GV: Phạm Văn
Đoàn

BÀI 7. CẢM BIẾN

CẢM BIẾN

KHÁI NIỆM

PHÂN LOẠI

NGUYÊN TẮC
HOẠT ĐỘNG

2

I. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CẢM BIẾN
1. Khái niệm
Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái hay quá trình vật
lí, hóa học, sinh học và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập
thông tin về trạng thái hay quá trình đó

2. Phân loại
– Cảm biến có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau tuỳ theo mục đích
của người sử dụng.
– Cảm biến có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau tuỳ theo mục đích
của người sử dụng.

II. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG
NHIỆTđiện
ĐIỆN TRỞ
1. Điện trở phụ
thuộcĐIỆN
ánh TRỞ
sángVÀ
(quang
trở)

KN: Quang điện trở là một linh kiện điện tử mà điện trở của nó phụ
thuộc mạnh vào ánh sáng
- Khi ánh sáng có bước sóng thích hợp chiếu vào, một số electron bị
bứt ra khỏi nguyên tử trở thành electron tự do, làm cho điện trở của nó
giảm. Ánh sáng càng mạnh thì điện trở của nó càng nhỏ

II. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG
NHIỆTđiện
ĐIỆN TRỞ
1. Điện trở phụ
thuộcĐIỆN
ánh TRỞ
sángVÀ
(quang
trở)
- Trong bóng tối, điện trở của quang điện
trở có thể lên đến vài MΩ, khi được chiếu
sáng thì điện trở của nó giảm xuống còn
vài trăm ôm. Sự thay đổi này là không
tuyến tính
- Khi quang điện trở được nối vào mạch
điện thì sự thay đổi điện trở này làm thay
đổi dòng điện và điện áp trên nó, tức là
biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện.
Quang điện trở được sử dụng để đo cường độ sáng hoặc dùng trong các ứng
dụng điều khiển các thiết bị từ xa bằng bức xạ điện từ

II. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ
2. Điện trở nhiệt (nhiệt điện trở)

KN: nhiệt điện trở là một loại điện trở mà điện trở của nó thay đổi rõ rệt
khi nhiệt độ thay đổi

II. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ NHIỆT ĐIỆN TRỞ
1. Điện trở nhiệt (nhiệt điện trở)

Điện trở tăng khi nhiệt độ
Điện trở giảm khi nhiệt độ
tăng
tăng
Khi điện trở của điện trở nhiệt thay đổi làm dòng điện và điện áp của nó
thay đổi: điện trở nhiệt biến sự thay đổi nhiệt thành tín hiệu điện.
Điện trở nhiệt thường được sử dụng làm cảm biến nhiệt độ.

II. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN SỬ DỤNG
QUANG
ĐIỆN
VÀ NHIỆT
ĐIỆN TRỞ
3. Sử dụng quang
điện
trởTRỞ
và điện
trở nhiệt
làm cảm biến
Khi sử dụng các điện trở này để làm cảm
biến thì cần mạch điện để biến đổi sự thay
đổi của điện trở thành sự thay đổi của điện
áp.
- Sơ đồ mạch điện đơn giản gồm: R là điện
trở xác định, Rs là điện trở cảm biến, E là
nguồn điện không đổi.
- Khi Rs thay đổi thì điệu áp URs trên nó và
UR trên R cũng thay đổi theo.
- Ứng với mỗi sự thay đổi cường độ sáng
hoặc nhiệt độ thì sẽ có sự thay đổi tương
ứng của điện áp trên cảm biến hoặc điện
trở R. Do đó, có thể sử dụng một trong

Bài 8. Bộ khuếch đại thuật toán và thiết bị đầu ra

Bộ khuếch đại và bộ
khuếch đại thuật toán

Thiết bị
đầu ra

Relay điện từ

Điot phát quang

Khái niệm
Tính chất

Bộ hiển thị

I. BỘ KHUẾCH ĐẠI VÀ BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

. Khái niệm
KN: Bộ khuếch đại được thiết kế để làm tăng cường độ
tín hiệu điện lên nhiều lần
- Bộ khuếch đại lí tưởng: có hệ số khuếch đại lớn, tín
hiệu đầu ra không bị méo.
- Cấu tạo: transistor, điện trở, tụ điện,… tích hợp trên
một bản mạch với nhiều chân ra (gọi là IC)
- Bộ khuếch đại thuật toán: có hệ số khuếch đại tùy
chỉnh, thực hiện được nhiều chế độ khuếch đại với
hệ số khuếch đại lớn.
- Khuếch đại thuật toán được sử dụng để khuếch đại
tín hiệu nhỏ từ các cảm biến trước khi đưa tới tầng
khuếch đại tiếp theo, được ứng dụng trong các máy
tính và nhiều thiết bị tự động hóa

Tín hiệu điện áp trước và sau khi
được khuếch đại

Kí hiệu bộ khuếch đại thuật toán
Vvào+: lối vào không đảo
Vvào-: lối vào đảo
+Vcc: chân nguồn dương
-Vcc: chân nguồn âm
Vra: chân ra

Kí hiệu rút gọn

Hầu hết bộ khuếch đại thuật toán hoạt động với hai nguồn điện áp
một chiều

Hệ số khuếch đại của bộ thuật
toán bằng vô cùng
Cho phép khuếch đại được tín
hiệu có công suất rất nhỏ mà
không làm suy giảm tín hiệu
Băng thông của bộ khuếch
đại thuật toán lí tưởng hoạt
động ở mọi tần số

Không có thời gian trễ
Không gây nhiễu trong
quá trình khuếch đại

MỘT SỐ TÍNH
CHẤT CỦA BỘ
KHUẾCH ĐẠI
THUẬT TOÁN
LÍ TƯỞNG

1. Relay điện từ

III. THIẾT BỊ ĐẦU RA

• Relay điện từ là một công tắc đóng, ngắt hoặc chuyển mạch tải điện
bằng lực từ.
• Quá trình đóng ngắt được thực hiện bằng dòng điện (dòng điều khiển)
cỡ vài chục mA.

Cấu tạo và hoạt động của relay điện
từ

- Khi chưa có dòng điều khiển, hai tiếp điểm điện cực tách rời nhau: relay ở trạng
thái ngắt mạch.
- 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
- Điện áp lối ra của bộ khuếch đại thuật toán có thể được sử dụng để cấp dòng điều
khiển cho relay: relay chỉ đóng mạch khi điện áp đầu ra của mạch khuếch đại có
giá trị dương, nó sẽ ngắt mạch khi điện áp này có giá trị âm hoặc bằng 0.

2. Diode phát quang (LED)
LED là linh kiện điện tử biến đổi điện
năng thành quang năng với hiệu suất
cao.
- LED là một diode bán dẫn, sẽ phát
sáng nếu có dòng điện chạy theo
chiều thuận.
- LED phù hợp để mắc vào lối ra của
bộ khuếch đại thuật toán, tuy
nhiên cần phải mắc nối tiếp nó với
một điện trở để đảm bảo điện áp
hoạt động của nó.

Kí hiệu của LED

3. Bộ hiển thị
• Thay vì phải đọc giá trị điện áp rồi quy đổi thành đại
lượng cần khảo sát, ta sử dụng bộ hiển thị để hiện thị
trực tiếp các giá trị cần đo. Vôn kế chỉ thị kim được
mắc trực tiếp vào lối ra của bộ khuếch đại thuật toán
có thể được sử dụng làm bộ hiển thị.
1. Đo đại lượng cần khảo sát bằng một thiết bị chuẩn,
đồng thời quan sát giá trị góc quay của vôn kế.
2. Ứng với mỗi giá trị đo được bằng máy đo, có một
giá trị góc quay tương ứng.
3. Đánh dấu góc quay và ghi lại giá trị tương ứng của
đại lượng vừa đo, chúng ta có được vạch chia mới
trên thang chia độ của đại lượng cần đo.

Thang chia độ tuyến tính (màu
xanh) và phi tuyến (màu đỏ)

BÀI 9. MẠCH ĐIỆN ĐƠN GIẢN CÓ SỬ DỤNG
THIẾT BỊ ĐẦU RA

MẠCH ĐIỆN TẠO TÍN
HIỆU ĐIỀU KHIỂN THIẾT
BỊ TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG
CẢM BIẾN

MỘT SỐ MẠCH
ĐIỆN ỨNG DỤNG
CẢM BIẾN

I. MẠCH ĐIỆN TẠO TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỰ
ĐỘNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN
Mạch điện
Tín hiệu từ cảm biến

Tín hiệu
đầu ra

Thiết bị cần
điều khiển

- Nếu điện áp đầu vào không đảo (chân +)cao hơn điện áp đầu vào
đảo (chân -) thì điện áp đầu ra (Ur) sẽ bằng điện áp dương nguồn
(mức cao). Ngược lại, điện áp đầu ra sẽ bằng điện áp âm nguồn
(mức thấp).
- Biến trở R0 : tạo ra điện áp U0 ở đầu vào đảo.
- Điện trở R1, R2 : tạo ra điện áp Us ở đầu vào không đảo
- Nếu thay R1 hoặc R2 bằng một cảm biến thì điện áp Us sẽ thay đổi
theo sự thay đổi của điện trở cảm biến
- Nếu Us vượt qua U0 thì điện áp đầu ra sẽ thay đổi mức giá trị.
- Nếu nối đầu ra với một relay hoặc một thiết bị cảnh báo: sẽ có
một thiết bị đóng ngắt mạch điện hoặc cảnh báo ngưỡng tự động

II. MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN ỨNG DỤNG CẢM BIẾN
1. Mạch điện tự động chiếu sáng
- Điện trở Rs: quang điện trở
- R0 được đặt sao cho U0 chỉ nhỏ hơn Us
lúc trời tối một chút.
- Khi trời tối, điện áp Ur ở mức cao,
relay sẽ đóng mạch làm cho đèn sáng.
Khi trời sáng điện áp Us sẽ giảm xuống
thấp hơn U0 nên Ur sẽ ở mức thấp,
relay sẽ ngắt mạch để tắt đèn.

II. MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN ỨNG DỤNG CẢM BIẾN
2. Mạch điện cảnh báo rò rỉ khí cháy nổ
- Điện trở Rs: Cảm biến phát hiện khí
cháy nổ
- R0 được đặt sao cho U0 chỉ cao hơn Us
một chút khi không có khí rò rỉ.
- Khi không có khí rò rỉ, điện áp Ur ở mức
thấp, còi không kêu. Khi có khí rò rỉ,
điện áp Us sẽ tăng cao hơn U0 nên Ur sẽ
ở mức cao, relay sẽ đóng mạch, còi
cảnh báo sẽ được bật và phát ra âm
thanh.

Thiết bị cảnh báo rò rỉ khí cháy thực
tế

II. MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN ỨNG DỤNG CẢM BIẾN

3. Mạch điện tự động đóng mở van nước

- Mạch này đòi hỏi phải có một bộ diode thu phát bức xạ hồng ngoại để tạo tín hiệu điều
khiển.

3. Mạch điện tự động đóng mở van nước

- Diode thu hồng ngoại D2 (đầu thu) sẽ thay thế cho R1, diode phát hồng ngoại D1 (đầu phát
- Led phát hồng ngoại) được mắc nối tiếp với điện trở R (tránh làm hỏng diode).
- Diode thu D2 được mắc theo phân cực ngược. Khi có tia hồng ngoại chiếu vào thì điện trở
phân cực ngược của nó giảm, cường độ tia hồng ngoại càng mạnh thì điện trở giảm càng
nhiều.

3. Mạch điện tự động đóng mở van nước

- Cặp đầu thu phát được gắn ở vòi nước theo chiều hướng xuống dưới.
- Biến trở R0 được điều chỉnh sao cho khi chưa đưa tay đến gần vòi nước thì điện áp U0 cao
hơn Us một chút. Khi đó, điện áp đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán ở mức thấp, van nước
ở trạng thái khóa.
- Khi đưa tay đến gần vòi nước, tia hồng ngoại phản xạ trên tay sẽ tới đầu thu với cường độ
mạnh hơn làm điện áp Us tăng cao hơn U0, điện áp lối ra ở mức cao, relay đóng mạch để mở

4. Mạch điện đo nhiệt độ
- Vôn kế chỉ thị kim có thể được dùng để hiển
thị giá trị nhiệt độ cho nhiệt kế sử dụng cảm
biến nhiệt điện trở NTC.
- Vôn kế mắc ở lối ra của mạch khuếch đại.
- Các điện trở Rh và Rv được chọn sao cho điện
áp lối ra phù hợp với thang đo của vôn kế.
- Rt là cảm biến nhiệt điện trở NTC.
- 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.
- Để tạo các vạch chỉ thị nhiệt độ trên vôn kế cần tiến hành hiệu chuẩn thiết bị bằng một
nhiệt kế chuẩn.

n trọng cảm ơn các thầy cô
đã chú ý lắng nghe!