÊp cho mçi thanh s¸ng lµ tõ: mAmA 205 ÷ . + Nguån cung cÊp cho ®Ìn lµ: V5± . Nh− vËy, mçi thanh LED s¸ng cÇn mét ®iÖn trë h¹n dßng lµ: Ω=− −= 150 10020 999,15 AmA VVR μ , chän Ω=150R MÆt kh¸c, ®Ó so s¸nh nhiÖt ®é ®Æt vµ nhiÖt ®é ®o b»ng c¶m biÕt mét c¸ch trùc quan, trong ®Ò tµi nµy t«i cã sö dông hai con ICL7107 víi s¬ ®å nguyªn lý gièng nhau nh− h×nh 3.14. §Ó chØ thÞ nhiÖt ®é ®Æt vµ nhiÖt ®é thùc tÕ trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn mét c¸ch ®ång thêi. 3.3.6. Nguån nu«i cho m¹ch ®iÒu khiÓn trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 82 TÊt c¶ c¸c khèi trong m¹ch ®iÒu khiÓn vµ ®o l−êng ®Òu cÇn ph¶i cung cÊp nguån nu«i cho chóng. C¸c m¹ch khuÕch ®¹i thuËt to¸n ®−îc sö dông trong m¹ch ®iÒu khiÓn ®Òu lµm viÖc ë ®iÖn ¸p l−ìng cùc lín nhÊt lµ 15V± , nh−ng trong ®Ò tµi nµy chóng t«i thiÕt kÕ dïng nguån nu«i l−ìng cùc cã ®iÖn ¸p lµ 9V± , cßn nguån nu«i cho bé hiÓn thÞ lµ 5V± . Yªu cÇu ®èi víi nguån nu«i lµ: nguån nu«i ph¶i cã tÝnh æn ®Þnh cao c¶ khi ®iÖn ¸p l−íi xoay chiÒu thay ®æi vµ t¶i thay ®æi. ChÊt l−îng ®iÖn ¸p nguån nu«i ph¶i æn ®Þnh vµ b»ng ph¼ng. CÊu tróc cña nguån nu«i: gåm cã mét biÕn ¸p cã ®iÓm gi÷a, cÇu chØnh l−u b»ng Diode lµm nhiÖm vô chØnh l−u ®iÖn ¸p xoay chiÒu thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu. Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p chØnh l−u ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc sau: 22 2 d UU π ×= Trong ®ã: U2 lµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p(MBA). Víi gi¸ trÞ ®iÖn ¸p cÇn cung cÊp cho nguån nu«i trong m¹ch ®iÒu khiÓn lµ 9V± vµ 5V± nªn ta cã d¶i ®iÖn ¸p lµm viÖc trong kho¶ng 9 10%V V± ± vµ 5 10%V± ± . XÐt tr−êng hîp ®iÖn ¸p chØnh l−u lµ: 10 109 9 9,9 , 5 5 5,5 100 100d d U V V U V V= + × = = + × = Khi ®ã ta cã ®iÖn ¸p thø cÊp cña MBA lµ: 2 2 9,9 5,511 , 6 2 2 2 2 U V U Vπ π× ×= = = = Chän Diode chØnh l−u lo¹i 2N4004 cã c¸c th«ng sè kü thuËt lµ: UD = 400V, ID = 1A Víi c¸c gi¸ trÞ ®iÖn ¸p nµy khi qua bé chØnh l−u sÏ ®−îc ®iÖn ¸p mét chiÒu nh−ng chÊt l−îng ®iÖn ¸p thÊp vµ kh«ng b»ng ph¼ng ch−a thÓ cung cÊp cho m¹ch ®iÒu khiÓn ®−îc. Do ®ã ®Ó n©ng cao chÊt l−îng ®iÖn ¸p chØnh l−u th× trong ®Ò tµi nµy ë bé chØnh l−u lÊy ®iÖn ¸p ra lµ 9V± chóng t«i sö dông hai IC æn ¸p 7809 vµ 7909, cßn bé chØnh l−u lÊy ®iÖn ¸p ra lµ 5V± chóng t«i sö dông hai IC æn ¸p 7805 vµ 7905, ngoµi ra ë tr−íc vµ sau IC cã m¾c thªm c¸c tô ®iÖn B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 83 nh»m n©ng cao tÝnh b»ng ph¼ng cho ®iÖn ¸p. S¬ ®å cña khèi nguån nh− h×nh 3.15a, 3.15b sau: H×nh 3.15a. S¬ ®å nguån nu«i cho ®iÖn ¸p ra 9V± H×nh 3.15b. S¬ ®å nguån nu«i cho ®iÖn ¸p ra 5V± Theo kinh nghiÖm ng−êi ta th−êng chän tô C1 = C3 = 1000 / 25F VDCμ nh»m c¶i thiÖn ®iÖn ¸p vµo IC æn ¸p. Cßn tô C2 = C4 = 100 / 25F VDCμ nh»m c¶i thiÖn ®iÖn ¸p nguån nu«i. M¸y biÕn ¸p: võa cã nhiÖm vô c¸ch ly ®iÖn ¸p võa lµm nhiÖm vô h¹ ®iÖn ¸p xuèng møc yªu cÇu. §èi víi nguån nu«i chóng t«i sö dông hai MBA cã ®iÓm gi÷a cã ®iÖn ¸p thø cÊp lµ 12V vµ 6V, cßn nguån cung cÊp cho m¹ch t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé chóng t«i sö dông mét MBA cã ®iÖn ¸p thø cÊp lµ 9V xoay chiÒu. 3.3.7.M¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn * S¬ ®å nguyªn lý m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn nh− h×nh 3.16 sau: B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 84 H×nh 3.16. S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 85 * Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch nµy nh− sau: ban ®Çu tñ ch−a lµm viÖc, ®Æt nhiÖt ®é cho tñ b»ng ®iÒu chØnh VR3,VR4. CÊp nguån ®iÖn 220V xoay chiÒu cho tñ, cÇu chØnh l−u cho ra ®iÖn mét chiÒu ®−îc æn ¸p b»ng hai IC æn ¸p 7809 vµ 7909, cÊp nguån cho m¹ch ®iÒu khiÓn. Do c¶m biÕn ®−îc ®Æt trong tñ nªn nhiÖt ®é thùc trong tñ ®−îc c¶m biÕn nhiÖt ®é LM335 c¶m nhËn vµ chuyÓn ®æi thµnh tÝn hiÖu ®iÖn ¸p t−¬ng øng 10mV/0C. TÝn hiÖu ®iÖn ¸p nµy qua kh©u so s¸nh vµ khuÕch ®¹i thuËt to¸n U3A(TL084) cho ra tÝn hiÖu thÝch hîp ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p ®Æt (t−¬ng øng víi nhiÖt ®é ®Æt). Sai lÖch gi÷a nhiÖt ®é ®Æt víi nhiÖt ®é thùc trong tñ ®o ®−îc nhê c¶m biÕn ®−îc ®−a ®Õn kh©u so s¸nh thø hai lµ U2A(TL082) ®Ó so s¸nh víi tÝn hiÖu xung r¨ng c−a ®ång bé ®−îc t¹o ra tõ m¹ch t¹o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p xung r¨ng c−a ®ång bé vµ cho ra tÝn hiÖu d¹ng xung ch÷ nhËt, sau ®ã ®−îc chuyÓn thµnh xung nhän khi qua m¹ch vi ph©n R4- C2, xung nhän nµy cã c¶ xung d−¬ng vµ ©m, khi qua Diode (D2) sÏ ®−îc xung nhän d−¬ng khi ®ã trªn cuén s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p cã xung c¶m øng sang thø cÊp ®Ó ®iÒu khiÓn Triac. Khi nhiÖt ®é thùc trong tñ thay ®æi th× xung nhän nµy sÏ më Triac víi gãc më t−¬ng øng ®Ó thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt vµo bé t¹o nhiÖt vµ kÕt qu¶ lµ nhiÖt ®é sÏ thay ®æi theo. Khi nhiÖt ®é thùc trong tñ mµ c¶m biÕn nhËn ®−îc gÇn b»ng nhiÖt ®é ®Æt th× m¹ch ®iÒu khiÓn sÏ ®iÒu khiÓn gãc kÝch lín, lµm cho Triac bÞ kho¸, kh«ng cÊp ®iÖn ¸p cho sîi ®èt, lóc ®ã l−îng nhiÖt cÊp cho buång ®èt vÉn t¨ng do qu¸n tÝnh ®Õn lóc nµo ®ã l−îng nhiÖt trong buång ®èt gi¶m vµ dao ®éng quanh nhiÖt ®é ®Æt. Khi l−îng nhiÖt ®é trong tñ gi¶m nhá h¬n nhiÖt ®é ®Æt th× m¹ch ®iÒu khiÓn l¹i ®iÒu khiÓn ®Ó Triac më víi gãc kÝch nhá, ®iÖn ¸p cÊp cho bé t¹o nhiÖt t¨ng cho ®Õn khi nhiÖt ®é trong buång ®èt b»ng nhiÖt ®é ®Æt vµ qu¸ tr×nh l¹i lÆp l¹i. 3.3.8. S¬ ®å m¹ch in *S¬ ®å m¹ch in khèi ®o l−êng vµ hiÓn thÞ: H×nh 3.17: Trong ®ã: J1,J2,J3,J4,J5,J6 lµ c¸c ch©n c¾m LED 7 thanh; J7 lµ ch©n ®−a tÝn hiÖu cÇn ®o; J8 lµ ch©n ®−a nguån cÊp V5± ; Ω==== 150... 211 RRR lµ c¸c ®iÖn trë h¹n dßng cho LED, d©y vµng lµ d©y nèi. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 86 H×nh 3.17 * S¬ ®å m¹ch in m¹ch ®iÒu khiÓn: H×nh 3.18 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 87 H×nh 3.18 kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ Qua mét thêi gian thùc tËp vµ hoµn thµnh ®Ò tµi tèt nghiÖp mÆc dï ®· gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n vµ thêi gian cßn h¹n chÕ nh−ng víi sù nç lùc cña b¶n B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 88 th©n cïng víi sù gióp ®ì, chØ b¶o tËn t×nh cña c¸c thÇy, c« gi¸o, cña c¸c c« (chó) vµ c¸c anh (chÞ) lµm viÖc ë phßng VËt t− vµ ThiÕt bÞ Y tÕ thuéc bÖnh viÖn B¹ch Mai Hµ Néi, cña b¹n bÌ ®ång nghiÖp, ®Æc biÖt lµ sù gióp ®ì quý b¸u cña thÇy Ph¹m ViÖt S¬n ®Õn nay ®Ò tµi “Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn” ®· hoµn thµnh. Tõ nh÷ng kÕt qu¶ ®· ®¹t ®−îc t«i m¹ch d¹n ®−a ra mét sè kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ sau: 1. KÕt luËn - §· nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ thµnh c«ng bé tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é cho tñ nu«i cÊy vi khuÈn theo ®óng yªu cÇu thùc tÕ. - §· ¸p dông tèt nh÷ng kiÕn thøc ®· häc vµ nh÷ng kiÕn thøc thùc tÕ vµo viÖc thiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é. - Tõ nh÷ng kiÕn thøc häc tËp ®−îc ë nhµ tr−êng vµ nh÷ng kiÕn thøc thùc tÕ chóng t«i ®· trùc tiÕp tÝnh to¸n, thiÕt kÕ vµ l¾p r¸p m¹ch ®iÖn tö. Qua ®ã ®· cñng cè thªm nh÷ng kiÕn thøc, kü n¨ng vµ kh¶ n¨ng t− duy gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò chuyªn m«n. - Qua ®Ò tµi chóng t«i ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu kü vÒ vi khuÈn thÊy ®−îc nh÷ng −u vµ nh−îc ®iÓm cña nã víi cuéc sèng con ng−êi vµ trong s¶n xuÊt còng nh− trong nghiªn cøu khoa häc. - Trong ®Ò tµi nµy khi thiÕt kÕ chóng t«i sö dông c¶m biÕn LM335 ®Ó ®o nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn. §©y lµ ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n cã ®é chÝnh x¸c cao vµ ®Æc biÖt lµ ®é nh¹y t−¬ng ®èi cao ®¶m b¶o tèt cho viÖc ®iÒu khiÓn. - §Ò tµi cã thiÕt kÕ m¹ch ®o vµ chØ thÞ sè sö dông vi m¹ch ICL7107 ®Ó tiÖn cho viÖc theo dâi vµ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é. 2.KiÕn nghÞ §Ò tµi nµy cã ý nghÜa thùc tiÔn cao. §Æc biÖt lµ trong n«ng nghiÖp nh− ngµnh Ch¨n nu«i Thó y vµ B¶o vÖ Thùc vËt rÊt cÇn cã nh÷ng tñ kiÓu nµy ®Ó nghiªn cøu vµ thÝ nghiÖm. ChÝnh v× nh÷ng lîi Ých to lín ®ã mµ ®Ò tµi cÇn ph¶i B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 89 ®−îc tiÕp tôc nghiªn cøu, hoµn thiÖn h¬n ®Ó cã thÓ ®−a vµo s¶n xuÊt nh»m néi ®Þa ho¸ trang thiÕt bÞ. §Ò tµi nµy chØ sö dông c¸c linh kiÖn ®iÖn tö ®Ó thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é, nÕu cã thÓ sö dông vi ®iÒu khiÓn ®Ó thiÕt kÕ vµ ®iÒu khiÓn th× m¹ch cã thÓ ®¬n gi¶n vµ chÝnh x¸c h¬n. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 90 Môc lôc Trang Më ®Çu .....................................................................................................1 1. §Æt vÊn ®Ò ........................................................................................1 2. Môc ®Ých cña ®Ò tµi .........................................................................2 3. Néi dung cña ®Ò tµi .........................................................................2 4. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ................................................................3 Ch−¬ng 1: t×m hiÓu ®Æc ®iÓm, ®iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn vµ t¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi víi sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn ...............3 1.1. Kh¸i niÖm chung ..........................................................................4 1.2. §Æc ®iÓm chung cña vi khuÈn .....................................................5 1.2.1. KÝch th−íc nhá bÐ ............................................................. 5 1.2.2. HÊp thu nhiÒu, chuyÓn hãa nhanh ................................... 5 1.2.3. Sinh tr−ëng nhanh, ph¸t triÓn m¹nh ................................ 5 1.2.4. N¨ng lùc thÝch øng m¹nh vµ dÔ ph¸t sinh biÕn dÞ ............ 6 1.2.5. Ph©n bè réng, chñng lo¹i nhiÒu ....................................... 6 1.3. §iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn................................................6 1.3.1. Thµnh phÇn tÕ bµo vµ c¸c chÊt dinh d−ìng cña vi khuÈn 7 1.3.2. Nguån thøc ¨n cacbon cña vi khuÈn ................................ 9 1.3.3. Nguån thøc ¨n nit¬ cña vi khuÈn ................................... 10 1.3.4. Nguån thøc ¨n kho¸ng cña vi khuÈn.............................. 11 1.4. T¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi víi ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn cña vi khuÈn .................................................................................................12 1.4.1. C¬ chÕ t¸c dông cña c¸c yÕu tè m«i tr−êng lªn vi khuÈn ........ 13 1.4.2. T¸c ®éng cña c¸c yÕu tè vËt lý .............................................. 14 1.4.3. T¸c ®éng cña c¸c yÕu tè hãa häc .................................... 16 1.4.4. T¸c ®éng cña c¸c yÕu tè sinh häc ................................... 17 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 91 1.5. KÕt luËn.......................................................................................17 Ch−¬ng 2: giíi thiÖu chung vÒ tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn ®ang ®−îc sö dông hiÖn nay ..................................18 2.1. Nguyªn lý cÊu t¹o chung............................................................19 2.2. Nguyªn lý lµm viÖc chung ..........................................................20 2.2.1. Buång t¹o nhiÖt ............................................................... 22 2.2.2. Khèi t¹o nhiÖt .................................................................. 22 2.2.3. M¹ch ®iÒu khiÓn .............................................................. 22 2.2.3.1. M¹ch ®iÒu khiÓn b»ng c¸c thiÕt bÞ c¬ khÝ.......................22 2.2.3.2. M¹ch ®iÒu khiÓn b»ng c¸c thiÕt bÞ b¸n dÉn ....................23 2.2.4. M¹ch ®o l−êng................................................................. 26 2.2.4.1. Kh©u chuyÓn ®æi vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu ........................27 2.2.4.2. M¹ch chØ thÞ sè...............................................................27 2.2.5. C¶m biÕn nhiÖt ®é ........................................................... 32 2.2.5.1. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng nhiÖt kÕ..................................34 2.2.5.2. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng c¶m biÕn nhiÖt ®é Pt100 ........38 2.2.5.3. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng cÆp nhiÖt ngÉu........................40 2.2.5.4. Khèng chÕ nhiÖt ®é b»ng c¶m biÕn vi m¹ch LM335......44 2.3. KhuÕch ®¹i thuËt to¸n trong so s¸nh vµ khuÕch ®¹i tÝn hiÖu .46 2.4. Triac dïng trong m¹ch ®éng lùc...............................................50 2.5. Giíi thiÖu s¬ ®å nguyªn lý cña mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn ®ang ®−îc sö dông ............................................................................53 2.5.1. Tñ Galenkamp (Anh) ...................................................... 53 2.5.2. Tñ Model 101-A1(Trung Quèc) ................................... 55 2.5.3. Tñ TC200M (Liªn X«)..........................................................56 Ch−¬ng 3: ThiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn...........................................................................................59 B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 92 3.1. nhiÖm vô cña thiÕt kÕ .................................................................60 3.2. S¬ ®å khèi vµ chøc n¨ng cña tõng khèi ....................................60 3.3. TÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ ph©n tÝch nguyªn lý ho¹t ®éng cña tõng khèi.....................................................................................................61 3.3.1. M¹ch ®iÒu khiÓn .............................................................. 61 3.3.1.1. M¹ch ®éng lùc................................................................61 3.3.1.2. M¹ch so s¸nh..................................................................64 3.3.1.3. M¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn gãc më .................................65 3.3.1.4. M¹ch t¹o xung r¨ng c−a ®ång bé ...................................68 3.3.2. Bé c¶m biÕn ..................................................................... 71 3.3.3. ThiÕt kÕ m¹ch chuyÓn ®æi vµ khuyÕch ®¹i ...................... 73 3.3.4. M¹ch t¹o tÝn hiÖu chuÈn ................................................. 75 3.3.5. M¹ch ®o l−êng hiÓn thÞ ................................................... 76 3.3.5.1. Vi m¹ch ICL7107...........................................................77 3.3.5.2. Bé hiÓn thÞ ......................................................................79 3.3.5.3. S¬ ®å nguyªn lý cña bé ®o l−êng hiÓn thÞ dïng vi m¹ch ICL7107 ......................................................................................79 3.3.6. Nguån nu«i cho m¹ch ®iÒu khiÓn trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn ........................................................................................ 81 3.3.7.M¹ch ®iÒu khiÓn tù ®éng nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy vi khuÈn . 83 3.3.8. S¬ ®å m¹ch in.................................................................. 85 kÕt luËn vµ kiÕn nghÞ.............................................................................87 1. KÕt luËn..........................................................................................88 2.KiÕn nghÞ.........................................................................................88 Tµi liÖu tham kh¶o