Báo cáo thí nghiệm đo lường điện tử

Báo cáo thí nghiệm đo lường điện tử

BÀI 1 : PHƯƠNG PHÁP ĐO BẰNG MÁY HIỆN SÓNG

1 Mục đích:

- Khảo sát các phương pháp đo thông dụng trên máy hiện sóng

2 Thiết bị thí nghiệm:

- Máy hiện sóng 2 kênh, DMM, Gen, bảng mạch thí nghiệm.

3 Nội dung thí nghiệm:

3.1 Đo điện áp:

3.1.1 Đo sụt áp bằng phương pháp cộng đảo:

- Sử dụng khối mạch SCR AC CONTROL của bảng mạch THYRISTOR & POWERCONTROL

- Dùng 2 kênh của máy hiện sóng để đo sụt áp trên tải cách ly đất R8 bằng phương phápcộng đảo

- Điều chỉnh mức đất và chọn 2 que đo ở chế độ AC

- Mạch như hình vẽ:

- Điều chỉnh GEN để tín hiệu ở ngõ vào là 18Vpk-pk, 60Hz

- Điều chỉnh 2 que đo ở cùng mức 5V/DIV

- Điều chỉnh VERT MODE ở chế độ ADD, chỉnh kênh 2 ở chế độ INV Khi đó, dạngsóng trên máy hiện sóng chính là sụt áp trên R8

3.1.2 Đo điện áp thấp (điện áp gợn):

- Sử dụng khối mạch FULL-WAVE RECTIFICATION AND FILTERING của bảngmạch SEMICONDUCTOR FUN 3.1

t(s) 7

f = 120Hz

- Quan sát dạng sóng ra trên kênh 2, ta có: Vo(pk) =12V

- Mắc thêm tụ C1=10µF vào mạch như hình vẽ:

- Với VOM, điện áp DC ra = 12V

- Khi không có tải thì tụ C1 nạp rất nhanh đến V = 12V và giữ nguyên mức điện áp đó

vì không có đường xả điện đã nạp

- Dạng sóng ra lúc này:

- Mắc thêm R2 vào mạch như sau :

t(s) 12

Dựa vào máy hiện sóng, chỉnh mhs ở mức 20mV/DIV thì quan sát được điện thế gợnsóng: Biên độ đỉnh-đỉnh chiếm 5 ô  Vrip(pk-pk) = 5.20 = 100mVpk-pk

Điện thế DC ra: Vo = 12V

Theo lý thuyết:

47000

10 10 120 2

12 R

C f 2

V

6 2

1

0

0.106Vpk-pk = 106 mVpk-pk

- Mắc thêm tụ điện C2 song song với C1 và R2 như sau :

- Dựa vào máy hiện sóng, chỉnh mhs ở mức 10mV/DIV thì ta quan sát được điện thếgợn sóng: Biên độ đỉnh-đỉnh chiếm 5 ô  Vrip(pk-pk) = 5.10 = 50mVpk-pk

)

CC.(

f.2

V

6 2

2 1

0

= 0.053Vpk-pk = 53mVpk-pk

- Nếu thay tải R3 từ 47k thành 33k

v(V)

t(s)

100mVp-p

12 v(mV)

- Dựa vào máy hiện sóng, chỉnh mhs ở mức 20mV/DIV thì ta quan sát được điện thếgợn sóng: Biên độ đỉnh-đỉnh chiếm 3 ô  Vrip(pk-pk) = 3.20 = 60mVpk-pk

)

CC.(

f.2

V

6 3

2 1

a- Đo độ lệch pha theo y-t

 Phương pháp chung: Sử dụng máy hiện sóng, quan sát bằng cả hai kênh.

- Điều chỉnh hai que cân bằng trước khi đo

- Điều chỉnh mức đất cho chuẩn và chọn đo ở chế độ AC

- Điều chỉnh máy hiện sóng sang chế độ hiển thị cả hai kênh

- Điều chỉnh vị trí của tín hiệu trên kênh 1 sao cho điện áp trên kênh 1 bằng 0 tại trung tâm của màn hình

- Tính khoảng cách giữa điểm 0V của kênh 1 và điểm 0V của kênh 2

- Trong một chu kì tín hiệu biến thiên 3600, tối ưu thang đo để 1 chu kỳ chiếm 10 ô ngang của máy hiện sóng Do đó ta suy ra 1ô = 360 và tính được lệch pha giữa hai tín hiệu

b-Đo độ lệch pha theo kiểu X-Y

 Phương pháp chung:

- Sử dụng máy hiện sóng, quan sát bằng cả hai kênh

- Điều chỉnh hai que cân bằng trước khi đo

- Điều chỉnh mức đất cho chuẩn và chọn đo ở chế độ AC

- Điều chỉnh máy hiện sóng sang chế độ hiển thị cả hai kênh

- Điều chỉnh time/div sang vị trí X-Y

- Dạng tín hiệu thu được là mẫu hình Lissajou

- Điều chỉnh mẫu hình Lissajou vào giữa màn hình

- Đo khoảng cách giữa hai điểm cắt trục Y ngắn nhất L1 và khoảng cách giữa hai điểm cắt trục Y dài nhất L2.Tính arcsin(L1/L2) Giá trị tính được chính là độ lệch pha giữa hai tín hiệu

- Điều chỉnh TIME/DIV ở 10ms/ vạch để 1 chu kì của mỗi tín hiệu hiển thị toàn màn hình.

- Tối ưu hóa thang đo và điều chỉnh điểm 0V của tín hiệu vào ở trung tâm màn hình

- Quan sát độ lệch pha theo y-t trên màn hình ta có dạng sóng:

- Quan sát ta thấy khoảng cách giữa hai điểm 0V của hai tín hiệu vào ra là khoảng 1.3 vạch, nên độ dịch pha   1 = 1 3

Tính độ lệch pha dựa vào mẫu hình Lissajou:

Ta có:

5 2

8 1 arcsin(

) arcsin(

- Quan sát độ lệch pha theo y-t trên màn hình ta có dạng sóng:

- Quan sát ta thấy khoảng cách giữa hai điểm 0V của hai tín hiệu vào ra là khoảng 1.7

Tính độ lệch pha dựa vào mẫu hình Lissajou:

Ta có:

6 2

2 2 arcsin(

) arcsin(

 Như vậy kết quả đo ở 2 cách đo là phù hợp

3.3 Đo và vẽ đặc tuyến ra của cấu kiện điện tử: (JFET)

- Dùng khối mạch JUNCTION FETS của bảng mạch FET FUNDAMENTAL 3.1

Dạng sóng quan sát được trên máy hiện sóng:

- Chỉnh VGS = -1Vdc.Quan sát dạng song Ta vẽ được đặc tuyến của JFET kênh N

BÀI 2 : ĐO CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH OP-AMP

1 Mục đích:

- Đo các thông số của Op-Amp

2 Thiết bị thí nghiệm:

- Máy hiện sóng 2 kênh, DMM, GEN, Bảng mạch thí nghiệm (2)

3 Nội dung thí nghiệm:

3.1 Bảng mạch OPERATIONAL AMP FUNDAMENTALS

 Chủ đề 2: Mạch khuếch đại đảo

Thí nghiệm 1: Hoạt động DC của mạch khuếch đại đảo.

- Lắp mạch như hình vẽ trên

- Sử dụng VOM để hiển thị điện thế ngõ ra Vo Sau đó ta vặn núm tinh chỉnh (TRIM) từtận cùng trái sang phải Ta thấy điện áp Vo bị ảnh hưởng bởi điện áp tinh chỉnh âm.

- Vặn núm tinh chỉnh (TRIM) để chỉnh điện áp chênh lệch ngõ ra của mạch về 0 Chú ýrằng sau khi chỉnh điện áp thì chúng ta không đụng vào núm tinh chỉnh nữa

- Sử dụng VOM để đo điện áp ngõ vào vi sai (VD) của mạch opamp Ta thấy VD đúng kể

từ khi U1 được chỉnh, và đồng thời điện áp hồi tiếp không ảnh hưởng đến mạch nữa

- Sửa lại mạch cho giống với bên trên

khuếch đại đảo

- Điều chỉnh bộ phân áp để điện áp ngõ vào (VI) là +1Vdc

- Sử dụng VOM để đo điện áp Vo Ta đo được Vo = -10Vdc

- Như vậy, độ lợi điện áp của mạch AV = Vo / VI = -10 / 1 = -10

- Dựa vào những giá trị điện trở R2 và R3 ta cũng tính được độ lợi :

AV = -R3/R2 =-10k / 1k (giống như bằng cách đo ở trên)

- Điều chỉnh ngõ ra của bộ phân áp, hay ngõ vào của mạch đến -1.0Vdc

vào

- CM9 được bật để thay đổi giá trị điện trở R3

- Đo điện áp ngõ ra ta được Vo = 3Vdc

- Tính dòng hồi tiếp qua điện trở R3 = 10k Ta có, IR3 = VR3 / R3 = 0.5mA

 Dựa vào dòng ngõ vào và dòng hồi tiếp, ta thấy hai dòng này xấp xỉ nhau, vì vậydòng ngõ vào cực (-) của opamp gần như bằng 0

- Đo điện áp tải ta được VRL = 5Vdc

 IRL = VRL / RL = 5V / 10k = 0.5mA

Kết luận:

- Một opamp chức năng đảo sẽ đảo chiều cực tính của điện áp ngõ vào

- Độ lợi của mạch khuếch đại đảo bằng với tỉ số giữa điện trở hồi tiếp trên điện trở ngõvào

- Một điện áp tinh chỉnh dùng để điều chỉnh điện áp chênh lệch ngõ ra của opamp về 0

- Định luật Ohm được áp dụng để xác định sự phân phối dòng của một opamp

- Điện áp vi sai của opamp được giữ ở gần 0V

- Bởi vì những trở kháng vào cao, một opamp sẽ có dòng ngõ vào bé

Thí nghiệm 2: Mạch khuếch đại đảo chế độ AC.

- Lắp mạch như hình vẽ.

- Chỉnh TRIM để điện áp ngõ ra Vo của mạch về 0 Chú ý rằng sau khi chỉnh ta đừng làmlệch nút TRIM

- Kết nối GEN phát sóng sin đến ngõ vào R1 của mạch

- Điều chỉnh điện áp ngõ vào của mạch là 0.1Vpk-pk.

- CM10 được kích hoạt để thay đổi giá trị độ lợi của mạch

- Ta đo được điện áp ngõ ra của mạch là 2Vpk-pk

- Một opamp sẽ đạt trạng thái bão hòa nếu điện áp vào đạt gần đến mức điện áp nguồn

Chủ đề 3: MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO

Thí nghiệm 1: Mạch khuếch đại không đảo chế độ DC.

- Lắp mạch như hình vẽ bên trên Chắc chắn rằng ngõ vào được nối đến điểm chung củamạch

- Quan sát ngõ ra của mạch khi tháo điểm kết nối chung ở ngõ vào (+) thì ta thấy V0 khác

0, do vậy opamp bão hòa

- Lấy điện áp từ bộ phân áp đưa đến ngõ vào không đảo của opamp.

- Cấp điện áp ngõ vào không đảo VI = 1Vdc Đo điện áp ngõ ra V0 = 10Vdc

- Ta nhận thấy rằng điện áp ngõ vào và ngõ ra là cùng cực tính

- Điều chỉnh điện áp ngõ vào VI từ 1Vdc xuống -1Vdc

- Tương tự với VI = 1Vdc thì dòng hồi tiếp và dòng tải đều chảy vào U1 từ ngõ ra

- CM15 kích hoạt làm thay đổi giá trị R2 Điều chỉnh VI đến giá trị thích hợp để mạchkhông khuếch đại bão hòa Khi đó VI = -1.12Vdc, ta tính thấy AV<10  CM19 làmgiảm giá trị R2.Như vậy, ta thấy độ lợi mạch giảm khi R2 giảm và ngược lại

Thí nghiệm 2: Mạch khuếch đại không đảo chế độ AC.

- Lắp mạch như hình vẽ Chắc chắn ngõ vào của mạch được nối đến điểm chung củamạch.

- Điều chỉnh TRIM để ngõ ra của mạch đến 0V

- Điều chỉnh GEN cấp sóng sin 1Vpk-pk ở 1000Hz Ta đo được V0 = 10Vpk-pk

 AV = V0 / VI = 10

- Ta quan sát được VI và V0 là cùng pha vì điểm 0V của tín hiệu vào và ra trùng nhau

t v

- Tăng VI đến khi nào dạng sóng ngõ ra méo Khi đó V0 >10Vpk-pk (tại 20Vpk-pk trở lênthì dạng sóng ngõ ra méo).

- Điều chỉnh VI = 1Vpk-pk CM6 được kích hoạt để thay đổi giá trị R2 Ta đo được V0 =2Vpk-pk Như vậy, Độ lợi của mạch AV = 2

- Dạng sóng ngõ ra của mạch khuếch đại không đảo thì cùng pha với dạng sóng ngõ vào

 Mạch Voltager follower không khuếch đại Vi và cũng không làm đảo chiều Vi.

- Đo VD = -6.8mV 0 => Vi và V0 bằng nhau Do đó OpAmp không bão hòa

- Quan sát VD, điều chỉnh từ từ Vi từ khối mạch chia áp thì Op Amp vẫn không bão hòa,giá trị VD không đổi, V0 thay đổi theo Vi

Thí nghiệm 2: Inverting gain of one amplifier

- Đo thấy VD rất nhỏ nên không cần chỉnh TRIM

- Lấy áp Vi từ khối mạch phân áp

- Điều chỉnh đến 1Vpk-pk Quan sát trên máy hiện sóng thấy V0 = -1Vpk-pk Như vậy mạchnày không khuếch đại nhưng đảo chiều tín hiệu vào

- Điều chỉnh Vi (đo trên VOM) đến -1Vdc thì V0 = 1Vdc

- Đo lại VD (khi có mắc thêm R3) : VD = 0.1mV 0 => Op amp U1 không bão hòa Khi

- Mắc kênh 1 để quan sát Vi, kênh 2 quan sát V0

- Chỉnh GEN: sóng sin 1Vpk-pk 1kHz đưa vào Vi Quan sát dạng sóng của V0 và Vi trùngnhau nên có nhận xét: mạch không khuếch đại và không làm méo dạng tín hiệu

- Quan sát dạng sóng vào ra, tăng tần số tín hiệu vào lên 100kHz thì biên độ của V0 vẫnkhông giảm

- Chỉnh GEN: sóng vuông 20Vpk-pk 10kHz đưa vào Vi Sử dụng dạng sóng ở ngõ ra V0

để xác định chỉ số SR của mạch: SR=0.6V/μss

bán kỳ của tín hiệu vào

+ Băng thông công suất giới hạn

+ SR giới hạn

+ Méo dạng tín hiệu ngõ ra

biên độ của tín hiệu vào

Chủ đề 5: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CỘNG ĐẢO

- Đo Vd=0V Mạch hoạt động bình thường ( đã được bù lệch 0)

- Lấy áp từ mạch chia áp đưa vào ngõ vào R3

- Xoay nút điều chỉnh trên mạch chia áp từ tận cùng bên trái đến tận cùng bên phải Đođược Vo từ 1,246V đến -1,274V

TRIM cho opamp

dịch chuyển nữa

- Chỉnh 2 nguồn nối với R1 R2 là 0V Đo Vo=0V => Chỉnh TRIM đúng

- Dựa vào giá trị điện áp vào và điện áp ra của mạch thì mạch trên là mạch trung bình.

Vo= 1V

- Chỉnh V1=4V, V2= -6V Đo Vo= 1V

V3 và R3 không ảnh hưởng đến mạch vì V3 nhỏ và RF/R3 < 1

Chủ đề 6: KHUẾCH ĐẠI CỘNG KHÔNG ĐẢO

Thí nghiệm 1: Tìm hiểu hoạt động của mạch khuếch đại cộng không đảo

- Đo Vo, dựa vào giá trị của Vo ta thấy opamp có điện áp lệch 0 không đáng kể

- Để hở giữa R1 và R2 Đo Vo suy ra opamp bão hòa âm Vo=-12,58V

- Chỉnh V1= 4V, V2= -5V

Av = 1 + R4/R3

Dựa vào giá trị của Vo => opamp không bão hòa vì V1 và V2 có giá trị trung bình bằng

VA và VA= VB

Dựa vào hoạt động của mạch: IR4 = IR3

Đo Vo= -2,5V

- Chỉnh V1=6V, V2=-5V Đo Vo= 2,5V

- Dấu của Vo giống VA vì đây là mạch khuếch đại không đảo

- Chỉnh V1=10V, V2=-8V Kích hoạt CM9 Dựa vào tỉ lệ giữa Vo và VA => Độ lợi Av =

Vo/VA = 2/1=2

Mà R4=4K => R3= 4K

Thí nghiệm 2: Summing and Averaging operation

- Ngắn mạch R4 bằng cách kich hoạt CM20 Điện trở tải của opamp là

RL=(R3//R4)= 909

- Vẫn bật CM20, điều chỉnh V1 và V2 đến 1 vài giá trị thích hợp Đo Vo ta thấy Vo=(V1+V2)/2

- Tắt CM20, bật CM19 để thay đổi giá trị R3 Đo Vo = 2V Dùng V1, V2,V3,Vo để tính

Chủ đề 7: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI

Thí nghiệm 1: Hoạt động của mạch khuếch đại vi sai chế độ DC.

- Nối R1 và R2 và nguồn DC như hình vẽ

- Mắc mạch như hình vẽ:

- Chỉnh V1=1,5V, V2=-1,5V Đo Vo= -3V

- Chỉnh V1=1,5V, V2=1,5V Đo Vo= 0 V

 Vo=V2-V1

- Nối R2 và R3 suy ra R2//R3

- Chỉnh V1=1,5V, V2= -1,5V Đo Vo= 0,7V Suy ra độ lợi bị ảnh hưởng bởi R3

- Tháo R3 ra khỏi mạch Chỉnh V1=1,5V, V2=-1,5V Đo Vo= 4VA+3V1=1.5V

Với : VA= V2 R4 / (R2 + R4) = -0.75V

Thí nghiệm 2: Hoạt động của mạch khuếch đại vi sai chế độ AC

- Kênh 1 mắc vào gen, kênh 2 mắc vào R6( đo Vo)

- Quan sát trên máy hiện sóng Vo= 0V vì Vo=V1-V2

- Mắc R2//R3 => Vo= 5Vpp và cùng pha với tín hiệu vào.

- Lấy R3 ra khỏi mạch Kích hoạt CM3 để thay đổi giá trị của R4 đến 5K

- Quan sát thấy Vo= 3,4Vpp và ngược pha với tín hiệu vào

3.2 Bảng mạch OPERATIONAL AMP APPLICATIONS

2

O U T +

O U T + -

- Tăng tần số đến khi V0 còn 0.707Vpp Khi đó fc= 1076Hz

- Tăng tần số lên đến 5KHz và đo V0 thì được V0 = 50mVpp

Thí nghiệm 2: Low pass filter phase/ transient respond:

R 4 1 0 K

0 0 1 µ F

1 3

2

O U T + -

- Lắp kênh 1 vào gen , kênh 2 vào ngõ ra.Chỉnh gen 1Vpp-100Hz

- Trễ pha của tín hiệu ra so với tín hiệu vào là 0°

- Tăng tần số lên đến 1KHz thì trễ pha là 45°.

- Chỉnh tần số lên đến 5KHz thì trễ pha 60°.

 Độ dịch pha tăng khi tần số tăng.

2

O U T +

- Tăng tần số lên 1KHz thì độ dịch pha là 90°.

- Tăng tần số lên 5KHz thì độ dịch pha là 170°.



Độ dịch pha tăng khi số cực tăng

Thí nghiệm 1: Đáp ứng tần số của mạch lọc thông cao

- Tăng dần tần số của GEN để Vo đạt 0,707Vpk-pk Khi đó f =1000Hz

- Khi ta tăng tần số đến 5KHz thì biên độ không thay đổi nữa

- Chỉnh GEN: sóng sin 1Vpk-pk 500Hz và đo Vo

- Vo(500Hz) =0.2Vpk-pk

- AdB= 20 lgVo = 20 lg 0.2 = -14 dB

Thí nghiệm 2: Phase and Transient response

- Chỉnh GEN: sóng sin 1Vpk-pk 500Hz

- Độ dịch pha của sóng vào và sóng ra là 600

- Độ dịch pha của sóng vào và sóng ra là 400

 Khi tăng tần số tín hiệu vào thì độ lệch pha giảm

- Chỉnh GEN: sóng sin 1Vpk-pk 500Hz

- Tăng tần số lên 1000Hz.

- Độ dịch pha của sóng vào và sóng ra là 900