Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp

Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử đề tài kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH



BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ

Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op-amp

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Phương

Sinh viên thực hiện (Nhóm L06 _ Tổ 1):

Lê Văn Hiệu MSSV: 1910188

Ngày hoàn thành báo cáo: 08/11/2021

Mục lục

Bài 3: Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op – amp 4

1 Giới thiệu chung 4

2 Các thí nghiệm cần kiểm chứng 4

3 Lựa chọn các dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng 7

4 Các kết quả thí nghiệm 8

5 Phân tích so sánh và kết luận 14

 Biết cách sử dụng máy phát sóng, dao động kí để tạo sóng phù hợp đưa vào Op – amp ( sóng sin, sóng vuông, sóng tam giác), điều chỉnh biên độ ngõ vào để ngõ ra không méo dạng, quan sát trên dao động kí, điều chỉnh vol/div, time/div để quan sát thuận tiện rồi vẽ lại dạng sóng

 So sánh kết quả mô phỏng và lý thuyết các mạch ( độ lợi áp, dạng sóng ngõ ra): mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch khuếch đại cộng điện áp, mạch khuếch đại trừ điện áp, mạch so sánh, mạch

Schmitt Trigger, mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác, rồi đưa ra nhận xét, kết luận

Hình 2.1: Mạch khuếch đại đảo

• Phân tích lý thuyết và công thức tính toán

- Chức năng: Khuếch đại đảo điện áp ngõ vào ( tức ngõ ra ngược pha với ngõ vào)

- Cấu tạo: mạch có tín hiệu vào qua điện trở Ri nối với cổng đảo (V-), tại cổng ra tín hiệu hồi tiếp thông qua điện trở RF về cổng đảo Cổng không đảo (V+) được nối đất

- Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị Ri , RF, nên ta lưu ý trong quá trình chọn linh kiện lắp mạch, vì tính chất là mạch khuếch đại nên RF ≥ Ri

- Điện áp ngõ ra ngược pha với điện áp ngõ vào

- Nếu Ri = RF , mạch tạo tầng đảo lặp lại điện áp

- Áp dụng KCL tại nút : = AV

• Đồ thị từ lý thuyết phân tích

• Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice (ứng với Rf = 22kΩ)

2.2 Mạch khuếch không đảo

•Sơ đồ mạch

Hình 2.2: Mạch khuếch đại không đảo

• Phân tích lý thuyết và công thức tính toán

- Chức năng: khuếch đại điện áp ngõ vào

- Cấu tạo: Tín hiệu vào kết nối với cổng không đảo Cổng đảo nối với đầu

ra qua điện trở RF và tiếp đất qua điện trở RG

- Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị RG , RF

Vì tích chất khuếch đại nên ta cần lưu ý chọn linh kiện có RF RG

- Điện áp ngõ ra cùng pha với điện áp ngõ vào

- Nếu RF = 0 => AV = 1 , mạch dùng làm bộ đệm, áp giữ nguyên giá trị ngõ vào, tổng trở vào lớn, tổng trở ngõ ra nhỏ

• Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice (ứng với RG = 22kΩ)

2.3 Mạch khuếch cộng điện áp

•Sơ đồ mạch

Hình 2.3: Mạch khuếch đại cộng điện áp

• Phân tích lý thuyết và công thức tính toán

- Chức năng khuếch đại thuật toán cộng

- Mạch khuếch đại đảo với cửa đảo Vs- nối với nhiều điện áp ngõ vào thôngqua các điện trở Ri

- Mạch khuếch đại tín hiệu ngõ ra bằng tổng các tín hiệu ngõ vào nhưng ngược pha

- V- (đảo) nối với một hai nhiều điện áp ngõ vào

- Áp dụng KCL cho nút tại cổng đảo :

• Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice (ứng với RF = 12kΩ, V2= 3V)

• Mạch khuếch đại trừ điện áp

Hình 2.4: Mạch khuếch đại trừ điện áp

-Chức năng: mạch khuếch đại theo thuật toán trừ

- Mạch khuếch đại Op-amp với cửa đảo được nối với điện trở hồi tiếp RF, tín hiệu ngõ vào V2 qua điện trở Ri2 Cửa không đảo được mắc với điện trở

RF song song với tín hiệu ngõ vào V1 qua điện trở Ri1

- Mạch khuếch đại có tín hiệu ngõ ra bẳng hiệu các tín hiệu ngõ vào

Hình 2.5: Mạch so sánh

- Mạch Op-amp có cực đảo nối với điện thế so sánh Vref , cực thuận nối với điện thế chuẩn Vi Với giá trị rất lớn của hệ số khuếch đại, mạch khuếch đại op-amp cho tín hiệu ra V0 ở các mức giá trị :

+ Khi Vi < Vref thì 0 = ++ + 𝑆𝑆𝑆 = 10 0 (thực tế nhóm đo được)

+ Khi Vi > Vref thì 𝑆0 = −− −𝑆𝑆𝑆 =

−10

0 0(thực tế nhóm đo được)

- Mạch tạo sóng vuông ở ngõ ra (có độ dốcnhỏ)

- Khi v2 > v1, v0 dần về vH (+vsat)

- Khi v2 < v1, v0 dần về vL (-vsat)

• Mạch Schmitt Trigger

Hình 2.6: Mạch Schimitt Trigger

- Mạch so sánh có hai biên so sánh và vùng đệm giữ VTH và VTL

- Mạch khuếch đại Op-amp, cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh Vi , cực không đảo nối với tín hiệu ngõ ra với điện trở hồi tiếp RF song song với điện trở RG

- Chức năng : Giống mạch so sánh nhưng có tính năng là lọc nhiễu

- Lý thuyết : 𝑆+ không là hằng số mà dao động trong khoảng (VTL, VTH) :

• Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

Hinh2.7: Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác + Mạch 1 : Mạch Schmitt Trigger mức điện áp VS- = 0 ở cực đảo, điện áp ngõ vào là điện áp ra Vo1 của mạch 2 mắc vào cực thuận có hồi tiếp RF quađiện trở Ri sao cho ngõ ra Vo1 bị méo dạng thành xung vuông + Mạch 2 : Mạch tích phân (ngõ ra là hàm tích phân ngõ vào) với cực không đảo nối đất, cực đảo với tín hiệu vào là điện áp ra Vo1 của mạch 1 qua điện trở R

và tụ hồi tiếp Điện áp ra bằng tích phân điện áp vào, tỉ lệ nghịch với hằng

số thời gian

Vo2

RC

là hằng số thời gian

3 Lựa chọn dữ kiện đầu vào và phương pháp đo đạc các đại lượng

3.1 Với các mạch khuếch đại

- Lắp mạch theo các sơ đồ mạch điện trên module

- Cấp nguồn DC cho các Op- amp : +12V và -12V

- Các 𝑆𝑆 chọn 12kΩ, 𝑆𝑆 chọn đo 2 lần trong 3 giá trị 12kΩ, 22kΩ và 68kΩ

- Chọn Vi để Vo không bị méo dạng ( dựa vào điện áp ngưỡng ngõ ra):

• Thời gian mô phỏng: 2ms

3.2 Với các mạch so sánh và tạo sóng

- Lắp mạch theo các sơ đồ mạch điện trên module

- Cấp nguồn DC cho các Op- amp : +12V và -12V

- Các 𝑆𝑆 chọn 12k, 𝑆𝑆 chọn đo 2 lần 12k và 22k

- Cho 𝑆𝑆 vào CH1, 𝑆𝑆 vào CH2 của dao động ký, quan sát các dạng sóng, tính độ lợi áp và so sánh kết quả thí nghiệm với lý thuyết - Chọn Vi thích hợp:

+ Mạch so sánh: Chọn giá trị Vref = 5V Chọn biên độ Vi lần lượt lớn hơn

Vref và nhỏ hơn Vref để được 2 dạng sóng ngõ ra khác nhau

+ Mạch Schmitt Trigger: Với 𝑆𝑆 = 12 662 662 ∈ (− 6, 6) ; với 𝑆𝑆 = 2

Hình 4.2.1: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R G = 12kΩ

Hình 4.2.2: Dạng sóng ngõ vào/ra trường hợp R G = 22KΩ

4.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp

4.6 Mạch Schimitt Trigger

Hình 4.7: D ng sóng ngõ vào/ra tr ạ ườ ng h p V ợ i l n h n V ớ ơ ref

Hình 4.8: D ng sóng ngõ vào/ra tr ạ ườ ng h p V ợ i bé h n V ơ ref

Hình 4.9: Dạng sóng ngõ vào/ra khi R F = 12kΩ

Hình 4.8: Dạng sóng ngõ vào/ra khi R F = 22kΩ

4.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

- Trường hợp: (RF ,R ,C ) = ( 22kΩ, 5.6kΩ, 0.22μF )

- Trường hợp: (RF ,R ,C ) = ( 68kΩ ,10kΩ ,0.047μF )

5 Phân tích so sánh và kết luận

5.1 Mạch khuếch đại đảo

Theo lý thuyết:

→ Vậy kết quả dạng sóng 𝑆𝑆, 𝑆 khảo sát giống với lý thuyết, sai số rất nhỏ do Op-amp hoạt động tốt

5.2 Mạch khuếch đại không đảo

 𝑆𝑆 có biên độ 𝑆 −= 22 2, dao động tại vị trí cân bằng -5V, ngược pha 𝑆𝑆1

 Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

Với 𝑆𝑆 = 22kΩ, 𝑆𝑆 = 12 2 𝑆1−𝑆𝑆 − 8(ó 8 (ó= 0 sin )8(ó , 𝑆2 = 55 5:

 𝑆𝑆 có biên độ 𝑆 −= 1.45 5, dao động tại vị trí cân bằng -5V, ngược pha

𝑆𝑆1

5.4 Mạch khuếch đại trừ điện áp

Theo lý thuyết: Vo

Với 𝑆𝑆 = 12kΩ, 𝑆𝑆 = 12 2 𝑆1−𝑆𝑆 − = 6(ó6(ó 6(ó sin ) , 𝑆2 = 55 5:

 𝑆𝑆 có biên độ 𝑆 −= 66 6, dao động tại vị trí cân bằng -5V, cùng pha 𝑆𝑆1

 Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

→ Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

Vi-pp = 8.36: Biên độ Vi < 5V nên 𝑆𝑆=𝑆𝑆

→ Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

5.6 Mạch Schimitt Trigger

Khi Vi > 𝑆𝑆𝑆: Vo= 𝑆𝑆𝑆( bão hòa âm)

Khi Vi < 𝑆𝑆𝑆: Vo= 𝑆𝑆𝑆( bão hòa dương)

Cả 2 lần đo: 𝑆𝑆𝑆 = 1 ,0 0 𝑆𝑆 = −10 0

𝑆𝑆 = 12 2:

Khi Vi>5: Vo=-10V

Khi Vi<-5: Vo= 10V

 Kết quả khảo sát giống với lý thuyết

 Kết quả đo có sai lệch so với lý thuyết, nguyên nhân do sai số dụng cụ đo là, nhầm lẫn khi đọc các giá trị trên máy phát sóng, cursor của biên độ và của thời gian không thể hiện thị cùng lúc để đọc chính xác các giá trị

𝑆𝑆𝑆, 𝑆𝑆

5.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

Với 𝑆𝑆=22k, 𝑆𝑆 = 12 2 Theo lý thuyết:

 Vậy kết quả khảo sát sai lệch với lý thuyết so tín hiệu qua các Op-amp bị delay thời gian và quá trình nạp xả của tụ điện không đồng đều