THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH MẠCH TƯƠNG TỰ. TS.Nguyễn Tấn Phước

Thực hành Mạch Tương tự Nguyễn Tấn Phước EEA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA TS NGUYỄN TẤN PHƯỚC THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH MẠCH TƯƠNG TỰ LƯU HÀNH NỘI BỘ 2020 -1- Thực hành Mạch Tương tự Nguyễn Tấn Phước EEA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HĨA THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH MẠCH TƯƠNG TỰ Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên: Lớp: Nhóm: BẢNG ĐIỂM STT Nội dung Điểm HS Điểm HS Ngày học Ghi Mạch khuếch đại Mạch hồi tiếp âm dịng điện ½ ca Mạch hồi tiếp âm điện áp ½ ca Mạch khuếch đại thuật tốn ½ ca Mạch khuếch đại đảo, khơng đảo ½ ca Mạch khuếch đại so sánh ½ ca Mạch lọc thụ động ½ ca Tổng kết môn học Nhận xét đánh giá Giáo viên hướng dẫn: Chữ ký Giáo viên: -2- Thực hành Mạch Tương tự Bài Nguyễn Tấn Phước MẠCH KHUẾCH ĐẠI CĂN BẢN 1- MỤC ĐÍCH: Giúp cho sinh viên hiểu rõ cách phân tích mạch khuếch đại trạng thái chiều xoay chiều, đặc điểm ba cách ráp mạch khuếch đại 2- YÊU CẦU: Sinh viên phải hiểu đặc tính khác ba cách ráp bản, hạng khuếch đại 3- THIẾT BỊ: Mơ hình thực tập mạch tương tự, linh kiện điện tử rời, máy đo VOM, máy phát sóng hạ tần, dao động ký 4- CÁC HẠNG KHUẾCH ĐẠI: 4.1 Khuếch đại hạng A: Hình 1.1: Đặc tuyến ngõ vào mạch khuếch đại hạng A Xác định điểm phân cực hạng A đặc tuyến ngõ vào ngõ Cho biết ưu nhược điểm mạch khuếch đại hạng A Ưu điểm: 4.2 Khuếch đại hạng B: Xác định điểm phân cực hạng B đặc tuyến ngõ vào ngõ Cho biết ưu nhược điểm mạch khuếch đại hạng B Đặc điểm: - -3- Thực hành Mạch Tương tự Nguyễn Tấn Phước Hình 1.2: Đặc tuyến ngõ vào mạch khuếch đại hạng B 4.3 Khuếch đại hạng AB: Xác định điểm phân cực hạng AB đặc tuyến ngõ vào ngõ Cho biết ưu nhược điểm mạch khuếch đại hạng AB IB Hình 1.3: Đặc tuyến ngõ vào mạch khuếch đại hạng AB + Q VBE V + - Ưu điểm: BA CÁCH RÁP CĂN BẢN 5.1 Mạch khuếch đại ráp kiểu E chung: Độ khuếch đại dòng điện: Ai  io ic     h fe ( vài chục đến vài trăm) i i ib Độ khuếch đại điện áp: Av    RC hie ( vài trăm lần) -4- Thực hành Mạch Tương tự Nguyễn Tấn Phước Hình 1.4: Mạch khuếch đại ráp kiểu E chung Dùng máy phát sóng hạ tần, cho tín hiệu tần số f = 1kHz, biên độ V = 10mV vào cực B Dùng dao động ký đo dạng sóng ngõ ra, đọc biên độ tín hiệu so với kết tính lý thuyết Nhận xét góc pha tín hiệu vào ra: Đo biên độ tín hiệu dao động ký: VI = - ; VO = 5.2 Mạch khuếch đại ráp kiểu B chung: Độ khuếch đại dòng điện: Ai  Độ khuếch đại điện áp: Av  io ic  ib     1 ii ie (   1)ib   v cb i R R  RC  c C  C  hie v eb ie ri hie ( vài trăm lần)  Hình 1.5: Mạch khuếch đại ráp kiểu B chung Dùng máy phát sóng hạ tần, cho tín hiệu tần số f = 1kHz, biên độ V = 10mV vào cực E Dùng dao động ký đo dạng sóng ngõ ra, đọc biên độ tín hiệu so với kết tính lý thuyết Nhận xét góc pha tín hiệu vào ra: -5- Thực hành Mạch Tương tự Nguyễn Tấn Phước Đo biên độ tín hiệu dao động ký: VI = - ; VO = 5.3 Mạch khuếch đại ráp kiểu C chung: Độ khuếch đại dòng điện: Ai  Độ khuếch đại điện áp: Av  Av  io ie (   1)ib   hay Ai =  +1 i i ib ib vo ve ie R E RE    io vb ib rb  ie re  ie RE rb  re  R E (vì rb +re 0V ngược lại - Điện áp khuếch đại tính theo công thức: VO  V I AVF với : AVF  R1  R2 R1 Nhận xét: (R1 = 2,2kΩ) (R2 = 100kΩ + VR 20kΩ) 5.2 Điều chỉnh bù với hồi tiếp âm dịng điện: Trong sơ đồ mạch tích hợp có hai transistor Q5 Q6 nối hai cực E chân để điều chỉnh cân điểm O nhờ nguyên lý hồi tiếp âm dòng điện -16- Thực hành Mạch Tương tự Nguyễn Tấn Phước Hình 4.3a: Bù mạch hồi tiếp âm dịng điện Hình 4.3b: Mạch tương đương Hình 4.3c: Bù mạch hồi tiếp âm mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại hình 4.3c mạch khuếch đại đảo, biến trở 10kΩ (chân 1-5) dùng để chỉnh Offset, biến trở 10kΩ cầu phân áp để thay đổi điện áp ngõ vào VI Thực hành: - Đóng cơng-tắc nối biến trở 10kΩ cầu phân áp xuống mass VI = 0V, ngõ có VO = 0V mạch cân khơng cần chỉnh Offset, VO ≠ 0V phải chỉnh bù điện áp ngõ vào; - Chỉnh biến trở 10kΩ (chân 1-5) cho VO = 0V niêm lại; - Ngắt công-tắc điện áp vào mạch khuếch đại qua điện trở 10kΩ, mạch khuếch đại đảo nên điện áp vào dương VO < 0V ngược lại - Điện áp khuếch đại tính theo cơng thức: VO  V I AVF với : AVF   R2 R1 (R1 = 10kΩ) (R2 = 10kΩ + VR 20kΩ) Nhận xét: - -17- Thực hành Mạch Tương tự Bài Nguyễn Tấn Phước MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHƠNG ĐẢO VÀ ĐẢO MỤC ĐÍCH: Giúp cho sinh viên hiểu rõ đặc tính kỹ thuật mạch khuếch đại thuật toán, biết sử dụng op-amp mạch ứng dụng YÊU CẦU: Sinh viên phải biết cách sử dụng mạch ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán THIẾT BỊ: Mơ hình thực tập khuếch đại thuật tốn, linh kiện điện tử rời, máy đo VOM, máy phát sóng hạ tần, dao động ký MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO 4.1 Sơ đồ RI + - Hình 5.1: Mạch khuếch Vi đại không đảo R2 Vo R1 4.2 Độ khuếch đại hồi tiếp Tính theo cơng thức: AVF  R1  R2 R1 Điện trở Ri ngõ vào In+ có tác dụng ổn định nhiệt, tránh khơng cho điện áp ngõ trơi đến trạng thái bão hịa 1- Thí nghiệm trạng thái tĩnh điện:chon R1 = 1k, R2 = 10k AVF  R1  R2 1.10  10.10   11 R1 1.10 Cho điện áp DC vào ngõ In+ , đo điện áp ngõ trường hợp sau: VI = 0,2V VO = …………V VI = 0,5V VO = …………V 2- Thí nghiệm trạng thái xoay chiều: Dùng máy phát sóng hạ tần, cho tín hiệu có tần số f = 1kHz, biên độ vI = 100mV vào ngõ In+ Dùng dao động ký đo dạng sóng ngõ ra, đọc biên độ tín hiệu so với kết tính lý thuyết, xét góc pha Nhận xét: - -18- Thực hành Mạch Tương tự Nguyễn Tấn Phước MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO 5.1 Sơ đồ Điện trở R2 điện trở hồi tiếp âm (còn gọi Rf) Điện trở R3 nối ngõ In+ xuống mass có tác dụng ổn định nhiệt, tránh không cho điện áp ngõ trôi đến trạng thái bão hịa Hình 5.2: Mạch khuếch đại đảo 5.2 Độ khuếch đại điện áp: AVF  Rf vo R   hay AVF   vi R1 Ri 1- Thí nghiệm trạng thái tĩnh điện:chon R1 = 1k, R2 = 10k Cho điện áp DC vào ngõ In+ , đo điện áp ngõ trường hợp sau: VI = 0,2V VO = …………V VI = 0,5V VO = …………V 2- Thí nghiệm trạng thái xoay chiều: Dùng máy phát sóng hạ tần, cho tín hiệu có tần số f = 1kHz, biên độ VI = 100mV vào ngõ In+ Dùng dao động ký đo dạng sóng ngõ ra, đọc biên độ tín hiệu so với kết tính lý thuyết, xét góc pha Nhận xét: -19- Thực hành Mạch Tương tự Bài Nguyễn Tấn Phước MẠCH KHUẾCH ĐẠI SO SÁNH MỤC ĐÍCH: Giúp cho sinh viên hiểu rõ đặc tính kỹ thuật mạch khuếch đại thuật tốn, biết sử dụng op-amp mạch ứng dụng YÊU CẦU: Sinh viên phải biết cách sử dụng mạch ứng dụng mạch khuếch đại thuật tốn THIẾT BỊ: Mơ hình thực tập khuếch đại thuật toán, linh kiện điện tử rời, máy đo VOM, máy phát sóng hạ tần, dao động ký LƯỢC THUYẾT: 4.1 Hai trạng thái bão hịa OP-AMP Hình 6.1: Mạch khuếch đại so sánh Sơ đồ hình 6.1 mạch khuếch đại so sánh dùng hai nguồn đối xứng VCC Điện áp đặt vào ngõ không đảo (ngõ +) gọi VI+ điện áp đặt vào ngõ đảo (ngõ ) gọi VI Nếu : VI+ > VI VO = +VCC gọi trạng thái bão hịa dương Nếu : VI > VI+ VO = VCC gọi trạng thái bão hòa âm 4.2 Điện áp VI vào ngõ đảo, điện áp chuẩn VR vào ngõ khơng đảo: Hình 6.2: Mạch so sánh Hình 6.3: Điện áp VO theo điện áp vào VI Hàm truyền đạt mạch hình 6.3, theo đó, VI < VR (hay VI < VI+) VO = +VCC ngược lại VI > VR (hay VI > VI+) VO = VCC -20- Thực hành Mạch Tương tự Nguyễn Tấn Phước 4.3 Điện áp VI vào ngõ khơng đảo, VR vào ngõ đảo: Hình 6.4: Mạch so sánh Hình 6.5: Điện áp VO theo điện áp vào VI Hàm truyền đạt biểu diễn hình 6.5, theo đó, VI < VR (hay VI+ < VI) VO = VCC ngược lại VI > VR (hay VI+ > VI) VO = +VCC THỰC TẬP: Hình 6.6: Mạch khuếch đại so sánh mẫu 5.1 Trạng thái bão hoà dương: Lắp mạch so sánh dùng Op-Amp có +VCC = +12V Tạo cầu phân áp có biến trở điều chỉnh hình 6.6: Điều chỉnh trường hợp 1: VI+ = +2V, VI- = +1V Đo VO = …….V Nhận xét: -Nếu có điện áp trường hợp 2: VI+ = -1V, VI- = -2V Cho biết điện áp VO = ………V Giải thích: -21- Thực hành Mạch Tương tự Nguyễn Tấn Phước 5.2 Trạng thái bão hoà âm: Lắp mạch so sánh dùng Op-Amp có +VCC = +12V Tạo cầu phân áp có biến trở điều chỉnh hình 6.6: Điều chỉnh trường hợp 1: VI+ = +1V, VI- = +2V Đo VO = ……V Nhận xét: -Nếu có điện áp trường hợp 2: VI+ = -2V, VI- = -1V Cho biết điện áp VO = ………V Giải thích: - -22- Thực hành Mạch Tương tự Nguyễn Tấn Phước Bài MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG MỤC ĐÍCH: Giúp cho sinh viên hiểu rõ nguyên lý loại mạch lọc bản, biết cách tính chọn khoảng tần số cần chọn, cần bỏ YÊU CẦU: Sinh viên phải biết cách tính tần số cắt loại mạch lọc như: lọc hạ thông, thượng thông, dải thông, dải triệt THIẾT BỊ: Bảng thử nghiệm mạch điện tử, linh kiện điện tử rời, máy đo VOM, máy phát sóng hạ tần, dao động ký LƯỢC THUYẾT: Đáp ứng tần số mạch lọc định nghĩa tỉ số điện áp tín hiệu VO điện áp tín hiệu vào VI, theo biểu thức: A a) lọc hạ thông VO ( VO ,VI giá trị hiệu dụng) VI b) lọc thượng thơng c) lọc dải thơng Hình 7.1: Đáp ứng tần số loại mạch lọc 4.1 Mạch lọc hạ thơng: Hình 7.2: Mạch lọc hạ thơng Đáp ứng biên độ mạch lọc hạ thông là: A A  1   jRC  (RC ) Ở tần số đặc biệt fC (hay C) cho:  c  R 1  fc  RC 2RC -23- ( = 2f) 1   c C 2f c C d) lọc dải triệt Thực hành Mạch Tương tự Thay  c  Nguyễn Tấn Phước vào đáp ứng biên độ A ta có: RC A 1 1 ( RC ) RC   0,707 4.2 Mạch lọc thượng thông: j C -jXc Real Vi R Vout Vi Vout R CR Hình 7.3: Mạch lọc thượng thơng Đáp ứng biên độ mạch lọc thượng thông là: Ta có: A  A  1 j Ở tần số cắt: f  f c   RC    1    RC  1 hay    c  RC 2RC A      1    RC    RC    0,707 4.3 Mạch lọc dải thơng: Hình 7.4: Mạch lọc dải thơng Hình 7.5: fC1 < fC2 7.4 Mạch lọc dải triệt: -24- Thực hành Mạch Tương tự Nguyễn Tấn Phước Hình 7.6: Mạch lọc dải triệt Hình 7.7: Đáp ứng tần số KHẢO SÁT: 5.1 Ráp mạch lọc hạ thơng có tần số f = 100Hz Tính chọn trị số tụ C có R = 1k R C = - C Vi Hình 7.8: Lọc hạ thơng Vout Dùng máy phát sóng hạ tần, điều chỉnh tần số ngõ vào thay đổi từ 10Hz đến 1000Hz, biên độ tín hiệu giữ mức cố định 1V hiệu dụng để đưa vào mạch lọc hạ thông Dùng dao động ký đo điện áp tín hiệu ngõ theo tần số sau: f1 = 10Hz VO1 = ……….V f2 = 100Hz VO2 = ……….V f3 = 1000Hz VO3 = ……….V Nhận xét: 5.2 Ráp mạch lọc thượng thơng có tần số f = 1.000Hz Tính chọn trị số tụ C có R = 1k C C = - Hình 7.9: Lọc thượng thơng Vi R Vout -25-