Báo cáo là những hiểu biết thông qua quá trình tìm hiểu thông tin.Thiết kế mạch chia hai tín hiệu là một đề tài còn khá khiêm tốn tại VN chủ yếu là các tài liệu tiếng anh,bản báo cáo là chút ít kiến thức nhỏ nhoi cho các ban tham khảo.Tài liệu còn mang tính chủ quan,rất mong nhận được sự góp ý từ các bạn để nó được hoàn thiện hơn.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH CHIA HAI TÍN HIỆU Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Phương Huy Sinh viên thực hiện: Vi Văn Hợp MSSV: DTK0951030327 Lớp: K45KĐT02 THÁI NGUYÊN 2014 TRƯỜNG ĐHKTCN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự - Hạnh phúc BẢN NHẬN XÉT BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP (Dùng cho giảng viên hướng dẫn) - Họ tên sinh viên: Vi Văn Hợp - Mã số SV: DTK0951030327 - Lớp: K45KĐT02 - Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử - Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Phương Huy - Bộ môn, khoa: Kỹ thuật điện tử, Điện tử - Nhận xét: - Tôi đồng ý (không đồng ý) cho sinh viên ………… thông qua Báo cáo thực tập tốt nghiệp trước môn Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Người nhận xét (Ký tên ghi rõ họ tên) MỤC LỤC i I TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHIA HAI TÍN HIỆU……………………………………………2 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT …………………………………………………………………………2 1.1 Tín Hiệu……………………………………………………………………………………2 1.1.1 Định nghĩa…………………………………………………………………………….2 1.1.2 Phân loại…………………………………………………………………………………2 1.2 Bộ khuếch đại thuật tốn………………………………………………………………… 1.2.1 Các tính chất chung IC KĐTT ……………………………………………………3 1.2.2 Cơ mạch khuếch đại Logarit…………………………………………… ………4 a Bộ khuếch đại logarit bù……………………………………………………… ……….6 b.Bộ khuếch đại logarit nghịch……………………………………………………….…….8 II.THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MẠCH CHIA HAI TÍN HIỆU .9 • Mạch chia theo nguyên tắc nhân đảo • Mạch chia dùng nguyên tắc khuếch đại Loga đối Loga 10 XÂY DỰNG MẠCH .11 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH 11 2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH .12 2.3 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG MẠCH 13 2.4 SƠ ĐỒ MẠCH IN 14 KẾT LUẬN .15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iii MỞ ĐẦU Dù thời đại kĩ thuật đóng vao trị quan trọng, đặc biệt thời buổi cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước nghành kĩ thuật thể vai trị then chốt hoạt động sản xuất đặc biệt ngành Điện – Điện Tử Là sinh viên nghành Kỹ Thuật Điện Tử chúng em có kiến thức lý thuyết Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp – ĐH Thái Nguyên, song “học phải đôi với hành ” tạo điều kiện thầy Khoa Điện Tử, nhóm sinh viên chúng em thực tập Văn phịng mơn khoa Điện Tử Nhằm đáp ứng yêu cầu trên, hướng dẫn Thầy giáo Nguyên Phương Huy, em lựa chọn chuyên đề thực tập tốt nghiệp với tiêu đề “Thiết kế thi cơng mạch chia hai tín hiệu” Nội dung báo cáo gồm mục sau: Tổng quan mạch chia hai tín hiệu: Phần giới thiệu chia hai tín hiệu,phân loại tín hiệu sở để xây dựng mạch Sơ đồ nguyên lý mạch chia hai tín hiệu: đưa sơ đồ ngun lý, lựa chọn, tính tốn thơng số linh kiện cho toán mạch chia sử dụng IC LM 358 Sơ đồ mô phỏng: Dùng phần mềm Proteus để vẽ phân tích hoạt động mạch mô biến đổi tín hiệu mạch Thiết kế mạch in: Sử dụng phần mềm Altium Designer thiết kế mạch in cho hệ thống chia hai tín hiệu Cuối phần kết luận tài liệu tham khảo Mặc dù cố gắng, song thời gian kinh nghiệm thực tế cịn nhiều hạn chế nên q trình thực tập khơng thể tránh khỏi thiếu sót.Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Nguyễn Phương Huy Thầy, Cô môn Kỹ thuật Điện tử tận tình giảng dạy, dẫn, giúp đỡ em hoàn thành báo cáo thực tập tốt nghiệp Thái Nguyên, ngày 13 tháng 08 năm 2014 Sinh viên thực Vi Văn Hợp I TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHIA HAI TÍN HIỆU 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tín Hiệu 1.1.1 Định nghĩa • Tín hiệu biểu vật lý thơng tin Tín hiệu biểu diễn hàm theo hay nhiều biến số độc lập 1.1.2 Phân loại Theo tính chất đặc trưng: - Tín hiệu xác định & tín hiệu ngẫu nhiên - Tín hiệu tuần hồn & tín hiệu khơng tuần hồn - Tín hiệu nhân & khơng nhân - Tín hiệu thực & tín hiệu phức - Tín hiệu lượng & tín hiệu cơng suất - Tín hiệu đối xứng (chẵn) & tín hiệu phản đối xứng (lẽ) Theo biến thời gian: - Tín hiệu liên tục: có biến thời gian liên tục - Tín hiệu rời rạc: có biến thời gian rời rạc 1.2 Bộ Khuếch Đại Thuật Toán: Bộ khuếch đại thuật toán (tiếng Anh: operational amplifier,thường gọi tắt opamp) mạch khuếch đại "DC-coupled" (tín hiệu đầu vào bao gồm tín hiệu BIAS) với hệ số khuếch đại cao, có đầu vào vi sai, thơng thường có đầu đơn Trong ứng dụng thông thường, đầu điều khiển mạch hồi tiếp âm cho xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào tổng trở đầu Các Bộ khuếch đại thuật tốn có ứng dụng trải rộngtrong nhiều thiết bị điện tử thời từ thiết bị điện tử dân dụng, công nghiệp khoa học Các Bộ khuếch đại thuật tốn thơng dụng có giá bán rẻ Các thiết kế đại điện tử hóa chặt chẽ trước đây, số thiết kế cho phép mạch điện chịu đựng tình trạng Bộ khuếch đại thuật tốn mạch khuếch đại đa năng, lắp ráp để xử lý nhiều thuật toán khác cho tín hiệu analog Các Bộ khuếch đại thuật tốn có nhiều thơng số khác nhau, để dễ dàng quan sát, thiết kế lý luận mạch, người ta thường dùng mơ hình Bộ khuếch đại thuật tốn lý tưởng 1.2.1 Các tính chất chung IC KĐTT Bộ khuếch đại thuật toán ký hiệu hình 3-1 Trong Ut , It điện áp, dòng điện vào cửa thuận Uđ , Iđ điện áp, dòng điện vào cửa đảo, Ur , Irlà điện áp dòng điện U0 điện áp vào hai cửa Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp U0 = Ut- Uđ với hệ số khuếch đại K0 > Do điện áp ra: Ur =K0.U0= K0(Ut-Uđ) Nếu Uđ = Ur = K0.Ut lúc điện áp pha với điện áp vào Vì cửa T gọi cửa thuận khuyếch đại thuật toán ký hiệu dấu “+” Tương tự Ut = Ur = K0.Uđ, lúc điện áp ngược pha với điện áp vào nên cửa Đ gọi cửa đảo khuếch đại thuật toán ký hiệu dấu “-” Ngồi khuếch đại có hai cửa đấu với nguồn nuôi đối xứng ±EC cửa để chỉnh lệch bù tần Một khuếch đại thuật tốn lý tưởng có tính chất sau: + Trở kháng vào ZV= ∞ + Trở kháng Zra = Mạch khuếch đại thuật toán: + Hệ số khuếch đại K0 = ∞ Thực tế khuếch đại thuật tốn có K0 = 104 ÷ 106 vùng tần số thấp Lên vùng tần số cao hệ số khuếch đại giảm xuống Nguyên nhân phụ thuộc tham số tranzito điện dung ký sinh sơ đồ Đặc tuyến truyền đạt, đặc tuyến biên độ đăc tuyến pha hình 3-2 3-3 Một khuếch đại thuật tốn thường có tầng ghép trực tiếp với Tầng vào tầng khuếch đại vi sai, tầng khuyếch đại trung gian (có thể tầng đệm hay khuếch đại vi sai thứ hai), đến tầng dịch mức tầng khuếch đại 1.2.2 Cơ mạch khuếch đại Logarit Cơ sở của bộ khuếch đại log là môis quan hệ logarit rất chính xác giữa dòng emitter và điện áp base-emitter của tranzito bipolar; hoàn toàn chính xác vài bậc ở độ lớn của dòng emitter Mối quan hệ sử dụng để có chức chuyển điện áp logarit, minh họa hình minh họa mạch đơn giản Hình 3-4 Mạch khuếch đại logarit đơn giản Tranzitor Q1 là phần tử phản hồi cho bộ khuếch đại đảo Dòng V3/R1, tỉ lệ thuận với(positive) điện áp đầu vào V3, chảy qua transistor phản hồi NPN (giả sử opamp khơng bão hịa) Bởi đầu vào đảo khuếch đại (mức cao) thực GND Q1 hoạt độngcơ diode - kết nối với transistor Dòng colector V3/R1 transistor (về lý thuyết) gây sụt áp đầu khuếch đại Đó điểm giao dòng transistor bão hòa Mơ phỏng PSpice hình đây; Đây cho một điện áp DC quét điện áp đầu vào Lưu ý việc thay đổi biến biến số tới logarit tự nhiên điện áp đầu vào Điện áp đầu opamp đường thẳng thay đổi tuyến tính khoảng ba khoảng từ thay đổi điện áp đầu vào Cần lưu ý mạch không thực tế Đặc biệt quan trọng phụ thuộc nhiệt độ mối quan hệ diode bản, không chắn giá trị hiệu dụng Hình 3.5 Mơ phỏng Pspice cho sơ đờ a.Bộ khuếch đại logarit bù Trong thực tế mạch khuếch đại LOG vẽ hình Sự liên kết Q1 và U1 về bản giống mạch trên, tương tự với Q2 và U3 Hình 3-6 Sơ đồ Bộ khuếch đại logarit bù Tuy nhiên điện áp đầu tỷ lệ thuận chênh lệch điện áp cực B của Q1-Q2, phương trình Sư chênh lệnh điện áp VBE Q1-Q2 với tỷ sớ dòng phương trình thứ hai Ở giả sử Q1 Q2 liên kết chặt chẽ, đó, khơng chắn dịng bão hòa hủy bỏ Dòng Q2 cố định, để điện áp đầu ti lệ với logarit từ Vin Lưu ý phụ thuộc nhiệt độ anh hưởng hệ số Mô phỏng PSpice ở nhiệt độ cố định 27 ° C vẽ Che phủ kết tính tốn từ lý thuyết cách sử dụng các phần tử có trị số mạch minh họa Hình 3-7 Mô phỏng Pspice cho sơ đồ b.Bộ khuếch đại logarit nghịch Hình 3-8 Sơ đồ Bộ khuếch đại logarit nghịch Mô phỏng PSpice cho tham số mạch minh họa Hình 3-9 Mô phỏng từ Pspice cho sơ đồ khuếch đại logarit nghịch II THIẾT KẾ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MẠCH CHIA HAI TÍN HIỆU • Mạch chia theo ngun tắc nhân đảo Mạch chia thuận Hình 3-10 Sơ đồ mạch chia thuận Ta có: Mạch chia đảo Hình 3-11 Sơ đồ mạch chia đảo Ta có: • Mạch chia dùng nguyên tắc khuếch đại Loga đối Loga LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP Lựa chọn phương pháp mạch chia dung nguyên tắc khuếch đại Loga đối Loga 10 2.XÂY DỰNG MẠCH 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH Sơ đồ khối mạch Hình 3-12 Sơ đồ khối mạch 11 2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH Sơ đồ nguyên lý tổng thể mạch Hình 3-13 Sơ đồ nguyên lý mạch 12 2.3 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG MẠCH Sơ đồ mô điện áp phần mềm proteus - Điện áp đầu vào đưa vào hai mạch logarit điện áp chiều 12V - Điện áp đầu ~ 1V Hình 3-14 Sơ đồ mô mạch 13 2.4 SƠ ĐỒ MẠCH IN Sơ đồ mạch in thiết kế phần mềm Altium Designer Hình 3-15 Sơ đồ mạch in 14 KẾT LUẬN Báo cáo trình bày quy trình thiết kế hệ thống mạch chia hai tín hiệu điện áp dùng IC KĐTT Các kết đạt cụ thể sau: - Tìm hiểu tổng quan mạch chia hai tín hiệu - Lựa chọn phương án Xây dựng mạch ngun lý, tính tốn, lựa chọn thơng số cho mạch chia hai tín hiệu - Khảo sát mạch thiết kế qua công cụ mô Proteus - Thiết kế mạch in dùng phần mềm Altium Designer Hướng phát triển đề tài là: - Phân tích ảnh hưởng thơng số linh kiện sử dụng để thiết kế mạch - Lắp ráp hiệu chỉnh mạch in - Tìm hiểu phương án thiết kế khác nhằm thực kỹ thuật chia hai tín hiệu Mặc dù cố gắng, song điều kiện thời gian kinh nghiệm thực tế nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè quan tâm Sinh viên thực Vi Văn Hợp 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Minh Hà, Kỹ thuật mạch điện tử, NXB, KHKT, 1997 [2] http:// dientuvietnam.net [3] sites.google.com/site/ktmttn [4] http://123doc.vn [5] Sơ đồ chân linh kiện - Dương Minh Trí - Nhà xuất KH-KT- 09/2005 16 ... sau: Tổng quan mạch chia hai tín hiệu: Phần giới thiệu chia hai tín hiệu, phân loại tín hiệu sở để xây dựng mạch Sơ đồ nguyên lý mạch chia hai tín hiệu: đưa sơ đồ nguyên lý, lựa chọn, tính tốn thơng... nhiên - Tín hiệu tuần hồn & tín hiệu khơng tuần hồn - Tín hiệu nhân & khơng nhân - Tín hiệu thực & tín hiệu phức - Tín hiệu lượng & tín hiệu cơng suất - Tín hiệu đối xứng (chẵn) & tín hiệu phản... PHÁP XÂY DỰNG MẠCH CHIA HAI TÍN HIỆU • Mạch chia theo nguyên tắc nhân đảo Mạch chia thuận Hình 3-10 Sơ đồ mạch chia thuận Ta có: Mạch chia đảo Hình 3-11 Sơ đồ mạch chia đảo Ta có: • Mạch chia