báo cáo thí nghiệm kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp môn mạch điện tử

 Mục tiêu thí nghiệm :- Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op – amp: - Hiểu được nguyên lý hoạt động, cấu trúc và chức năng của từng mạch Op – amp khác nhau.. - So sánh thực nghiệm và lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG

DÙNG OP-AMP

MÔN: MẠCH ĐIỆN TỬ

GVHD: Đỗ Quốc Tuấn

Thực hiện bởi:

1 Lê Quốc Thịnh - 2012112

Nhóm thí nghiệm: Nhóm F / Lớp L02

Link ghi âm ghi hình các phiên google meet:

https://drive.google.com/file/d/

1REQ7zHfjmbs6oPb2Zps8mm6Gxb98lF40/view?usp=sharing Ngày hoàn thành báo cáo :

 Mục tiêu thí nghiệm :

- Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op – amp: - Hiểu được nguyên lý hoạt động, cấu trúc và chức năng của từng mạch Op – amp khác nhau

- Biết cách lắp mạch trên module để được các mạch cần kiểm chứng, phân biệt cực đảo, cực đảo để tránh nhầm lẫn Ngoài ra ta cần đảm bảo mạch được cấp nguồn DC

- So sánh thực nghiệm 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

 Phần mềm thí nghiệm : LTspice

 Module thí nghiệm : OPAMPLABSN002

II Các thí nghiệm kiểm chứng

1 Mạch khuếch đại đảo

-Cấu tạo mạch:

+ Ngõ vào Vi vào qua điện trở Ri nối với cổng đảo (V-), tại cổng ra tín hiệu hồi tiếp thông qua RF về cổng đảo Cổng không đảo (V+) nối đất

+ Trở kháng vào ra: Ri=12kΩ , Ro = 0

- Chức năng mạch: Khuếch đại đảo điện áp ngõ vào

- Công thức tính điện áp ngõ ra:

v o=−R f

R1 v i

- Cho RF,= 12kΩ (tiện lợi trong việc tính toán) , ta có sơ đồ mắc mạch :

Vi -12V -9V -6V -3V 0V 3V 6V 9V 12V

Vout (Lý

thuyết)

Vout (giả

lập)

10,41V 7.91V 5.25V 2.66V 0 -2.65V -5.25V -7.91V -10.42V

- Kết quả chạy mô phỏng trên Lspice :

Nhận thấy ngõ ra là một đường thẳng phụ thuộc vào biến vi với độ dốc là −R f

R1

2 Mạch khuếch đại không đảo

- Cấu tạo mạch: Ngõ vào Vi kết nối với cổng không đảo (V+) Cổng đảo (V-) được nối với đầu ra qua điện trở RF và tiếp đất qua điện trở RG

-Chức năng mạch: Khuếch đại điện áp ngõ vào

- Công thức tính điện áp ngõ ra:

v o=( 1+ R f

R G)v i

- Cho RF =12kΩ ,ta có sơ đồ mắc mạch:

- Kết quả chạy mô phỏng trên LTspice :

Nhận thấy ngõ ra vo phụ thuộc vào biến vi với độ dốc là 1+R f

R G

Vi -9V -6V -3V 0V 3V 6V 9V

Vout (giả lập) -10.48V -10.47V -5.66V 0 5.61V 10.46V 10.7V

3 Mạch khuếch đại cộng điện áp

- Cấu tạo mạch: mạch khuếch đại đảo với với ngõ vào V- nối với nhiều điện áp ngõ vào thông qua các điển trở Ri

- Chức năng mạch: là khuếch đại thuật toán cộng.

- Công thức tính điện áp ngõ ra:

v o=−(R f

R1v1 +R f

R2v2 )

- Sơ đồ mắc mạch :

- Kết quả chạy mô phỏng trên LTspice :

V1 -12V -9V -6V -3V 0V 3V 6V 9V 12V

Vout (giả lập) 10.43V 8.01V 5.35V 2.61V 0 -2.63V -6.29V -8.06V -10.5V

4 Mạch khuếch đại trừ điện áp

- Cấu tạo mạch: mạch khuếch đại Op-amp với cổng đảo(V-) được nối với điện trở hồi tiếp R2, tín hiệu ngõ vào VREF qua điện trở R1 Cửa không đảo được mắc với tín hiệu ngõ vào Vi

- Chức năng mạch: mạch khuếch đại theo thuật toán trừ mạch khuếch đại có tín hiệu ngõ ra Vo bẳng hiệu các tín hiệu ngõ vào Vi.

- Ta có:

Ri1 = Ri2 = Ri => V0 = R F

R i(V1 – V2)

Vo = (1+R2

R1)Vi – R2

R1.VREF = 2Vi – 4

Ta cho Vi chạy từ -10v đến 10v và thu được đồ thị phụ thuộc của Vo vào Vi:

đương với phương trình Vo ≈ 2Vi-4

Kết luận

Kiểm chứng so với lí thuyết ta thấy gần giống phương trình chứng minh trên

- Sơ đồ mắc mạch:

Tương tự ta phân tích trên miền thời gian với Vi lần lượt là 4V và 3V tần số 1k

Hz như sau:

Theo như đồ thị trên với Vi = 4V (Vi > Vip) đồ thị bị xén ( nằm trong vùng bão hòa âm) ( 4>3.7)

Theo như đồ thị trên với Vi = 3V (Vi < Vip ) đồ thị sẽ không bị xén ( không nằm trong vùng bão hòa) (4<3)

5 Mạch so sánh

Hình : Mạch so sánh -Chức năng: So sánh điện áp được mặt vào ở cực đảo và cực không đảo

- Cấu tạo mạch: mạch Op-amp có cực không đảo nối với điện thế so sánh Vref , cực đảo 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 (V1 > V2) thì Vo tiến về V sat

)

-Mạch mô tả:

-Kết quả dạng sóng đo được (Vin, Vout, Vref):

Vi : ta chọn sóng sine, biên độ 10V, tần số 1kHz

Vref : là VDC , độ lớn 5V

Quan sát dạng sóng trên, ta rút ra được :

- Khi Vi < Vref (Vi < 5V) thì ngõ ra có giá trị V0 = V sat

=10.474(V)

- Khi Vi > Vref (Vi > 5V) thì ngõ ra có giá trị V0 = V sat

= -10.476(V)

=> Đúng với lý thuyết về mạch so sánh dùng OP-AMP đã học

6 Mạch Trigger – Smith

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

- Cấu tạo mạch: mạch khuếch đại Op-amp, cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào VREF

=2V, cực không đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh với điện trở hồi tiếp RF song song với điện trở RG = 12k

Ta có các công thức tính VH và VL như sau:









Với :

sat

 

 

,

V V 

là điện áp nguồn cấp cho OP-AMP có giá trị lần lượt là 12V và – 12V

- Ta chọn Vi vào là một dạng sóng sine với biên độ 5V, tần số 1kHz để khảo sát mạch thí nghiệm

- RG ta chọn giá trị cố định là 12k

- RF ta chọn 2 giá trị là RF = 68k và RF = 22k để kiểm chứng

* Với R F = 68k

- Vì trên mạch có sẵn 2 điện trở R9 = 68k và R7 = 12k nên ta chọn R9 làm

RF và R7 làm RG

- Sơ đồ mạch thí nghiệm :

Từ đồ thị trên, ta đo được :

sat

V

= 10.476V

sat

V

= -10.478V

Từ đó, ta tính được các giá trị VH và VL theo lý thuyết:

12 68 12

2 ( 10.477) 4.202( )

G F G

L REF sat

G F G

H REF sat





Từđồ thị trên, ta đo được VH = 4.223(V) và VL = 0.534(V)

* Với R F = 22k

Tương tự khi đo với RF = 68k, với RF = R8 và RG = R3

-Từ đồ thị trên, ta đo được :

sat

V

= 10.476V

sat

V

= -10.477V

Từ đó, ta tính được các giá trị VH và VL theo lý thuyết:

2 ( 10.478) 8.806( )

G F G

L REF sat

G F G

H REF sat





Từđồ thị trên, ta đo được VH = 8.806(V) và VL = -2.668(V)

Nhận xét:

- Khi Vi > VH thì ngõ ra V0 có giá trị là V sat

và giữ nguyên mức khi ngõ vào có giá trị nằm giữa (VH , VL) Và ngõ ra V0 đổi sang giá trị V sat

khi ngõ vào Vi có giá trị thấp hơn VL và giữ nguyên mức khi ngõ vào có giá trị nằm giữa (VL , VH) cho đến khi ngõ vào Vi > VH thì V0 đổi lại sang giá trị V sat

, cứ thế lặp đi lặp lại

- Các giá trị khi thực hiện thí nghiệm đo được giống với giá trị khi tính toán lý thuyết, kết quả cho được có sai số nhỏ => mạch hoạt động đúng

7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

vào là điện áp ra Vo1 của mạch 2 mắc vào cực thuận có hồi tiếp RF qua điện 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 𝜏

Vo2 = - 1

RC∫

0

t

V01dt ; τ =RC là hằng số thời gian

-Đồ thị: