Báo cáo thí nghiệm mạch Điện tử bài 3 kiểm chứng các mạch Ứng dụng dùng opamp

- 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 s

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHÓ HỎ CHÍ MINH TRƯỜNG

Danh sách thành viên:

STT Họ và tên MSSV

1 Ned Van Tat 2213081

2 Nguyên Anh Quân 2212794

TP HCM, ngày 05 tháng 04 năm 2024

Bai 3: KIEM CHUNG CAC MACH UNG DUNG

DUNG OP-AMP

1 Mục tiêu thí nghiệm:

Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op - amp:

- Hiểu được nguyên lý hoạt động, cầu trúc và chức năng của từng mạch

Op — amp khac nhau

- Biết cách lắp mạch trên module đề được các mạch cần kiếm chứng, phân

biệt cực đảo, cực không đảo đề tránh nhằm lẫn Ngoài ra ta cần đảm bảo mạch được cấp nguồn DC

- Biết cách sử dụng máy phát sóng, đao động kí đề tạo sóng phù hợp đưa

vào OP - AMP (sóng sin, sóng vuông, sóng tam giác), điều chỉnh biên độ ngõ vào đề ngõ ra không méo đạng, quan sát trên dao động kí, điều chỉnh vol/div,

time/div dé quan sat thuận tiện rồi vẽ lai dang song

- 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:

¢ Mach khuéch đại đảo:

VỊ

Hình 2.1: Mach khuếch đại đảo

- Chức năng: Khuếch đại đảo điện áp ngõ vào (tức ngõ ra ngược pha với ngõ vảo)

- Cau tao: mach có tín hiệu vào qua điện tro Ri noi với công đảo (V-), tại công Ta tín hiệu hồi tiếp thông qua điện trở R;về công đảo Công không đảo (V+) được nồi đất

- Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vảo các giá trị R¡, Rr,

nên ta lưu ý trong quá trình chọn linh kiện lắp mạch, vì tính chất là mạch

khuếch đại nên Ry > R;

- Điện áp ngõ ra ngược pha với điện áp ngõ vảo

- Nếu Ri = RFr , mach tao tang đảo lặp lại điện áp

—Y,_.V,

- Trong d6 RL déng vai trò là trở hồi tiếp âm, khi R;tăng thi A, tăng

© Mach khuéch dai không đảo:

——® Vo

Hình 2.2: Mạch khuếch đại không đảo

- Chức năng: khuêch đại điện áp ngõ vào

- Tín hiệu ngõ vào kết nội với công không đảo Công đảo nồi với dau ra qua điện trở Rr và tiếp đất qua điện trở Rị

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

- Nêu Rr= 0 — A¿y= I, mạch dùng làm bộ đệm, áp giữ nguyên giá trỊ ngõ vào,

tổng trở vào lớn, tổng trở ngõ ra nhỏ

- RG đóng vai trò là trở hồi tiếp âm dùng đề tăng độ lợi A

Hinh 2.3: Mach khuếch đại cộng điện áp

Chức năng khuếch đại thuật toán cộng

- Mạch khuếch đại đảo với cửa đảo V,- nỗi với nhiều điện áp ngõ vào

thông qua các điện trở R;

- Mạch khuếch đại tín hiệu ngõ ra bằng tông 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 công đảo:

© Mạch khuếch đại trừ điện ap:

Ruy Ry

Hinh 2.4: Mach khuéch dai trir dién ap

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

- Mạch khuếch đại OP - AMP với cửa đảo được nối với điện trở hồi tiếp R,, tín hiệu ngõ vào V; qua điện trở R„ Cửa không đảo được mặc với điện trở R; song song với tín hiệu ngõ vào V¡ qua điện trở R¡¡

điện thế chuẩn Vị Với giá tri rất lớn của hệ số khuếch đại, mạch khuếch

đại op-amp cho tín hiệu ra V, ở các mức giá trỊ :

+ Khi Vị < Vạ¿ thì Vạ = +V sae = 10V (thực tế nhóm đo được)

+ Khi Vị > V„¿ thì V„= —Ws„ =—10V (thực tế nhóm đo được) Vour

- Chức năng: Giống mạch so sánh nhưng có tính năng là lọc nhiễu

- Mach so sánh có hai biên so sánh và vùng đệm giữa Vạn và Vị

- Mạch khuếch đại OP-AMP, cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh Vị cực không đảo nôi với tín hiệu ngõ ra với điện trở hồi tiếp Rr song song với điện trở Re

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

+ Mạch I : Mạch Schmritt Trigøer mức điện áp VŠ- = 0 ở cực đảo, điện áp

ngõ vào là điện áp ra Vại của mạch 2 mắc vào cực thuận có hồi tiệp Rz qua điện trở R; sao cho ngõ ra Vại bị méo dạng thành xung vuông

+ Mạch 2 : Mạch tích phân (ngõ ra là hàm tích phân ngõ vào) với cực

không đảo nỗi đất, cực đảo với tín hiệu vào là điện ap ra Vol cua mach |

qua điện trở R và tụ hồi tiếp Điện áp ra băng tích phân điện áp vào, tỉ lệ

nghịch với hằng số thời gian r = RC

t

-_—L

Vạ;= RC J V oat

3 Lwa chon dir kién dau vao va 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 R¡ chọn I2k@, Rz chọn đo 2 lan 22kQ va 68k, hoặc 12k và 22k@

- Cho V; vào CHI, V, vào CH2 của dao động ký, quan sát các dang sóng, tính độ lợi áp

và so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết

- Chọn Vị để V„ không bị méo đạng ( đựa vào điện áp ngưỡng ngõ ra):

+ Mạch khuéch dai dao: Rr =22kQ ; Rr = 68kQ

+ Mach khuếch đại không đảo: ®; = 22KQ ; Rr = 68kQ

+ Mạch khuéch dai cong dién ap: Rr = 12kQ ; Rr = 22kQ

+ Mạch khuếch đại trừ điện áp: Rz= 12kQ ; Rr = 22kQ

- 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

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

- Cac R; chon 12kQ, ®; chọn đo 2 lần I2kO và 22kQ

- Cho V; vào CHI, V, 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

- Chon V, thích hợp:

+ Mạch so sánh: Chọn giá trị V,a= 5V Chọn biên độ Vị lần lượt lớn hơn

V,„¿ và nhỏ hơn V„¿ để được 2 dạng sóng ngõ ra khác nhau

+ Mach Schmitt Trigger: Voi Rr = 12kQ, V; € (-6V, 6V); voi Rr =

_M,Pos: ;1,080ms

j Mar 22 2024 12:04]

Hình 4.la: Dạng sóng ngõ vào/ra truong hop Rp = 22kQ

Mar 22 2024 12-06)

Hinh 4.1b: Dang song ng6 vao/ra trvong hop Rr = 68kQ

4.2 Mach khuéch dai khéng dao:

Hinh 4.2a: Dạng sóng ngõ vào/ra truong hop Rp = 22kQ

Mar 22, 2024 12:22

——

Hinh 4.2b: Dạng sóng ngõ vào/ra trong hop Rr = 68kQ

4.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp:

Ca 320V C= E

W Ϩ :oov @& 2 00v

Hinh 4.3b: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp Rz = 22kQ

4.4 Mạch khuếch đại trừ điện áp:

(@® Peak-Peak PAO (@D Peak Peak 7 96V !

( : KH UIT TEEN CEI: am:

Hình 4.6a: Dạng sóng ngõ vào/ra khi Rz = 12kO

Hình 4.6b: Dạng sóng ngõ vào/ra khi Rp = 22kO 4.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác:

[ Tektronix TBS 1052B-EDU Digital rain ed

Volts/Div Coarse

Voltage Invert

On 80.0mV Sere!

Probe 1X Voltage

Invert

- Trường hợp: (R;, R, C) = (68kO, 10kO, 0.047uF)

=> Kết quả đo và dạng sóng khảo sát giống với lý thuyết, sai số gây ra rất nhỏ do dụng

cụ ổo và sai sô trên điện trở, OP-AMP hoạt động tốt

—RÑ; R12 _ —68_ 5.67

Re = 68kQ; Ay=

% sai số =¿

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

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

5.2 Mạch khuếch đại không đảo:

=> Kết quả đo và dạng sóng khảo sát giống với lý thuyết, sai số gây ra rất nhỏ do dụng

cụ ổo và sai sô trên điện trở, OP-AMP hoạt động tốt

5.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp:

R, —_.V¡j+—.V, Ri, il R,> R, i2)

Theo lý thuyết: V,=~Í

Rr = 12kQ, Ri = 12kQ, Vip = 3.2V(sóng sm), V› = 5V:

W„ có biên độ W„ „„ = 3.24V, dao động tại vị trí cân bằng -4.5V, ngược pha Víị

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

trở

Rp = 22kQ, Ri = 12kQ, Vip = 2.76V (sOng sn), V; = 5V:

W„ có biên độ W„„„ = 2.8V, dao động tại vị trí cân bằng -4.5V, ngược pha Víị

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

5.4: Mạch khuếch đại trừ điện áp:

R, Theo ly thuyét: V,=-(V.—V;)

Rr = 12kQ, Ri = 12kO, Vịị-„—= 1.96V (sóng sin), V2 = 5V:

W„ có biên độ W„„„ = 2V, dao dong tai vi tri can bằng -4.5V, cùng pha W¡¡

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

Rr = 22kQ, Ri = 12kQ, Virpp = 2.92V (sóng sin), V2 = SV:

V, co bién do V.-pp = 3.04V, dao động tại vị trí cân bang -4.5V, cùng pha W¡¡

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

Vi-pp = 8.6V: Khi Vị < 5V thi V = Vu

=> Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

Vi-pp = 12.4V: Khi Vi > 5V thi V = Vụ, Vị > 5V thị Vo= Vn

=> Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

5.6 Mach Schimitt Trigger:

Khi Vị > Vự„: Vu= Vụ, (bão hòa âm)

Khi Vị < Viz: Vo= Vựy (bão hòa dương)

=> Kết quả đo có sai lệch nhiều so với lý thuyết, nguyên nhân đo sai số dụng cụ đo, nhâm lân khi đọc các giá trị trên dao động kí, cursor của biên độ và của thời gian không thê hiện thị củng lúc đề đọc chính xác các giá trị Vị„, V;; Dạng sóng khảo sát gidng voi ly thuyét

Đề xuất: Cần thuần thục hơn trong việc thao tác điều chỉnh, đọc gia tri trên dao động

kí cũng như các thao tac lap và đo mạch trong quá trình thí nghiệm

5.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác:

Voi R=22kQ, R; = 12kQ Theo ly thuyết:

_&, _ 22

Vự„y=—T.V„=^.10.4=19.06V R; 12

vary = TL Rp L 12° -10.4=—19.06v +t

=> Vậy kết quả khảo sát sai lệch hơn 5% với lý thuyết so tín hiệu qua các OP-AMP có

độ trê về thời gian và quá trình nạp xả của tụ điện không đồng đêu

Đề xuất: Tụ điện và OP-AMP còn mới sẽ tránh được các trường hợp trên Giữa các lần

đo cân chờ một khoảng thời gian đề tụ điện có thê xả hết điện tích bên trong