mạch chia hai tín hiệu điện áp

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 CÔNG 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 do - Hạnh phúc

BẢN NHẬN XÉT BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

(Dùng cho giảng viên hướng dẫn)

- Họ và 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 ………… được thông qua Báo cáo thực tập tốt nghiệp trước bộ môn

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014

Người nhận xét

(Ký tên và ghi rõ họ và tên)

MỤC LỤC

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 toán……… 2

1.2.1 Các tính chất chung của IC KĐTT ………3

1.2.2 Cơ bản về mạch khuếch đại Logarit……… ………4

a Bộ khuếch đại logarit bù……… ……….6

b.Bộ khuếch đại logarit nghịch……….…….8

II.THIẾT KẾ 9

1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MẠCH CHIA HAI TÍN HIỆU 9

 Mạch chia theo nguyên tắc nhân đảo 9

 Mạch chia dùng nguyên tắc khuếch đại Loga và đối Loga 10

2 XÂY DỰNG MẠCH 11

2.1SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH 11

2.2SƠ 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

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 3-1.Bộ khuếch đại thuật toán 3

Hình 3-2 Đặc tuyến truyền đạt của bộ KĐTT 4

Hình 3-3.Đặc tuyến biên độ và đặc tuyến pha của KĐTT 4

Hình 3-4 Mạch khuếch đại logarit đơn giản 5

Hình 3-5 Mô phỏng Pspice cho sơ đồ 6

Hình 3-6 Sơ đồ Bộ khuếch đại logarit bù 6

Hình 3-7 Mô phỏng Pspice cho sơ đồ 7

Hình 3-8 Sơ đồ Bộ khuếch đại logarit nghịch 8

Hình 3-9 Mô phỏng từ Pspice cho sơ đồ khuếch đại logarit nghịch 9

Hình 3-10 Sơ đồ mạch chia thuận 9

Hình 3-11 Sơ đồ mạch chia đảo 10

Hình 3-12 Sơ đồ khối mạch 11

Hình 3-13 Sơ đồ nguyên lý mạch 12

Hình 3-14 Sơ đồ mô phỏng mạch 13

Hình 3-15.Sơ đồ mạch in hệ thống chia hai tín hiệu ……… ………… …14

MỞ ĐẦU

Dù trong thời đại nào thì kĩ thuật cũng đóng vao trò quan trọng, đặc biệt trong thờibuổi công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước hiện nay thì các nghành kĩ thuật càng thểhiện vai trò then chốt của nó trong hoạt động sản xuất đặc biệt là ngành Điện – Điện Tử

Là sinh viên nghành Kỹ Thuật Điện Tử chúng em đã có được những kiến thức lý thuyếttại Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp – ĐH Thái Nguyên, song “học phải đi đôi vớihành ” vì vậy được sự tạo điều kiện của các thầy cô trong Khoa Điện Tử, nhóm sinhviên chúng em đã được thực tập trên Văn phòng bộ môn khoa Điện Tử

Nhằm đáp ứng các yêu cầu trên, được sự hướng dẫn của Thầy giáo Nguyên PhươngHuy, em lựa chọn chuyên đề thực tập tốt nghiệp với tiêu đề “Thiết kế và thi công mạchchia hai tín hiệu”

Nội dung báo cáo gồm các mục chính như sau:

1 Tổng quan về mạch chia hai tín hiệu: Phần này giới thiệu về chia hai tínhiệu,phân loại tín hiệu và cơ sở để xây dựng mạch

2 Sơ đồ nguyên lý mạch chia hai tín hiệu: đưa ra sơ đồ nguyên lý, lựa chọn, tínhtoán thông số của các linh kiện cho bài toán mạch chia sử dụng IC LM 358

3 Sơ đồ mô phỏng: Dùng phần mềm Proteus để vẽ và phân tích hoạt động củamạch mô phỏng và sự biến đổi của các tín hiệu trong mạch

4 Thiết kế mạch in: Sử dụng phần mềm Altium Designer thiết kế mạch in cho hệthống chia hai tín hiệu

Cuối cùng là phần kết luận và tài liệu tham khảo

Mặc dù đã cố gắng, song do thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nêntrong quá trình thực tập không thể tránh khỏi những thiếu sót.Em xin chân thành cảm ơnThầy giáo Nguyễn Phương Huy cùng các Thầy, Cô trong bộ môn Kỹ thuật Điện tử đã tậntình giảng dạy, chỉ dẫn, giúp đỡ em hoàn thành báo cáo thực tập tốt nghiệp

Thái Nguyên, ngày 13 tháng 08 năm 2014

Sinh viên thực hiện

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 là biểu hiện vật lý của thông tin Tín hiệu được biểu diễn một hàm

theo một hay nhiều biến số độc lập

1.1.2 Phân loại

 Theo các tính chất đặc trưng:

- Tín hiệu xác định & tín hiệu ngẫu nhiên

- Tín hiệu tuần hoàn & tín hiệu không tuần hoàn

- Tín hiệu nhân quả & không nhân quả

- Tín hiệu thực & tín hiệu phức

- Tín hiệu năng lượng & tín hiệu công 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 được gọi tắt làopamp) là một mạch khuếch đại "DC-coupled" (tín hiệu đầu vào bao gồm cả tín hiệuBIAS) với hệ số khuếch đại rất cao, có đầu vào vi sai, và thông thường có đầu ra đơn.Trong những ứng dụng thông thường, đầu ra được điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âmsao cho có thể xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào và tổng trở đầu ra

Các Bộ khuếch đại thuật toán có những ứng dụng trải rộngtrong rất nhiều các thiết

bị điện tử thời nay từ các thiết bị điện tử dân dụng, công nghiệp và khoa học Các Bộkhuếch đại thuật toán thông dụng hiện nay có giá bán rất rẻ Các thiết kế hiện đại đã đượcđiện tử hóa chặt chẽ hơn trước đây, và một số thiết kế cho phép mạch điện chịu đựngđược tình trạng Bộ khuếch đại thuật toán là một mạch khuếch đại đa năng, có thể lắp ráp

để xử lý rất nhiều thuật toán khác nhau cho các tín hiệu analog Các Bộ khuếch đại thuậttoán có nhiều thông số khác nhau, nhưng để dễ dàng quan sát, thiết kế và lý luận

mạch, người ta thường dùng mô hình Bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng

1.2.1 Các tính chất chung của IC KĐTT

Bộ khuếch đại thuật toán được ký hiệu như hình 3-1 Trong đó Ut , It là điện áp, dòng điện vào cửa thuận Uđ , Iđ là điện áp, dòng điện vào cửa đảo, Ur , Irlà điện áp ra và dòng điện ra U0 là điện áp vào giữa hai cửa Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp U0 = Ut- Uđ với hệ số khuếch đại K0 > 0.

Do đó điện áp ra: Ur =K0.U0= K0(Ut-Uđ)

Nếu Uđ = 0 thì Ur = K0.Ut lúc này điện áp ra cùng pha với điện áp vào Vì vậy cửa

T gọi là cửa thuận của bộ khuyếch đại thuật toán và ký hiệu dấu “+”

Tương tự khi Ut = 0 thì Ur = K0.Uđ, lúc này điện áp ra ngược pha với điện áp vào

nên cửa Đ gọi là cửa đảo của bộ khuếch đại thuật toán và ký hiệu dấu “-” Ngoài ra bộkhuếch đại có hai cửa đấu với nguồn nuôi đối xứng ±EC và các cửa để chỉnh lệch 0 và

+ Hệ số khuếch đại K0 = ∞

Thực tế bộ khuếch đại thuật toán có K0 = 104 ÷ 106 ở vùng tần số thấp Lên vùng tần

số cao hệ số khuếch đại giảm xuống Nguyên nhân do sự phụ thuộc tham số của tranzito

và điện dung ký sinh trong sơ đồ Đặc tuyến truyền đạt, đặc tuyến biên độ và đăc tuyếnpha như ở hình 3-2 và 3-3 Một bộ khuếch đại thuật toán thường có 4 tầng ghép trực tiếpvới nhau Tầng vào là tầng khuếch đại vi sai, tiếp theo là tầng khuyếch đại trung gian (cóthể là tầng đệm hay khuếch đại vi sai thứ hai), đến tầng dịch mức và tầng khuếch đại ra

1.2.2 Cơ bản về 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 hơn vài bậc ở độ lớn

của dòng emitter Mối quan hệ này có thể được sử dụng để có được một chức năng

chuyển điện áp logarit, được minh họa bằng hình minh họa mạch đơn giản dưới đây

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 thuậnvới(positive) điện áp đầu vào V3, chảy qua transistor phản hồi NPN (giả sử opamp khôngbão hòa) Bởi vì đầu vào đảo của bộ khuếch đại (mức cao) thực sự là GND Q1 hoạtđộngcơ bản như một diode - kết nối với transistor Dòng colector V3/R1 của transistor (về

lý thuyết) gây ra sụt áp đầu ra của bộ khuếch đại

Đó là điểm giao nhau khi dòng transistor bão hòa

Mô phỏng PSpice chỉ ra như hình dưới đây; Đây là cho một điện áp DC quét củađiện áp đầu vào Lưu ý việc thay đổi biến biến số tới logarit tự nhiên của điện áp đầu vào.Điện áp đầu ra opamp là đường thẳng trên thay đổi tuyến tính trên khoảng ba khoảng từthay đổi điện áp đầu vào

Cần lưu ý rằng mạch này là không thực tế Đặc biệt quan trọng là sự phụ thuộc nhiệt

độ của mối quan hệ diode cơ bản, và không chắc chắn về giá trị hiệu dụng của nó

Hình 3.5 Mô phỏng Pspice cho sơ đồ

a.Bộ khuếch đại logarit bù

Trong thực tế mạch khuếch đại LOG được vẽ như hình dưới Sự liên kết Q1 và U1 về

cơ bản giống mạch trên, tương tự với Q2 và U3

Tuy nhiên điện áp đầu ra là tỷ lệ thuận sự chênh lệch điện áp cực B của Q1-Q2, như được chỉ ra bởi phương trình đầu tiên Sư chênh lệnh điện áp VBE Q1-Q2 với tỷ số dòng như trong phương trình thứ hai Ở đây chúng ta giả sử Q1 và Q2 liên kết chặt chẽ, do đó, không chắc chắn dòng bão hòa hủy bỏ Dòng Q2 là cố định, để điện áp đầu ra ti lệ với logarit từ Vin Lưu ý sự phụ thuộc của nhiệt độ anh hưởng hệ số Mô phỏng PSpice ở nhiệt độ cố định 27 ° C được vẽ dưới đây Che phủ kết quả tính toán từ lý thuyết bằng cách sử dụng các phần tử có trị số của 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 các tham số mạch chỉ được minh họa dưới đây

Hình 3-9 Mô phỏng từ Pspice cho sơ đồ khuếch đại logarit nghịch

II THIẾT KẾ

1 CÁC PHƯƠNG 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:

2.XÂY DỰNG MẠCH

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH

 Sơ đồ khối của mạch

Hình 3-12 Sơ đồ khối mạch

2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH

 Sơ đồ nguyên lý tổng thể mạch

Hình 3-13 Sơ đồ nguyên lý mạch

2.3 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG MẠCH

 Sơ đồ mô phỏng điện áp ra bằng phần mềm proteus

- Điện áp đầu vào đưa vào hai mạch logarit là điện áp một chiều 12V.

- Điện áp đầu ra ~ 1V.

Hình 3-14 Sơ đồ mô phỏng mạch

2.4 SƠ ĐỒ MẠCH IN

 Sơ đồ mạch in thiết kế trên phần mềm Altium Designer

Hình 3-15 Sơ đồ mạch in

KẾT LUẬN

Báo cáo đã trình bày về quy trình thiết kế một hệ thống mạch chia hai tín hiệu điện ápdùng IC KĐTT Các kết quả đạt được cụ thể như sau:

- Tìm hiểu tổng quan về mạch chia hai tín hiệu

- Lựa chọn phương án Xây dựng mạch nguyên lý, tính toán, lựa chọn các thông

số cho mạch chia hai tín hiệu

- Khảo sát mạch thiết kế qua công cụ mô phỏng Proteus

- Thiết kế mạch in dùng phần mềm Altium Designer

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là:

- Phân tích ảnh hưởng của các thông số linh kiện sử dụng để thiết kế mạch

ý kiến của các thầy cô cũng như của các bạn bè quan tâm

Sinh viên thực hiện

Vi Văn Hợp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phạm Minh Hà, Kỹ thuật mạch điện tử, NXB, KHKT, 1997.