Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp

lOMoARcPSD|20597457 ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP-AMP Thực bởi: Nguyễn Tất Thành ( 2012053) Nhóm thí nghiệm: Tổ 6/ Lớp L03 GVHD: Nguyễn Thanh Phương Ngày hoàn thành báo cáo: 2/3/2022 lOMoARcPSD|20597457 BÀI 3: KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP-AMP Giới thiệu chung * 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, mô mạch phần mềm LT Spice XVII 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 kết mô 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 Phần mềm thí nghiệm: Ltspice Module thí nghiệm : OPAMPLABSN006 lOMoARcPSD|20597457 Các thí nghiệm cần kiểm chứng 2.1 Mạch khuếch đại đảo A Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: * Sơ đồ mạch: * Phân tích lý thuyết cơng thức tính tốn: + Chức năng: Khuếch đại đảo điện áp ngõ vào ( tức ngõ ngược pha với ngõ vào) + Cấu tạo: mạch có tín hiệu vào qua điện trở nối với cổng đảo (), cổng tín hiệu hồi tiếp thông qua điện trở cổng đảo Cổng khơng đảo () nối đất + Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ phụ thuộc vào giá trị ,, nên ta lưu ý trình chọn linh kiện lắp mạch, tính chất mạch khuếch đại nên ≥ + Điện áp ngõ ngược pha với điện áp ngõ vào + Nếu = , mạch tạo tầng đảo lặp lại điện áp + Áp dụng KCL nút : = => = - = * Đồ thị từ lý thuyết phân tích: Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 B Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt kết ( đồ thị số liệu đo đạc): * Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice: = 12KΩ = 68KΩ Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 C Các so sánh nhận xét kết luận: * So sánh: + Khi = 12KΩ ta có = -1 + Khi = 68KΩ ta có -5.67 * Nhận xét: + Khi điện trở vo vi lệch pha 180 (nên gọi mạch khuếch đại đảo ngõ vào ( - ) gọi ngõ vào đảo) + đóng vai trị mạch hồi tiếp âm lớn (hồi tiếp âm nhỏ) độ khuếch đại mạch lớn + Khi điện trở op-amp có tính khuếch đại điện chiều Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 * Kết luận: Điện trở lớn biên độ lớn, ngược pha với hệ số khuếch đại nhỏ 2.2 Mạch khuếch đại khơng đảo A Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: * Sơ đồ mạch: * Phân tích lý thuyết cơng thức tính tốn: + Chức năng: khuếch đại tín hiệu áp ngõ vào + Cấu tạo: Tín hiệu vào kết nối với cổng không đảo Cổng đảo nối với đầu qua điện trở tiếp đất qua điện trở + Mạch có hệ số khuếch đại áo ngõ phụ thuộc vào giá trị , Vì tính chất khuếch đại nên ta cần lưu ý chọn linh kiện có + Điện áp ngõ pha với điện áp ngõ vào + Nếu = => = , mạch dùng làm đệm, áp giữ nguyên giá trị ngõ vào, tổng trở vào lớn, tổng trở ngõ nhỏ + Áp dụng KCL nút: = => = = + * Đồ thị từ lý thuyết phân tích: Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 B Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt kết ( đồ thị số liệu đo đạc): * Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice: = 12KΩ Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 = 68KΩ Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 C Các so sánh nhận xét kết luận: * So sánh: + Khi = 12KΩ ta có = + Khi = 68KΩ ta có 6.67 * Nhận xét: + , có dạng + có dạng + Khi , điện trở ngõ vo có pha với ngõ vào (nên mạch gọi mạch khuếch đại không đảo ngõ vào ( + ) gọi ngõ vào không đảo) Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 + đóng vai trị hồi tiếp âm Ðể tăng độ khuếch đại Av, ta tăng giảm + Mạch khuếch đại tín hiệu chiều điện trở Mạch giữ nguyên tính chất khơng đảo có cơng thức với trường hợp tín hiệu xoay chiều + Khi =0, ta có: Av=1 ⇒ = =∞ ta có Av=1 = (hình 10.13) Lúc mạch gọi mạch theo điện áp (voltage follower) thường dùng làm mạch đệm (buffer) có tổng trở vào lớn tổng trở nhỏ mạch cực thu chung BJT * Kết luận: Điện trở lớn pha với hệ số khuếch đại lớn 2.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp A Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: * Sơ đồ mạch: Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 = 22KΩ C Các so sánh nhận xét kết luận: * So sánh: + Khi = 12KΩ ta có = + Khi = 22KΩ ta có 9.17 * Kết luận: Điện trở lớn biên độ bị xén biên âm, pha với hệ số khuếch đại lớn 2.5 Mạch so sánh Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 A Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: * Sơ đồ mạch: * Phân tích lý thuyết cơng thức tính tốn: + Ta có: = A(- ) = A Với = - Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 điện khác ngõ vào định nghĩa: = (điện ngõ vào +) - (điện ngõ vào -) Do mạch khơng có hồi tiếp âm nên: = A + Trong A độ lợi vịng hở op-amp Vì A lớn nên theo công thức lớn Khi nhỏ, vo xác định Khi vượt trị số đạt đến trị số bảo hịa gọi Trị số tùy thuộc vào op-amp có trị số vào khoảng vài chục μV - Khi âm, mạch đảo pha nên =- Khi dương, tức > =+ + Ðiện áp ngõ bảo hịa thường nhỏ điện áp nguồn từ volt đến volt Ðể ý |+ | khác |- | Như ta thấy điện áp tối đa là: + = - = + Mạch OP-AMP có cực đảo nối với điện so sánh , cực thuận nối với điện chuẩn + Mạch tạo sóng vuông ngõ * Đồ thị từ lý thuyết phân tích: Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 * Mạch so sánh mức dương không đảo * Mạch so sánh mức dương đảo Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 * Mạch so sánh mức âm không đảo * Mạch so sánh hồi tiếp dương Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 B Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt kết ( đồ thị số liệu đo đạc): * Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice: (0 10 1k) Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 (0 20 1k) C Các so sánh nhận xét kết luận: * So sánh: + Khi (0 10 1k) ta có = + Khi (0 20 1k) ta có 6.67 * Kết luận: Biên độ điện áp lớn chu kỳ nhỏ hệ số khuếch đại lớn 2.6 Mạch Schmitt Trigger A Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: * Sơ đồ mạch: Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 * Phân tích lý thuyết cơng thức tính tốn: + Mạch so sánh có biên so sánh vùng đệm + Mạch khuếch đại OP-AMP, cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh , cực không đảo nối với tín hiệu ngõ với điện trở hồi tiếp song song với điện trở + Chức năng: Giống mạch so sánh có tính lọc nhiễu + Lý thuyết: số dao động khoảng (,) * Đồ thị từ lý thuyết phân tích: Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 = (); = (-) ; = 12V B Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt kết ( đồ thị số liệu đo đạc): * Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice: (0 10 1k) Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 (0 1k) Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 C Các so sánh nhận xét kết luận: * So sánh: + Khi (0 10 1k) ta có = + Khi (0 20 1k) ta có 6.67 * Kết luận: Biên độ điện áp lớn chu kỳ nhỏ hệ số khuếch đại lớn 2.7 Mạch tạo sóng vng sóng tam giác A Sơ đồ mạch thí nghiệm giả thuyết cần kiểm chứng: * Sơ đồ mạch: * Phân tích lý thuyết cơng thức tính tốn: Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 + Mạch 1: Mạch Schmitt Trigger mức điện áp = cực đảo, điện áp ngõ vào điện áp mạch mắc vào cực thuận có hồi tiếp qua điện trở cho ngõ bị méo dạng thành xung vng + Mạch 2: Mạch tích phân ( ngõ hàm tích phân ngõ vào) với cực khơng đảo nối đất, cực đảo với tín hiệu vào điện áp mạch qua điện trở R tụ hồi tiếp Điện áp tích phân điện áp vào, tỉ lệ nghịch với số thời gian = - ; =RC số thời gian * Đồ thị từ lý thuyết phân tích: B Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice, cài đặt kết ( đồ thị số liệu đo đạc): * Sơ đồ mạch thí nghiệm LTspice: = 68KΩ Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 = 22KΩ C Các so sánh nhận xét kết luận: * So sánh: + Khi = 68KΩ ta có = -1 Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com) lOMoARcPSD|20597457 + Khi = 22KΩ ta có -5.67 * Kết luận: Điện trở lớn chu kì lớn hệ số khuếch đại nhỏ Downloaded by hong chinh (vuchinhhp5@gmail.com)