Thí nghiệm kỹ thuật xung - Bài 1 pptx

Nhận xét gì về giá trị của τ khi tần số ngõ vào thay đổi: .... Mạch lọc thông thấp Low Pass Filter khi ngõ vào là xung chữ nhật & mạch tích phân : - Chỉnh biến trở để có giá trị điện tr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT XUNG

TP Hồ Chí Minh 10/2006

A MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU :

Yêu cầu : Sinh viên cần xem lại các kiến thức về:

• Quá trình nạp xả năng lượng của tụ điện , cuộn dây

• Thời hằng nạp, xả của mạch RC, RL và các phương pháp tìm thời hằng

• Thành phần tần số của một xung vuông, hệ số công tác của xung

Mục đích: Quan sát sự biến đổi dạng sóng khi qua mạch R, L, C

B DỤNG CỤ –LINH KIỆN:

• Thiết bị thí nghiệm chính DTS-21 + TESTBOARD

• Dao động ký

• Các linh kiện gồm

Điện trở : 100Ω, 1KΩ biến trở 100 KΩ (trên bàn thí nghiệm)

Cuộn dây 100mH

Tụ điện 0,01µF

OpAmp LM741

C NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

I Khảo Sát Mạch RC :

1 Thời hằng τ:

- Lắp mạch như hình 1

- Chỉnh dao động ký thích hợp

- Nối hai điểm đo: hai kênh của dao động ký nối vào Input, Output

- Chỉnh bộ phát xung Function Generator là xung vuông có biên độ đỉnh-đỉnh là

Vpp =1V,Voffset= 0,5 V

-Chỉnh VR = 100 KΩ

-Chỉnh nguồn tạo xung Function Generator sao cho fG = 50 Hz , 150 Hz , quan sát và vẽ

dạng sóng vào / ra trên dao động ký:

Lớp :

Ca :…… Nhóm ………

Tên :………

Ngày : ……/……/…… …

THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT XUNG

BÀI SỐ : 1

BIẾN ĐỔI DẠNG SÓNG BẰNG MẠCH R,L,C

Hình 1.

Nguồn tạo xung

Out 100k

0.01uF 1k

f G = 50 Hz f G = 150 Hz

CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =

CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

Câu hỏi :

-Tính τ theo công thức : τ = RC = = (s)

-Tính τ theo dạng sóng vào/ra trên dao động ký:

- τ là thời gian tính từ khi Vo tăng từ 0 đến 0,632 Vi

- τ = (s)

Nhận xét gì về giá trị của τ khi tần số ngõ vào thay đổi:

Viết phương trình điện áp ngõ ra

- Khi Vi > 0 : tụ C năng lượng - Khi Vi = 0 : tụ C năng lượng - Tại fG = 150 Hz , chỉnh VR giảm dần, quan sát dạng sóng ngõ ra Nhận xét gì về giá trị của τ khi VR thay đổi:

2 Mạch lọc thông thấp (Low Pass Filter) khi ngõ vào là xung chữ nhật & mạch tích phân : - Chỉnh biến trở để có giá trị điện trở bé nhất (VR = 0 Ω) - Tăng dần tần số fG = 100 Hz, 1 KHz, 10 KHz, 100 KHz - Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại Input, Output: f G = 100 Hz f G = 1 KHz

TIME / DIV = TIME / DIV =

CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =

CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

f G = 10 KHz f G = 100 KHz

CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =

CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

- Tính τ = RC =

- So sánh τ với độ rộng xung Tp = 1 / (2fG) và giá trị độ rộng xung vuông tại ngõ vào - Điền các giá trị vào bảng sau: Tần số sóng vuông fG (KHz) Chu kỳ sóng vuông TG (ms) Hệ số công tác q = Tp / TG Giá trị điện áp ra đỉnh-đỉnh Vop-p (V) Từ dạng sóng và kết quả trong bảng trên, nhận xét về dạng sóng ngõ ra: - Thành phần tần số cao của tín hiệu ngõ vào biến đổi như thế nào khi hệ số công tác q thay đổi?

- Biên độ tín hiệu ra thay đổi như thế nào khi tần số tín hiệu vào tăng từ thấp đến cao?

- Có thể tạo một sóng tam giác từ sóng vuông bằng mạch RC được không ? Nếu không, tại sao?

Nếu được, cần điều kiện gì?

3 Mạch lọc thông thấp (Low Pass Filter) khi ngõ vào là hàm dốc:

- Chỉnh máy phát để ngõ vào là hàm dốc, Vpp=2v, Voffset=1v

- Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, Output vào khung dưới đây:

f G = 300 Hz f G = 10 KHz

CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =

CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

Viết biểu thức của điện áp ngõ ra khi ngõ vào là hàm dốc

Từ dạng sóng và kết quả trong bảng trên, nhận xét về dạng sóng ngõ ra:

4 Mạch lọc thông thấp (Low Pass Filter) khi ngõ vào là hàm mũ tăng: - Ráp mạch như sau, hình 2 Viết các phương trình điện áp tại A, output

Hình 2

Out 100k

0.01uF

0.01uF

A

- Chỉnh máy phát để ngõ vào là xung vuông, Vpp=2v, Voffset=1v

- Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, A, B, Output vào khung dưới đây:

Input, A B, Output

CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =

CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

Hiệu chỉnh biến trở , nhận xét dạng sóng thực tế và ảnh hưởng của hằng số thời gian của

mạch

5 Mạch lọc thông thấp (Low Pass Filter) khi ngõ vào là hàm mũ giảm: - Ráp mạch như sau, hình 3 - Chỉnh máy phát để ngõ vào là xung vuông, Vpp=2v, Voffset=1v - Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, A, Output vào khung dưới đây: Input, A Output TIME / DIV = TIME / DIV = CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

Hình 3.

Out 100k

0.01uF 10k

10k 0.01uF A

Viết các phương trình điện áp tại A, output

Hiệu chỉnh biến trở , nhận xét dạng sóng thực tế và ảnh hưởng của hằng số thời gian của mạch

6 Mạch lọc thông cao (High Pass Filter) & mạch vi phân : - Mắc mạch điện như hình 4 - Chỉnh VR về vị trí có giá trị điện trở bé nhất (VR = 0 Ω) - Tăng dần tần số sóng vuông ngõ vào fG = 100 Hz, 1 KHz, 10 KHz, 100 KHz - Quan sát và vẽ dạng sóng tại các điểm Input/Output, vào khung dưới đây : f G = 100 Hz f G = 1KHz

TIME / DIV = TIME / DIV = CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

Hình 4.

Nguồn tạo xung

Out

100k

f G = 10 KHz f G = 100 KHz

CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =

CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

- Tính τ = RC=

- Viết biểu thức của điện áp ngõ ra

- Điền các giá trị vào bảng sau: Tần số sóng vuông fG (KHz) Chu kỳ sóng vuông TG (ms) Hệ số công tác q = Tp / TG Giá trị điện áp ra đỉnh-đỉnh Vop-p (V) Từ dạng sóng quan sát được và kết quả tính toán trên bảng, nhận xét về dạng sóng ngõ ra: -Thành phần tần số thấp của tín hiệu ngõ ra biến đổi như thế nào khi hệ số công tác q thay đổi?

-Biên độ tín hiệu ra thay đổi như thế nào khi tần số tín hiệu vào thay đổi?

-Độ rộng xung ngõ ra thay đổi như thế nào khi tần số xung vào thay đổi?

7 Mạch lọc thông cao khi ngõ vào là hàm dốc:

- Chỉnh máy phát để ngõ vào là hàm dốc, Vpp=2v, Voffset=1v

- Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, Output vào khung dưới đây:

f G = 300 Hz f G = 10 KHz

CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =

CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

Viết biểu thức điện áp ngõ ra:

Từ dạng sóng và kết quả trong bảng trên, nhận xét về dạng sóng ngõ ra:

8 Mạch lọc thông cao khi ngõ vào là hàm mũ tăng: - Ráp mạch như sau, hình 5 - Chỉnh máy phát để ngõ vào là xung vuông, Vpp=2v, Voffset=1v - Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, A, Output: Input, A Output

10k

0.01uF

A

Hình 5.

Out

100k 0.01uF

1k

TIME / DIV = TIME / DIV =

CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =

CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

Viết các phương trình điện áp tại A, output

Hiệu chỉnh biến trở , nhận xét dạng sóng thực tế và ảnh hưởng của hằng số thời gian của mạch

e Mạch lọc thông thấp (Low Pass Filter) khi ngõ vào là hàm mũ giảm: - Ráp mạch như sau, hình 6 Hình 6 - Chỉnh máy phát để ngõ vào là xung vuông, Vpp=2v, Voffset=1v - Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, A, Output: Input, A B, Output TIME / DIV = TIME / DIV = CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV = Viết các phương trình điện áp tại A, output

10k

0.01uF A

Out

100k 0.01uF

1k

Hiệu chỉnh biến trở , nhận xét dạng sóng thực tế và ảnh hưởng của hằng số thời gian của

mạch

II KHẢO SÁT MẠCH RL: Mạch lọc thông thấp và tích phân dùng RL

-Mắc mạch như hình 7 -Chỉnh fG xung vuông có Vpp = 2 V, Voffset = 1 V -Tại tần số fG = 100 KHz sử dụng biến trở VR, chỉnh sao cho tín hiệu vào không bị méo -Tăng tần số fG = 100 KHz, 130 KHz, 150 KHz, 200 KHz -Quan sát và vẽ dạng sóng tại các điểm Input, Output vào hình sau : f G = 100 KHz f G = 130 KHz TIME / DIV = TIME / DIV = CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV = f G = 150 KHz f G = 200 KHz TIME / DIV = TIME / DIV = CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

Hình 7

Out 100uH

100 100

-Tính τ = L / R =

- Viết biểu thức điện áp ngõ ra của mạch

-Điền các giá trị vào bảng sau: Tần số sóng vuông fG (KHz) Chu kỳ sóng vuông TG (ms) Hệ số công tác q = Tp / TG Giá trị điện áp ra đỉnh-đỉnh Vop-p (V) Từ dạng sóng và kết quả trong bảng trên , nhận xét gì về dạng sóng ngõ ra : - Thành phần tần số cao của tín hiệu ngõ vào biến đổi như thế nào khi hệ số công tác q thay đổi?

- Biên độ tín hiệu ra tăng dần hay giảm dần khi tần số tín hiệu vào tăng từ thấp đến cao?

- So sánh các thông số với mạch RC ở phần I, giả sử τL = L /R và τC = RC

II KHẢO SÁT MẠCH OPAMP:

Hình 8 Sơ đồ chân của OpAmp LM741

Mạch Vi Phân Dùng OpAmp

Hình 9 Với R= 100K, C=0,1uF

Cấp nguồn 5V cho OpAmp

Cấp tín hiệu ngõ vào là xung vuông Vpp = 2V, tần số tự chọn

Hiển thị tín hiệu ngõ vào và ra trên dao động ký

TIME / DIV =

CH 1 : VOLT / DIV =

CH 2 : VOLT / DIV =

Nhận xét dạng sóng thực tế

Mạch tích phân dùng OpAmp Hình 10 Vv out I1 I2 R C + -I1 Vv VRa I2 C 0 R +

Với R= 100K, C=0,1uF

Cấp nguồn 5V cho OpAmp

Cấp tín hiệu ngõ vào là xung vuông Vpp = 2V

Hiển thị tín hiệu ngõ vào và ra trên dao động ký

TIME / DIV =

CH 1 : VOLT / DIV =

CH 2 : VOLT / DIV =

Viết các phương trình điện áp tại output

Nhận xét dạng sóng thực tế