BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ BÀI 3 KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP-AMP

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ BÀI 3: KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP-AMP NHÓM 8 – L06 Người hướng dẫn: GV. NGUYỄN THANH PHƯƠNG Link ghi âm phiên Google Meet: https://drive.google.com/file/d/1Ecqd677WKtuEcc2taQiv_KWZZJdJCgGg/view?fbclid=Iw AR0jtcPeiD1BiU-doiuJOjn-8ccGJyNGi0ZMGYLGi4w4LenNLm00a9Pd1MU Ngày hoàn thanh báo cáo: 3-11-2021 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 I. Giới thiệu chung ➢ Mục tiêu thí nghiệm: Kiểm chứng các mạch ứng dụng Op-Amp, dùng kết quả và số liệu thu được từ thí nghiệm để kiểm chứng nguyên lý hoạt động, mô hình tương đương và các thông số cơ bản của mạch ứng dụng dùng Op-Amp. ➢ Phần mềm thí nghiệm: LTspice ➢ Module thí nghiệm: OPAMPLABSN008 II. Các thí nghiệm kiểm chứng

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ

MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

MẠCH ĐIỆN TỬ BÀI 3: KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG

DÙNG OP-AMP NHÓM 8 – L06

Người hướng dẫn: GV NGUYỄN THANH PHƯƠNG

Link ghi âm phiên Google Meet:

https://drive.google.com/file/d/1Ecqd677WKtuEcc2taQiv_KWZZJdJCgGg/view?fbclid=Iw AR0jtcPeiD1BiU-doiuJOjn-8ccGJyNGi0ZMGYLGi4w4LenNLm00a9Pd1MU

Ngày hoàn thanh báo cáo: 3-11-2021

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021

1

I Giới thiệu chung

➢ Mục tiêu thí nghiệm: Kiểm chứng các mạch ứng dụng Op-Amp, dùng kết quả

và số liệu thu được từ thí nghiệm để kiểm chứng nguyên lý hoạt động, mô hìnhtương đương và các thông số cơ bản của mạch ứng dụng dùng Op-Amp

➢ Phần mềm thí nghiệm: LTspice

➢ Module thí nghiệm: OPAMPLABSN008

II Các thí nghiệm kiểm chứng

1 Mạch khếch đại đảo

- Sơ đồ mạch:

ta chọn RF = 12kΩ => Vo = -Vi

● Sơ đồ thí nghiệm trên LTspice

Các điện trở dùng là R1 = 12KΩ, R2 = 12KΩ, cấp nguồn +12V và -12V cho Op- Amp

● Các bước tiến hành và kết quả thí nghiệm

- Thực hiện khảo sát đặc tuyến Op-Amp để tìm biên độ cực đại củangõ vào mà ngõ ra không bị xén

- Vào Edit Simulation chọn DC sweep và cài đặt các thông số nhưtrên hình sau đó bấm Run

3

- Ta được đồ thị như trên, sau đó ta đo tại điểm bão hòa thì thấy được biên độ cực đại ngõ vào khoảng 10.415V

- Ta chọn lại dạng sóng ngõ vào sine có biên độ 12V, tần số 1k đểthấy được dạng sóng ngõ ra bị xén

- Ta cài đặt lại Edit Simulation như hình bên dưới, sau đó bấm Run

5

- Ta thấy tín hiệu ngõ ra màu xanh lá bị xén, 2 tín hiệu ngược pha nhau đúng với

- Ta thử lại với trường hợp ngõ vào có biên độ 5V, tần số 1K

7

- Ta thấy 2 tín hiệu ngược pha nhau, biên độ ngõ vào ta đo được 4,99V

- Ngõ ra đo được biên độ -4.486V, sai số nhỏ vẫn đảm bảo đúng theo công thứ V0

= -Vi

● Nhận xét: Các kết quả trong thí nghiệm đúng với nguyên lý hoạt động củamạch đảo, tín hiệu ngõ vào và ra ngược pha nhau nhưng vẫn có sai số giữa biên

độ tín hiệu ra đo được so với lý thuyết, sai số này do module thí nghiệm

2 Mạch khếch đại không đảo

● Sơ đồ mạch:

9

● Các bước tiến hành và sơ đồ mạch thí nghiệm

- Ta sử dụng R1, R2 đều có giá trị điện trở 12kΩ, nguồn vào Vi, Op-Amp đượccấp nguồn +12V và -12V

- Ta tiến hành cài đặt các thông số tương tự như thí nghiệm mạch khuếch đại đảo

để khảo sát đặc tuyến Op-Amp, xác định biên độ cực đại của ngõ vào mà ngõ

ra không bị xén

Ta có đặc tuyến OpAmp và đo được giá trị biên độ cực đại của ngõ vào là 10,458V

Chọn ngõ vào sine có biên độ 12v, tần số 1k, cài đặt các thông số mô phỏng, sau đó quan sát dạng sóng ngõ ra khi bị xén

- Giá trị biên độ ngõ ra xén lúc này là 10.475V

- Chọn lại ngõ vào sine có biên độ 2V, tần số 1k

- Ngõ ra và vào cùng pha nhau và biên độ của ngõ ra là 3.793V, xấp xỉ gấp 2 lầnbiên độ ngõ vào

● Nhận xét: Các kết quả đo được trong thí nghiệm phù hợp với nguyên lý củamạch khuếch đại không đảo, ngõ vào và ngõ ra có pha giống nhau, biên độ xấp

xỉ nhau, sai số biên độ tín hiệu ra nhỏ

3 Mạch khuếch đại cộng điện áp

- Sử dụng R1, R2, R6 có cùng giá trị điện trở 12kΩ, cấp điện áp +12V, -12V choOp-Amp, V1 nối vào R1, V2 nối vào R2

- Khảo sát đặc tuyến Op-Amp tìm điện áp bão hòa

17

- Ta được đặc tuyến Op-Amp và điện áp bão hòa là 10.453V

- Chọn V1 có biên độ 6V, tần số 1k, V2 có biên độ 7V, tần số 1k

- Ta thấy ngõ ra màu xanh lá bị xén, vì điện áp ngõ vào tổng là 13V lớnhơn điện áp bão hòa 10.453V

21

- Biên độ ngõ ra lúc này là 10.476V

- Chọn lại V1 có biên độ là 2V, tần số 1k, V2 có biên độ là 3V, tần số 1k

- Ta thấy ngõ ra ngược pha với 2 ngõ vào và biên độ của ngõ ra bằng 4.893Vxấp xỉ bằng tổng 2 biên độ ngõ vào

● Nhận xét: kết quả thí nghiệm ta thấy mạch khuếch đại cộng điện áp có ngõ rangược pha với các ngõ vào đúng với nguyên lý của mạch, biên độ ngõ ra cũngxấp xỉ bằng tổng các biên độ ngõ vào, sai số nhỏ

4 Mạch khuếch đại trừ điện áp

- Sơ đồ mạch:

Chọn RF = 12kΩ RF/Ri1 = RF/Ri2 = 1 nên Vo = V1 – V2

23

Mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại là 1

● Sơ đồ thí nghiệm và các bước thực hiện

- Ta cho quét 1 chiều để xác định điện áp bão hòa

- Ta có đặc tuyến Op-Amp và đo được điện áp bão hòa là 10,465V

- Chọn V1 có biên độ 13V, tần số 1khz, V2 có biên độ 1V, tần số 1khz đểquan sát dạng sóng ngõ ra bị xén

25

- Tín hiệu ngõ ra bị xén, vì V1 – V2 = 12V lớn hơn điện áp bão hòa Ta

đo được biên độ ngõ ra là 10.48V xấp xỉ với điện áp bão hòa

- Chọn lại V1 có biên độ 5V, tần số 1khz, V2 có biên độ 1V, tần số 1khz,quan sát dạng sóng ngõ ra

- Điện áp ngõ ra màu xanh lá, V1 màu xanh dương, V2 màu đỏ, ta thấyngõ ra không bị xén nữa, biên độ ngõ ra bằng biên độ V1 – V2 bằng 4Vxấp xỉ với kết quả đo được là 4.06V

27

● Nhận xét: Kết quả khảo sát mạch khuếch đại trừ có ngõ ra bằng V1 – V2đúng với nguyên lý hoạt động của mạch, sai số giữa biên độ ngõ ra đođược với lý thuyết nhỏ.

Khảo sát ngõ ra theo Vi:

Điều chỉnh:

Kết quả:

29

6 Mạch Schmitt Trigger dạng đảo:

Áp dụng KCL cho nút giao giữa Rg và Rf:

Khi Vin nhỏ hơn V+:

Theo lý thuyết : 𝑉𝑠𝑎𝑡 = 12𝑉

ﻟ 𝑉𝑈𝑇 = 𝑅𝐺

+𝑅

Ngõ vào sóng sin với biên độ 6V và tần số 1000Hz

Thời gian khảo sát 2ms

33

Sơ đồ khảo sát ngõ vào Vin (xanh

lá cây) và ngõ ra Vout (xanh dương)

Theo khảo sát ta đo được:

𝑉𝐿𝑇 = −3.82𝑉 𝑉𝐻 = 10.48𝑉

𝑉𝑈𝑇 = 3.9𝑉 𝑉𝐿 = −10.48𝑉

7 Mạch tạo sóng bằng Op- Amp

1 Sơ đồ mạch thí nghiệm, công thức:

Hình 3.1: Sơ đồ mạch tạo sóng bằng Op-Amp

Mạch gồm 2 phần: Phần thứ nhất là mạch Schmitt Trigger: Điện áp ngõ vào làđiện áp ra của mạch mạch 2 mắc vào cực thuận có hồi tiếp 𝑅𝐹 qua điện trở 𝑅𝑖 saocho ngõ ra bị méo dạng thanh xung vuông(𝑉𝑠𝑞 ) Và phần thứ 2 là mạch tíchphân( ngõ ra là hàm tích phân ngõ vào) với cực không đảo nối đất, cực đảo với tínhiệu vào là điện áp ra của mạch qua điện trở R và tụ nối tiếp Điện áp ra bằng tíchphân điện áp vào, tỉ lệ nghịch với hằng số thời gian(𝑉𝑡𝑟)

35

Hình 3.2: Đặc tuyến quan hệ giữa 𝑽𝒔𝒒 và 𝑽𝒕𝒓

Hình 3.3: Dạng xung 𝑽𝒔𝒒

2 Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice:

Thực hiện nối các linh kiện giống như mach lý thuyết, ta được mạch tạo sóng bằng OP-AMP trên phần mềm LTspice như sau:

- Chọn 𝑅𝐹 =68K, R=10K và C=0.047 μFF ta có mạch như sau:

37

Hình 3.5: Mạch tạo sóng bằng Op-Amp trên LTspice

Sau khi lắp xong mạch chúng ta chọn chế độ quá độ Transient để mô phỏng và chọn stop time là 5ms

Hình 3.6: Dạng xung của trên LTspice

Sau khi đo chúng ta thu được dạng xung:

V+ và V− có kết quả không thay đổi, còn

số là 𝑅𝐹 =68K, R=10K và C=0.047 μFF, chúng ta tinh toan lý thuyết thì thu được𝑉𝐻 =1.85𝑉 và 𝑉𝐿 =- 1.85V, còn khi đo thu được kết quả là𝑉𝐻 = 1.62𝑉 và 𝑉𝐿 =- 1.62V, cónghĩa là sai số là hơn 12% Còn với mạch có các thông số là 𝑅𝐹 =22K, R=5.6K vàC=0.22 μFF, tinh toan lý thuyết thu được kết quả 𝑉𝐻 = 5.72𝑉 và 𝑉𝐿 =- 5.72V, còn khi

41

mô phỏng thu được kết quả là 𝑉𝐻 = 5.32𝑉 và 𝑉𝐿 =- 5.32V, có nghĩa sai số là 7% Cácsai số này xuất phát từ giá trị các linh kiện trong phần mềm mô phỏng có thay đổi sovới giá trị các linh kiện được sử dụng để tinh toán lý thuyết.