BÁO cáo THÍ NGHIỆM MẠCH điện tử bài 3 KIỂM CHỨNG các MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OPAMP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ BÀI 3: KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OPAMP L18_NHÓM GVHD: Nguyễn Phước Bảo Duy Họ tên: Đặng Hồng Quân MSSV:2011906 Ngày 17 tháng 11 năm 2021 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Yêu cầu thí nghiệm 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 - Biết cách sử dụng máy phát sóng, dao động kí để tạo sóng phù hợp đưa vào Op – amp ( sóng sin, sóng vng, sóng tam giác), điều chỉnh biên độ ngõ vào để ngõ không méo dạng, quan sát dao động kí, điều chỉnh vol/div, time/div để quan sát thuận tiện vẽ lại dạng sóng - 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 - Sinh viên xem lại lý thuyết để hiểu rõ nguyên lý hoạt động, chức năng, sơ đồ tương đương thông số quan trọng phân tích mạch ứng dụng dùng Op-amp H.2.4 - Nhóm 6, module thí nghiệm SN008 a Hình 2.4a: Mạch khuếch đại đảo Theo lý thuyết ta áp dụng tính chất opamp lý tưởng: v+ = v- i+ = i- = Ta chứng minh theo lý thuyết: 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử v+ = v- = Nên Trên Module thí nghiệm chọn Ri = R1 = 12KΩ Ta chọn hai giá trị RF để kiểm chứng - Chọn RF = R2 = 12KΩ, ta có: Mạch mơ tương ứng Ltspice: Ta có kết mô Vo Vi 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Tính sai số: Ta có biên độ theo lý thuyết Vi = Vo = 2V Sai số phép đo = = = 10,19% - Chọn RF = R5 = 22KΩ, ta có: Mạch mơ tương ứng Ltspice: 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có kết mơ Vo Vi Tính sai số: 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có biên độ theo lý thuyết Vo = Vi = = 3,6667V Sai số phép đo = = = 3,8336% Nhận xét: - Chức mạch: Khuếch đại đảo ngõ vào Vi ,tức ngõ ngược pha với ngõ vào - Về cấu tạo: Mạch có hai điện trở, Ri nối với điện áp vào Vi vào ngõ vào Vcủa opamp, điện trở RF điện trở hồi tiếp âm ngõ vào V+ nối đất - Mạch có hệ số khuếch đại phụ thuộc vào RF Ri nên điều chỉnh để có hệ số mong muốn b Hình 2.4b: Mạch khuếch đại khơng đảo Theo lý thuyết ta áp dụng tính chất opamp lý tưởng: v+ = v- i+ = i- = Ta chứng minh theo lý thuyết: Có v+ = v- = vi Nên Trên Module thí nghiệm chọn RG = R1 = 12KΩ Ta chọn hai giá trị RF để kiểm chứng - Chọn RF = R2 = 12KΩ, ta có: Mạch mơ tương ứng Ltspice: 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có kết mơ Vo Vi Tính sai số: 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có biên độ theo lý thuyết Vo = Vi = V Sai số phép đo = = = 5,165% - Chọn RF = R5 = 22KΩ, ta có: Mạch mơ tương ứng Ltspice: Ta có kết mơ Vo Vi 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Tính sai số: Ta có biên độ theo lý thuyết Vo = Vi = = 5,6667V Sai số phép đo = = = 2,5512% Nhận xét: - Chức mạch: Khuếch đại ngõ vào Vi , ngõ pha với ngõ vào - Về cấu tạo: Mạch có hai điện trở, RG nối đất V-, điện áp vào Vi nối vào ngõ vào V+ opamp, điện trở RF điện trở hồi tiếp âm - Mạch có hệ số khuếch đại phụ thuộc vào RF Ri nên điều chỉnh để có hệ số mong muốn - Nếu RF = => = , mạch dùng làm đệm, áp giữ nguyên giá trị ngõ vào, tổng trở vào lớn, tổng trở ngõ nhỏ c Hình 2.4c: Mạch khuếch đại cộng điện áp 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Theo lý thuyết ta áp dụng tính chất opamp lý tưởng: v+ = v- i+ = i- = Ta chứng minh theo lý thuyết: Giả sử chiều dịng điện từ phải sang trái: Có dịng điện trở: RF : ; Ri1 : ; Ri2 : Vì iF = ii1 + ii2 nên Và v+ = v- = 0, suy Trên Module thí nghiệm chọn Ri1 = R1 = 12KΩ, Ri2 = R2 = 12KΩ Ta chọn hai giá trị RF để kiểm chứng - Chọn RF = R6 = 12KΩ, ta có: = Mạch mơ tương ứng Ltspice: 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Mạch mô tương ứng Ltspice: Ta có kết mơ Vi Vo 14 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta thấy đồ thị Vo không bị đảo pha bị dời xuống Tính sai số: Ta có giá trị biên độ sóng sin Vo từ 0,1882V xuống -3,7804V Ta có biên độ sóng sin Vo đo Vo = = 1,9843V Độ dịch đo = 1,99996 - 0,1882 = 1,8118 V Vo (đo) = V Ta có biên độ theo lý thuyết: Vo = V Sai số phép đo biên độ = = = 0,785% Sai số độ dịch = = = 9,41% Chọn RF = R5 = R8 = 22KΩ, ta có: = - Mạch mơ tương ứng Ltspice: 15 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có kết mô Vi Vo Ta thấy đồ thị Vo không bị đảo pha bị dời xuống 16 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Tính sai số: Ta có giá trị biên độ sóng sin Vo từ 0,1248V xuống -7,1828V Ta có biên độ sóng sin Vo đo Vo = = 3,6538V Độ dịch đo = 1,9999 - 0,1248 = 3,5417 V Vo (đo) = V Ta có biên độ theo lý thuyết: Vo = V Sai số phép đo biên độ = = = 0,3509% Sai số độ dịch == = = 3,4082% Nhận xét: - Chức mạch: Khuếch đại thuật tốn trừ khơng đảo pha kết thu - Về cấu tạo: Mạch có bốn điện trở, cửa đảo nối với điện trở hồi tiếp R F, tín hiệu ngõ vào v1 qua điện trở Ri1 Cửa không đảo mắc với điện trở R F song song với tín hiệu ngõ vào v2 qua điện trở Ri2 - Mạch có hệ số khuếch đại phụ thuộc vào RF, Ri1 Ri2 nên điều chỉnh để có hệ số mong muốn e H.2.4e- Mạch so sánh 17 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Mạch so sánh OpAmp thực chất mạch khuếch đại hiệu v+ v- ngõ vào OpAmp với hệ số khuếch đại lớn Lí thuyết: Dựa vào công thức vo = Aod x (v+ - v- ) = Aod x (vref - vi) Thực tế ta có: vs ngưỡng điện ngõ vào (thường bé, vài trăm micro vol) Vì bé nên độ dốc vùng khuếch đại tuyến tính lớn nên xem thẳng đứng Vì nên: Khi vi < vref v0 = +v�㕆�㕆�㕆 = + vcc Khi vi > vref v0 = −v�㕆�㕆�㕆 = - vcc Mạch mô tương ứng Ltspice: 18 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có kết mơ Vi Vo Tính sai số: 19 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Theo lý thuyết, Đo được, Sai số = = 12,6933% Nhận xét: - Chức mạch: so sánh vi vref - Về cấu tạo: Mạch có tín hiệu ngõ vào vi nối vào cửa đảo Cửa khơng đảo mắc với tín hiệu vref - Mạch có hệ số khuếch đại lớn khơng có hồi tiếp f H.2.4f- Mạch Schmitt Trigger Dựa vào công thức vo = Aod x (v+ - v- ) = Aod x (v+ - vi) ,theo hình ta thấy Khi Vi tăng từ thấp lên cao, vo = vh = +vcc, v+ có điện áp tham chiếu cao Khi vi vth vo = + vcc Khi vi vth vo = -vcc Khi Vi tăng từ thấp lên cao, vo = vl = -vcc, v+ có điện áp tham chiếu thấp Khi vi vtl vo = + vcc Khi vi vtl vo = -vcc 20 0 ĐHBK, TP HCM - Chọn RF = R7 = 12KΩ - Ta có: ; Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Mạch mô tương ứng Ltspice: 21 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có kết mơ Vi Vo Tính sai số: Theo lý thuyết, vth = (V) vtl = -6 (V) Đo được, vth = 5,2975 (V) vtl = -5,1843 (V) Sai số vsat = = 12,7108% Sai số vth = = 11,7083% Sai số vtl = = 13,595% - Chọn RF = R8 = 22KΩ - Ta có: ; Mạch mơ tương ứng Ltspice: 22 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có kết mơ Vi Vo 23 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Tính sai số: Theo lý thuyết, vth = 4,2353 (V) vtl = -4,2353 (V) Đo được, vth = 4,0458 (V) vtl = -4,1670 (V) Sai số vsat = = 12,6842% Sai số vth = = 4,4742% Sai số vtl = = 1,6125% Nhận xét: - Chức mạch: so sánh chống nhiễu - Về cấu tạo: Mạch có tín hiệu ngõ vào vi nối vào cửa đảo Cửa không đảo mắc hồi tiếp với tín hiệu vo RF nối đất RG - Mạch có vùng đệm vth vtl, v+ ln có giá trị vth vtl - Ngõ mạch xung vng có tuần hoàn - Mạch mạch Schmitt Trigger đảo vi đưa vào cửa đảo 24 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử g H.2.4g- Mạch tạo sóng vng sóng tam giác Lí thuyết: Mạch tạo sóng gồm mạch Mạch bên trái mạch Schmitt Trigger không đảo vi = vo2 nối vào cửa không đảo Mạch Schmitt Trigger mạch tạo xung vng nên tín hiệu vào chuyển hóa thành xung vng Mạch bên phải mạch tích phân Ngõ vào mạch tích phân vo1 xung vuông mạch Schmitt Trigger Theo cơng thức: vo2 = Do vo1 tín hiệu xung vng nên giá trị vo1 có giá trị số ± vsat nên tín hiệu vo2 có kết hàm bậc vo2 = ± (V) Chọn RF = R7 = 12k, R = R10 = 5,6k, C = C1 = 0.22uF Mạch mô tương ứng Ltspice: 25 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có kết mơ vo1 vo2: 26 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Xét mạch Schmitt Trigger không đảo; giả sử có vo2 xung tam giác Ta có Khi v+ < 0, vo1 = Aod x (v+ - v-) = Aod x (v+ - 0) nên vo1 = vL = -vcc = -12(V) Đặt điện áp v+ lúc v1 Khi v1 > , vo1 = vH = vcc =12(V) Đặt điện áp lúc v2 Khi v1 < , vo1 = vL = -vcc = -12(V) Theo công thức , 27 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Tính sai số: Theo lý thuyết, vth = 12 (V) vtl = -12 (V) Đo được, vth = 9,3847 (V) vtl = -9,4554 (V) Sai số vsat = = 12,7158% Sai số vth = = 21,7942% Sai số vtl = = 21, 025% Nhận xét: - Chức mạch: tạo xung vuông tam giác - Về cấu tạo: Mạch có mạch tổng cộng Mạch bên phải mạch Schmitt Trigger khơng đảo có chức tạo xung vng Mạch bên trái mạch tích phân có chức tạo xung tam giác từ xung vuông từ mạch - ngõ mạch có tuần hoàn -Hết - 28 0 ... HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Yêu cầu thí nghiệm 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. .. HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có kết mơ Vo Vi Tính sai số: 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có biên độ theo lý thuyết Vo = Vi = = 3, 6667V Sai số phép đo = = = 3, 833 6% Nhận... 5,6k, C = C1 = 0.22uF Mạch mô tương ứng Ltspice: 25 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Ta có kết mô vo1 vo2: 26 0 ĐHBK, TP HCM Báo cáo thí nghiệm Mạch điện tử Xét mạch Schmitt Trigger