Báo cáo thí nghiệm môn thí nghiệm mạch Điện tử bài 3 kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp

- So sánh thực nghiệm và ly thuyết các mạch độ lợi áp, dạng sóng nøổ ra: mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch khuếch đại cộng, điện áp, mạch khuếch đại trừ điện ap, mach

DAI HOC QUOC GIA THANH PHO HO CHI MINH TRUONG DAI HOC BACH KHOA

BK

TP.HCM

BAO CAO THI NGHIEM

MÔN: THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ Bài 3: Kiểm chứng các mạch ứng dụng dung Op-Amp Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phước Bảo Duy

Lop: L01

Họ và tên : Nguyễn Minh Tiến

MSSV : 2114990

TP HO CHi MINH, THANG 4 NAM 2023

L Mục tiêu thí nghiệm

Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op-Amp:

- Hiểu được nguyên lý hoạt động, cấu trúc và chức năng của từng mạch Op- Amp khác nhau

- Biết cách lắp mạch trên module để được các mạch cần kiểm chứng, phân biệt cực đảo, không đảo để tránh nhằm lẫn Ngoài ra còn đảm bảo mạch được cấp nguồn DC

- Biết cách sử dụng máy phát sóng, đao động ký 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 ký, điều chỉnh hợp

ly dé quan sat thuận tiện rồi vẽ lại dạng sóng

- So sánh thực nghiệm và ly thuyết các mạch( độ lợi áp, dạng sóng nøổ ra): mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch khuếch đại cộng, điện áp, mạch khuếch đại trừ điện ap, mach so sanh, mach Schmitt Trigger, mạch tạo sóng vuông vả sóng tam giác, rồi đưa ra nhận xét, kết luận

Il Các giả thuyết cần kiếm chứng

1) Với các mạch khuếch đại:

© Mạch khuếch đại đảo

Ry

———+x`——

-

AW

-12V Hinh 2.1: M ah khuéach dai dao

- 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 công đảo (V-), tại công

ra tín hiệu hồi tiếp thông qua điện trở RF về công đảo Cổng không đảo (V+) được nối đất

- Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các gia tri 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

- Néu Ri=RF, mach tao tang dao lặp lại điện áp

TT TA

- Áp dung KCL tai nut: RK, Re Vi OR,

- Trong do RL dong vai trò là trở hồi tiếp âm, khi RL tăng thì AV tăng

® - Mạch khuếch đại không đáo

+12V

—® Vo

Hình 2.2:M_ ạh khuâêêch đại không đảo

- Chức năng: khuếch đại điện áp ngõ vào

-_ Tín hiệu vào kết nối với công không đảo Công đảo nối với đầu ra qua điện trở RF và tiếp đất qua điện trở Ri

- Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị RI, RE Vì tích chất khuếch đại nên ta cần lưu ý chọn linh kiện có RF > 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 nøõ vào, tông trở vào lớn, tổng trở ngõ ra nhỏ

- RL dong vai tro là trở hồi tiếp âm dùng đề tăng độ loi AV

x Vibe, Voy Re oy

Re Re V i i

- Ap dung KCL tai nut:

« Mach khuéch dai cộng điện áp

Hình 2.3: M_ ah khuêêch 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) nỗi với một hai nhiều điện áp ngõ vào

- Áp dụng KCL cho nút tại cổng đảo :

-R

—p _ Ứạ =——W)*Ứ;)

Ta có lạ —R¿ =Ñ nên R,

° Mach khuéch dai triv dién ap

Hình 2.4: M_ ạh khuêêch đại trừ điện áp

- Chức năng: mạch khuếch đại theo thuật toán trừ.38

- Mach khuéch dai Op-amp với cửa đảo được nỗi với điện trở hồi tiếp RE, tính hiệu ngõ vào V2 qua điện trở Ri2 Cửa không đảo được mắc với điện tro RF song song với tín hiệu ngõ vào VI qua điện trở R11

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

- Taco:

R Rr.Vạ+R;+.V,

Re

Ta có Rị = Ro = Rị => Ứọạ = = (V, - V2)

t

2) Với các mạch so sanh va tao song:

© Mach so sanh

Hình 2.5: Mạch so sánh

- Mạch Op-amp có cực đảo nối với điện thế so sánh Vref „ cực thuận nỗi với điện thế chuẩn Vi

- Voi gia tri rất lớn của hệ số khuếch đại, mạch khuếch đại op-amp cho tín hiệu ra VŨ ở các mức 214 trỊ :

+ Khi VI < Vref thi V0 = +VSat = 10V

+ Khi VI > Vref thi V0 =—VSat =—-10V

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

- Khi v2 > vI, v0 dần về vH (+vsat)

- Khi v2 < vI, v0 dần về vL (-vsat).

“Ol

r—@® Vo

Hinh 2.6: Mach Schimitt Trigger

- Mach so sánh có hai biên so sánh và vùng đệm gitr VTH va VTL

- Mạch khuếch đại Op-amp, cực đảo nỗi với tín hiệu ng6 vao so sánh VI, cực không đảo nối với tín hiệu ngõ ra với điện trở hồi tiếp RF song song với dién tro RG

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

Vv

“Verb

| | | | output t(s)

0|

input

ee ee output

» t(S) 0|

© Mach tạo sóng vuông và sống tam giác

|

VYyY |

AA

® V.ạ;

-I2V

Hinh2.7: Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

+ Mạch 1 : Mach Schmitt Trigger mức điện áp Vs- = 0 ở cực đảo, điện áp ngd vào là điện áp ra Vol của mạch 2 mắc vào cực thuận có hồi tiếp Re qua điện trở

Ri sao cho ngõ ra Vol bị méo dạng thành xung vuông

+ Mạch 2 : Mạch tích phân (ng6 ra 1a hàm tích phân ngõ vào) với cực không đảo nối đất, cực đảo với tín hiệu vào là điện áp ra Vol 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

Vạa=— = i Vor dt ; 7=RC là hằng số thời gian

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

- Cho V¡ vào CHI, V¿ vào CH2 của dao động ký, quan sát các dang song, tinh

độ lợi áp và so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết

- Chọn Rp =22kQ, 68kQ hoặc Ry =22kQ,12kQ va cac R,=12kQ

- Chọn Vi để Vo không bị méo dạng ( dựa vào điện áp ngưỡng ngõ ra):

+ Mạch khuếch đại dao: Ẩ+ =22#9.68k9

+ Mạch khuếch đại không dao: &r =22492, 6848

+ Mạch khuếch đại cộng điện áp: Rp =22k2, 12k

+ Mạch khuếch đại trừ điện áp: Be 22 S212 482

- Doc 214 tri bién độ peak-peak của tín hiệu ngõ vào và ngõ ra trên dao động

ký và điền kết quả thu được vào bảng số liệu

2) Với các mạch so sanh va tao song

- Lắp mạch theo các sơ đồ mạch điện trên module

- Cấp nguồn DC cho các Op- amp : ~+12V và -12V

- Chọn Â: =22#9.12#O và các Ñ, =I2Q

- Cho V¡ vào CHI, V¿ vào CH2 của dao động ký, quan sát các dang song, tinh

độ lợi áp và so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết

- Chọn Vi thích hợp:

+ Mạch so sánh: Chọn giá trị Prep =F Chọn biên đọn Vi lần lượt lớn hơn Vref và nhỏ hơn Vref để được 2 dạng sóng ngõ khác nhau + Mach Schimitt Trigger: Chon Ry =22 kQ12 kQ

+ Mach tạo sóng vuông và song tam pidc: chon

(R,, R,C) =(68k,10k, 0.047 uF), (22k, 5.6k,0.22 uF)

IV Cac két qua thi nghiém

1) Mach khuéch dao dao

(Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R/=22)

ị

'

(Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp Rf=68k)

2) Mạch khuếch đại không đảo

m2) Peak-Peak

Apr 12, 2023, 06:55

(Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R/=22)

Apr 12, 2023, 0656

(Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp Rf=68k)

3) Mạch khuếch đại cộng điện áp

(Dạng sóng ngõ vao/ra truéng hop Rf=12k)

(Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R/=22)

4) Mạch khuếch đại trừ điện áp

(Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R/=22)

5) Mạch so sánh

Vv

(Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp Vi lon hon Vref)

(Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp Vi nho hon Vref)

6) Mach Schmitt Trigger

M Pos: -400.0ns

(Dạng sóng ngõ vao/ra truong hop Rf=12k)

7) Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

(R, R.C) =(68k, 10k, 0.047 uF )

(R, RC) =(22k, 5.6k,0.22uF )

V Phân tích so sánh và kết luận

1) Mạch khuếch đại đảo

Theo lý thuyết

Vậy kết quả dạng sóng V¡,V, khảo sát giống với lý thuyết, sai số rất nhỏ do Op-amp hoạt động tốt

2)_ Mạch khuếch đại không đảo

Theo lý thuyết :

Vậy kết quả dạng sóng V¡,V„ khảo sát giống với lý thuyết, sai số rất nhỏ do Op- amp hoạt động tốt

3) Mach khuếch đại cộng điện áp

Theo lý thuyết:

Với ,„ (song sin),:

- V, c6 bién dé , dao déng tai vi tri can bang -5V, nguoc pha Vii

- Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

Với ,„ (song sin),:

-V, có biên độ , đao động tại vị tri cân bằng -5V, ngược pha Vị;

- Kết quả khảo sát gần giống với lý thuyết, sai lệch do sai số thiết bị đo

4) Mach khuếch đại trừ điện áp

Theo lý thuyết:

Với ,„ (song sin),:

- Vẹ có biên độ , đao động tại vị trí cân bằng -5V, cùng pha Vịị

- Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

Với ,„ (song sin),:

-V, có biên độ , đao động tại vị tri cân bằng -5V, ngược pha Vị;

- Kết quả khảo sát gần giống với lý thuyết, sai lệch do sai số thiết bị đo 5) Mach so sánh

Theo lý thuyết: Khi thì (mức điện áp thấp), khi thì (mức điện áp cao) Chọn

: Khi thì =-12, thì = +12

- Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

: Biên độ nên = +12

- Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

6) Mach Schimitt Trigger

Theo lý thuyết:

Khi (bão hòa âm)

Khi (bão hòa dương)

Cả 2 lần đo:

Khi

Khi

- Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

Khi

Khi

- Kết quả đo có sai lệch so với lý thuyết, nguyên nhân do sai số dụng cụ đo

là, nhằm lẫn khi đọc các giá trị trên máy phát sóng, cursor của biên độ và của thời gian không thể hiện thị củng lúc để đọc chính xác các giá trị Vrn, Vụ

7) Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

Với,

Theo lý thuyết

- Vậy kết quả khảo sát sai lệch với lý thuyết so tín hiệu qua các Op-amp bị delay thoi gian và quá trình nạp xả của tụ điện không đồng đều