Mạch Điện

Khuếch đại tín hiệu hồng ngoại (IR) bằng op-amp MAX4230

Giới Thiệu Khuếch đại tín hiệu hồng ngoại 

Khuếch đại tín hiệu hồng ngoạiBộ thu phát IR đơn giản này tạo ra xung IR(hồng ngoại) được điều chế ở tần số 10kHz, sau đó khuếch đại tín hiệu phản xạ bằng một amp op đơn (MAX4230), cũng được cấu tạo như một bộ lọc thông dải bậc 2 để giải điều chế tín hiệu IR 10kHz.

Cảm biến tiệm cận IR được sử dụng rộng rãi để cảm nhận sự hiện diện của một vật thể, khoảng cách của vật thể đó so với vật tham chiếu hoặc cả hai.

Các ứng dụng bao gồm phát hiện tốc độ, cảm nhận bàn tay trong vòi nước tự động, tự động đếm hoặc phát hiện các vật thể trên băng tải, phát hiện mép giấy trong máy in và nhiều ứng dụng khác.

Ví dụ, điện thoại thông minh thế hệ mới nhất có thể tắt màn hình cảm ứng LCD để ngăn việc vô tình kích hoạt các nút khi màn hình được áp vào cằm hoặc tai của bạn.

Có thể bạn quan tâm

Để nhận biết một đối tượng, cảm biến tiệm cận truyền các xung IR (hồng ngoại) về phía đối tượng, sau đó “lắng nghe” để phát hiện bất kỳ xung nào phản xạ trở lại ( Hình 1).

 Đèn LED hồng ngoại truyền tín hiệu hồng ngoại và bất kỳ tín hiệu phản xạ nào cũng được phát hiện bởi bộ dò ảnh hồng ngoại. Cường độ của tín hiệu phản xạ này tỷ lệ nghịch với khoảng cách của đối tượng từ bộ thu phát IR.

Vì tín hiệu IR phản xạ mạnh hơn khi đối tượng ở gần, bạn có thể hiệu chỉnh đầu ra của bộ dò diode quang để xác định khoảng cách kích hoạt chính xác của đối tượng (khoảng cách ngưỡng để đưa ra quyết định liệu đối tượng có hiện diện hay không).

Khuếch đại tín hiệu hồng ngoại (IR) bằng op-amp MAX4230
Hình 1 Nguyên lý cơ bản của cảm biến tiệm cận IR

Điốt quang phát hiện IR phản xạ từ đối tượng, nhưng nó cũng phát hiện IR được tạo ra bởi các điều kiện xung quanh. Bạn phải lọc ra nhiễu IR này để ngăn chặn phát hiện sai. Một phương pháp phổ biến là điều chế tín hiệu IR của đèn LED với tần số thích hợp, sau đó chỉ phát hiện IR với điều chế đó, điều này xác định nó đã được phản xạ bởi đối tượng.

Cảm biến tiệm cận IR của Hình 2 có các phần phát và thu đơn giản. Bộ phát bao gồm một đèn LED hồng ngoại 940nm (IR11-21C), được BẬT và TẮT bằng cách sử dụng tần số dao động 10kHz. Bằng cách thay đổi dòng điện LED, bạn sẽ kiểm soát mức công suất truyền và do đó sẽ dò được phạm vi phát hiện. Để tiết kiệm điện, các xung truyền có duty cycle nhỏ (thường là 10%).

Sơ đồ mạch Khuếch đại tín hiệu hồng ngoại 

Bộ thu phát IR đơn giản này phát hiện sự hiện diện của một vật thể và cung cấp khoảng cách gần đúng từ bộ thu phát.
Hình 2 : Bộ thu phát IR đơn giản này phát hiện sự hiện diện của một vật thể và cung cấp khoảng cách gần đúng từ bộ thu phát.

Nguyên lý hoạt động

Mạch thu giải điều chế và khuếch đại tín hiệu IR được phát hiện bởi điốt quang (PD15-22C), có độ nhạy cực đại xảy ra ở 940nm. Đầu ra điốt quang được kết hợp với đầu vào không đảo của op amp cho phép tín hiệu 10kHz đi qua, nhưng tần số cắt 300Hz do tụ ghép nối đặt ngăn cản nhiễu DC và IR nền đến bộ khuếch đại.

Nhiễu thấp, băng thông cao và khả năng đầu vào/đầu ra rail-to-rail làm cho op amp hiển thị ( MAX4230) một lựa chọn tốt để giải điều chế và khuếch đại trong mạch này. Ngoài ra, khả năng miễn RF rất tốt của nó ngăn chặn nhiễu  217Hz khó chịu thường thấy trong điện thoại di động GSM. Đối với bộ thu IR, op amp được cấu hình như một bộ lọc thông thấp, thông dải ở 10kHz. Do đó, trong khi khuếch đại tín hiệu IR đến, op amp cũng giải điều chế chúng bằng bộ lọc thông dải của nó.

Khi không có tín hiệu IR đầu vào, amp op được thiên vị ở 2,5V. Với sự cố tín hiệu IR 10kHz, đầu ra của nó thay đổi khoảng 2,5V với dải động 5V. Đầu ra điều khiển bộ dò diode đơn giản, điều chỉnh tín hiệu 10kHz và cung cấp tín hiệu DC tỷ lệ với biên độ của nó. Tín hiệu tương tự (OUT) này tỷ lệ với khoảng cách của đối tượng từ bộ phát IR. Nó có thể được sử dụng trực tiếp hoặc được đưa tới ADC để xử lý thêm. Hoạt động của mạch được minh họa bằng các dạng sóng được lấy tại các nút khác nhau trong mạch, đối với các vật thể cách bộ thu phát IR 1,2 inch và 1,4 inch ( Hình 3 ).

dạng sóng của mạch

Lưu ý rằng các dạng sóng này được đánh số thứ tự cho các nút mạch khác nhau.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button