Báo cáo thực tập Điện tử tương tự bài 5 bộ khuếch Đại thuật toán 1 và các sơ Đồ Ứng dụng

Trong khi đó, bộ chia thế dùng biến trở có trở kháng đầu vào phụ thuộc vào giá trị của biến trở và thường thấp hơn nhiều so với OP-AMP, làm cho nguồn tín hiệu bị suy giảm nếu không đủ mạ

Trang 1

Báo cáo thực tập điện tử tương tự

Bài 5 Bộ khuếch đại thuật toán - 1 và các sơ

đồ ứng dụng

Họ tên: Trần Duy Long

Mã sinh viên: 22029071

Trang 2

1 Đo các thông số và đặc trưng cơ bản của một bộ KĐTT

1.1 Đo thế OFFSET

Câu hỏi: Tính giá trị: Voffset (vào) = Voffset (ra)/Ao A0 là hệ số khuếch đại hở của khuếch

đại thuật toán, Ao của IC-741 cỡ 2 * 105

Trả lời: Voffset (vào) = -9,45V Voffset (ra) = -9,45 / ( 2 * 105 ) = -4,725 * 10−5 ( V )

1.2 Đo đáp ứng biên độ

Bảng A5-B1

Câu hỏi: Lập đồ thị sự phụ thuộc thế ra (trục y) và thế vào (trục x) Xác định giá trị điện thế

ra cực đại và cực tiểu của IC Tính số % giá trị này so với thế nguồn

Trả lời:

Trang 3

Giá trị điện thế ra cực đại của IC: 10,8 V Tính số % giá trị này so với thế nguồn: 10,8 𝑉12 𝑉 x 100%

= 90%

Giá trị điện thế ra cực đại của IC: -9,6 V Tính số % giá trị này so với thế nguồn: −9,6 𝑉−12 𝑉 x 100%

= 80%

Câu hỏi: Trên cơ sở đồ thị thu được, xác định độ nhạy của IC, bằng giá trị chênh lệch thế

cực tiểu giữa hai lối vào đảo và không đảo của IC làm thay đổi thế lối ra

Trả lời: Theo cơ sở đồ thị thu được ta thấy có 2 khoảng khiến giá trị thế lối ra thay đổi đó là

khoảng từ -0,102 V đến 0 V khi thay đổi thế lối ra từ -9,59 V đến -2,3 V và khoảng từ 0 V đến 0,251 V khi thay đổi thế lối ra từ -2,3 V đến 10,8 V Tuy nhiên ta chỉ cần lấy chênh lệch thế cực tiểu ( nhỏ nhất ) để xác định độ nhạy của IC đó là: 0 - ( - 0,102) = 0,102 V Vậy độ nhạy của IC là 0,102 V

Câu hỏi: Căn cứ độ dốc đồ thị, xác định hệ số khuếch đại hở của bộ khuếch đại thuật toán Trả lời:

Trang 4

Ta có công thức tính hệ số khuếch đại hở của bộ khuếch đại thuật toán là:

Trang 5

Khoảng tần số làm việc của sơ đồ khuếch đại thuật toán: 100Hz ≤ f ≤ 100KHz

1.4 Đo điện trở vào 𝑅𝑖𝑛

Câu hỏi: Đo biên độ tín hiệu 𝑉𝑖𝐹 tại lối vào IN/A và biên độ Vi tại I+ Bỏ qua điện trở nội máy phát, tính điện trở vào của IC1 theo công thức: 𝑅𝑖𝑛 = 𝑅3 𝑉𝑖

𝑉𝑖𝐹 − 𝑉𝑖

Trả lời: 𝑉𝑖𝐹 = 4,44 V; 𝑉𝑖 = 4,04 V; 𝑅3 = 100KΩ Áp dụng công thức ta có: 𝑅𝑖𝑛 = 100 000 ⋅ 4,044,44 − 4,04 = 1

010 000 ( Ω )

1.5 Đo điện trở ra 𝑅𝑜

Câu hỏi: Giả thiết điện trở vào dao động ký là vô cùng lớn so với trở ra IC1, tính điện trở ra

của IC1 theo công thức: 𝑅𝑜 = 𝑉𝑜 𝑅4

𝑉𝑜𝑓 - 𝑅4

Trả lời: 𝑉𝑜 = 4,44 V; 𝑉𝑜𝑓 = 4,44 V; 𝑅4 = 560 Ω Áp dụng công thức ta có: 𝑅𝑜 = 4,44 ⋅ 5604,44 − 560

= 0 ( Ω )

Trang 6

2 Khảo sát bộ lặp lại thế lắp trên bộ KĐTT

Câu hỏi: Xác định độ lệch cực đại của đường đặc trưng thu được so với đường thẳng (tuyến

tính), định khoảng làm việc tuyến tính cho sơ đồ

Trang 7

Trả lời: Độ lêch cực đại của đường đặc trưng thu được so với đường thẳng (tuyến tính) có

công thức là: Độ lệch cực đại = max( | 𝑈𝑟𝑎 𝑡ℎ𝑢 đượ𝑐 - 𝑈𝑟𝑎 𝑛ế𝑢 𝑡𝑢𝑦ế𝑛 𝑡í𝑛ℎ| Để có đường thẳng ( tuyến tính ) thì 𝑈𝑟𝑎 = 𝑈𝑣à𝑜 hay nói cách khác ta chỉ cần so sánh giá trị 𝑈𝑣à𝑜 và 𝑈𝑟𝑎 tại giá trị

có độ lệch lớn nhất

⇒ Độ lệch cực đại = | 10,81 – 11,3 | = 0,49 V

Khoảng làm việc tuyến tính cho sơ đồ là từ 0 V đến 10 V

Câu hỏi: Nêu ưu điểm của bộ lặp lại thế trên OP-AMP so với bộ chia thế dùng biến trở Trả lời:

1 Độ trở kháng đầu vào cao

Bộ lặp lại thế trên OP-AMP có trở kháng đầu vào rất cao (thường từ 106 Ω đến 1012

Ω ) Điều này có nghĩa là nó không làm tiêu hao dòng điện của nguồn tín hiệu

Trong khi đó, bộ chia thế dùng biến trở có trở kháng đầu vào phụ thuộc vào giá trị của biến trở và thường thấp hơn nhiều so với OP-AMP, làm cho nguồn tín hiệu bị suy giảm nếu không đủ mạnh

3 Cách ly tải và nguồn tín hiệu

Mạch lặp lại thế có khả năng cách ly tải với nguồn tín hiệu rất tốt, vì tín hiệu ra của OP-AMP không ảnh hưởng đến tín hiệu vào Điều này rất hữu ích khi cần truyền tín hiệu mà không làm ảnh hưởng đến các đặc tính của nguồn tín hiệu ban đầu

Ngược lại, trong bộ chia thế dùng biến trở, sự thay đổi của tải có thể ảnh hưởng trực tiếp đến tỉ lệ chia thế, làm thay đổi mức điện áp ra

4 Độ chính xác cao

Bộ lặp lại thế sử dụng OP-AMP có thể duy trì sự chính xác của tín hiệu vào mà không

bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, tải hoặc các yếu tố môi trường khác Điều này giúp bảo toàn giá trị điện áp đầu vào một cách chính xác

Trang 8

Bộ chia thế dùng biến trở có thể bị ảnh hưởng bởi sự biến đổi của các yếu tố vật lý, chẳng hạn như nhiệt độ, gây ra sự không ổn định và kém chính xác

5 Không cần điều chỉnh thủ công

Bộ lặp lại thế không yêu cầu điều chỉnh thủ công, vì nó tự động bám theo điện áp đầu vào và sao chép ra tại đầu ra

Bộ chia thế dùng biến trở cần phải điều chỉnh thủ công và không thể duy trì mức điện

áp ổn định nếu không kiểm tra thường xuyên

6 Khả năng khuếch đại nếu cần

Mạch OP-AMP có thể dễ dàng chuyển đổi từ mạch đệm sang mạch khuếch đại nếu cần bằng cách thêm các linh kiện bên ngoài, giúp cung cấp tín hiệu mạnh hơn cho tải

Bộ chia thế chỉ có chức năng giảm áp chứ không thể khuếch đại tín hiệu

Kết luận: Bộ lặp lại thế dùng OP-AMP là một lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng cần cách

ly tín hiệu, độ chính xác cao, và khả năng đáp ứng tải tốt mà không làm biến dạng hoặc suy giảm tín hiệu Trong khi đó, bộ chia thế dùng biến trở có thiết kế đơn giản hơn nhưng gặp nhiều hạn chế về độ chính xác và khả năng chịu tải

3 Khảo sát các bộ khuếch đại không đảo và đảo

3.1 Khảo sát bộ khuếch đại không đảo

Trang 9

Câu hỏi: So sánh giá trị 𝐴𝑑 và 𝐴𝑡 cho các trường hợp Nếu xem chúng bằng nhau thì sai số

là bao nhiêu? Giải thích sự không tương ứng của chúng trong một số trường hợp

Trả lời: Các giá trị 𝐴𝑑 và 𝐴𝑡 trong các trường hợp đều có độ sai số trong khoảng từ 0,07 V đến 1,25 V Sự không tương ứng của chúng trong các trường hợp là do sự sai lệch về thông

số của các điện trở trong tính toán và thực tế Cụ thể:

Trang 11

Với 𝑉𝑜𝑢𝑡 ( nối K với K2 )

Với 𝑉𝑜𝑢𝑡 ( nối K với K3)

Trang 12

2) Với 𝑉𝑖𝑛 = 200mV

Trang 13

Trang 14

Trang 15

Trang 16

Trang 17

Trang 18

Trang 19

Trang 20

Trang 21

Trang 22

Câu hỏi: Nhận xét về giá trị Vin - cho tất cả các trường hợp để chứng minh điểm “-” trong sơ

đồ sử dụng gọi là điểm đất ảo Giải thích bằng lý thuyết cho giá trị đất ảo

Trả lời: Các giá trị Vin trong tất cả các trường hợp không sai lệch quá nhiều so với công

thức tính toán cho thấy được op-amp hoạt động trong vùng tuyến tính nên điện áp tại điểm

“-” trong sơ đồ luôn xấp xỉ 0V Thêm vào đó khi sử dụng op-amp trong mạch hồi tiếp âm (hay bộ khuếch đại đảo), op-amp sẽ điều chỉnh điện áp ngõ ra 𝑉𝑜𝑢𝑡 để giữ cho hiệu điện thế giữa ngõ vào không đảo ( điểm “+” ) và ngõ vào đảo ( điểm “-” ) bằng 0 Điều này có nghĩa là điện thế tại điểm “-” sẽ gần như bằng với điện thế tại điểm “+” Vì đầu vào “+” được nối với đất ( 0 V ), nên điện thế tại điểm “-” cũng gần như bằng 0 V Điểm này được gọi là điểm đất

ảo Trong điều kiện lý tưởng, dòng điện vào hai đầu ngõ vào của op-amp bằng 0 Điều này

có nghĩa là dòng điện qua 𝑅1 hoàn toàn đi qua 𝑅3 ( hay 𝑅4 hoặc 𝑅5 hoặc 𝑅6 ) Những điểm trên chứng minh rằng điểm “-” trong sơ đồ gọi là điểm đất ảo

Câu hỏi: So sánh giá trị Ad và At cho các trường hợp Nếu xem chúng bằng nhau thì sai số

là bao nhiêu? Giải thích sự không tương ứng của chúng trong một số trường hợp

Trả lời: Các giá trị 𝐴𝑑 và 𝐴𝑡 trong các trường hợp đều có độ sai số trong khoảng từ 0,007 V đến 1,5 V Sự không tương ứng của chúng trong các trường hợp là do sự sai lệch về thông

số của các điện trở trong tính toán và thực tế Cụ thể:

4 Bộ lấy tổng đại số tín hiệu tương tự

4.1 Phép lấy tổng được thực hiện với tổng 2 số hạng:

4.1.1 Phép thử 1: Lấy tổng các giá trị điện thế

Trang 23

Câu hỏi: So sánh các kết quả đo và tính toán tương ứng Nếu xem chúng bằng nhau thì sai

số là bao nhiêu? Tìm những nguyên nhân gây nên sự sai khác đó

Trả lời: Kết quả đo so với tính toán tương ứng có sự sai lệch từ 0,005 V cho đến 4,073 V

Những nguyên nhân gây ra sự sai khác đó là do sự sai lệch về thông số của các điện trở trong tính toán và thực tế Cụ thể:

Đồng thời là sự sai khác giữa 2 nguồn cấp thực tế và trong dữ liệu đề bài Cụ thể:

Nguồn cấp theo số liệu đề bài cho Nguồn cấp thực tế

Thêm vào đó tụ C3 trong tính toán ghi là 4p7 F nhưng khi đo đạc là 11 uF

4.1.2 Phép thử 2: Lấy tổng các giá trị điện thế

Bảng A5-B7

Trang 24

E nối H E nối I E nối K F nối H F nối I F nối K Giá trị đo 𝑉𝑜

Trả lời: Dựa theo công thức của mục 4.1.1 và tín hiệu vào là máy phát ở chế đọ sóng vuông

có biên độ ra 1V cho nên 𝑉𝑖𝑛 = 1 V Cùng với đó là có các giá trị điện trở 𝑅𝑗 = 𝑅6 = 2KΩ , 𝑅4 = 1KΩ , 𝑅9 = 5K1Ω Từ đó ta có công thức:

Trang 25