Giáo trình thực hành IC tuyến tính

Giáo trình thực hành IC tuyến tính

THIẾT BỊ CHÍNH CHO CÁC BÀI THỰC HA ØNH

I Thiết bị chính bao gồm các chức năng

• Nguồn DC ±10V, ±15V

• Các biến trở

• Các mô hình mạch chưa hoàn chỉnh

• Khối tạo xung

II Đặc trưng và chức năng của thiết bị

• Nguồn DC: được dùng để làm nguồn cấp cho mạch hoạt động, hoặc nó có thể kết hợp với biến trở làm nguồn DC thay đổi

• Biến trở: được sử dụng trong mạch hoặc dùng làm nguồn DC thay đổi

• Các mô hình mạch chưa hoàn chỉnh được vẽ sẳn trên thiết bị chính để cho SV hoàn thiện mạch

• Khối tạo xung phục vụ cho bài ADC, mạch vi /tích phân

III Yêu cầu SV

Sinh viên tham gia thực hành phải có đầy đủ dụng cụ phục vụ bài thực hành đó Sinh viên được chia làm nhiều nhóm, mỗi nhóm từ 3
4 người Mỗi nhóm phải viết vào 1 tờ báo cáo kết quả và cuối giờ nộp lại cho GVHD

BÀI 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI DÙNG BJT

I/ Thiết bị sử dụng:

- Modul chính

- Dây nối (đồng)

II/ Mạch khuếch đại vi sai đơn giản:

* Giả sử cả hai tín hiệu ngõ vào Vin1 và Vin2 nối đất(Vin1=Vin2=0V), dòng điện IB

và IC đều qua transistor Giả định cả hai transistor đều giống nhau có Vγγγγ = 0 6V,

V

10

4

ββββ IE1=0.71mA Điện áp ngõ ra:

VO1=VO2=VB-IC1.R1=15-7.1=7.9V

0V 0V

0V R3

Q2

Vo2 Ib

R2

Ib

- 15V V

Ie

* Giả sử trong hai tín hiệu ngõ vào có: Vin1=0V, Vin2=0.1V Trong hai trasnsistor sẽ có 1 tắt và 1 dẫn (Sinh viên tự tìm hiểu ) Kết quả T1 tắt, T2 dẫn

Khi T1 tắt sẽ không có hoặc dòng điện rĩ qua T1 Lúc đó VO1≅VB còn VO2 sẽ giảm vì lúc này IC2=IE3

b Anh chị hãy vẽ đồ thị VO1=f1(Vin1) và VO2=f2(Vin2)

c Nhận xét đồ thị và giải thích?

VB= +15V

0V 10K

2/ Cho mạch như hình trên nhưng nối Vin1 và Vin2 với nhau và nối trực tiếp vào biến trở Dùng VOM đo VO1 và VO2 và ghi vào bảng kết quả:

b Anh chị hãy vẽ đồ thị VO1=f1(Vin1) và VO2=f2(Vin2)

c Nhận xét đồ thị và giải thích?

V O1 , V O2 (V)

V in

V O1 , V O2 (V)

V in

III Mạch khuếch đại vi sai nguồn dòng không đổi:

Cũng giống như mạch khuếch đại vi sai đơn giản nhưng mạch khuếch đại vi sai nguồn dòng không đổi có một khối tạo nguồn dòng không đổi Hình trên cho thấy khối nét đứt tạo ra dòng không đổi Iin

Do dòng điện qua cực B của Q3 nhỏ không đáng kể nên dòng điện I chảy từ nguồn +10V qua R3, R4 xuống nguồn –15 là:

V

E − − =1.7

Iin=

1 +

R2

1

2 VB= +15V

Q3 10K

R5 10K

R4 1K

1 Ráp mạch như hình trên Đo V02 và ghi vào bảng kết quả:

Vo2(V)

a Nhận xét kết quả đo được với lý thuyết

b Vẽ đồ thị Vo2=f(Vin)

2 Giả sử mạch trên cho Vin2=0V Chỉnh biến trở để thay đổi Vin1 Đo VO2 và ghi vào bảng kết quả:

Vo2(V)

a Nhận xét kết qủa đo được

b Vẽ đồ thị VO2=f(Vin1)

R5 10K

BÀI 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO- MẠCH KHUẾCH ĐẠI

KHÔNG ĐẢO

I/ Thiết bị sử dụng:

- Modul chính

- Dây nối (đồng)

II/ Sơ lược về IC 741:

1k R1

R9 39k

IC 741 có 8 chân Trong có ta quan tâm các chân:

• Chân 2: ngõ vào đảo

• Chân 3: ngõ vào không đảo

• Chân 6: ngõ ra

• Chân 4: chân cấp nguồn âm –Vcc

• Chân 7: chân cấp nguồn dương +Vcc

b Nhận xét đồ thị và giải thích

c Tại sao với Vin cố định, Av tăng thì Vo tăng đến 1 giá trị xác định

.

Vout

+V_-V=0 Vin

III/ Mạch khuếch đại không đảo

Ta có: V+=V-=Vin

RoR

VoR

V

in in

a Từ bảng kết quả vẽ đồ thị Vo=f(Ro)

b Tính Vo theo công thức lý thuyết Từ đó so sánh với kết quả đo được Nhận xét

2 Ráp mạch như trên nhưng biến trở là R1 Vin=-5V, R2=Rin=Ro Đo Vo và ghi vào bảng kết quả:

Vo(V)

Av

a Từ bảng kết quả vẽ đồ thị Vo=f(R1)

b Nhận xét đồ thị

3 Thiết kế mạch khuếch đại Vo=5Vin

BÀI 3: MẠCH CỘNG-MẠCH TRỪ

I/ Thiết bị sử dụng:

- Modul chính

- Dây nối (đồng)

II/ Mạch Cộng:

Vout 10k

in in

o ín in

o

VR

RVRR

Mạch trên là mạch cộng đảo Nếu ta nối mạch trên với mạch đảo ta được mạch cộng

10k +10V

in in

o ín in

o

VR

RV

RR

1

2

RR

Một dạng khác nữa của mạch cộng chỉ dùng một Op-amp:

Vin1

10k 10k

10k +10V

a Từ bảng kết quả vẽ Vo=f(Vin1) trong các trường hợp

b Kiểm chứng lại với kết quả lý thuyết

2 Cho hình vẽ:

20k 10k

a Từ bảng kết quả vẽ VO=f(Vin1) trong các trường hợp

b Kiểm chứng lại với kết quả lý thuyết

3 Thiết kế mạch cộng VO=2Vin1+3Vin2

4 Thiết kế mạch cộng VO=Vin1+2Vin2+3Vin3

Vout=Vin1 + −

2 3

1

3

in in

RRoRR

R

Vin2

2 in

R Ro

1/ Thiết kế mạch trừ Vout=Vin1-2Vin2

2/ Ráp mạch vừa thiết kế được Cho Vin1 và Vin2 thay đổi được đo Vout và ghi vào bảng giá trị:

a Từ kết quả thực nghiệm, hãy kiểm chứng lại mạch vừa thiết kế

b Vẽ đồ thị Vout=f(Vin1) trong các trường hợp

c Nhận xét đồ thị

3/ Thiết kế mạch trừ Vout=2Vin1-(Vin2+Vin3)

BÀI 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI DÙNG OP-AMP

MẠCH BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP/ DÒNG ĐIỆN

I Thiết bị sử dụng:

- Modul chính

- Dây nối (đồng)

- Dao động ký

II Mạch khuếch đại vi sai dùng Op-amp:

Ro Rin Rin Ro

Vin1 -10V

1 Ráp mạch như hình trên Cho Vin=Vin1=Vin2 thay đổi Đo Vo và ghi vào bảng giá trị:

Vẽ Vo=f(Vin1) trong các trường hợp

III Mạch chuyển đổi điện áp và dòng điện:

V0 V0.VL

Ta có:

in

L in O

L O in R

L

R

VVR

VVI

1

in

L O in

L in in

R

VVR

VV

L in L

R

VVR

VV

L

R

VV

Bảng ghi IL bằng cách lấy VLchia cho RL

Nhận xét về giá trị VL(V) đo được

2 Tìm điện trở tải lớn nhất có thể chịu đựng với Vin1=3V và Vin2=1V

Rin

100K

10K Out

Iin 2

R0

10K

R0 Rin

BÀI 5: MẠCH SO SÁNH- MẠCH SCHMITT TRIGER

I/ Thiết bị sử dụng:

- Modul chính

- Dây nối (đồng)

- Dao động ký

II/ Mạch So Sánh:

Nhắc lại: Mạch không có hồi tiếp âm

V+>V- : mạch bão hòa dương Vo=Vsat+

V+<V-: mạch bão hỏa âm Vo=Vsat-

Vsat+≤+Vcc; Vsat-≥-Vcc(+Vcc,-Vcc là nguồn cấp cho opamp)

(Av*( V+-V-)=14, trong đó Av=200.000)

a Nêu cách đo

b Nhận xét giá trị đo được và cách ráp mạch

c Vẽ đồ thị Vin2=f(Vin1)

d Tìm mối liên hệ giữa Vin2 và Vin1 khi mạch đảo trạng thái

Rin Rin

III/ Mạch Schmit-Triger:

RV+

1

1 max

≈ 0.13V Trong khoảng t∈{0,t1) V+>V- ⇒VO=Vomax=+13V

- Tại t=t1 thì V+=V- mạch đảo trạng thái VO=-VOmax ≈ -13V Lúc này V+=-

max =-0.13 Trong khoảng t∈{t1,t2) V+<V- ⇒VO=-Vomax=-13V

- Tại t=t2 thì V+=V- mạch đảo trạng thái VO=VOmax ≈ 13V

Quá trình cứ thế tiếp diễn ta được dạng sóng ngõ ra là sóng xung vuông

Gọi Vinon là điện áp ngõ vào làm cho điện áo ngõ ra VO chuyển trạng thái từ

-VOmax→+VOmax

-0.13 +0.13

Vinoff là điện áp ngõ vào làm cho điện áo ngõ ra VO chuyển trạng thái từ

10k

100k +

a Tính Vinon, Vinoff theo lý thuyết

b Nhận xét kết quả đo được

2 Làm tương tự như bài 1 với hình sau:

BÀI 6: NGUỒN ÁP CHÍNH XÁC VÀ CHỈNH LƯU CHÍNH

XÁC

I Thiết bị sử dụng:

- Modul chính

- Dây nối (đồng)

II Nguồn áp chính xác:

Thực hành:

1 Ráp mạch như hình, đo điện áp ngõ ra VO qua điện trở tải RL ở mạch trên, ghi vào bảng kết quả Điện áp ngõ ra trong trường hợp không tải là 10V( điều chỉnh biến trở 10K) Vẽ dạng sóng VO và IO theo RL

10k

I0 10k

I0

100

III Mạch chỉnh lưu chính xác

Giả thiết là các diode là lý tưởng tức là Vγ=0V

• Nếu Vin>0, khi đó sẽ có dòng điện chảy từ Vin qua Rin, D2, D1 Lúc này

R

Nếu RO=Rin thì ta có: VO=

0Vneu V

0Vneu 0

in in

VO1 và VO2 và ghi vào bảng giá trị:

BÀI 7: MẠCH TẠO SÓNG XUNG VUÔNG VÀ SÓNG TAM

GIÁC

I Thiết bị sử dụng:

- Modul chính

- Dây nối (đồng)

- Dao động ký

II Mạch tạo sóng xung vuông:

R1

Vo

C 0.1uF

Mạch Astable là mạch mà ngõ ra là tín hiệu sóng xung vuông mà không cần có tín hiệu ngõ vào Nó được tạo bởi Opamp sử dụng mạch so sánh có từ trễ Xét mạch như hình trên

Khi điện áp ngõ ra Vo=Vomax≈13V, tụ sẽ nạp điện áp dương qua Ro, lúc này điện áp V- tăng Khi V-=

2 1

1 max.RR

RV

o

+ thì V-=V+ ⇒ mạch đảo trạng thái Vo=-Vomax Khi Vo=-Vomax thì tụ sẽ nạp điện áp –Vomax qua Ro, lúc này giá trị V- sẽ giảm Khi V-=-

2 1

1 max.RR

RV

o

+ thì V-=V+ ⇒ mạch đảo trạng thái Vo=Vomax Quá trình trên cứ tiếp tục xảy ra ta được dạng sóng ngõ ra là tín hiệu xung vuông

Ta tính thời gian t1, t2 và chu kỳ T

VC+=VOmax

2 1

1

RR

R+

VC-=-VOmax

2 1

1

RR

R+

Phương trình nạp của tụ:

Tại thời điểm t=t1, VC= VC+

C O

VV

VV

+

−

t1=Ro.C.ln

C O

C O

VV

VV

−+

2 1

21RR

Thời gian tụ nạp từ VC- lên VC+ cũng giống như tụ giảm điện áp từ VC+ xuống

2 1

21RR

Thực hành:

1 Dùng dao động ký đo điện áp ngõ ra khi cho biến trở P thay đổi 10 giá trị Tính tần số của xung vuông trên dao động ký và so sánh kết quả tính trên lý thuyết

2 Để tạo ra dạng sóng xung vuông nhưng thời gian ton và toff khác nhau Anh chị hãy thêm vào mạch ở trên những linh kiện cần thiết Sau đó kiểm chứng kết quả bằng dao động ký

III Mạch tạo sóng tam giác:

Ngõ ra của mạch Schmitt Triger nối vào ngõ vào của mạch tích phân và ngõ ra của mạch tích phân nối với ngõ vào của mạch Schmitt Trigger

C 1uF

P 100K

Vo

10K R2 +

C

R2

Vc Voc

Comparator with Hysteresis

Vo1

Giả sử tại thời điểm ban đầu t=0, VOC=VOmax=13V dòng Iin=

in

max -6.5, VO1 tăng tuyến tính theo thời gian t khi t=t2, VO1= 6.5V, lúc này ở mạch Schmitt Triger ta có V+=V- mạch đảo trạng thái và

VOC=VOmax = 13V

Quá trình cứ thế tiếp diễn xảy ra ta được dạng sóng ngõ ra của mạch

Schmitt Trigger có dạng xung vuông và dạng sóng ngõ ra của mạch tích phân có dạng sóng tam giác

1 Ráp mạch như hình trên Dùng dao động ký cho hiển thị dạng sóng VOC và

VO1 Cho hiển thị cùng 2 kênh để quan sát so sánh

2 Để thay đổi biên độ của sóng tam giác ta phải làm thế nào? Đề nghị cách thực hiện và cho hiển thị trên dao động ký

Để hiển thị dạng sóng răng cưa ta phải làm thế nào?

10K

20K

Vo1 Iin

C

R2

Vc Voc

Comparator with Hysteresis

Vo1

100K

BÀI 8: MẠCH BÌNH PHƯƠNG, CĂN BẬC HAI

I/ Thiết bị sử dụng:

- Modul chính

- Dây nối (đồng)

II/ Khối bình phương:

Đây được xem là phần tử phi tuyến có điện trở R=

V

a

(V>0V, a là hằng số a=25kΩ.V) Nó được cấu tạo từ một số phần tử như: diode, diode zener và điện trở Người ta sử khối này để tạo ra những mạch bình phương, căn bậc 2

III/ Mạch bình phương:

V I

Vin10

10

0

bằng cách chỉnh biến trở Ro(xác định giá trị k) Sau đó thay đổi Vin để đo Vo và ghi vào bảng kết quả

Vo(V)

a Vẽ đồ thị Vo=f(Vin)

b Nhận xét kết quả đo được với tính toán lý thuyết

V

Vin10

10

0

bằng cách chỉnh biến trở Ro(xác định giá trị k) Sau đó thay đổi Vin để đo Vo và ghi vào bảng kết quả

x2

Vin>0 R

a Tính điện áp ngõ ra Vo theo Vin theo lý thuyết

b Từ các số liệu đo được vẽ đồ thị Vo=f(Vin) Nhận xét kết quả đo được với lý thuyết

IV/ Mạch căn bậc hai:

a

Nếu Vin<0 , lúc nàysẽ không có dòng chảy qua khối bình phương và cũng xem như không có hồi tiếp âm Mạch trở thành mạch so sánh V+=0V, V-=Vin<0, do đó Vo=Vomax

1/ Ráp mạch như hình Thiết lập trạng thái ban đầu sao cho

V

Vin10

10

0

bằng cách chỉnh biến trở Rin(xác định giá trị k) Sau đó thay đổi Vin để đo VO và ghi vào bảng kết quả

Vo(V)

a Vẽ đồ thị Vo=f(Vin)

b Nhận xét kết quả đo được với lý thuyết

V

Vin10

10

0

bằng cách chỉnh biến trở Ro(xác định giá trị k) Sau đó thay đổi Vin để đo Vo và ghi vào bảng kết quả

Vo(V)

a Tính điện áp ngõ ra Vo theo Vin theo lý thuyết

b Từ các số liệu đo được vẽ đồ thị Vo=f(Vin) Nhận xét kết quả đo được với lý thuyết

0V Rin

BÀI 9: MẠCH TÍCH PHÂN- MẠCH VI PHÂN

I Thiết bị sử dụng:

- Modul chính

- Dây nối (đồng)

- Dao động ký

II Mạch tích phân

Điện áp ngõ ra của mạch tích phân tương đương với tích phân của điện áp ngõ vào Điện áp ngõ vào dương Vin cho 1 dòng điện ngõ vào:

t C

t I

in in

=

VO+VC=0 ⇒VO

=-C R

t

Vin .

Nếu thời điểm ban đầu t=0, VO=V(0) thì

VO

=-C R

t V

in

.

. + V(0) Nếu điện áp ngõ vào không phải hằng số thì:

Nếu không có điện áp ngõ vào Vin(Vin=0) sẽ không có dòng chảy qua điện trở

R và do đó tụ C không được nạp điện Tuy nhiên, Opamp luôn có 1 dòng điện rò I xấp xỉ 0.1µA trong µA741 Dòng điện này tự động chảy qua tụ theo luật Ohm Điều này sẽ làm cho tụ nạp điện và do đó điện áp ngõ ra thay đổi và tăng từ từ Để tránh điều này dòng điện I phải được cân bằng bởi dòng điện chảy qua

-+in

- in

hướng đối diện Điều này được thực hiện bởi 1 biến trở P(tạo phân áp) và 1 điện trở 1M

Vin

Vo +

-+in

- in

III Mạch vi phân:

100K

- Dây nối (đồng)

- Dao động ký

II Mạch DAC:

I2

20k

10k 160k

Đây là phần cơ bản của mạch cộng mà điện áp ngõ vào khác nhau được khuếch đại với các mức khác nhau Khi điện áp vào Vin1=10V tương đương với mức logic 1 Các giá trị Input ta xem như số nhị phân 4 bit, còn Output là điện áp ngõ

ra có giá trị analog

CT=0 O

O O

20k

2 Vin3

3

Vo

Vin2 ( 2

) 0

3

80k

)

A 2

(

)

( 2

160k

0

Vin1 Single pulse

(

40k

Ráp mạch như hình Chỉnh nút “Single Pulse “ để thay đổi các giá trị input Đo điện áp ngõ ra Vo và ghi vào bảng kết quả:

Điện áp ngõ ra thay đổi như thế nào khi thay đổi các giá trị Input

Vẽ đồ thị sự thay đổi đó

III Mạch ADC:

1uf

0 2 2

CT=0 O

O O

Sau thời gian 1s điện áp ngõ ra của mạch tích phân sẽ tăng từ 0→+10V Cũng trong khoảng thời gian này(1s) bộ đếm sẽ đếm được 10 xung và nó sẽ hiển thị số xung này ra các bit nhị phân Tương tự như vậy khi điện áp ngõ vào

Vin=9,8,7,6V thì bộ đếm sẽ đếm được số xung tương ứng

t Vo

Vl