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

Mạch khuếch đại không đảo non inverting amplifier: Chííc năng: khuếch đại điện áp ngõ vào Tín hiệu vào kết nối với cổng không đảo.. - Mach khuếch đại đảo với cíía đảo V; nối với nhiều đi

DAI HOC QUOC GIA THANH PHO HO CHi MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

KHOA DIEN- DIEN TU

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Phương

IL Mục tiêu thí nghiệm:

- _ Bài thí nghiệm giúp các bạn kiểm chng nguyên lý hoạt động và các thông số cơ bản của các mạch Op-Amp thông dụng bao gồm 2 nhóm mạch: mạch khuếch đại và mạch so sánh Hiểu rõ công dung va chfic năng cũng như nguyên lý hoạt động của các mạch, góp phần trong việc hiểu chính xác các cách tính toán lý thuyết cũng như vận dụng chúng vào các mạch thực tiễn và đưa vào trình độ chuyên môn nghề nghiệp sau này

- - Những số liệu sai lệch khi tính toán lý thuyết và đo được trên thực tế đã đưa ra nhiều câu hỏi giúp các thành viên trong nhóm tìm hiểu và hiểu thêm hơn về sự sai số trong môi trường thực tế, từ đó đưa ra hướng khác phục và giải quyết chung cũng như để lại nhiều kinh nghiệm quý báo cho những lần báo cáo sắp tới

- Trong quá trình thí nghiệm, bài thí nghiệm đã giúp các bạn hiểu và thành thạo các thao tác trong việc sfí dụng các thiết bị đo trong phòng thí nghiệm ( hộp thí nghiệm chính,máy đo

đa năng Fluke, máy dao động ký ) cũng như trong thao tác thực hiện lắp mạch và thực hiện đo đạc để lấy số liệu cần thiết

II — Các lý thuyết phải kiém chfing

Xét mạch Op-amp lý tưởng có : R„ụ= , Rạu=0, A¿a= ,V+†=v-,it=i-

1 Mach khuéch dai dao ( inverting amplifier):

Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị R¡ , Rz, nên ta lưu ý trong quá trình chọn linh kiện lắp mạch, vì tính chất là mạch khuếch đại nên R:>=R;

Điện áp ngõ ra ngược pha với điện áp ngõ vào

Nếu R¡ = Re, mạch tạo tầng đảo lặp lại điện áp

Áp dụng KCL tại nút : =Av

Trong đó R¿ đóng vai trò là trở hồi tiếp âm, khi R¿ tăng thì A y tăng

Mạch khuếch đại không đảo (non inverting amplifier):

Chííc năng: khuếch đại điện áp ngõ vào

Tín hiệu vào kết nối với cổng không đảo Cống đảo nối với đầu ra qua điện trở Re va tiép

Néu Rg = 0 => Ay=1 , mach ding làm bộ đệm, áp giữ nguyên giá trị ngõ vào, tổng trở vào lớn, tổng trở ngõ ra nhỏ

Ri, đóng vai trò là trở hồi tiếp âm dùng để tăng độ lợi Av

Ap dung KCL tại nút : =Av.

3 Mach khuéch dai céng dién 4p (summing amplifier):

- Chfic nang khuếch đại thuật toán cộng

- Mach khuếch đại đảo với cíía đảo V; nối với nhiều điện áp ngõ vào thông qua các điện trở

- 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 :

- Mach khuéch đại Op-amp với cña đảo được nối với điện trở hồi tiếp Ry, tín hiệu ngõ vào V¿ qua điện trở R„ Cfía không đảo được mắc với điện trở Rz song song với tín hiệu ngõ vào Vị qua điện trở Rịi

- Mạch khuếch đại có tín hiệu ngõ ra bằng hiệu các tín hiệu ngõ vào

+ Khi Vị < V„: thì (thực tế nhóm đo được)

+ Khi Vị > V„¿ thì (thực tế nhóm do được)

- — Mạch tạo sóng vuông ở ngõ ra (có độ dốc nhỏ)

Khi vo>vi, Vo dan vé vy (+Vea) Khi vo<vi, Vo dan vé vi (-Vsa)

¢ 6 Mach Schmitt Trigger (mach so sanh c6é phản hồi):

Mạch so sánh có hai biên so sánh và vùng đệm git? Vr va Vr

Mạch khuếch đại Op-amp, cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh Vị , cực không đảo nối với tín hiệu ngõ ra với điện trở hồi tiếp Rz song song với điện trở Re

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

Lý thuyết : không là hằng số mà dao động trong khoáng (Ym Ym) :

« Nhận xét:

« 7, Mach tao sóng vuông và sóng tam giác:

Mạch gồm 2 bộ Op-amp mắc nối tiếp :

+ 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 Va¡ 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

© + T=RC

RG là hằng số thời gian

,

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

1 Lựa chọn các dữ kiện đầu vào

a Mạch khuếch đại đảo

- Dé mach dat khuéch dai, chon hai gid tri Rp > 12kQ

Chon Re = 22kQ

Chon Rg = 68kQ =>

Chon Rg = 12k => =

b Mạch khuếch đại không đảo

- Dé mach khuếch đại và không bị méo :

Chon Re = 12kQ

Chon Rg = 22kQ => =

Chon Rg = 68k92 => =

c Mạch khuếch đại cộng điện áp

Hệ số khuếch đại : Ay = , tín hiệu ngõ vào điều hòa với A là biên độ tín hiệu ngõ vào đo được trên máy dao động ký

- Chon Rg = 12kQ , nguén DC V2 = 5V

- Chon Re = 22kQ, nguén DC V2 = 5V

d Mạch khuếch đại trừ điện áp

Hệ số khuếch đại : Av = , tín hiệu ngõ vào điều hòa với A là biên độ tín hiệu ngõ vào đo được trên máy dao động ký

- Chon Rg = 12kO, nguồn DC V› = 5V

10

- Chon Re = 22kQ, nguén DC V2 = 5V

e Mach so sanh

Chọn V„; = 5V và Vị có biên độ lớn lớn hơn 5V để có ngõ ra là sóng vuông

f Mach Schmitt Trigger

- Chọn un 7 10K, G = 0.047UF ae Giau chỉnh hằng số thời gian

- Mach Schmitt Trigger : thực hiện mạch tương tự mục (Ð để tín hiệu ngõ ra méo dạng thành xung vuông

với Rr = 22k@ => Vọoa = - Voi

với Rz = 68k@ => Voa= - Voi= -Vớn

« 2, Phương pháp đo đạc các đại lượng

+ Với các mạch khuếch đại : Lắp mạch theo các module sau, các thông số mạch được chọn như mục 1, chỉnh biên độ tín hiệu vào sao cho ngõ ra không bị méo

a Mach khuếch đại đảo

11

b Mạch khuếch đại không đảo

d Mach khuéch dai triv dién ap

+ v Với các mạch so sánh và tạo sóng: Chỉnh biên độ tín hiệu vào và lựa chọn các thông số

như trình bày ở mục 1 sao cho ngõ ra xuất hiện dạng sóng vuông hoặc sóng tam giác

e Mạch so sánh

- - Chỉnh tín hiệu ngõ vào ở dạng xung tam giác

- — Chọn Vạr = 5V và Vi có biên độ lớn lớn hơn 5V để có ngõ ra là sóng vuông

- Quan sát dạng ngõ ra của tín hiệu và so sánh với dạng ngõ vào

14

[Module: GP-AMP Circuits] +wcc

f Mach Schmitt Trigger

- Chinh tin hiéu ng6 vào trong vùng dao động để mạch triệt tiêu tín hiệu nhiễu

- Quan sat dạng sóng ngõ ra Vo và so sánh với dạng sóng ngõ vào

15

ø Mạch tạo sóng vuông, sóng tam giác

Quan sát dạng sóng Vo¡ và Voa với Vo¡ là xung vuông và Vo› là xung tam giác

IV Cac két qua thi nghiém:

1 Mach khuéch dai dao:

Thực hiện mạch như sơ đồ di day trén Chon Rr = Ry = 68kQ Cap nguén +12V va -12V cho mach

Chỉnh tín hiệu nhỏ: Quan sát dang tín hiệu ngõ ra trên dao động kí, tang biên độ tín hiệu ngõ vào đến khi thấy tín hiệu ngõ ra bị méo dạng Giảm biên độ tín hiệu ngõ vào đến khi không còn thấy méo dạng ở tín hiệu ngõ ra nữa

Đọc giá trị biên độ đỉnh — đỉnh của tín hiệu ngõ vào và ngõ ra trên dao động ky và điền kết qua thu được vào bảng số liệu Thực hiện các thao tác tương tự khi thay đổi khi Ry = R; = 22kQ,

18

+Dạng tín hiệu vào/ ra thu được với Rz = 22kQ

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

2 Mạch khuếch đại không đảo

Thực hiện mạch nhw so đồ ởi dây trén Chon Re = Rs = 68kQ Cap nguồn +12V và -12V cho mạch

Chỉnh tín hiệu nhỏ: Quan sát dạng tín hiệu ngõ ra trên dao động kí, tăng biên độ tín hiệu ngõ vào đến khi thấy tín hiệu ngõ ra bị méo dạng Giảm biên độ tín hiệu ngõ vào đến khi không còn thấy méo dạng ở tín hiệu ngõ ra nữa

Đọc giá trị biên độ đỉnh — đỉnh của tín hiệu ngõ vào và ngõ ra trên dao động ky và điền kết qua thu được vào bảng số liệu Thực hiện các thao tác tương tự khi thay đổi khi Ry = R; = 22kQ

3V S49V |2.833V

19

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

3 Mạch khuếch đại cộng điện áp

Thực hiện mạch như sơ đồ ởi dây trên Chọn R; = Rs = 12kQ Cấp nguồn +12V và -12V cho mạch Chọn V› = 5V

Chỉnh tín hiệu nhỏ: Quan sát dạng tín hiệu ngõ ra trên dao động kí, tang biên độ tín hiệu ngõ vào đến khi thấy tín hiệu ngõ ra bị méo dạng Giảm biên độ tín hiệu ngõ vào đến khi không

20

còn thấy méo dạng ở tín hiệu ngõ ra nữa

Đọc giá trị biên độ đỉnh — đỉnh của tín hiệu ngõ vào và ngõ ra trên dao động ky và điền kết qua thu được vào bảng số liệu Thực hiện các thao tác tương tự khi thay đổi khi Rz = R; = 22kQ

22

+ Nhận xét: Dạng sóng ngõ vào và ngõ ra ngược pha nhau nhưng luôn cách nhau một khoảng cố định khi đo máy ở chế độ DC, nghiệm được sự đúng đắn của phép toán từ lý thuyết, lệch trục chính của nhau một khoảng 5V(=V2)

4 Mach khuếch đại trừ điện áp

Thực hiện mạch như sơ đồ đi dây trên Chọn R; = R¿ = 12kQ Cấp nguồn +12V và -12V cho mạch Chọn V› = 5V

Chỉnh tín hiệu nhỏ: Quan sát dạng tín hiệu ngõ ra trên dao động kí, tang biên độ tín hiệu ngõ vào đến khi thấy tín hiệu ngõ ra bị méo dạng Giảm biên độ tín hiệu ngõ vào đến khi không còn thấy méo dạng ở tín hiệu ngõ ra nữa

Đọc giá trị biên độ đỉnh — đỉnh của tín hiệu ngõ vào và ngõ ra trên dao động ky và điền kết qua thu được vào bảng số liệu Thực hiện các thao tác tương tự khi thay đổi khi Ry = R; =

Rr=Ry=12kQ 5 5coswt-5(V) 1 1 1sinwt-5(V) 1

Rr=Ru=22kN | 5 9.17coswt-9.17(V) 1.834 1 1.833sinwt-9.17(V) | 1.833

+Dạng tín hiệu ngõ vào/ ra thu được với Re = 12kQ

23

LÍ CES See

+ Nhận xét : Dạng sóng ngõ vào và ngõ ra ngược pha nhau nhưng luôn cách nhau một khoảng cố định khi đo máy ở chế độ DC, nghiệm được tính đúng đắn từ phép toán lý thuyết, lệch nhau 5V(=V2)

Quan sát dạng tín hiệu ngõ ra trên dao động ký Dạng tín hiệu ngõ ra thu được như sau:

+Dạng sóng ngõ vào/ ra thu được với Vr >5:

24

+Dạng sóng ngõ vào/ ra thu được với V„r <5:

6 Mach Schmitt Trigger

Thực hiện mạch như sơ đồ di day trén Chon Re = R7

-12V cho mạch Điều chỉnh dạng tín hiệu vào là sóng sin,

26

+ Nhận xét : tinh toan ly thuyét ta cé Vsat cua Vo = 12V nhưng khi đo ta chỉ có

Vsat=10V Nguyên nhân sai số có thể đến từ sai số phép đo, dẫn đến sai số của hai biên

so sánh Vạn và Vrạị, Dạng sóng ngõ ra là sóng vuông

7 Mach tao xung vuông và xung tam giác

Thực hiện mạch như sơ đồ đi dây trên Cấp nguồn +12V và -12V cho mạch

Quan sát dao động ký, đọc giá trị biên độ đỉnh — đỉnh của tín hiệu vai, vo; và chủ kỳ của nó Chon Re = Ro = 68kQ, R = Ru = 10 kQ, C=C) =0.047uF Kết quả thu được như

sau:

Dạng tín hiệu ngé ra khi sff dung Rr = 68kQ, R = Ri = 10 kQ, C = Ci = 0.0.047HE

* Nhận xét : mạch tạo ra đúng sóng vuông và sóng tam giác đúng theo lý thuyết từ hai loại

opamps tích phần và so sánh

27