TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH FL061 Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT 1 KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Mạch Khuếch Đại Thuật Toán (Op Amp) 1 GIỚI THIỆU Bài thí nghiệm này sẽ giới thiệu về Operational[.]
Trang 1về Op-Amp và có khả năng lắp ráp các mạch điện cơ bản sử dụng Op-Amp như: mạch lặp điện
áp, mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch so sánh
1.1 Giới thiệu về Op-Amp
Một Op-Amp có các ngõ vào (Input signal) và các ngõ ra (Output signal) có quan hệ như sau:
Output signal = A x Input signal
Trong đó A là hệ số khuếch đại Tùy thuộc vào tín hiệu vào và tín hiệu ra chúng ta có 4 loại
sau: điện áp ra/ điện áp vào, dòng điện ra/ dòng điện vào, điện áp ra/ dòng điện vào, dòng điện ra/ điện áp vào Trong nội dung bài này chúng ta sẽ chỉ tìm hiểu mối liên hệ giữa điện áp vào và điện áp ra Sơ đồ mạch điện của một Op-Amp được thể hiện trong hình 1
Hình 1: Sơ đồ mạch điện của một Op-Amp
Trong hình 1 này, Ri là điện trở ngõ vào, RO là điện trở ngõ ra, Vi là điện áp ngõ vào, VO là điện áp ngõ ra của Op-Amp Để cung cấp điện áp vào cho Op-Amp, chúng ta sử dụng một nguồn
VS mắc nối tiếp với một điện trở RS Ngõ ra của Op-Amp được mắc nối tiếp với tải RL Điện áp
Vi và VO được tính như sau:
i
R
R R
(1)
L
R
R R
(2)
1.2 Mô hình Op-Amp lý tưởng
Một Op-Amp khuếch đại điện áp vi sai Vi Vp Vnở ngõ vào và tao ra một điện áp VOở ngõ
ra Hình 2 thể hiện sự so sánh của một Op-Amp thường và một Op-Amp lý tưởng
Trang 2a Op-Amp thường b Op-Amp lý tưởng
Hình 2: So sánh giữa Op-Amp thường và Op-Amp lý tưởng
Sơ đồ mạch điện Op-Amp lý tưởng được sử dụng nhằm làm đơn giản và thuận tiện cho việc tính toán Một Op-Amp lý tưởng hoạt động dựa trên 3 giả thuyết sau:
- Hệ số khuếch đại là vô cùng: A
- Tổng trở vào là vô cùng: R i
- Tổng trở ra là không: R O 0
Từ các giả thuyết trên chúng ta có các phương trình cho một Op-Amp lý tưởng như sau:
0
n p
i i (3)
i S
V V (4)
O i
V A V (5)
p n
V V (6)
1.3 Mục tiêu
Hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của Op-Amp
Nắm được các đặc tính thực tế của Op-Amp
Biết cách lắp ráp các mạch ứng dụng của Op-Amp: mạch lặp điện áp, mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch tạo xung vuông, mạch tạo xung tam giác
2 THIẾT BỊ THỰC HÀNH/THÍ NGHIỆM
Thiết bị thực hành thí nghiệm cho bài này như sau:
- 1 bộ nguồn DC (3.3V, 5V, 12V, -12V,)
- 1 dao động ký Oscillopcope
Trang 3Hình 3: Sơ đồ chân của Op-Amp LM741
Trong bài thí nghiệm này chúng ta sẽ sử dụng 5 chân sau: 2, 3, 4, 6, và 7 Chân số 2 là chân tín hiệu ngõ vào đảo, ký hiệu là dấu “-” Chân số 3 là chân tín hiệu ngõ vào không đảo, ký hiệu
là dấu “+” Chân số 6 là chân tín hiệu ngõ ra Chân số 4 là chân điện áp nguồn âm và chân số 7 là chân điện áp nguồn dương
Một số đặc tính của Op-Amp LM741 như sau:
- Điện áp nguồn: ± 18V
- Công suất tiêu thụ: 500 mW
- Tín hiệu ngõ vào tối đa: ± 15V
- Tín hiệu vi sai ngõ vào tối đa: ± 30V
- Nhiệt độ hoạt động: -55 0C đến +125 0C
2.2 Giới thiệu về Nguồn dùng trong thí nghiệm
Để Op-Amp có thể hoạt động được chúng ta cần phải cấp nguồn cho nó Nguồn cung cấp cho Op-Amp là nguồn đôi có giá trị tùy thuộc vào từng loại Op-Amp Trong bài này chúng ta sẽ dùng nguồn đôi ±12V
Hình 4 thể hiện một bộ nguồn máy tính gồm các nguồn sau:
• Dây đỏ: nguồn +5V
• Dây xanh: nguồn +12V
• Dây trắng: nguồn -12V
• Dây cam: nguồn 3.3V
• Dây đen: nối đất
Trang 4Hình 4: Nguồn máy tính
2.3 Chú ý khi thực hiện thí nghiệm
- Phải lắp ráp và kiểm tra mạch thật kỹ trước khi cắm nguồn điện
- Khi sử dụng tụ hóa phải cẩn thận, nếu lắp sai cực sẽ gây nổ tụ
3 NỘI DUNG THỰC HÀNH, THÍ NGHIỆM
3.1 Thời lượng: 5 tiết cho mỗi nhóm sinh viên
3.2 Nội dung thí nghiệm:
Bài thí nghiệm 1: Mạch lặp điện áp
Lắp ráp mạch điện như hình 5
Hình 5: Mạch chia áp
Trang 5Hình 6: Mạch lặp điện áp
c) Đo giá trị điện áp trên điện trở 1kΩ?
d) Giải thích sự khác nhau giữa 2 trường hợp?
Bài thí nghiệm 2: Mạch khuếch đại không đảo
Lắp ráp mạch khuếch đại không đảo như hình 7, trong đó sử dụng biến trở 5kΩ
Hình 7: Mạch khuếch đại không đảo
a) Hiệu chỉnh giá trị biến trở để có tín hiệu vào là 0.5V, xác định VOUT ở chân 6?
b) Hiệu chỉnh giá trị biến trở để có tín hiệu vào là 2V, xác định VOUT ở chân 6?
c) Xác định mối quan hệ giữa VIN ở chân 3 và VOUT ở chân 6?
Trang 6Bài thí nghiệm 3: Mạch khuếch đại đảo
Lắp ráp mạch khuếch đại đảo như hình 8
Hình 8: Mạch khuếch đại đảo
a) Hiệu chỉnh giá trị biến trở để có tín hiệu vào là 0.5V, xác định VOUT ở chân 6?
b) Hiệu chỉnh giá trị biến trở để có tín hiệu vào là 2V, xác định VOUT ở chân 6?
c) Xác định mối quan hệ giữa VIN và VOUT ở chân 6?
Bài thí nghiệm 4: Mạch tạo xung vuông
Lắp ráp mạch tạo xung vuông như hình 9 Trong đó: tụ hóa thay bằng tụ thường, điện trở 5.6kΩ thay bằng điện trở 1kΩ
Trang 7
Hình 10: Mạch tạo xung tam giác
a) Xác định dạng tín hiệu ở chân 6 của cả 2 OpAmp?
b) Giải thích tại sao tạo ra tín hiệu xung tam giác?
Trang 84 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM (Lưu ý: Sinh viên nộp lại tờ này cho Giảng viên hướng dẫn
sau buổi thí nghiệm)
Bài thí nghiệm 1:
Không chạy □ Chạy không hoàn chỉnh □ Chạy tốt □
Trả lời câu hỏi:
a) Công thức tính điện áp 2 đầu điện trở 1kΩ (hình 5) là:
b) Giá trị điện áp 2 đầu điện trở 1kΩ (hình 5) đo bằng Oscilloscopes là:
c) Giá trị điện áp 2 đầu điện trở 1kΩ (hình 6) đo bằng Oscilloscopes là:
d) Giải thích sự khác nhau:
Bài thí nghiệm 2:
Không chạy □ Chạy không hoàn chỉnh □ Chạy tốt □
Trả lời câu hỏi:
a) Khi VIN = 0.5V thì VOUT là:
b) Khi VIN = 2V thì VOUT là:
c) Mối quan hệ giữa VIN và VOUT là:
Bài thí nghiệm 3:
Không chạy □ Chạy không hoàn chỉnh □ Chạy tốt □
Trả lời câu hỏi:
a) Khi VIN = 0.5V thì VOUT là:
b) Khi VIN = 2V thì VOUT là:
c) Mối quan hệ giữa VIN và VOUT là:
Trang 9Bài thí nghiệm 5:
Không chạy □ Chạy không hoàn chỉnh □ Chạy tốt □
Trả lời câu hỏi:
a) Dạng tín hiệu ở chân 6 của OpAmp 1 là:
Dạng tín hiệu ở chân 6 của OpAmp 2 là:
b) Giải thích:
Họ và tên sinh viên:
SV: ……….………MSSV:………
SV:……… ………MSSV:………
SV:……… ………MSSV:………
SV:……… ………MSSV:………
SV:……… ………MSSV:………
Nhóm: ……… Kit số: ………… Ngày thực hành / thí nghiệm:………