TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH FL061 Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT 1 KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Mạch Khuếch Đại Thuật Toán (Op Amp) 1 GIỚI THIỆU Bài thí nghiệm này sẽ giới thiệu về Operational[.]
FL061 KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ Mạch Khuếch Đại Thuật Tốn (Op-Amp) GIỚI THIỆU Bài thí nghiệm giới thiệu Operational Amplifier (Op-Amp), hay cịn gọi Mạch khuếch đại thuật tốn, thiết bị xử lý tín hiệu tương tự quan trọng Mục đích thí nghiệm nhằm giúp cho người học nắm kiến thức Op-Amp có khả lắp ráp mạch điện sử dụng Op-Amp như: mạch lặp điện áp, mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch so sánh 1.1 Giới thiệu Op-Amp Một Op-Amp có ngõ vào (Input signal) ngõ (Output signal) có quan hệ sau: Output signal = A x Input signal Trong A hệ số khuếch đại Tùy thuộc vào tín hiệu vào tín hiệu có loại sau: điện áp ra/ điện áp vào, dòng điện ra/ dòng điện vào, điện áp ra/ dòng điện vào, dòng điện ra/ điện áp vào Trong nội dung tìm hiểu mối liên hệ điện áp vào điện áp Sơ đồ mạch điện Op-Amp thể hình Hình 1: Sơ đồ mạch điện Op-Amp Trong hình này, Ri điện trở ngõ vào, RO điện trở ngõ ra, Vi điện áp ngõ vào, VO điện áp ngõ Op-Amp Để cung cấp điện áp vào cho Op-Amp, sử dụng nguồn VS mắc nối tiếp với điện trở RS Ngõ Op-Amp mắc nối tiếp với tải RL Điện áp Vi VO tính sau: Ri Vi VS RS Ri (1) RL VO AVi RO RL (2) 1.2 Mơ hình Op-Amp lý tưởng Một Op-Amp khuếch đại điện áp vi sai Vi Vp Vn ngõ vào tao điện áp VO ngõ Hình thể so sánh Op-Amp thường Op-Amp lý tưởng Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT FL061 a Op-Amp thường b Op-Amp lý tưởng Hình 2: So sánh Op-Amp thường Op-Amp lý tưởng Sơ đồ mạch điện Op-Amp lý tưởng sử dụng nhằm làm đơn giản thuận tiện cho việc tính tốn Một Op-Amp lý tưởng hoạt động dựa giả thuyết sau: - Hệ số khuếch đại vô cùng: A - Tổng trở vào vô cùng: Ri - Tổng trở không: RO Từ giả thuyết có phương trình cho Op-Amp lý tưởng sau: in i p (3) Vi VS (4) VO A Vi (5) Vp Vn (6) 1.3 Mục tiêu Hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động Op-Amp Nắm đặc tính thực tế Op-Amp Biết cách lắp ráp mạch ứng dụng Op-Amp: mạch lặp điện áp, mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch tạo xung vuông, mạch tạo xung tam giác THIẾT BỊ THỰC HÀNH/THÍ NGHIỆM Thiết bị thực hành thí nghiệm cho sau: - nguồn DC (3.3V, 5V, 12V, -12V,) - dao động ký Oscillopcope - Breadboard - 20 Dây nối - Các loại điện trở: 1k, 10k Các loại tụ điện: 1uF Op-Amp LM741 Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT FL061 2.1 Bộ khuếch đại thuật toán LM741 LM741 khuếch đại thuật tốn thơng dụng hoạt động theo chuẩn cơng nghiệp Hình thể sơ đồ chân IC LM741 Hình 3: Sơ đồ chân Op-Amp LM741 Trong thí nghiệm sử dụng chân sau: 2, 3, 4, 6, Chân số chân tín hiệu ngõ vào đảo, ký hiệu dấu “-” Chân số chân tín hiệu ngõ vào không đảo, ký hiệu dấu “+” Chân số chân tín hiệu ngõ Chân số chân điện áp nguồn âm chân số chân điện áp nguồn dương Một số đặc tính Op-Amp LM741 sau: - Điện áp nguồn: ± 18V - Cơng suất tiêu thụ: 500 mW - Tín hiệu ngõ vào tối đa: ± 15V - Tín hiệu vi sai ngõ vào tối đa: ± 30V - Nhiệt độ hoạt động: -55 0C đến +125 0C 2.2 Giới thiệu Nguồn dùng thí nghiệm Để Op-Amp hoạt động cần phải cấp nguồn cho Nguồn cung cấp cho Op-Amp nguồn đơi có giá trị tùy thuộc vào loại Op-Amp Trong dùng nguồn đơi ±12V Hình thể nguồn máy tính gồm nguồn sau: • Dây đỏ: nguồn +5V • Dây xanh: nguồn +12V • Dây trắng: nguồn -12V • Dây cam: nguồn 3.3V • Dây đen: nối đất Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT FL061 Hình 4: Nguồn máy tính 2.3 Chú ý thực thí nghiệm - Phải lắp ráp kiểm tra mạch thật kỹ trước cắm nguồn điện - Khi sử dụng tụ hóa phải cẩn thận, lắp sai cực gây nổ tụ NỘI DUNG THỰC HÀNH, THÍ NGHIỆM 3.1 Thời lượng: tiết cho nhóm sinh viên 3.2 Nội dung thí nghiệm: Bài thí nghiệm 1: Mạch lặp điện áp Lắp ráp mạch điện hình Hình 5: Mạch chia áp a) Dùng cơng thức tính giá trị điện áp đầu điện trở 1kΩ? b) Đo giá trị điện áp Oscilloscopes? Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT FL061 Lắp ráp mạch điện hình Hình 6: Mạch lặp điện áp c) Đo giá trị điện áp điện trở 1kΩ? d) Giải thích khác trường hợp? Bài thí nghiệm 2: Mạch khuếch đại không đảo Lắp ráp mạch khuếch đại không đảo hình 7, sử dụng biến trở 5kΩ Hình 7: Mạch khuếch đại khơng đảo a) Hiệu chỉnh giá trị biến trở để có tín hiệu vào 0.5V, xác định VOUT chân 6? b) Hiệu chỉnh giá trị biến trở để có tín hiệu vào 2V, xác định VOUT chân 6? c) Xác định mối quan hệ VIN chân VOUT chân 6? Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT FL061 Bài thí nghiệm 3: Mạch khuếch đại đảo Lắp ráp mạch khuếch đại đảo hình Hình 8: Mạch khuếch đại đảo a) Hiệu chỉnh giá trị biến trở để có tín hiệu vào 0.5V, xác định VOUT chân 6? b) Hiệu chỉnh giá trị biến trở để có tín hiệu vào 2V, xác định VOUT chân 6? c) Xác định mối quan hệ VIN VOUT chân 6? Bài thí nghiệm 4: Mạch tạo xung vuông Lắp ráp mạch tạo xung vuông hình Trong đó: tụ hóa thay tụ thường, điện trở 5.6kΩ thay điện trở 1kΩ Hình 9: Mạch tạo xung vuông Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT FL061 a) Xác định dạng tín hiệu chân VOUT? b) Giải thích mạch tạo xung vng? Bài thí nghiệm 5: Mạch tạo xung tam giác Lắp ráp mạch tạo xung tam giác hình 10 Trong đó: tụ hóa thay tụ thường, điện trở 6.8kΩ điện trở 3.9kΩ thay điện trở 1kΩ, điện trở 12kΩ thay điện trở 10kΩ Hình 10: Mạch tạo xung tam giác a) Xác định dạng tín hiệu chân OpAmp? b) Giải thích tạo tín hiệu xung tam giác? Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT FL061 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM (Lưu ý: Sinh viên nộp lại tờ cho Giảng viên hướng dẫn sau buổi thí nghiệm) Bài thí nghiệm 1: Khơng chạy □ Chạy khơng hồn chỉnh □ Chạy tốt □ □ Chạy tốt □ □ Chạy tốt □ Trả lời câu hỏi: a) Công thức tính điện áp đầu điện trở 1kΩ (hình 5) là: b) Giá trị điện áp đầu điện trở 1kΩ (hình 5) đo Oscilloscopes là: c) Giá trị điện áp đầu điện trở 1kΩ (hình 6) đo Oscilloscopes là: d) Giải thích khác nhau: Bài thí nghiệm 2: Khơng chạy □ Chạy khơng hồn chỉnh Trả lời câu hỏi: a) Khi VIN = 0.5V VOUT là: b) Khi VIN = 2V VOUT là: c) Mối quan hệ VIN VOUT là: Bài thí nghiệm 3: Khơng chạy □ Chạy khơng hồn chỉnh Trả lời câu hỏi: a) Khi VIN = 0.5V VOUT là: b) Khi VIN = 2V VOUT là: c) Mối quan hệ VIN VOUT là: Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT FL061 Bài thí nghiệm 4: Khơng chạy □ Chạy khơng hồn chỉnh □ Chạy tốt □ □ Chạy tốt □ Trả lời câu hỏi: a) Dạng tín hiệu chân VOUT là: b) Giải thích: Bài thí nghiệm 5: Khơng chạy □ Chạy khơng hồn chỉnh Trả lời câu hỏi: a) Dạng tín hiệu chân OpAmp là: Dạng tín hiệu chân OpAmp là: b) Giải thích: Họ tên sinh viên: SV: …………….…………………………………MSSV:………………… SV:…………… …………………………………MSSV:………………… SV:…………… …………………………………MSSV:………………… SV:…………… …………………………………MSSV:………………… SV:…………… …………………………………MSSV:………………… Nhóm: ……………… Kit số: ………… Ngày thực hành / thí nghiệm:……………………… Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT