báo cáo thí nghiệm kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp môn mạch điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP-AMP MÔN: MẠCH ĐIỆN TỬ GVHD: Đỗ Quốc Tuấn Thực bởi: Lê Quốc Thịnh - 2012112 Nhóm thí nghiệm: Nhóm F / Lớp L02 Link ghi âm ghi hình phiên google meet: https://drive.google.com/file/d/1REQ7zHfjmbs6oPb2Zps8mm6 Gxb98lF40/view?usp=sharing Ngày hoàn thành báo cáo : I Giới thiệu chung :  Mục tiêu thí nghiệm : - Kiểm chứng mạch ứng dụng dùng Op – amp: - Hiểu nguyên lý hoạt động, cấu trúc chức mạch Op – amp khác - Biết cách lắp mạch module để mạch cần kiểm chứng, phân biệt cực đảo, cực đảo để tránh nhầm lẫn Ngoài ta cần đảm bảo mạch cấp nguồn DC - So sánh thực nghiệm lý thuyết mạch ( độ lợi áp, dạng sóng ngõ ra): mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch khuếch đại cộng điện áp, mạch khuếch đại trừ điện áp, mạch so sánh, mạch Schmitt Trigger, mạch tạo sóng vng sóng tam giác, đưa nhận xét, kết luận  Phần mềm thí nghiệm : LTspice  Module thí nghiệm : OPAMPLABSN002 II Các thí nghiệm kiểm chứng Mạch khuếch đại đảo -Cấu tạo mạch: + Ngõ vào Vi vào qua điện trở Ri nối với cổng đảo (V-), cổng tín hiệu hồi tiếp thơng qua RF cổng đảo Cổng không đảo (V+) nối đất + Trở kháng vào ra: Ri=12kΩ , Ro = - Chức mạch: Khuếch đại đảo điện áp ngõ vào - Công thức tính điện áp ngõ ra: - Cho RF,= 12kΩ (tiện lợi việc tính tốn) , ta có sơ đồ mắc mạch : Bảng kết quả: Vi -12V -9V -6V -3V 0V 3V 6V 9V 12V Vout (Lý thuyết) 12V 9V 6V 3V 0V -3V -6V -9V -12V Vout (giả lập) 10,41V 7.91V 5.25V 2.66V -2.65V -5.25V -7.91V -10.42V - Kết chạy mô Lspice : Nhận thấy ngõ đường thẳng phụ thuộc vào biến vi với độ dốc Mạch khuếch đại không đảo - Cấu tạo mạch: nối với cổng không đảo (V-) nối điện trở RF tiếp RG Ngõ vào Vi kết đảo (V+) Cổng với đầu qua đất qua điện trở -Chức mạch: áp ngõ vào Khuếch đại điện - Cơng thức tính điện áp ngõ ra: - Cho RF =12kΩ ,ta có sơ đồ mắc mạch: - Kết chạy mô LTspice : Nhận thấy ngõ vo phụ thuộc vào biến vi với độ dốc Bảng kết quả: Vi -9V -6V -3V 0V 3V 6V 9V Vout (Lý thuyết) -12 -12 -6V 0V 6V 12V 12V Vout (giả lập) -10.48V -10.47V -5.66V 5.61V 10.46V 10.7V Mạch khuếch đại cộng điện áp - Cấu tạo mạch: mạch khuếch đại đảo với với ngõ vào V- nối với nhiều điện áp ngõ vào thông qua điển trở Ri - Chức mạch: khuếch đại thuật toán cộng - Cơng thức tính điện áp ngõ ra: - Sơ đồ mắc mạch : - Kết chạy mô LTspice : Bảng kết quả: V1 -12V -9V -6V -3V 0V 3V 6V 9V 12V Vout (Lý thuyết) 11V 8V 5V 2V 0V -4V -7V -10V -12V Vout (giả lập) 10.43V 8.01V 5.35V 2.61V -2.63V -6.29V -8.06V -10.5V Mạch khuếch đại trừ điện áp - Cấu tạo mạch: mạch khuếch đại Op-amp với cổng đảo(V-) nối với điện trở hồi tiếp R2, tín hiệu ngõ vào VREF qua điện trở R1 Cửa không đảo mắc với tín hiệu ngõ vào Vi - Chức mạch: mạch khuếch đại theo thuật toán trừ mạch khuếch đại có tín hiệu ngõ Vo bẳng hiệu tín hiệu ngõ vào Vi - Ta có: Ri1 = Ri2 = Ri => V0 = (V1 – V2) Vo = Vi – VREF = 2Vi – Ta cho Vi chạy từ -10v đến 10v thu đồ thị phụ thuộc Vo vào Vi: Nhận thấy đồ thị bắt đầu dốc Vip ≈ 3.7 độ dốc đồ thị xấp xỉ tương đương với phương trình Vo ≈ 2Vi-4 Kết luận Kiểm chứng so với lí thuyết ta thấy gần giống phương trình chứng minh - Sơ đồ mắc mạch: Tương tự ta phân tích miền thời gian với Vi 4V 3V tần số 1k Hz sau: Theo đồ thị với Vi = 4V (Vi > Vip) đồ thị bị xén ( nằm vùng bão hòa âm) ( 4>3.7) Theo đồ thị với Vi = 3V (Vi < Vip ) đồ thị không bị xén ( không nằm vùng bão hịa) (4 Vref (V1 > V2) Vo tiến -Mạch mô tả: Vsat+ Vsat− ) -Kết dạng sóng đo (Vin, Vout, Vref): Vi : ta chọn sóng sine, biên độ 10V, tần số 1kHz Vref : VDC , độ lớn 5V Nhận xét: Quan sát dạng sóng trên, ta rút : - Khi Vi < Vref (Vi < 5V) ngõ có giá trị V0 = - Khi Vi > Vref (Vi > 5V) ngõ có giá trị V0 = Vsat+ Vsat− =10.474(V) = -10.476(V) => Đúng với lý thuyết mạch so sánh dùng OP-AMP học Mạch Trigger – Smith - Chức : Giống mạch so sánh có thêm tính lọc nhiễu - Cấu tạo mạch: mạch khuếch đại Op-amp, cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào VREF =2V, cực khơng đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh với điện trở hồi tiếp RF song song với điện trở RG = 12k Ω Ta có cơng thức tính VH VL sau: VL = RG + RF R VREF − G Vsat+ RF RF VH = RG + RF R VREF − G Vsat− RF RF Với : Vsat+ = V + − ∆V Vsat− = V − + ∆V V + ,V − điện áp nguồn cấp cho OP-AMP có giá trị 12V – 12V - Ta chọn Vi vào dạng sóng sine với biên độ 5V, tần số 1kHz để khảo sát mạch thí nghiệm - RG ta chọn giá trị cố định 12k - RF ta chọn giá trị RF = 68k * Với RF = 68k Ω Ω RF = 22k Ω để kiểm chứng Ω - Vì mạch có sẵn điện trở R9 = 68k RF R7 làm RG - Sơ đồ mạch thí nghiệm : Ω R7 = 12k Ω nên ta chọn R9 làm -Kết đo: Từ đồ thị trên, ta đo : Vsat+ Vsat− = 10.476V = -10.478V Từ đó, ta tính giá trị VH VL theo lý thuyết: VL = RG + RF R 12 + 68 12 VREF − G Vsat+ = × − × 10.476 = 0.504(V ) RF RF 68 68 VH = RG + RF R 12 + 68 12 VREF − G Vsat− = × − × (−10.477) = 4.202(V ) RF RF 68 68 Từ đồ thị trên, ta đo VH = 4.223(V) VL = 0.534(V) * Với RF = 22k Ω Ω Tương tự đo với RF = 68k , với RF = R8 RG = R3 -Từ đồ thị trên, ta đo : Vsat+ Vsat− = 10.476V = -10.477V Từ đó, ta tính giá trị VH VL theo lý thuyết: VL = RG + RF R 12 + 22 12 VREF − G Vsat+ = × − ×10.476 = −2.623(V ) RF RF 22 22 VH = RG + RF R 12 + 22 12 VREF − G Vsat− = × − × (−10.478) = 8.806(V ) RF RF 22 22 Từ đồ thị trên, ta đo VH = 8.806(V) VL = -2.668(V) Nhận xét: - Khi Vi > VH ngõ V0 có giá trị Vsat+ giữ nguyên mức ngõ vào có Vsat− giá trị nằm (VH , VL) Và ngõ V0 đổi sang giá trị ngõ vào Vi có giá trị thấp VL giữ nguyên mức ngõ vào có giá trị nằm (VL , VH) ngõ vào Vi > VH V0 đổi lại sang giá trị Vsat+ , lặp lặp lại - Các giá trị thực thí nghiệm đo giống với giá trị tính tốn lý thuyết, kết cho có sai số nhỏ => mạch hoạt động Mạch tạo sóng vng sóng tam giác + Mạch : Mạch Schmitt Trigger mức điện áp VS- = cực đảo, điện áp ngõ vào điện áp Vo1 mạch mắc vào cực thuận có hồi tiếp RF qua điện trở Ri cho ngõ Vo1 bị méo dạng thành xung vuông + Mạch : Mạch tích phân (ngõ hàm tích phân ngõ vào) với cực không đảo nối đất, cực đảo với tín hiệu vào điện áp Vo1 mạch qua điện trở R tụ hồi tiếp Điện áp tích phân điện áp vào, tỉ lệ nghịch với số thời gian � Vo2 = - ; số thời gian -Đồ thị: HẾT ... chung :  Mục tiêu thí nghiệm : - Kiểm chứng mạch ứng dụng dùng Op – amp: - Hiểu nguyên lý hoạt động, cấu trúc chức mạch Op – amp khác - Biết cách lắp mạch module để mạch cần kiểm chứng, phân biệt... áp, mạch so sánh, mạch Schmitt Trigger, mạch tạo sóng vng sóng tam giác, đưa nhận xét, kết luận  Phần mềm thí nghiệm : LTspice  Module thí nghiệm : OPAMPLABSN002 II Các thí nghiệm kiểm chứng Mạch. .. -10.476(V) => Đúng với lý thuyết mạch so sánh dùng OP- AMP học Mạch Trigger – Smith - Chức : Giống mạch so sánh có thêm tính lọc nhiễu - Cấu tạo mạch: mạch khuếch đại Op- amp, cực đảo nối với tín hiệu