Báo cáo thí nghiệm mạch Điện tử kiểm chứng các mạch Ứng dụng dùng op amp

« So sánh kết quả mô phỏng 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,

DAI HOC QUOC GIA DAI HOC BACH KHOA TP HO CHi MINH

~—===m O -

BAO CAO THi NGHIEM MACH DIEN TU KIEM CHUNG CAC MACH UNG DUNG DUNG OP-AMP Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Trần Duy Bảo

Sinh viên thực hiện (Nhóm L14 _ Tổ 3):

BAI 3: KIEM CHUNG CAC MACH UNG DUNG DUNG OP-AMP

1 GIỚI THIỆU CHUNG

« _ Biết cách sử dụng máy phát sóng, dao động kí để tạo sóng phù hợp đưa vào Op - amp ( sóng sỉin, 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 kết quả mô phỏng 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

PHẦN MỀM ỨNG DỤNG: LTspice XVIII

MODULE THÍ NGHIỆM: OPAMPLABSN005

1.1 Mạch khuếch đại đảo

© Sơ đồ mạch

Hinh 2.1: Mach khuéch dai dao

e Phan tich lý thuyết và công thức tính toán

- 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 nối với cổng đảo 0, tải cổng ra tín hiệu hồi tiếp thông qua điện trở về cổng đảo Cổng không đảo () được nối đất

- Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá tri, nên ta lưu ý trong quá trình chọn link kiện lắp mạch, vì tính chất là mạch khuếch đại nên

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

- Nếu , mạch tạo tầng đảo lặp lại điện áp

- Áp dụng KCL tại nút :

Đồ thị từ phân tích lý thuyết:

Cac cai dat

Đầu tiên ta cấp nguồn nuôi 12V cho Opamp, đối chiếu sơ đồ mạch lý thuyết với các giá trị điện trở trong bảng 8.2.2 - Danh sách linh kiện trên Module: OP-AMP Circuits trong tài liệu hướng dẫn và tiến hành nối mạch sao cho phù hợp

Khảo sát đặc tuyến quan hệ giữa 1⁄4 và V; ở chế độ 1 chiều với cài đặt quét 1 chiều đối với nguồn V¡ như sau: chế độ quét tuyến tính, —3030 V ,step = 0.001 Từ đồ thị ta ghi nhận: V„=11.74V, Vsat* =10.4V, Vea =—10.4V, slope =—1

Khảo sát đặc tuyến quan hệ giữa V, va V; 6 ché do transient phân tích quá độ trong miền thời gian với stoptime = 2ms ; nguồn V/ ở chế độ xoay chiều tần số 1kHz, biên độ phân tích 2 trường hợp: biên độ V/ V„ạ (kết quả dạng sóng V, bi xén) và biên

Đồ thị dạng sóng V và V; ở chế độ xoay chiều với V;=11V (không xén)

2 Mạch khuếch đại không đảo

2.1 Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thiết cân kiểm chứng

« Sơ đồ mạch

Cac cai dat

Đầu tiên ta cấp nguồn nuôi 12V cho Opamp, đối chiếu sơ đồ mạch lý thuyết với các giá trị điện trở trong bảng 8.2.2 - Danh sách linh kiện trên Module: OP-AMP Circuits trong tài liệu hướng dẫn và tiến hành nối mạch sao cho phù hợp

Khảo sát đặc tuyến quan hệ giữa 1⁄4 và V; ở chế độ 1 chiều với cài đặt quét 1 chiều đối với nguồn V¡ như sau: chế độ quét tuyến tính, —1212 V ,step = 0.001 Từ đồ thị ta ghi nhận: V„= 5.49V, Vsat* =10.68V, Vsat =—10.68V, slope = 2

Khảo sát đặc tuyến quan hệ giữa V, va V; 6 chế độ transient phân tích quá độ trong miền thời gian với stoptime = 2ms ; nguồn V/¡ ở chế độ xoay chiều tần số 1kHz, biên độ phân tích 2 trường hợp: biên độ V/ V„ạ (kết quả dạng sóng V, bi xén) và biên

độ V/V, ( kết quả dạng sóng Vs không bị xén)

(%)

Vip (V)

Vop (V)

3 Mạch khuếch đại cộng điện áp

3.1 Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thiết

Cac cai dat

Đầu tiên ta cấp nguồn nuôi 12V cho Opamp, đối chiếu sơ đồ mạch lý thuyết với các giá trị điện trở trong bảng 8.2.2 - Danh

11

sách linh kiện trên Module: OP-AMP Circuits trong tài liệu hướng dẫn và tiến hành nối mạch sao cho phù hợp

Khảo sát đặc tuyến quan hệ giữa V⁄ạ và V; ở chế độ 1 chiều với cài đặt quét 1 chiều đối với nguồn V; như sau: chế độ quét tuyến tính, —3030 V ,step = 0.001 Từ đồ thị ta ghi nhận: V„= min

7.2V,16.2V = 7.2V, Vsat =10.47V, Vsae =—10.47V, slope =—]1

Khảo sát đặc tuyến quan hệ giữa V, va V; 6 ché dé transient phân tích quá độ trong miền thời gian với stoptime = 2ms ;

nguồn V; ở chế độ xoay chiều tần số 1kHz, biên độ phân tích 2

trường hợp: biên độ Vị V„ (kết quả dạng sóng V, bi xén) và biên

Đồ thị dạng sóng V, và V› ở chế độ xoay chiều với Vị = 7V(không xén)

4 Mach khuếch đại trừ điện áp

4.1 Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thiết

4.2 So d6 mach thi nghiém trén LTSpice, cac cai dat va két qua

Cac cai dat

Đầu tiên ta cấp nguồn nuôi 12V cho Opamp, đối chiếu sơ đồ mạch lý thuyết với các giá trị điện trở trong bảng 8.2.2 - Danh

sách linh kiện trên Module: OP-AMP Circuits

trong tài liệu hướng dẫn và tiến hành nối mạch sao cho phù hợp Khảo sát đặc tuyến quan hệ giữa 1⁄4 và V; ở chế độ 1 chiều với cài đặt quét 1 chiều đối với nguồn V¡ như sau: chế độ quét tuyến tính, —3030 V ,step = 0.001 Từ đồ thị ta ghi nhận: V„=

min7,14.4 = 7V, V4! =10.5V, V:¿- =—10.5V, slope =1

Khảo sát đặc tuyến quan hệ giữa 1⁄2 và Vị ở chế độ transient phân tích quá độ trong miền thời gian với stoptime =2ms ; nguồn

15

V: ở chế độ xoay chiều tần số 1kHz, biên độ phân tích 2 trường

hợp: biên độ Vì V„ (kết quả dạng sóng 1⁄2 bị xén) và biên độ Vì V„ (kết quả dạng sóng V‹ không bị xén)

5 Mạch so sánh

5,1 Sơ đồ thí nghiệm, công thức

17

Mach Op-amp có cực đảo nối với dién thé so sanh Vref ,

cực thuận nối với điện thé chuẩn Vi Với giá trị rất lớn

của hệ số khuếch đại, mạch khuếch dai op-amp cho tin

hiệu ra VO ở các mức giá trị :

+ Khi Vi < Vref thi VO = +12(LT)

+ Khi Vi > Vref thi VO = —12

5.2 Sơ đồ thí nghiệm và kết quả đo

18

Transient AC Analysis DC sweep Noise DC Transfer DC op pnt

Compute the DC operating point of a circuit while stepping independent sources and treating

capacitances as open circuits and inductances as short circuits

1stSouree 2ndSource 3rd Source

Phân tích trong miền thời gian với Vi là hàm sóng sin có biên độ 4V:

6 Mach Smitt Trigger

6.1 Sơ đồ thí nghiệm và công thức

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

Lý thuyết : V† không là hằng số mà dao động trong khoảng (VTL, VTH)

22

Áp dụng KCL cho nút giao giữa Rg va Rf:

Khi Vin nhỏ hơn V':

Ngõ vào sóng sin với biên độ 6V và tần số 1000Hz

Thời gian khảo sát 2ms

24

[ Edit Simulation Command x

Transieni DC Transfer DC op pnt hore)

Sự 2m 2 T4+ Tau1 T42Tau2) Streit sige!

PwLit 4 @ v2

|

0 1k

V.=10.46

6.3 Nhan xét:

Mạch hoạt động đúng với nguyên lý hoạt động nhưng sai số

thì có thể coi là lớn so với lý thuyết

26

Ta thấy, mạch gồm 2 phần như sau: phần đầu tiên là một

mạch so sánh có trễ Schmit Trigger với cực 0 nối với cực trừ của OP-AMP, có điện trở hồi tiếp Rz, để tạo thành sóng vuông ở ngõ

ra Vor, phần thứ hai là một mạch tích phân với cục 0 nối với cực dương của OP-AMP, điện trở R nối tiếp với Vạ:, tụ C hồi tiếp từ ngõ

ra Voz, NGO ra Voz hdi tiép đến điện trở R; để tạo ra một sóng tam giác ở ngõ ra V⁄:

Ta có các dạng đồ thị mối quan hệ giữa Vsq, Vtr Dạng sóng ngõ ra

Vou, Vo2

27

7.2 So d6 thi nghiém va két qua do

V6i Rr =68k, R=10k , C=0.22F ta cd mach m6 phong trén LTSpice nhu Sau :

Ta mô phỏng mạch 6 ché do qua dé Transient, stop time =

5ms, thu được kết quả như sau :

Thực hiện đo đạc, ta thu được kết quả :

30

Diff (Cursor2 - Cursor1)

Horz| 689.56193us Vert| 20.770589V

Ta thây

Với Rr=22k, R=5.6k, C=0.22F ta có mạch mô phỏng trên

LTSpice như sau :

31

Ta mô phỏng mạch ở chế độ qua dé Transient, stop time =

5ms, thu được kết quả như sau :

Thực hiện đo đạc, ta thu được kết quả như sau :

32

Cursor 1

Cursor 2 Cursor 2

Diff (Cursor2 - Cursor1) Diff (Cursor2 - Cursor1)

Ta thấy

7.3 Nhận xét

Với R:=68k, R=10k, C=0.22F, ta có sai số giữa kết quả tính

toán và phép đo là khoảng 4.86% Với R;=22k, R=5.6k,

C=0.22F, ta có sai số giữa kết quả tính toán và phép đo là

khoảng 8.74% Vậy các giá trị đều nằm trong khoảng cho phép, các sai số là do có sự thay đổi giá trị các linh kiện trong phần

mềm mô phỏng khác đi so với giá trị lý thuyết Mạch được kiểm

chứng đúng

33

III Kết luận chung

Các mạch OP-AMP cần khảo sát đều hoạt động đúng với lý thuyết đưa ra

Các mạch OP-AMP thường được sử dụng để xây dựng thành nhiều loại mạch phức tạp

hơn tùy theo ứng dụng của nó

Trong thực tế, các mạch OP-AMP này được sử dụng khá rộng rãi đúng với tên gọi của từng mạch như: khuếch đại tín hiệu, điều chỉnh điện áp,

bộ so sánh trong các thiết bị dân dụng và công nghiệp

34