Giải chi tiết chuyên đề Vật lí 11 Kết nối mới Bài 9: Mạch điện đơn giản có sử dụng thiết bị đầu ra

Khởi động: Trong ngôi nhà thông minh, cánh cửa có thể tự đóng và mở khi có người qua lại, vòi nước có thể tự mở và tự khoá khi có người sử dụng, bóng đèn có thể tự bật khi trời tối và tự tắt khi trời sáng. Làm thế nào để các thiết bị này có thể hoạt động một cách tự động như vậy?

Hướng dẫn trả lời: 

Các thiết bị trên được nối với một mạch điện có lắp các thiết bị cảm biến.

I. Mạch điện tạo tín hiệu điều khiển thiết bị tự động sử dụng cảm biến

Câu hỏi 1: Vai trò của bộ khuếch đại thuật toán trong sơ đồ Hình 9.1 là gì? Có thể dùng tín hiệu trực tiếp từ cảm biến để điều khiển thiết bị mà không cần mạch khuếch đại được không?

Hướng dẫn trả lời: 

Vai trò của bộ khuếch đại thuật toán là nó sẽ kết hợp với cảm biến để có thể tạo thành mạch điện đơn giản để điều khiển thiết bị tự động.

Không thể dùng tín hiệu trực tiếp từ cảm biến để điều khiển thiết bị mà không cần mạch khuếch đại, vì có những tín hiệu đầu vào rất nhỏ, nên cần phải có mạch khuếch đại để khuếch đại tín hiệu đó lên đủ lớn, đủ để tác động lên mạch điện và thiết bị điều khiển.

Câu hỏi 2: Tại sao điện trở của cảm biến trong Hình 9.2 thay đổi lại làm tín hiệu điện áp tới chân vào không đảo của bộ khuếch đại thuật toán thay đổi?

Hướng dẫn trả lời: 

Khi thay điện trở R$_{1}$ hoặc R$_{2}$ bằng cảm biến thì điện áp U$_{s}$ sẽ thay đổi theo sự thay đổi điện trở của cảm biến, dẫn đến tín hiệu điện áp tới chân vào không đảo của bộ khuếch đại thuật toán thay đổi. Vì dòng điện đi qua cảm biến thay đổi, tạo ra sự chênh lệch điện áp so với U$_{0}$.

II. Một số mạch điện ứng dụng cảm biến

Câu hỏi: Trong sơ đồ mạch điện tự chiếu sáng, tại sao phải đặt điện áp Uo chỉ cao hơn giá trị điện áp trên cảm biến lúc trời tối một chút.

Hướng dẫn trả lời: 

Ta phải đặt điện áp U$_{0}$ chỉ cao hơn giá trị điện áp trên cảm biến lúc trời tối một chút vì chỉ cần có sự thay đổi về độ sáng trên cảm biến, sẽ tạo ra sự chênh lệch ngay tức thì giữa U$_{s}$ và U$_{0}$, lập tức relay sẽ hoạt động chức năng đóng, ngắt mạch điện.

Câu hỏi: Tại sao khi đưa tay tới gần vòi nước (Hình 9.9) thì tín hiệu phản xạ hồng ngoại tới đầu thu hồng ngoại lại tăng lên?

Hướng dẫn trả lời: 

Khi đưa tay tới gần vòi nước (Hình 9.9) thì tín hiệu phản xạ hồng ngoại tới đầu thu hồng ngoại lại tăng lên do tay đã phản xạ một lượng lớn tia hồng ngoại từ đầu phát về phía đầu thu, cường độ tại đầu thu mạnh hơn.

Hoạt động: Thực hiện dự án thiết kế một số mạch diện ứng dụng đơn giản có sử dụng thiết bị đầu ra theo các bước sau:

Bước 1: Xác định nhiệm vụ: Tìm hiểu về một số ứng dụng đơn giản của mạch điện có sử dụng cảm biến và thiết bị đầu ra trong thực tế và thống nhất lựa chọn một số ứng dụng đơn giản có sử dụng cảm biến và thiết bị đầu ra.

Bước 2: Xác định ý tưởng thiết kế mạch điện đơn giản để thực hiện ứng dụng đã lựa chọn ở trên.

Bước 3: Thống nhất tiêu chí đánh giá mạch điện ứng dụng đơn giản có sử dụng cảm biến và thiết bị đầu ra.

Bước 4: Thực hiện thiết kế mạch điện có sử dụng cảm biến và thiết bị đầu ra theo các tiêu chí đã đề xuất.

Bước 5: Xây dựng báo cáo và nội dung trình bày về ứng dụng của mạch điện đơn giản có sử dụng cảm biến và thiết bị đầu ra đã thiết kế đảm bảo có hình ảnh thực tế và bản thiết kế đã thực hiện.

Bước 6: Báo cáo và đánh giá dự án đã thực hiện.

Hướng dẫn trả lời: 

Học sinh tự thiết kế mạch điện phù hợp với các thiết bị trong phòng thí nghiệm của nhà trường và chụp lại ảnh mạch điện sau khi thiết kế. Hoàn thiện các báo cáo thiết kế.