GIÁO TRÌNH THỰC TẬP ĐIỆN TỬ & KỸ THUẬT SỐ 2 - Bài 9 pptx

Bài 9. BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP.AMP /3) A. THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1. Thiết bị chính cho thực tập điện tử tương tự ATS - 11 N. 2. Khối thí nghiệm AE - 109N cho bài thực tập về ứng dụng bộ khuếch đại thuật toán. 3. Dao động kí và các dây nối hai đầu cắm, đồng hồ đo. B. CÁC BÀI THỰC HÀNH I. ĐƠN HÀI Nhiệm vụ Tìm hiểu nguyên tắc sử dụng bộ khuếch đại thuật toán để tạo bộ hình thành dạng tín hiệu kiểu đơn hài. Nguyên lý hoạt động Đơn hài là một mạch hình thành dạng tín hiệu, tín hiệu ở lối ra của đơn hài có biên độ và độ rộng chỉ phụ thuộc vào các yếu tố trong mạch mà không phụ thuộc vào tín hiệu lối vào. Thực chất đơn hài là một đa hài đợi có một trạng thái bền: Khi có tín hiệu lối vào đơn hài chuyển trạng thái từ bền sang không bền và sau một thời gian phụ thuộc vào yếu tố bên trong mạch sẽ trở về trạng thái cũ. Sơ đồ mạch thí nghiệm tương đương với sơ đồ sau: 21 Khi chưa có tín hiệu vào mạch ở trạng thái bền tuỳ thuộc Ung. Giả sử Ung >0 ta có U ra = U ra max . Khi U vào > U ngưỡng . Đơn hài chuyển trạng thái, Ura = - U ra min . Ngay lúc này thế ở lối vào thuận: U+ = - U ra tâm làm cho đơn hài tiếp tục ở trạng thái này. Tụ điện C sẽ nạp điện dần qua RC cho đến khi U+ ≥ 0, lúc này đơn hài chuyển trạng thái, trở về trạng thái ban đầu. Ta thấy rằng trong thời gian ở trạng thái không bền nếu có tín hiệu vào ở mức dương thì đơn hài cũng không chuyển trạng thái. Thời gian ở trạng thái không bền chỉ phụ thuộc vào giá trị R,C, chúng tạo độ rộng xung. Trên sơ đồ thí nghiệm đã sử dụng một vi mạch thuật toán LM-741. Trong sơ đồ có sử dụng mạch tạo ngưỡng là R2,R3, thời gian kéo dài của xung có thể thay đổi được nhờ chốt cắm J1 và chiết áp P1. Các bước thực hiện 1. Cấp nguồn ±12V cho mảng sơ đồ A9- 1. Chú ý cắm đúng phân cực cho nguồn. 2. Sử dụng dao động kí để quan sát tín hiệu tại lối vào IN/A và lối ra tại OUT/C hoặc thế ngưỡng tại điểm E. 3. Đặt máy phát tín hiệu FUNCTION GENERATOR ở chế độ phát xung vuông góc, tần số 1K và biên độ tín hiệu ra là cực tiểu. Và nối tới lối vào IN/A. 4. Vặn biến trở P1 cực tiểu để nối tắt P1. Đo thế tại điểm E: V E và điểm C: V C 5. Chỉnh biên độ tín hiệu của máy phát FUNCTION GENERATOR tăng dần đến khi nào lối ra xuất hiện tín hiệu với biên độ xấp xỉ - 11 V. Xác định biên độ tín hiệu vào ứng với thời điểm IC1 chuyển trạng thái lối ra. Đo độ rộng tín hiệu ra t x . Ghi kết quả vào bảng A9- 1. 22 Hình A9-1 Sơ đồ đơn hài. Bảng A9- 1 V IN (a) V(e) đo t x V 0 (C) P1 cực tiểu, C3 P1 max P1 Max, C2//C3 6. Biểu diễn giản đồ xung trong đó: - Vẽ dạng tín hiệu vào với giá trị ngưỡng V E . - Vẽ dạng tín hiệu ra ứng với tín hiệu vào. 7. Vặn biến trở P1 cực đại. vặn nút chỉnh biên độ máy phát về 0V sau đó tăng dần cho tới khi lối ra xuất hiện tín hiệu biên độ V C = -11V. xác định biên độ lối vào V IN tương ứng. Đo độ rộng xung lối ra t x . Ghi kết quả vào bảng A9- 1 8. Giữ nguyên P1 ở giá trị cực đại. Nối J1 để tăng tụ điện C = C2//C3. Vặn nút giảm biên độ máy phát về 0V và tăng dần cho tới khi lối ra xuất hiện tín hiệu. Xác định biên độ tín hiệu vào tương ứng và đo độ rộng xung ra t x ghi kết quả vào bảng A9- 1. 9. Giải thích về vai trò của mạch tạo ngưỡng đơn hài (R2,R3) và mạch hình thành độ rộng xung gồm các linh kiện (R2, R3, R4 + P1 và C2,C3). II. MÁY PHÁT XUNG VUÔNG GÓC Nhiệm vụ Tìm hiểu nguyên tắc sử dụng bộ khuếch đại thuật toán để phát xung vuông góc. 23 Nguyên lý hoạt động Về nguyên tắc, máy phát xung dùng mạch khuyếch đại thuật toán hoàn toàn tuân theo các điều kiện của một máy phát dùng các linh kiện điện tử khác, đó là mạch khuyếch đại có phản hồi dương với Kβ≥ 1 (trong đó K là hệ số khuyếch đại, β là hệ số phản hồi dương). Mạch phản hồi dương nhằm kích động sự chuyển trạng thái, để hình thành độ rộng xung ta thường dùng mạch R-C để làm kéo dài các trạng thái. Mạch sơ đồ thí nghiệm tương đương với sơ đồ sau: Giả sử không có nhiễu, mạch hoàn toàn có thể ở trạng thái cân bằng với: Giả sử có can nhiễu lỗi vào (+): U + > U - làm cho U ra = U ra max . Nhờ mạch phản hồi R 3 mà U + Sẽ tăng lên trong khi U - tăng dần để nạp cho tụ C. Do vậy mà U + > U - và mạch giữ nguyên trạng thái này (U ra = U ra max ) cho đến khi U - < U + . Lúc này mạch lật trạng thái, U ra = U ra min kẻo thế U+ xuống thấp. Vì U - > U + nên mạch giữ nguyên trạng thái. Tụ C phóng điện dần dần cho tới khi U - <U + thì mạch lại chuyển trạng thái, tức là mạch tự dao động. Tần số dao động phụ thuộc thời gian phóng và nạp cho tụ C, tức phụ thuộc R-C. 24 Vi mạch khuyếch đại trong sơ đồ thí nghiệm là vi mạch khuyếch đại thuật toán LM- 74 1. Tần số phát thay đổi được nhờ chốt cắm J1 và chiết áp P1. Các bước thực hiện 12V cho mảng sơ đồ A9-2. 1. Cấp nguồn ٱ 2. Dùng dao động kí để quan sát tín hiệu ra tại C và thế ngưỡng tại E hoặc F. 3. Văn biển trở P1 để nối tắt P1. Đo và vẽ dạng tín hiệu tại F và tại lối ra OUT/C. Hình A9-2 Sơ đồ máy phát xung vuông góc. 4. Vặn biến trở P1 để P1 có giá trị cực đại. Đo và vẽ dạng tín hiệu tại F và lối ra OUT/C. 5. Vẽ giản đồ hình thành xung của mạch trong đó biểu diễn: - Dạng xung tại F - Dạng xung ra tại C ứng với dạng xung ra tại F (cùng trục thời gian) - Tính toán giá trị V(e) theo hai trường hợp khi lối ra ở mức cao và mức thấp. So sánh giá trị tính toán với các giá trị ngưỡng thay đổi tín hiệu tại F. Giải thích vai trò mạch R2, R3. 6. Giữ nguyên P1 ở giá trị cực đại. Nối J1 để tăng tụ C = C1//C2. Lặp lại bước 4. So sánh kết quả nhận được giữa bước 3, 4. Giải thích vai trò của mạch R4 + P1, C (C2) hoặc C1//C2. 25 III. MÁY PHÁT XUNG TỔNG HỢP Nhiệm vụ Tìm hiểu nguyên tắc sử dụng bộ khuếch đại thuật toán đẻ phát xung tam giác và xung vuông góc. Nguyên lý hoạt động Sơ đồ mạch thí nghiệm là sơ đồ máy phát xung tổng hợp: Xung ra là xung vuông góc và xung tam giác. Máy phát này gồm 3 phần chính: - IC1 chính là máy phát xung vuông góc mà ta đã khảo sát bên trên. - IC2 là bộ khuếch đại đảo. - IC3 là bộ tích phân đảo để tạo xung tam giác. Từ xung tam giác ở đầu ra của IC3 ta đưa vào đầu đảo của IC1. Vai trò của bộ tích phân đảo này giống như mạch RC trong máy phát xung vuông góc mà ta đã khảo sát Sơ đồ này còn có hệ số phân áp và các chiết áp P1, P2 để thay đổi biên độ xung và tần số xung ra. Các bước thực hiện 1. Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A9-3. chú ý cắm đúng phân cực cho nguồn. 2. Dùng dao động kí để quan sát tín hiệu tại lối ra O 1 và O 2 hoặc điểm E. 3. Vặn biến trở P1, P2 ở vị trí giữa. Quan sát tín hiệu tại E, O 1 , O 2 , đo biên độ tín hiệu ra, thời gian kéo dài xung ra t x . tính tần số máy phát f = 1/2t x . Ghi kết quả vào bảng A9-2 4. Đặt các giá trị biến trở P1, P2 như trong bảng A9-2 lặp lại bước 3 cho từng giá trị P1, P2. Ghi kết quả vào bảng A9-2. Từ kết quả đo, xác định khoảng tần số của máy phát. 5. Vẽ giản đồ hình thành xung của mạch trong đó biểu diễn: - Dạng xung tại E. - Dạng xung ra tại O1, tương ứng với xung tại E. - Dạng xung ra tại O2, tương ứng với xung tại E. 6. Giải thích nguyên tắc hoạt động dựa trên phân tích các sơ đồ trên IC1, IC2 và IC3. 26 Hình A9-3: Sơ đồ máy phát xung tổng hợp. Bảng A9-2 V(O1) V(O2) t x f P1 giữa P2 Giữa P1 Min P2 Giữa P1 Max P2 Giữa P1 Giữa P2 Min P1 Giữa P2 Max IV. SƠ ĐỒ XUNG TRÊN IC555 Nhiệm vụ: Tìm hiểu nguyên tắc sử dụng vi mạch 555 để hình thành xung vuông góc. Nguyên lý hoạt động Cấu trúc của IC555 như sau: 27 Về cấu trúc IC555 phải mắc thêm hai yếu tố bên ngoài là C x và R x . Sơ đồ của IC555 gồm 4 phần cơ bản là: Hai bộ so sánh, một Trigơ nhớ và một Tranzitor khoá VT14. Bộ chia thế R3-5 xác lập ngưỡng cho hai bộ so sánh. Ở trạng thái bình thường VT14 mở bão hoà. Khi lối vào còn lại của bộ so sánh dưới có xung khởi phát âm đủ để thế lối này thấp hơn thế ngưỡng bằng E k /3 thì bộ so sánh lật trạng thái dẫn đến Q của trigơ chuyển sang thế âm làm cấm VT14. Lúc này tụ C x bắt đầu tích điện từ nguồn E K qua R x . thế trên tụ C x tăng dần đến khi nào vượt 2E K /3 thì bộ so sánh trên chuyển trạng thái lối ra làm cho Trigơ chuyển về trạng thái ban đầu. Sơ đồ mạch thí nghiệm H 9-4.a là sơ đồ phát xung trên IC555. Chân số 2, tức là lối vào của bộ so sánh dưới được nối với điểm giữa của mạch R x C x để khởi tạo tần số phát. Tần số phát được thay đổi nhờ chốt cắm J1 và chiết áp P1. Hình A 9-4b là sơ đồ đơn hài trên IC-555. Lối vào của bộ so sánh dưới, tức chân số 2 được treo trên thế dương. Vì vậy hệ số có một trạng thái bền ứng với VT14 dẫn và lối ra ở mức thấp. Khi có tín hiệu vào, nhờ có mạch vi phân tạo ra nhảy bậc âm làm chuyển trạng thái của hệ, lúc này làm VT14 cấm và hệ R x C x bên ngoài nạp điện hình thành độ rộng xung. Sau khi nạp đủ với mạch này U C > 8V thì hệ quay về trạng thái bền ban đầu. 28 Các bước thực hiện 1. Cấp nguồn +5V cho mảng sơ đồ A9 - 4. 2. Máy phát xung - sử dụng sơ đồ trên IC1 hình A9 - 4a: 2.1 Dùng dao động kí để quan sát tín hiệu tại tối ra OUT/C và tín hiệu tại các điểm E, F. 2.2 Vặn biến trở P1 ở vị trí cực tiểu quan sát tín hiệu tại E, F. Đo biên độ tín hiệu ra và thời gian kéo dài của xung ra t x . chu kì xung T, tần số máy phát f = 1/T. Ghi kết quả vào bảng A9 - 3. 2.3 Vặn biến trở P1 ở vị trí cực đại quan sát tín hiệu tại E, F. Đo biên độ tín hiệu ra, thời gian kéo dài xung ra t x . chu kì xung T, tần số máy phát f = 1/T. Ghi kết quả vào bảng A9 - 3. 2.4 Nối J1 để tăng tụ C = Cl + C2. Giữ nguyên P1 cực đại quan sát tín hiệu tại E, F. Đo biên độ tín hiệu ra, thời gian kéo dài của xung ra t x chu kì xung T, tần số máy phát f = 1/T. Ghi kết quả vào bảng A9 - 3. 29 Hình A9-4a: Sơ đồ phát xung trên IC 555. Bảng A9 - 3 V(C) t x T f P1 Min, C2 P1 Max, C2 P1 Max, C2 + C3 2.5 Vẽ giản đồ hình thành xung của mạch trong đó biểu diễn: - Dạng tín hiệu tại E. - Dạng tín hiệu tại F. - Dạng xung ra tại C tương ứng với xung ra tại F. 2.6 So sánh các giá trị đo với giá trị tính toán: T: T1 + T2. Trong đó T1 (thời gian nạp của tự C1), T2 thời gian phóng của tụ C1. T1 = 0.693 (R1 + P1 + R2).C1 T2 = 0.693.R2.C1 3. Đơn hài - Sử dụng sơ đồ trên IC2 hình A9 - 4b. 3.1 Nối máy phát xung FUNCTION GENERATOR ở Chế độ phát xung vuông góc, tần số 1K và biên độ cực đại tới lối vào IN/A của sơ đồ A9 - 4b. 30 [...]...Hình A 9- 4 b: Sơ đồ đơn hài trên IC555 3 .2 Nối kênh 1 dao động kí tới tới ra OUT/C, kênh 2 của dao động kí nối tới A, G hoặc H 3.3 Vặn biến trở P2 ở vị trí cực tiểu Quan sát tín hiệu tại A, G, H Đo biên độ tín hiệu ra, thời gian kéo dài của xung ra tx Ghi kết quả vào bảng A9 - 4 Bảng A9 - 4 V(C) tx P1 Min, C5 P1 Max, C5 P1 Max, C5 + C6 3.4 Vặn biến trở P2 ở vị trí cực đại Quan sát... tín hiệu ra, thời gian kéo dài của xung ra tx Ghi kết quả vào bảng A9 - 4 4 Nối J2 để tăng tụ C = C5//C6 Giữ P1 cực đại quan sát tín hiệu tại A, G, H Đo biên độ tín hiệu ra, thời gian kéo dài của xung ra tx Ghi kết quả vào bảng A9 - 4 5 Vẽ giản đồ hình thành xung của mạch trong đó biểu diễn: - Dạng xung vào tại A - Dạng xung tại G, H - Dạng xung ra tại C tương ứng với xung vào 31 . Bài 9. BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP.AMP /3) A. THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1. Thiết bị chính cho thực tập điện tử tương tự ATS - 11 N. 2. Khối thí nghiệm AE - 109N cho bài thực tập về ứng. IC1, IC2 và IC3. 26 Hình A 9- 3 : Sơ đồ máy phát xung tổng hợp. Bảng A9 -2 V(O1) V(O2) t x f P1 giữa P2 Giữa P1 Min P2 Giữa P1 Max P2 Giữa P1 Giữa P2 Min P1 Giữa P2 Max. xung T, tần số máy phát f = 1/T. Ghi kết quả vào bảng A9 - 3. 29 Hình A 9- 4 a: Sơ đồ phát xung trên IC 555. Bảng A9 - 3 V(C) t x T f P1 Min, C2 P1 Max, C2 P1 Max, C2 + C3 2. 5 Vẽ giản