(TIỂU LUẬN) báo cáo THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG các MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP AMP

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP-AMP Lớp: L24 Giáo viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Ngọc Kỳ Thực bởi: Nguyễn Đình Khơi Võ Văn Lộc Đặng Bình Minh Nhóm thí nghiệm: Nhóm Link ghi âm ghi hình phiên Google Meet: Phiên 1: https://drive.google.com/drive/folders/1TzbUi49dR9fashUj41IowGpg4dPrIfeN?fb clid=IwAR06GW3Mh91YgBjzX5RuT999NmsKxhfQ_j3YQsrQOhTC1HioFnDY52BVBA Ngày hoàn thành báo cáo: 18/11/2021 I Giới thiệu chung: ➢ Mục tiêu thí nghiệm: Hiểu rõ nguyên lý hoạt động, chức năng, sơ đồ tương đương thông số quan trọng phân tích mạch ứng dụng dùng Op-amp ➢ Phần mềm thí nghiệm: LTspice ➢ Module thí nghiệm: OPAMPLABSN003 II.Các thí nghiệm kiểm chứng: Mạch khuếch đại đảo: a) Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: Vo Vi lệch pha 180 độ (nên gọi mạch khuếch đại đảo ngõ vào (-) gọi ngõ vào đảo) R2 đóng vai trò mạch hồi tiếp âm R2 lớn (hồi tiếp âm nhỏ) độ khuếch đại mạch lớn Mạch có khả khuếch đại điện áp DC lẫn AC Chứng minh công thức: i+ = i- =0 V+ = V- => −0 = 0− => = − b) Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt, kết quả(đồ thị, số liệu đo đạc) Thực mạch sơ đồ bên Cấp nguồn +12V -12V cho mạch, giá trị Vi, Vo ghi bảng giá trị biên độ điện áp đỉnh – đỉnh: TRƯỜNG HỢP 1: Rf = R2 = 12k(Ω), Vin = 4sin(2000π.t) (V) Rf = 12kΩ => Av = =- = -1 Nhận xét: Điện áp ngõ ngược pha với điện áp ngõ vào Av đo = 3,6 =- 3,99 = -0,902, (Av lý thuyết = -1) TRƯỜNG HỢP 2: Rf = R5 = 22 (KΩ) , Vin = sin(2000π.t)(V) Rf = 22kΩ => Av = =- = -1.83 Nhận xét: Điện áp ngõ ngược pha với điện áp ngõ vào Suy ra: Av đo = - = = -1,93, (Av lý thuyết = -1,83) 7,685 3,99 Độ lợi áp đo thấp so với lý thuyết TRƯỜNG HỢP 3: RF = R4 =68K(Ω) Vin = 10 đến -10 VDC Rf = 68kΩ => Av = =- = -5.67 Suy được: Vsat+ = 10,3941 , Vsat- = -10,3941 Mạch khuếch đại khơng đảo: a) Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: Ngõ Vo pha với ngõ vào Vi gọi ngõ vào khơng đảo RF đóng vai trị hồi tiếp âm để tăng độ khuếch đại AV Chứng minh công thức: =(1+ b) Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt, kết quả(đồ thị, số liệu đo đạc) Thực mạch sơ đồ bên Cấp nguồn +12V -12V cho mạch, giá trị Vi, Vo ghi bảng giá trị biên độ điện áp đỉnh – đỉnh: TRƯỜNG HỢP 1: RF = R2 = 12 (KΩ), Vin = sin(2000π.t) (V) Rf = 12kΩ => Av = =1+ =2 Nhận xét: Điện áp ngõ pha với điện áp ngõ vào Suy ra: Av đo = 7,6 = 3,995 = 1,902 (Av lý thuyết = 2) Độ lợi áp đo thấp so với lý thuyết TRƯỜNG HỢP 2: Rf = 5,6 (KΩ) Vi = 4sin(2000π.t) (V) Rf = 5.6kΩ => Av = =1+ = 1,46 Nhận xét: Điện áp ngõ pha với điện áp ngõ vào Suy ra: Av đo = 5,659 = 3,995 = 1,416 (Av lý thuyết = 1,46) Mạch khuếch đại cộng điện áp: a) Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: i+ = i- = V+ = V- => 1 = 2 =0  =− ( + ) b) Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt, kết quả(đồ thị, số liệu đo đạc) 1 2 Thực mạch sơ đồ bên Cấp nguồn +12V -12V cho mạch, giá trị Vi, Vo ghi bảng giá trị biên độ điện áp đỉnh – đỉnh: TRƯỜNG HỢP 1: RF = R10 = 5,6 (KΩ), V2 = DVC, V1 = 4sin(2000π.t) (V) Vo = - (V1 +V2) = - 5,612 (4sin(2000πt) +4) = -1,87sin(2000πt) – 1.87 TRƯỜNG HƠP 2: RF = R11 = 10(KΩ) V2 = DVC, V1 = 4sin(2000π.t) 12V V(out) V(i) 10V 1.1875719ms,10.386133V 8V 1.1875719ms,5.0822648V 6V 4V 2V 0V -2V -4V -6V -8V -10V -12V 0.0ms TH2 Chọn điện trở Rf = 22 KΩ • Đo UTP: 0.3ms Vi dc Vi -10 10 0.001 +12 +12 i R4 FEEE - BEE C&M LAB S/N: OPAMPLABSN003 out R8 12V 10V 8V 6V 4V 2V 0V -2V -4V -6V -8V -10V -12V -10V • Đo LTP: -8V Vi dc Vi 10 -10 0.001 +12 +12 i R4 FEEE - BEE C&M LAB S/N: OPAMPLABSN003 out R8 12V 10V 8V 6V 4V 2V 0V -2V -4V -6V -8V -10V -12V 10V 8V Kết đo được: Vsat+ = -Vsat- ≈10.47V Biên độ điện áp ngõ vào Vi ngưỡng ≈3.7V Chuyển mạch sang chế độ AC Chỉnh biên độ điện áp ngõ vào chế độ AC |Vi| > 3.7V ngõ sóng vng Chọn |Vi| = 4V > 3.7V (thỏa) Vi ;dc Vi 10 -10 0.001 +12 SINE(0 1k) tran 3m +12 i R4 FEEE - BEE C&M LAB S/N: OPAMPLABSN003 out R8 12V V(out) V(i) 10V 1.1944764ms,10.393123V 8V 6V 1.1979287ms,3.7877697V 4V 2V 0V -2V 1.6915995ms,-3.7335496V -4V -6V -8V 1.6915995ms,-10.40691V -10V -12V 0.0ms c) Nhận xét: Chọn thông số Rf = 12kΩ Rf = 22 kΩ Có sai số phép đo mạch OPAMP thực tế khơng lí tưởng dẫn đến điện áp Vsat nhỏ nguồn cấp sai số phép đo trình quan sát tính tốn sơ đồ đo 0.3ms Mạch tạo sóng: a) Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: Mạch gồm phần: Phần mạch Trigger Schmitt câu 1: Tạo sóng vng ngõ đặt Vo1 ngõ vào mạch tích phân phía sau, ngõ vào Vo2, ngõ mạch tích phân Phần mạch phía sau mạch tích phân có ngõ vào Vo1, ngõ Vo2: xung tam giác Lý thuyết: Dựa vào sơ đồ mạch, ta có: • Mạch Trigger Schmitt: V-=0 V + = Rf*Vo2/(Rf+Rf) + Ri*Vo1/(Ri+Rf) Tính UTP LTP: Xét dấu f(V+ - V-): ngõ vào Vo2 Tương tự phần phân tích mạch Trigger Schmitt: |UTP| = |LTP| = |Vo2| = |(-Ri/Rf)*Vsat| + UTP: Vi = Vo2 V+-VOPAMP bão hòa Ngõ Vo1 UTP = (-Ri/Rf)*Vsat+ LTP: Vi = Vo2 V+-VOPAMP bão hòa Ngõ Vo1 LTP=(-Ri/Rf)*Vsat+ UTP – LTP = (-Ri/Rf)*(Vsat- -Vsat+) = (Ri/Rf)*(Vsat+ -Vsat-) Tính tốn tần số mạch: Khảo sát: f = = (-Rf*Vsat-*Vsat+) / (Ri*R*C*(Vsat+ - Vsat-)^2) Dựa vào kết đo mạch Trigger Schmitt trên, ta có: Vsat ≈ 10.47 Chọn Rf = 22kΩ, R = 10kΩ, C = 0.22 VCC VEE 12V -12V R3 R1 -12 +1 tran 12m +12 • UTP = 5.71V, LTP = -5.71V, f = 208.33Hz ≈ 209Hz b) Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt, kết quả(đồ thị, số liệu đo đạc) 12V V(out2) V(out1) 10V 4.5878301ms,10.429809V 8V 7.1779564ms,5.9328095V 6V 4V 2V 3.3340987ms,-48.526049µV 0V -2V -4V 9.7129736ms,-5.9039809V 4.6166667ms,-5.9735299V -6V -8V 4.6291619ms,-10.477513V -10V -12V 0ms Kết đo được: Vsat ≈ 10.47 , UTP ≈ 5.93 , LTP ≈ −5.97 Tần số đo được: f ≈ 196 Hz 1ms c) Nhận xét: Lấy giá trị Vsat = 10.47V Các thông số Rf=22kΩ, R=10kΩ, C=0.22 Các giá trị có sai số phép đo điện áp ngưỡng Vsat lấy giá trị xấp xỉ, mạch OP-AMP khơng lý tưởng Các giá trị phép đo có sai số q trình tính tốn q trình đo quan sát đặt tiêu chuẩn đo giá trị chưa thật chuẩn xác • Để tránh sai số phép đo khơng đáng có ta nên có thêm mạch bù điện áp ngõ vào để nâng điện áp ngưỡng mạch lên Kết luận: • BI Qua thí nghiệm ta hiểu rõ nguyên lý hoạt động, chức năng, sơ đồ tương đương thông số quan trọng phân tích mạch ứng dụng dùng Op-amp + 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 Trigger Schmitt + Mạch tạo sóng Việc lựa chọn điện trở hồi tiếp cho phù hợp điện áp ngõ vào để mạch không bị xén dựa vào thông số mạch Các mạch so sánh tạo sóng phải lựa chọn linh kiện tính tốn cho ngưỡng điện áp phải lớn ngưỡng điện áp mạch để ngõ dạng xung vuông xung tam giác nguyên vẹn không bị xén Các OPAMP thực tế OPAMP không lý tưởng nên tính tốn phải chấp nhận dự đốn khoảng sai số phải có mạch bù điện áp ngõ vào để ngưỡng Vsat giá trị ... tiêu thí nghiệm: Hiểu rõ nguyên lý hoạt động, chức năng, sơ đồ tương đương thơng số quan trọng phân tích mạch ứng dụng dùng Op- amp ➢ Phần mềm thí nghiệm: LTspice ➢ Module thí nghiệm: OPAMPLABSN003... Module thí nghiệm: OPAMPLABSN003 II .Các thí nghiệm kiểm chứng: Mạch khuếch đại đảo: a) Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: Vo Vi lệch pha 180 độ (nên gọi mạch khuếch đại đảo ngõ vào (-)... luận: sai số mạch mô khoảng V1 lớn so với lý thuyết sai số mạch mô khoảng Vo không đáng kể so với lý thuyết Mạch so sánh: a) Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: - Mạch Op- amp có cực