BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MÔN MẠCH ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

04/04/2024

3 Lựa chọn dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng 9

3.1 Dữ liệu các mạch khuếch đại 9

3.2 Dữ liệu các mạch so sánh và tạo sóng 10

4 Các kết quả thí nghiệm 10

4.1 Mạch khuếch đại đảo 10

4.2 Mạch khuếch đại không đảo 11

4.3 Mạch khuếch đại công điện áp 13

4.4 Mạch khuếch đại trừ điện áp 14

4.5 Mạch so sánh

4.6 Mạch Schmitt Trigget

4.7 Mạch tạo xung vuông và xung tam giác

5 So sánh và kết luận

5.1 Mạch khuếch đại đảo

5.2 Mạch khuếch đại không đảo

5.3 Mạch khuếch đại công điện áp

5.4 Mạch khuếch đại trừ điện áp

5.5 Mạch so sánh

5.6 Mạch Schmitt Trigget

5.7 Mạch tạo xung vuông và xung tam giác

3

- Biết cách lắp mạch trên module để được các mạch cần kiểm chứng, phân

biệt cực đảo, cực không đảo để tránh nhầm lẫn Ngoài ra ta cần đảm bảo mạch được 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 vuông, sóng tam giác), điều chỉnh biên độ ngõ vào để ngõ ra không méo dạng, quan sát trên dao động kí, điều chỉnh vol/div, time/div để quan sát thuận tiện rồi vẽ lại dạng sóng.

- So sánh thực nghiệm và lý thuyết các 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 vuông và sóng tam giác, rồi đưa ra nhận xét, kết luận.

2 Các giả thiết cần kiểm chứng:2.1 Với các mạch khuếch đại:

Hình 2.1: Mạch khuếch đại đảo

- Chức năng: Khuếch đại đảo điện áp ngõ vào (tức ngõ ra ngược pha với ngõ vào) - Cấu tạo: mạch có tín hiệu vào qua điện trở Ri nối với cổng đảo (V-), tại cổng ra tín hiệu hồi tiếp thông qua điện trở RFvề cổng đảo Cổng không đảo (V+) được nối đất - Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị Ri, RF,

nên ta lưu ý trong quá trình chọn linh kiện lắp mạch, vì tính chất là mạch khuếch đại nên RF ≥ Ri

- Điện áp ngõ ra ngược pha với điện áp ngõ vào - Nếu Ri = RF , mạch tạo tầng đảo lặp lại điện áp.

- Trong đó RL đóng vai trò là trở hồi tiếp âm, khi RLtăng thì Av tăng.

Hình 2.2: Mạch khuếch đại không đảo

- Chức năng: khuếch đại điện áp ngõ vào

- Tín hiệu ngõ vào kết nối với cổng không đảo Cổng đảo nối với đầu ra qua điện trở RF và tiếp đất qua điện trở Ri.

- Điện áp ngõ ra cùng pha với điện áp ngõ vào.

- Nếu RF = 0 → Av = 1, mạch dùng làm bộ đệm, áp giữ nguyên giá trị ngõ vào, tổng trở vào lớn, tổng trở ngõ ra nhỏ.

- RGđóng vai trò là trở hồi tiếp âm dùng để tăng độ lợi Av.

5

Hình 2.3: Mạch khuếch đại cộng điện áp

Chức năng khuếch đại thuật toán cộng.

- Mạch khuếch đại đảo với cửa đảo Vs- nối với nhiều điện áp ngõ vào thông qua các điện trở Ri

- Mạch khuếch đại tín hiệu ngõ ra bằng tổng các tín hiệu ngõ vào nhưng ngược pha.

- V- (đảo) nối với một hai nhiều điện áp ngõ vào - Áp dụng KCL cho nút tại cổng đảo:

Hình 2.4: Mạch khuếch đại trừ điện áp

- Chức năng: Mạch khuếch đại theo thuật toán trừ Mạch khuếch đại có tín hiệu ngõ ra bằng hiệu các tín hiệu ngõ vào và cùng pha với tín hiệu ngõ vào.

- Mạch khuếch đại OP – AMP với cửa đảo được nối với điện trở hồi tiếp RF, tín hiệu ngõ vào V2 qua điện trở Ri2 Cửa không đảo được mắc với điện trở RF song song với tín hiệu ngõ vào V1 qua điện trở Ri1.

2.2 Với các mạch so sánh và tạo sóng:

Hình 2.5: Mạch so sánh

Mạch OP-AMP có cực đảo nối với điện thế so sánh Vref, cực thuận nối với điện thế chuẩn Vi Với giá trị rất lớn của hệ số khuếch đại, mạch khuếch đại op-amp cho tín hiệu ra Vo ở các mức giá trị :

+ Khi Vi < Vref thì 𝑉o = +𝑉𝑆𝑎𝑡 = 10𝑉 (thực tế nhóm đo được) + Khi Vi > Vref thì 𝑉o = −𝑉𝑆𝑎𝑡 = −10𝑉 (thực tế nhóm đo được)

- Chức năng: Giống mạch so sánh nhưng có tính năng là lọc nhiễu - Mạch so sánh có hai biên so sánh và vùng đệm giữa VTH và VTL.

- Mạch khuếch đại OP-AMP, cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh Vi, cực không đảo nối với tín hiệu ngõ ra với điện trở hồi tiếp RF song song với điện trở RG.

- Trên lý thuyết, V+ không là hằng số như mạch so sánh mà dao động trong khoảng

Hình 2.7: Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác Mạch gồm 2 bộ OP-AMP mắc nối tiếp:

+ Mạch 1 : Mạch Schmitt Trigger mức điện áp VS- = 0 ở cực đảo, điện áp

ngõ vào là điện áp ra Vo1 của mạch 2 mắc vào cực thuận có hồi tiếp RF qua điện trở Ri

sao cho ngõ ra Vo1 bị méo dạng thành xung vuông.

+ Mạch 2 : Mạch tích phân (ngõ ra là hàm tích phân ngõ vào) với cực không đảo nối đất, cực đảo với tín hiệu vào là điện áp ra Vo1 của mạch 1 qua điện trở R và tụ hồi tiếp Điện áp ra bằng tích phân điện áp vào, tỉ lệ nghịch với hằng số thời gian τ = RC.

3 Lựa chọn dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng:3.1 Với các mạch khuếch đại:

- Lắp mạch theo các sơ đồ mạch điện trên module - Cấp nguồn DC cho các OP-AMP: +12V và -12V

- Các Ri chọn 12k, 𝑅𝐹 chọn đo 2 lần 22k và 68k, hoặc 12k và 22k

- Cho 𝑉𝑖 vào CH1, 𝑉𝑜 vào CH2 của dao động ký, quan sát các dạng sóng, tính độ lợi áp và so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết

- Chọn Vi để Vo không bị méo dạng ( dựa vào điện áp ngưỡng ngõ ra): + Mạch khuếch đại đảo: 𝑅𝐹 = 22𝑘𝛺 ; 𝑅𝐹 = 68𝑘Ω

+ Mạch khuếch đại không đảo: 𝑅𝐹 = 22𝑘𝛺 ; 𝑅𝐹 = 68𝑘Ω + Mạch khuếch đại cộng điện áp: 𝑅𝐹 = 12𝑘Ω ; 𝑅𝐹 = 22𝑘Ω + Mạch khuếch đại trừ điện áp: 𝑅𝐹 = 12𝑘𝛺 ; 𝑅𝐹 = 22𝑘𝛺

- Đọc giá trị biên độ đỉnh – đỉnh của tín hiệu ngõ vào và ngõ ra trên dao động ký và điền kết quả thu được vào bảng số liệu.

11

3.2 Với các mạch so sánh và tạo sóng:

- Lắp mạch theo các sơ đồ mạch điện trên module - Cấp nguồn DC cho các OP-AMP: +12V và -12V - Các 𝑅𝑖 chọn 12kΩ, 𝑅𝐹 chọn đo 2 lần 12kΩ và 22kΩ

- Cho 𝑉𝑖 vào CH1, 𝑉𝑜 vào CH2 của dao động ký, quan sát các dạng sóng, tính độ lợi áp và so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết.

- Chọn Vi thích hợp:

+ Mạch so sánh: Chọn giá trị Vref = 5V Chọn biên độ Vi lần lượt lớn hơn Vref và nhỏ hơn Vref để được 2 dạng sóng ngõ ra khác nhau.

+ Mạch Schmitt Trigger: Với 𝑅𝐹 = 12𝑘𝛺, 𝑉𝑖 ∈ (−6𝑉, 6𝑉); với 𝑅𝐹 =

Hình 4.1a: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp RF = 22kΩ

Hình 4.2a: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp RF = 22kΩ

Hình 4.2b: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp RF = 68kΩ

4.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp:

Hình 4.4a: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp RF = 12kΩ

Hình 4.5a: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp Vi nhỏ hơn Vref

Hình 4.5b: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp Vi lớn hơn Vref

Hình 4.6a: Dạng sóng ngõ vào/ra khi RF = 12kΩ

Hình 4.6b: Dạng sóng ngõ vào/ra khi RF = 22kΩ

4.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác:

- Trường hợp: (RF, R, C) = (22kΩ, 5.6kΩ, 0.22μF)F)

- Trường hợp: (RF, R, C) = (68kΩ, 10kΩ, 0.047μF)F)

5 So sánh và kết luận:5.1 Mạch khuếch đại đảo:

19

=> Kết quả đo và dạng sóng khảo sát giống với lý thuyết, sai số gây ra rất nhỏ do dụng cụ đo và sai số trên điện trở, OP-AMP hoạt động tốt.

=> Kết quả đo sai lệch hơn 4% so với lý thuyết do cắm dây không chặt, tín hiệu vào dao động ký bị nhiễu do các yếu tố bên ngoài (dây bị rung lắc,…), nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở Kết quả dạng sóng khảo sát giống với lý thuyết.

Đề xuất: Cắm chặt các mối nối dây, hạn chế cắm nhiều dây vào cùng một điểm trên mạch, không để dây bị rung lắc,… trong quá trình thí nghiệm.

5.2 Mạch khuếch đại không đảo:

=> Kết quả đo sai lệch hơn 5% so với lý thuyết do cắm dây không chặt, tín hiệu vào dao động ký bị nhiễu do các yếu tố bên ngoài (dây bị rung lắc,…), nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở Kết quả dạng sóng khảo sát giống với lý thuyết.

Đề xuất: Cắm chặt các mối nối dây, hạn chế cắm nhiều dây vào cùng một điểm trên mạch, không để dây bị rung lắc,… trong quá trình thí nghiệm.

5.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp:

Theo lý thuyết: Vo=−(RF

Ri 1 Vi 1+ RFRi 2 Vi 2)

𝑅𝐹 = 12kΩ, 𝑅𝑖 = 12kΩΩ, 𝑉𝑖1−𝑝𝑝 = 1.76𝑉 (sóng sin), 𝑉2 = 5𝑉:

𝑉𝑜 có biên độ 𝑉𝑜−𝑝𝑝 = 1.76V, dao động tại vị trí cân bằng -4.5V, ngược pha 𝑉𝑖1

=> Kết quả khảo sát giống với lý thuyết, sai số gây ra do thiết bị đo và sai số trên điện trở.

𝑅𝐹 = 22kΩ, 𝑅𝑖 = 12𝑘𝛺, 𝑉𝑖1−𝑝𝑝 = 1.76V (sóng sin), 𝑉2 = 5𝑉:

𝑉𝑜 có biên độ 𝑉𝑜−𝑝𝑝 = 3.12V, dao động tại vị trí cân bằng -4.5V, ngược pha 𝑉𝑖1

=> Kết quả khảo sát sai lệch xa so với lý thuyết, do cắm dây không chặt, tín hiệu vào dao động ký bị nhiễu do các yếu tố bên ngoài (dây bị rung lắc,…), nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở Kết quả dạng sóng khảo sát giống với lý thuyết.

Đề xuất: Cắm chặt các mối nối dây, hạn chế cắm nhiều dây vào cùng một điểm trên mạch, không để dây bị rung lắc,… trong quá trình thí nghiệm.

5.4: Mạch khuếch đại trừ điện áp:

Theo lý thuyết: Vo=RF

Ri (V1−V2)

𝑅𝐹 = 12kΩ, 𝑅𝑖 = 12kΩΩ, 𝑉𝑖1−𝑝𝑝 = 13.2V (sóng sin), 𝑉2 = 5𝑉:

𝑉𝑜 có biên độ 𝑉𝑜−𝑝𝑝 = 13V, dao động tại vị trí cân bằng -4.5V, cùng pha 𝑉𝑖1

=> Kết quả khảo sát giống với lý thuyết, sai số gây ra do thiết bị đo và sai số trên điện trở.

𝑅𝐹 = 22kΩ, 𝑅𝑖 = 12𝑘𝛺, 𝑉𝑖1−𝑝𝑝 = 1.76V (sóng sin), 𝑉2 = 5𝑉:

𝑉𝑜 có biên độ 𝑉𝑜−𝑝𝑝 = 3.12V, dao động tại vị trí cân bằng -4.5V, cùng pha 𝑉𝑖1

=> Kết quả khảo sát sai lệch xa so với lý thuyết, do cắm dây không chặt, tín hiệu vào dao động ký bị nhiễu do các yếu tố bên ngoài (dây bị rung lắc,…), nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở Kết quả dạng sóng khảo sát giống với lý thuyết.

Đề xuất: Cắm chặt các mối nối dây, hạn chế cắm nhiều dây vào cùng một điểm trên mạch, không để dây bị rung lắc,… trong quá trình thí nghiệm.

Khi Vi > 𝑉𝑇𝐻: Vo= V𝑆𝐿 (bão hòa âm) Khi Vi < 𝑉𝑇𝐿: Vo= V𝑆𝐻 (bão hòa dương)

=> Kết quả đo có sai lệch nhiều so với lý thuyết, nguyên nhân do sai số dụng cụ đo, nhầm lẫn khi đọc các giá trị trên dao động kí, cursor của biên độ và của thời gian không thể hiện thị cùng lúc để đọc chính xác các giá trị 𝑉𝑇𝐻, 𝑉𝑇𝐿 Dạng sóng khảo sát giống với lý thuyết.

Đề xuất: Cần thuần thục hơn trong việc thao tác điều chỉnh, đọc giá trị trên dao động kí cũng như các thao tác lắp và đo mạch trong quá trình thí nghiệm.

5.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác:

Với 𝑅𝐹=22kΩ, 𝑅𝑖 = 12𝑘Ω Theo lý thuyết:

=> Vậy kết quả khảo sát sai lệch hơn 5% với lý thuyết so tín hiệu qua các OP-AMP có độ trể về thời gian và quá trình nạp xả của tụ điện không đồng đều.

Đề xuất: Tụ điện và OP-AMP còn mới sẽ tránh được các trường hợp trên Giữa các lần đo cần chờ một khoảng thời gian để tụ điện có thể xả hết điện tích bên trong.

23