Bài tập nhóm số 3 môn học kỹ thuật điều khiển tự động thiết kế mạch khuếch đại dùng opamp tạo sóng ngõ ra và kiểm tra lại bằng proteus

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  Bài tập nhóm số Mơn học: Kỹ thuật điều khiển tự động Lớp L02 Nhóm 18 Họ tên Mã số sinh viên Ngô Nhật Trường 1915727 Đỗ Trần Quang 2014231 Nguyễn Thanh Sơn 2011983 Trần Hồng Minh Nhựt 2010499 Thành phố Hồ Chí Minh – 2022 BÀI TẬP NHÓM SỐ Thiết kế mạch khuếch đại dùng opamp tạo sóng ngõ kiểm tra lại proteus: a Giải Giả thiết khuếch đại thuật toán lý tưởng: Áp dụng định luật K1 cho nút N1: Áp dụng định luật K1 cho nút N2: Thay (1) vào (2) ta được: (1) (2) Theo đề ta có: Kiểm tra proteus với v1= v2= v3 = 2V ta vo=0.5x2-3x2+4x2 = 3V b Ta có: v 0=0.5 v ( t ) +3 ∫ v ( t ) dt + v 0=−R8 ∙    { ( vo vo vo + + R5 R R ) dv (t) dt −R2 v (t ) R1 −1 vo = ∫ v2 dt R3 C d v (t ) v o =−R4 C dt vo = ( −R −1 v (t ) ∫ v2 dt −R4 C d vdt3 ( t ) R1 R3 C v 0=−R8 ∙ + + R5 R6 R7 { R2 R =0,5 R1 R R8 =3 R3 R C R4 R8C2 =4 R7 Chọn R8 =1200Ω Chọn R 1=1000Ω , R2=1000 Ω → R 5=2400 Ω −4 Chọn R 3=1000 Ω , R6 =1000 Ω→ C1 =4 10 F −3 Chọn R 4=3000 Ω , R7=900Ω → C2=1.10 F Mơ Proteus: ) Câu 2: Tìm mối quan hệ V5 V1 Theo đề bài, ta có: Xét OpAmp thứ nhất, ta có: V 2= −R2 V1 R1 Xét OpAmp thứ hai, ta có: V 3=−R i C dV1 dt Xét OpAmp thứ ba, ta có: −R5 R5 V 2− V R3 R4 −R −R2 R5 d V R R2 R5 R i C d V ⇨V 5= ( V 1)− (−Ri C )= V 1+ R3 R1 R4 dt R R1 R4 dt V 5= Nếu V1 nguồn DC lúc dV1 R5 R =0 → V 5= V dt R1 R Nếu V1 nguồn AC lúc V 5= R5 R2 R R C d V1 V 1+ i R3 R1 R4 dt TH1: Lấy nguồn DC V 1=12(V ) điện trở có giá trị 100Ω, ta có V 5=V 1=12(V ) TH2: Lấy nguồn AC V 1=3 c os(120 πt) C= 100µF điện trở có giá trị 100Ω, ta có: V 5= R R2 R R C d V1 dV1 π V 1+ i =V 1+C 102 =3 ∠ 0+100.10−6 102 (360 π ∠ )=11,7 ∠ 1,32 R R1 R4 dt dt Câu 3: Thiết kế mạch schmitt-trigger với Vlow-threshold:1.5V, Vhigh-threshold =3.5V, Vref=5V, Vout=5V, kiểm tra lại proteus Ta có mạch Schmitt – trigger với đầu vào chân khơng đảo sau: Chọn R1= 10kΩ , tính R2 R3 đảm bảo yêu cầu toán Trường hợp 1: Mạch có tín hiệu đầu Vout = 0V, ta chuyển mạch hình sau: Dịng điện chạy qua R1 là: Áp dụng định luật Kirchhoff nút Va, ta có: Hay (1) Trường hợp 2: Mạch có tín hiệu đầu Vout =5V, ta chuyển mạch hình vẽ sau: Dòng điện chạy qua R1 là: Áp dụng định luật Kirchhoff nút Va, ta có: Hay (2) Từ (1) (2), giải được: R2 = 7,5 kΩ ; R3 = 10 kΩ Vậy mạch schmitt-trigger có R1 = 10 kΩ ; R2 = 7,5 kΩ ; R3 = 10 kΩ Mô lại Proteus: Lấy linh kiện: điện trở, op amp, tín hiệu điện DC Tiến hành nối mạch hình sau, hiệu chỉnh điện trở R1, R2, R3 giống với lý thuyết tính Hiệu chỉnh tín hiệu Vref = 5V Cho tính hiệu đầu vào Vin sóng sin thay cho sóng nhiễu Tiến hành mơ xem kết quả: Giải thích đồ thị: Tín hiệu màu vàng Vin Tín hiệu màu xanh dương Vout Đường màu đỏ biểu thị Vhigh-threshold Đường màu xanh biểu thị Vlow-threshold Đo thông số đồ thị nhận xét: Từ đồ thị, ta thấy: Khi tín hiệu đầu vào màu vàng thấp 1,5 V, tín hiệu đầu mức thấp Khi tín hiệu đầu vào màu vàng lớn 1,5V nhỏ 3,5V, tín hiệu đầu mức chuyển tiếp, chưa nhảy hoàn toàn lên mức cao Khi tín hiệu đầu vào màu vàng lớn 3,5 V tín hiệu đầu nhảy lên mức cao Câu Tìm V xác định độ lệch trường hợp sau so sánh kết tính tốn Proteus Cho DC gain=1 a) Thiết kế mạch lọc thông cao với ω B=500rad /s b) Mô mạch lọc Proteus khảo sát với ω B=250rad /s a với ω B=500rad /s { Ta có: DC gain = ω B= Chọn: R1=1 k Ω , R f =1 k Ω : ⇨ { R2 =1 R1 =500 R1 C R 1=R 2=1 kΩ 1 C= = ≈ µF ωb R2 500.1000 Với ω B=2пf =500 rad /s - Tần số cắt: ω 500 f c= b = ≈ 79,577 Hz 2п п Với mạch lọc thông cao ta có hàm truyền −6 V o (s) −R1 C j ω 10 ∗2∗10 ∗500 j = ⇒ V o( s) = V ¿ (s) 1+ R2 C j ω 1+103∗2∗10−6∗500 j Với: - Độ suy giảm : −R s= jω= j п ⇨V o = V =H (ω) V ¿ R1 1+ R2 C j ω ¿ |H ( ω=500 )|= R1 C j ω 103∗2∗10−6∗500 √ 1+( R C ω ) √1+( 10 ∗2∗10 - Độ lệch pha = j ∗500 ) −6 = =0.707 √2 ∠ H ( ω )=−90 °−arctan ( R C j ω )¿−90 °−arctan ( 103∗2∗10−6∗500 )=−135 ° b Mô mạch lọc Proteus với ω=250 rad /s - Độ suy giảm |H ( ω=250 )|= - Độ lệch pha R1 C j ω = −6 10 ∗2∗10 ∗250 √ 1+( R C ω ) √1+( 10 ∗2∗10 j ∗250 ) −6 = =0.447 √5 ∠ H ( ω )=−90 °−arctan ( R C j ω )¿−90 °−arctan ( 103∗2∗10−6∗250 )=−116.57° Ta khảo sát Proteus: Cài tín hiệu vào Vin với tần số f = 39,7887 ⇨ω=2 пf =250 rad /s { Ta có : V out =2,25 V ⇨ H (ω)= 2,25 =0,45 V ¿ =5 V 2п п ω=250 rad /s ⇨T = = =0,02513 s ω 50 Từ mô phỏng: ∆ t=t vin – t vout =18,7−1,75=16,95 −3 ∆t 16,95∗10 ⇨ ∠ H (ω)=360 =360 =242,79 °=−117,21° T п /250 Bảng so sánh kết tính tốn mơ ω=250 rad /s Tính tốn Mơ H(ω) 0,447 0,45 ∠ H (ω) -116,57 -117,21 Vậy kết tính tốn tương đối giống với kết mơ phần mềm Tìm V xác định độ lệch trường hợp sau so sánh kết tính tốn Proteus Cho DC gain=1 a) Thiết kế mạch lọc thông thấp với ω B=250rad /s b) Mô mạch lọc Proteus khảo sát với ω B=350rad /s a) Với ω B=250rad /s { Ta có DC gain= ω B= Chọn Rf = 10kΩ ⇨ { Rf =1 R1 =250 Rf C R 1=R f =10 kΩ 1 C= = =0,4 µF ωb Rf 250.10000 Với ω B=2 пf =250rad /s - Tần số cắt f c= ω b 250 = ≈39,7887 Hz 2п п Với mạch lọc thơng thấp ta có hàm truyền V o (s) −R f 1 = ⇒ V o ( s )= V¿ −6 V ¿ (s) R1 1+ Rf C s 1+10000∗0,4∗10 ∗s Với s= jω= j∗2 π ⇨ V o= - Độ suy giảm |H ( ω=250 )|= - Độ lệch pha Rf V ¿ =H (ω) V ¿ R1 1+ R f C j ω Rf 10000 1 = = =0.707 2 −6 R1 1+ ( Rf C j ω ) 10000 1+ ( 10000∗0,4∗10 ∗250 ) √ √ √ ∠ H ( ω )=180° −arctan ( R f C j ω )¿ 180 °−arctan ( 1000.0,4 10−6 250 )=135 ° b) Mô mạch lọc Proteus với ω=350 rad /s - Độ suy giảm |H ( ω=350 )|= - Độ lệch pha Rf 10000 = ≈ 0.581 R1 1+ ( R C ω ) 10000 1+ ( 10000.0,4 10−6 350 )2 f j √ √ ∠ H ( ω )=180°−arctan ( R f C j ω )¿ 180 °−arctan ( 10000.0,4 10−6 350 )=125.537 ° Ta khảo sát Proteus: Cài tín hiệu vào Vin với tần số f = 55,704Hz ω=2 пf =350 rad / s Ta có V 2,88 ⇨ H ( ω )= =0,576 {V V=2,88 =5 V out ¿ w=350 rad / s ⇨T = 2п п = =0,01795 s ω 350 Từ mơ phỏng: + Đo sóng vàng có A1 = 5V Đo sóng xanh có A2 = 2,88V + Sóng vàng lên với a 1=−25 mV ≈ → Pha sóng vàng :−90 ° + Sóng xanh xuống với a 2=2,38 V ( t=0 ) → Phacủa sóng xanh :arccos →Vậy độ lệch pha sóng là: 124,27° ≈ 34,27 ° ( 2,38 2,88 ) Bảng so sánh kết tính tốn mơ ω=250 rad /s Tính tốn H(ω) 0.581 125,537 ∠ H (ω) Mô 0.576 124,27 Vậy kết tính tốn tương đối giống với kết mơ phần mềm ...BÀI TẬP NHÓM SỐ Thiết kế mạch khuếch đại dùng opamp tạo sóng ngõ kiểm tra lại proteus: a Giải Giả thiết khuếch đại thuật toán lý tưởng: Áp dụng định luật... =3 ∠ 0+100.10−6 102 (36 0 π ∠ )=11,7 ∠ 1 ,32 R R1 R4 dt dt Câu 3: Thiết kế mạch schmitt-trigger với Vlow-threshold:1.5V, Vhigh-threshold =3. 5V, Vref=5V, Vout=5V, kiểm tra lại proteus Ta có mạch. .. =0,01795 s ω 35 0 Từ mô phỏng: + Đo sóng vàng có A1 = 5V Đo sóng xanh có A2 = 2,88V + Sóng vàng lên với a 1=−25 mV ≈ → Pha sóng vàng :−90 ° + Sóng xanh xuống với a 2=2 ,38 V ( t=0 ) → Phacủa sóng xanh