BÁO cáo THực hành môn tin học

Kết quả thu được là ta đã biến đổi từ tín hiệu dạng sin thành tín hiệu dạng xung như hình 2.2: Hình 2.2: Giản đồ xung của tín hiệu lối vào và lối ra của KĐTT Gi ải thích nguyên lý ho t

TR NG Đ I HỌC CÔNG NGH - ĐHQGHN

-  -

BÁO CÁO TH C HÀNH

Môn: Tin H ọc Vật Lý

Nhóm sinh viên:

Hoàng Văn Nông

Phan Văn Hóa

Hà Nội ngày 23 tháng 5 năm 2012

BÁO CÁO TH C HÀNH MÔN TIN H ỌC V T LÝ

Nhóm sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Nông MSSV: 10020248 K55V

Nguyễn Đăng Phương MSSV: 10020559 K55V

Phan Văn Hóa MSSV: 09020206 K54V

I- Yêu cầu, mục đích

-Khảo sát nguyên lý hoạt động của các mạch khuếch đại đảo, không đảo, khuếch đại

tổng, mạch so sánh có trễ …

-Nghiên cứu sự thay đổi điện tr của sensor (sensor quang và sensor nhiệt độ) khi có tác động của tác nhân vật lý…

-Nắm được cách lắp mạch, cách kiểm tra mạch, cách sử dụng các thiết bị như đồng hồ

đo vạn năng, dao động ký …

II- N ội dung th c hành

1 Sơ l ợc về bộ khuếch đ i thu t toán (KĐTT) LM 741 và LF 356

Chân số 2 là lối vào đảo Chân số 3 là lối vào không đảo

Chân số 4 và số 7 là điện áp nguồn nuôi lưỡng cực

Chân số 6 là đầu ra

Để khảo sát giản đồ xung lối ra ta nối chân số 6 với dao động ký

2 M ch so sánh dùng KĐTT LM 741 ( Trigger Smith)

Ta lắp mạch điện theo sơ đồ

Hình 2.1: Trigger Smith mắc theo kiểu đảo

Chọn R1=1kΩ, R2=10kΩ Cấp nguồn 1 chiều cho bộ KĐTT tại chân số 7 là +12V,

chân số 4 là -12V

Đầu vào là tín hiệu hình sin, tần số 1kHz và UV= 3,5V

Trigger Smith là mạch so sánh có 2 mức chuyển mạch không trùng nhau mà khác

nhau 1 giá trị nào đó gọi là độ trễ Trong đó mạch phản hồi dương qua phân áp R1 và R2 nên có hai ngưỡng chuyển trạng thái

Kết quả thu được là ta đã biến đổi từ tín hiệu dạng sin thành tín hiệu dạng xung như

hình 2.2:

Hình 2.2: Giản đồ xung của tín hiệu lối vào và lối ra của KĐTT

Gi ải thích nguyên lý ho t động: Giả sử ban đầu tín hiệu vào đang mức cao

UV=+3,5V đặt vào lối vào đảo UN thì URa=-URa min , do mạch có phản hồi dương nên lối vào không đảo UP=UP min

UP min = min

1

1 2

.

Ra

U

R



 = UNgưỡng 1(Ngưỡng này âm nhưng phải đảm bảo | UNgưỡng 1 |<|UV Max|, cụ

thể là |UNgưỡng 1 |<3,5V)

Khi UV giảm dần và trạng thái của Trigger được giữ nguyên nếu UP vẫn thỏa mãn:

UV>UNgưỡng 1, quan sát trên dao động ký ta thấy chính vạch xung phía dưới Khi UV giảm

tới giá trị UV UNgưỡng 1 thì lối ra của bộ KĐTT chuyển giá trị từ –URa min lên URa max ,

Trigger lật trạng thái, nhưng do có mạch phản hồi dương nên lối vào không đảo :

UP=UP max = ax

1

1 2

.

Ram

U

R

R  R =UNgưỡng 2( Ngưỡng này dương nhưng phải điều chỉ sao cho

UNgưỡng 2<3,5V)

Trigger giữ nguyên trạng thái này trong lúc UV tiếp tục tăng quan sát trên dao động

ký thì chính là phần vạch xung phía trên Khi UVtăng tới giá trị UV  UNgưỡng 2 thì lối ra của

bộ KĐTT lại chuyển giá trị từ URa max xuống -URa min , Trigger lại lật trạng thái và cứ như

vậy Trigger chuyển sang chu kỳ mới

sơ đồ trên thế chuẩn Vref và biến tr có tác dụng điều chỉnh mức UNgưỡng 1 và

UNgưỡng 2 bằng cách thay đổi giá trị của UP

Nh n xét: Ta phải điều chỉnh biến tr sao cho |UNgưỡng|< UV nếu giá trị ngưỡng này

càng gần thì độ rộng xung tx càng nhỏ do tín hiệu vào có dạng sin

3 Bộ khuếch đ i không đảo

Ta lắp mạch điện theo sơ đồ như hình dưới đây:

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại không đảo

Với R1=10k

Điện áp nguồn nuôi chân số 7 và 4 lần lượt là 12V, -12V

Tín hiệu đặt vào là tín hiệu sin, tần số 1kHz, UV=1V

Ta chọn Rf=10k thu được kết quả lối ra như hình 3.2 và đo điện thế lối ra Ura 2V

Hình 3.2: Giản đồ lối vào và lối ra của khuếch đại không đảo với Af= 2

Gi ải thích ho t động của m ch: Khi đặt vào lối vào không đảo UP của KĐTT

LM741 tín hiệu sin và mạch được phản hồi âm b i R1 và Rf thì lối ra của KĐTT cũng là

tín hiệu sin đồng pha với tín hiệu lối vào, và được khuếch đại với hệ số khuếch đại là :

1

1

A =f R Rf

R



Quan sát trên dao động ký thấy tín hiệu lối vào (chân số 3) và lối ra đồng pha với

nhau

Chọn các điện tr R1=10k, Rf=10k => Af=2 Mặt khác ta có:Ura= Af..Uvào =>

Ura=2V, phù hợp với kết quả đo thực nghiệm

Bây gi nếu ta thay bằng Rf bằng Rf’=20k Hệ số khuếch đại lúc này là Af’=3 và thu

được đồ thị như hình 3.3 và đo được Ura 3V

Hình 3.3: Giản đồ lối vào và lối ra của khuếch đại không đảo với Af= 3

4 Khảo sát bộ khuếch đ i đảo

Ta lắp sơ đồ mạch khuếch đại đảo như hình dưới:

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đảo

Chọn R1=R2=Rf=10k

Lối vào là tín hiệu dạng sin, tần số ≈1kHz, Uvao=1V

Điện áp cấp nguồn cho chân số 7 và chân số 4 lần lượt là 12V và -12V

Kết quả ta thu được giản đồ tín hiệu như hình 4.1 và đo được Ura 1V

Hình 4.1: Giản đồ lối vào và lối ra của khuếch đại đảo với Af= 1

Gi ải thích ho t động của m ch là: Khi ta đặt vào lối vào đảo UN tín hiệu dạng sin thì

lối ra của KĐTT cũng có dạng sin nhưng ngược pha với lối vào đảo UNvà đồng pha với

lối vào không đảoUP Được khuếch đại với hệ số khuếch đại là :

1

f f

R A

R

  Quan sát trên dao động ký sẽ thấy tín hiệu vào và tín hiệu lối ra ngược pha với nhau

Với R1=Rf=10k => Af= -1, mà Ura= Af.Uvào => Ura=-1V phù hợp với kết quả thực tế

5 Khảo sát bộ khuếch đ i tổng

Ta lắp mạch khuếch đại theo sơ đồ:

Hình 5.1: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại tổng

Chọn giá trị điện tr là R3=10k, nguồn nuôi KĐTT chân số 4 và chân số 7 lần lượt

là -12V và +12V

Cố định giá trị của điện tr R 1 = R 2 =2k, R f =1k rồi thay đổi các giá trị Uin1 và Uin2

ta thu được bảng sau:

Cố định giá trị của U in1 =5V và U in2 =-5V rồi thay các giá trị điện tr R1, R2 và Rf ta

thu được bảng sau:

Gi ải thích: đây là mạch khuếch đại tổng nên điện thế lối ra sẽ được tính theo công

thức:

1 2

1 2

( f f )

Out in in

Khi ta cố định giá trị R1=R2=2k, Rf =1k thì ( 1 1 1 2)

2 2

Out in in

U   U  U , Các giá trị đo được xấp xỉ bằng giá trị tính trên lý thuyết

Khi ta cố định U in1 =5V và U in2 =-5V thì

1 2

(5 f 5 f)

Out

R R U

R R

   , Các giá trị đo được cũng gần đúng với khi tính toán trên lý thuyết

6 Khảo sát bộ đa hài đợi (đơn hài)

Ta lắp mach theo sơ đồ dưới

Hình 6.1: Sơ đồ nguyên lý mạch đa hài đợi (đơn hài)

Các giá trị điện tr như trong hình 6.1 , sử dụng tụ gốm 104 thay thế CV và C

Lối vào là tín hiệu dạng xung vuông, tần số ≈1kHz, Uvao=3,5V

Điện áp cấp nguồn cho chân số 7 và chân số 4 lần lượt là 12V và -12V

Gi ải thích : Đặt vào UV một tín hiệu xung vuông, 1kHz có điện áp là UV, khi qua tụ CV

và Rv thì sẽ cho ra tín hiệu có dạng xung kim và đặt vào UN

Giả sử tín hiệu vào ban đầu UV là mức thấp, suy ra UNcũng mức thấp, điều

chỉnh biến tr R sao cho UNgưỡng >0 thì UP >0 lúc này UD=UP-UN >0 ta có lối ra trên KĐTT LM741 là mức cao U Ra=URamax mạch trạng thái bền

Khi tín hiệu vào UV nhảy lên mức cao làm cho UN cũng mức cao và UV> UNgưỡng thì điện áp hiệu U D=UP-UN đổi sang dấu âm, lối ra của KĐTT lật từ trạng thái

URa=URa max sang trạng thái U Ra = -URa minvà điện áp tại UP lúc này là UP=-URa min do

tác dụng phản hồi dương của tụ điện và trong quá trình chuyển này tụ điện C đã được tích điện đầy do vậy khi UV nhảy xuống mức thấp thì tụ điện phóng điện trong 1

khoảng th i gian  t nào đó cho tới khi UP>0 thì lối ra của bộ KĐTT lại tr về giá trị

Ra

U =URamax, mạch chuyển về trạng thái bền ban đầu và trạng thái này được giữ nguyên

cho tới khi nào có 1 tín hiệu vào xung kim UVnào đó khi đó lối ra của KĐTT chuyển

sang trạng thái không bền trong 1 chu kỳ mới

 đây tụ điện C có 2 tác dụng: Thứ nhất tạo phản hồi dương làm cho giá trị UP

đạt nhỏ nhất, UP=-URa min

Thứ 2 là phóng điện, làm cho mạch không

chuyển ngay từ trạng thái không bền lên trạng thái bền mà phải trong 1 khoảng th i

gian  t mạch mới lật trạng thái, kết hợp với biến tr R chúng ta có thể điều chỉnh độ

rộng xung

7 Khảo sát bộ khuếch đ i sử dụng sensor nhi t độ

Ta lắp mạch theo sơ đồ sau:

Hình 7.1: Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại trừ có sensor nhiệt

Các sensor sẽ được ghép theo mạch cầu, để đơn giản ta chỉ xét mạch khuếch đại trừ

trạng thái đặc biệt tức là: 1 3

2 4

R R

R  R suy ra Ura= 1

1 2 2

R

R

Chọn R1=R3=1k, R2=R4=10k Đặt vào nguồn nuôi bộ KĐTT LF356 chân số 4 và

số 7 lần lượt là -12V và +12V

Đặt vào Uvào=12V rồi thay đổi nhiệt độ các sensor S1, S2, S3, S4 ta thấy rằng URa cũng thay đổi giá trị tương ứng

Gi ải thích ho t động của m ch: Khi đặt vào Uvào1 điện áp 1 chiều, thì dưới tác dụng

của nhiệt độ các sensor sẽ thay đổi điện tr , làm cho các giá trị điện áp U1 và U2

cũng thay đổi theo dẫn tới URa tỷ lệ tương ứng với U1 và U2 theo công thức:

Ura= 1

1 2 2

R

R

  (xét tại trư ng hợp đặc biệt khi hệ số khuếch đại riêng tại P và N

bằng nhau)

8 Khảo sát bộ khuếch đ i sử dụng sensor quang (Photo diode)

Ta lắp mạch điện theo sơ đồ sau:

Hình 8.1: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại sử dụng sensor quang

Chọn R1=1k, R2=1k, R3=22k, R4=10k, Đặt vào nguồn nuôi bộ KĐTT LF356 chân số 4 và

số 7 lần lượt là -12V và +12V

Cấp nguồn Uvào=12V

Kết quả đo thực nghiệm:

+ Khi giảm cư ng độ ánh sáng bằng cách che kín Photo Diode thì đo được điện tr

RPhotodiode =232k, Ura=6,8V

+ Khi để ánh sáng bình thư ng: đo được RPhotodiode= 20k, Ura=9,8V

+Khi chiếu ánh sáng: đo được RPhotodiode=2k, Ura=11,44V

Gi ải thích ho t động của m ch là: khi đặt vào Uvào=12V thì điện áp tại UP >0, cố định

giá trị R1 và R2 thì UP chỉ còn phụ thuộc vào giá trị điện tr của PHOTO DIODE vì vậy điện áp lối ra URacũng sẽ thay đổi theo giá trị điện tr của PHOTO DIODE Do đó ta

chỉ cần thay đổi cư ng độ sáng chiếu vào Photo Diode thì điện áp lối ra URa sẽ thay đổi

theo