BÁO cáo THực hành môn tin học

TR NG Đ I HỌC CÔNG NGH - ĐHQGHN - - BÁO CÁO TH C HÀNH Môn: Tin Học Vật Lý Nhóm sinh viên: Hồng Văn Nơng Nguy n Đăng Ph ơng Phan Văn Hóa Giảng viên h ng d n: ThS Ph m Đình Tuân Hà Nội ngày 23 tháng năm 2012 BÁO CÁO TH C HÀNH MƠN TIN HỌC V T LÝ Nhóm sinh viên thực hiện: Hồng Văn Nơng MSSV: 10020248 K55V Nguyễn Đăng Phương MSSV: 10020559 K55V Phan Văn Hóa MSSV: 09020206 K54V I- Yêu cầu, mục đích -Khảo sát nguyên lý hoạt động mạch khuếch đại đảo, không đảo, khuếch đại tổng, mạch so sánh có trễ … -Nghiên cứu thay đổi điện tr sensor (sensor quang sensor nhiệt độ) có tác động tác nhân vật lý… -Nắm cách lắp mạch, cách kiểm tra mạch, cách sử dụng thiết bị đồng hồ đo vạn năng, dao động ký … II- Nội dung th c hành Sơ l ợc khuếch đ i thu t toán (KĐTT) LM 741 LF 356 Hình 1.1: Bộ KĐTT LM741 Hình 1.2: Bộ KĐTT LF356 Chân số lối vào đảo Chân số lối vào không đảo Chân số số điện áp nguồn nuôi lưỡng cực Chân số đầu Để khảo sát giản đồ xung lối ta nối chân số với dao động ký M ch so sánh dùng KĐTT LM 741 ( Trigger Smith) Ta lắp mạch điện theo sơ đồ Hình 2.1: Trigger Smith mắc theo kiểu đảo Chọn R1=1kΩ, R2=10kΩ Cấp nguồn chiều cho KĐTT chân số +12V, chân số -12V Đầu vào tín hiệu hình sin, tần số 1kHz UV= 3,5V Trigger Smith mạch so sánh có mức chuyển mạch khơng trùng mà khác giá trị gọi độ trễ Trong mạch phản hồi dương qua phân áp R1 R2 nên có hai ngưỡng chuyển trạng thái Kết thu ta biến đổi từ tín hiệu dạng sin thành tín hiệu dạng xung hình 2.2: Hình 2.2: Giản đồ xung tín hiệu lối vào lối KĐTT Giải thích nguyên lý ho t động: Giả sử ban đầu tín hiệu vào mức cao UV=+3,5V đặt vào lối vào đảo UN URa=-URa , mạch có phản hồi dương nên lối vào không đảo UP=UP UP = U Ra R1 = UNgưỡng (Ngưỡng âm phải đảm bảo | UNgưỡng | Ura=2V, phù hợp với kết đo thực nghiệm Bây gi ta thay Rf Rf’=20k Hệ số khuếch đại lúc Af’=3 thu đồ thị hình 3.3 đo Ura  3V Hình 3.3: Giản đồ lối vào lối khuếch đại không đảo với Af= Khảo sát khuếch đ i đảo Ta lắp sơ đồ mạch khuếch đại đảo hình dưới: Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đảo Chọn R1=R2=Rf=10k Lối vào tín hiệu dạng sin, tần số ≈1kHz, Uvao=1V Điện áp cấp nguồn cho chân số chân số 12V -12V Kết ta thu giản đồ tín hiệu hình 4.1 đo Ura  1V Hình 4.1: Giản đồ lối vào lối khuếch đại đảo với Af= Giải thích ho t động m ch là: Khi ta đặt vào lối vào đảo UN tín hiệu dạng sin lối KĐTT có dạng sin ngược pha với lối vào đảo UN đồng pha với lối vào không đảo UP Được khuếch đại với hệ số khuếch đại : Af   Rf R1 Quan sát dao động ký thấy tín hiệu vào tín hiệu lối ngược pha với Với R1=Rf=10k => Af= -1, mà Ura= Af.Uvào => Ura=-1V phù hợp với kết thực tế Khảo sát khuếch đ i tổng Ta lắp mạch khuếch đại theo sơ đồ: Hình 5.1: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại tổng Chọn giá trị điện tr R3=10k, nguồn nuôi KĐTT chân số chân số -12V +12V Cố định giá trị điện tr R1 = R2 =2k, Rf=1k thay đổi giá trị Uin1 Uin2 ta thu bảng sau: STT Uin1 Uin2 Uout( đo thực nghiệm) Uout (lý thuyết) 12V 5V  -8,5V -8,5V 12V -5V -3,48V -3,5V 0V 12V -5,8V -6V Cố định giá trị Uin1 =5V Uin2=-5V thay giá trị điện tr R1, R2 Rf ta thu bảng sau: STT R1 R2 Rf Uout( đo thực nghiệm) Uout (lý thuyết) 1k 2k 1k -2,52V -2,5V 1k 10k 1k -4,4V -4,5V 2k 10k 1k -2V  -2V 2k 10k 2k -4V  -4V Giải thích: mạch khuếch đại tổng nên điện lối tính theo cơng thức: U Out  ( Rf R1 U in1  Rf R2 U in ) Khi ta cố định giá trị R1=R2=2k, Rf =1k U Out  ( U in1  U in ) , Các giá trị đo xấp xỉ giá trị tính lý thuyết Khi ta cố định Uin1 =5V Uin2=-5V U Out  (5 Rf R1 5 Rf R2 ) , Các giá trị đo gần với tính tốn lý thuyết Khảo sát đa hài đợi (đơn hài) Ta lắp mach theo sơ đồ Hình 6.1: Sơ đồ nguyên lý mạch đa hài đợi (đơn hài) Các giá trị điện tr hình 6.1 , sử dụng tụ gốm 104 thay CV C Lối vào tín hiệu dạng xung vng, tần số ≈1kHz, Uvao=3,5V Điện áp cấp nguồn cho chân số chân số 12V -12V Giải thích : Đặt vào UV tín hiệu xung vng, 1kHz có điện áp UV , qua tụ CV Rv cho tín hiệu có dạng xung kim đặt vào UN Giả sử tín hiệu vào ban đầu UV mức thấp, suy UN mức thấp, điều chỉnh biến tr R cho UNgưỡng >0 UP >0 lúc UD=UP-UN >0 ta có lối KĐTT LM741 mức cao U Ra = U Ramax mạch trạng thái bền Khi tín hiệu vào UV nhảy lên mức cao làm cho UN mức cao UV> UNgưỡng điện áp hiệu U D = U P - U N đổi sang dấu âm, lối KĐTT lật từ trạng thái URa=URa max sang trạng thái U Ra = -URa điện áp U P lúc U P =-URa tác dụng phản hồi dương tụ điện trình chuyển tụ điện C tích điện đầy UV nhảy xuống mức thấp tụ điện phóng điện khoảng th i gian t U P >0 lối KĐTT lại tr giá trị U Ra = U Ramax , mạch chuyển trạng thái bền ban đầu trạng thái giữ nguyên có tín hiệu vào xung kim UV lối KĐTT chuyển sang trạng thái không bền chu kỳ  tụ điện C có tác dụng: Thứ tạo phản hồi dương làm cho giá trị UP đạt nhỏ nhất, UP=-URa Thứ phóng điện, làm cho mạch không chuyển từ trạng thái không bền lên trạng thái bền mà phải khoảng th i gian t mạch lật trạng thái, kết hợp với biến tr R điều chỉnh độ rộng xung Khảo sát khuếch đ i sử dụng sensor nhi t độ Ta lắp mạch theo sơ đồ sau: Hình 7.1: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại trừ có sensor nhiệt Các sensor ghép theo mạch cầu, để đơn giản ta xét mạch khuếch đại trừ trạng thái đặc biệt tức là: R R1 R3 suy Ura=  (U1  U )  R2 R2 R4 Chọn R1=R3=1k, R2=R4=10k Đặt vào nguồn nuôi KĐTT LF356 chân số số -12V +12V Đặt vào Uvào=12V thay đổi nhiệt độ sensor S1, S2, S3, S4 ta thấy URa thay đổi giá trị tương ứng 10 Giải thích ho t động m ch: Khi đặt vào Uvào điện áp chiều, tác dụng nhiệt độ sensor thay đổi điện tr , làm cho giá trị điện áp U1 U2 thay đổi theo dẫn tới URa tỷ lệ tương ứng với U1 U2 theo công thức: Ura=  R1 (U1  U ) (xét trư ng hợp đặc biệt hệ số khuếch đại riêng P N R2 nhau) Khảo sát khuếch đ i sử dụng sensor quang (Photo diode) Ta lắp mạch điện theo sơ đồ sau: Hình 8.1: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại sử dụng sensor quang Chọn R1=1k, R2=1k, R3=22k, R4=10k, Đặt vào nguồn nuôi KĐTT LF356 chân số số -12V +12V Cấp nguồn Uvào=12V Kết đo thực nghiệm: + Khi giảm cư ng độ ánh sáng cách che kín Photo Diode đo điện tr RPhotodiode =232k, Ura=6,8V + Khi để ánh sáng bình thư ng: đo RPhotodiode= 20k, Ura=9,8V +Khi chiếu ánh sáng: đo RPhotodiode=2k, Ura=11,44V Giải thích ho t động m ch là: đặt vào Uvào=12V điện áp UP >0, cố định giá trị R1 R2 UP cịn phụ thuộc vào giá trị điện tr PHOTO DIODE điện áp lối URa thay đổi theo giá trị điện tr PHOTO DIODE Do ta cần thay đổi cư ng độ sáng chiếu vào Photo Diode điện áp lối URa thay đổi theo 11 ... thay đổi giá trị Uin1 Uin2 ta thu bảng sau: STT Uin1 Uin2 Uout( đo th? ??c nghiệm) Uout (lý thuyết) 12V 5V  -8,5V -8,5V 12V -5V -3,48V -3,5V 0V 12V -5,8V -6V Cố định giá trị Uin1 =5V Uin2=-5V thay... trạng th? ?i không bền chu kỳ  tụ điện C có tác dụng: Th? ?? tạo phản hồi dương làm cho giá trị UP đạt nhỏ nhất, UP=-URa Th? ?? phóng điện, làm cho mạch khơng chuyển từ trạng th? ?i không bền lên trạng th? ?i... vào Uvào=12V thay đổi nhiệt độ sensor S1, S2, S3, S4 ta th? ??y URa thay đổi giá trị tương ứng 10 Giải th? ?ch ho t động m ch: Khi đặt vào Uvào điện áp chiều, tác dụng nhiệt độ sensor thay đổi điện