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

- So sánh kết quả mô phỏng và lý thuyết các mạch độ lợi áp, dạng sóngngõ ra: mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch khuếch đại cộng điện áp, mạch khuếch đại trừ điện áp, m

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

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ

GVHD: Nguyễn Thanh Phương

Ngày hoàn thành báo cáo: 2/3/2022

tránh nhầm lẫn Ngoài ra ta cần đảm bảo mạch được cấp nguồn DC

- Biết cách sử dụng máy phát sóng, dao động kí để tạo sóng phù hợp đưavào 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 sóngngõ 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 : OPAMPLABSN006

2 Các thí nghiệm cần kiểm chứng

2.1 Mạch khuếch đại đảo

A Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thuyết cần kiểm chứng:

* Sơ đồ mạch:

* Phân tích lý thuyết và công thức tính toán:

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

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

+ Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị ,, nên

ta lưu ý trong quá trình chọn linh kiện lắp mạch, vì tính chất là mạch khuếch đại nên ≥

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

+ Nếu = , mạch tạo tầng đảo lặp lại điện áp

+ Áp dụng KCL tại nút : = => = - =

B Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice, các cài đặt và kết quả ( đồ thị số liệu đo đạc):

* Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice:

= 12KΩ

= 68KΩ

* Kết luận: Điện trở càng lớn thì biên độ của càng lớn, ngượcpha với và hệ số khuếch đại càng nhỏ

2.2 Mạch khuếch đại không đảo

A Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thuyết cần kiểm chứng:

* Sơ đồ mạch:

* Phân tích lý thuyết và công thức tính toán:

+ Chức năng: khuếch đại tín hiệu áp ngõ vào

+ Cấu tạo: Tín hiệu vào kết nối với cổng không đảo Cổng đảo nối vớiđầu ra qua điện trở và tiếp đất qua điện trở

+ Mạch có hệ số khuếch đại áo ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị , Vìtính chất khuếch đại nên ta cần lưu ý chọn linh kiện có

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

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

+ Áp dụng KCL tại nút: = => = = 1 +

* Đồ thị từ lý thuyết phân tích:

B Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice, các cài đặt và kết quả ( đồ thị số liệu đo đạc):

* Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice:

= 12KΩ

= 68KΩ

+ cũng đóng vai trò hồi tiếp âm Ðể tăng độ khuếch đại Av, ta có thể tănghoặc giảm

+ Mạch khuếch đại cả tín hiệu một chiều khi và là điện trở thuần Mạchcũng giữ nguyên tính chất không đảo và có cùng công thức với trườnghợp của tín hiệu xoay chiều

+ Khi =0, ta có: Av=1 ⇒ = hoặc =∞ ta cũng có Av=1 và = (hình 10.13).Lúc này mạch được gọi là mạch theo điện áp (voltage follower) thườngđược dùng làm mạch đệm (buffer) vì có tổng trở vào lớn và tổng trở ranhỏ như mạch cực thu chung ở BJT

* Kết luận: Điện trở càng lớn thì cùng pha với và hệ số khuếchđại càng lớn

2.3 Mạch khuếch đại cộng điện áp

A Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thuyết cần kiểm chứng:

* Sơ đồ mạch:

* Phân tích lý thuyết và công thức tính toán:

+ Chức năng: khuếch đại thuật toán cộng

+ Mạch khuếch đại đảo với cửa đảo nối với nhiều điện áp ngõ vào thôngqua các điện trở

+ Mạch khuếch đại tín hiệu ngõ ra bằng tổng các tín hiệu ngõ vào nhưngngược pha

+ (đảo) nối với một hoặc nhiều điện áp ngõ vào

+ Áp dụng KCL cho nút tại cổng đảo:

= 68KΩ

C Các so sánh nhận xét và kết luận:

* So sánh:

+ Khi = 12KΩ ta có = -2

+ Khi = 68KΩ ta có -11.33

* Kết luận: Điện trở càng lớn thì biên độ của càng bị xén ở biên

âm, ngược pha với và hệ số khuếch đại càng nhỏ

2.4 Mạch khuếch đại trừ điện áp

A Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thuyết cần kiểm chứng:

* Sơ đồ mạch:

* Phân tích lý thuyết và công thức tính toán:

+ Chức năng: mạch khuếch đại theo thuật toán trừ

+ Mạch khuếch đại OP-AMP với cửa đảo được nối với điện trở hồi tiếp ,tín hiệu ngõ vào qua điện trở Cửa không đảo được mắc với điện trởsong song với tín hiệu ngõ vào qua điện trở

+ Mạch khuếch đại có tín hiệu ngõ ra bằng hiệu các tín hiệu ngõ vào+ Ta có: = ; =

Mà = => = -

Ta có: = => = (- )

* Đồ thị từ lý thuyết phân tích:

B Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice, các cài đặt và kết quả ( đồ thị số liệu đo đạc):

* Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice:

= 12KΩ

* Kết luận: Điện trở càng lớn thì biên độ của càng bị xén ở biên

âm, cùng pha với và hệ số khuếch đại càng lớn

A Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thuyết cần kiểm chứng:

* Sơ đồ mạch:

* Phân tích lý thuyết và công thức tính toán:

+ Ta có: = A(- ) = A

Với = -

là điện thế khác nhau giữa 2 ngõ vào và được định nghĩa:

= (điện thế ngõ vào +) - (điện thế ngõ vào -)

Do mạch không có hồi tiếp âm nên: = A

+ Trong đó A là độ lợi vòng hở của op-amp Vì A rất lớn nên theo côngthức trên rất lớn Khi nhỏ, vo được xác định Khi vượt quá một trị sốnào đó thì đạt đến trị số bảo hòa và được gọi là Trị số của tùy thuộcvào mỗi op-amp và có trị số vào khoảng vài chục μV

- Khi âm, mạch đảo pha nên =-

+ Mạch tạo sóng vuông ở ngõ ra

* Đồ thị từ lý thuyết phân tích:

* Mạch so sánh mức dương không đảo

* Mạch so sánh mức dương đảo

* Mạch so sánh mức âm không đảo

* Mạch so sánh hồi tiếp dương

B Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice, các cài đặt và kết quả ( đồ thị số liệu đo đạc):

* Sơ đồ mạch thí nghiệm trên LTspice:

(0 10 1k)

* Phân tích lý thuyết và công thức tính toán:

+ Mạch so sánh có 2 biên so sánh và vùng đệm giữa và

+ Mạch khuếch đại OP-AMP, cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh ,cực không đảo nối với tín hiệu ngõ ra với điện trở hồi tiếp song song vớiđiện trở

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

+ Lý thuyết: là hằng số dao động trong khoảng (,)

* Đồ thị từ lý thuyết phân tích:

(0 5 1k)

2.7 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác

A Sơ đồ mạch thí nghiệm và các giả thuyết cần kiểm chứng:

* Sơ đồ mạch:

* Phân tích lý thuyết và công thức tính toán:

+ Mạch 1: Mạch Schmitt Trigger mức điện áp = 0 ở cực đảo, điện áp ngõvào là điện áp ra của mạch 2 mắc vào cực thuận có hồi tiếp qua điện trởsao cho ngõ ra bị méo dạng thành xung vuông

+ Mạch 2: Mạch tích phân ( ngõ ra là hàm tích phân ngõ vào) với cựckhông đảo nối đất, cực đảo với tín hiệu vào là điện áp ra của mạch quađiện trở R và tụ hồi tiếp Điện áp ra bằng tích phân điện áp vào, tỉ lệnghịch với hằng số thời gian

= 22KΩ

C Các so sánh nhận xét và kết luận:

* So sánh:

+ Khi = 68KΩ ta có = -1

+ Khi = 22KΩ ta có -5.67

* Kết luận: Điện trở càng lớn thì chu kì của càng lớn và hệ sốkhuếch đại càng nhỏ