Nghiên cứu xây dựng và mô phỏng một số bài thí nghiệm điện tử, ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán phục vụ công tác đào tạo của trường đại học sao đỏ

VŨ ĐỨC HÀ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ MÔ PHỎNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ, ỨNG DỤNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬ

VŨ ĐỨC HÀ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ MÔ PHỎNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ, ỨNG DỤNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2013

VŨ ĐỨC HÀ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ MÔ PHỎNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ, ỨNG DỤNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO

CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ

Chuyên ngành: Điện khí hóa mỏ

Mã số: 60.52.52

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS KIM NGỌC LINH

HÀ NỘI - 2013

dung được trình bày trong luận văn do chính bản thân tôi thực hiện Các số liệu, kết quả tính toán là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Tác giả luận văn

Vũ Đức Hà

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÁC PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐIỆN ĐIỆN TỬ – TỰ ĐỘNG HÓA CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ 1.1 Giới thiệu chung về Trường đại học Sao Đỏ - 4

1.1.1 Vị trí địa lí - 4

1.1.2 Chức năng, nhiệm vụ của Trường - 5

1.1.3 Lịch sử hình thành và phát triển - 5

1.1.4 Tổ chức hành chính - 8

1.2 Giới thiệu về hệ thống phòng thí nghiệm Điện - Điện tử – Tự động hóa của Trường đại học Sao Đỏ - 9

1.3 Xu thế phát triển của Nhà trường và của Khoa Điện - 11

1.3.1 Xu thế phát triển của Trường - 11

1.3.2 Xu thế phát triển của Khoa Điện - 13

1.3.3 Kết luận - 15

1.4 Nhiệm vụ của đề tài - 16

Chương 2: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ, ỨNG DỤNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ 2.1 Giới thiệu chung về khuếch đại thuật toán - 17

2.2 Bài thí nghiệm ứng dụng khuếch đại thuật toán trong các mạch khuếch đại thông dụng nhất - 22

2.2.1 Mục đích thí nghiệm - 22

2.2.2 Cơ sở lý thuyết - 22

2.2.2.1 Mạch khuếch đại đảo - 22

2.2.2.2 Mạch khuếch đại không đảo - 23

2.2.2.6 Mạch tích phân - 27

2.2.2.7 Mạch trừ - 28

2.2.2.8 Bộ biến đổi logarit - 29

2.2.2.9 Bộ biến đổi hàm mũ (đối logarit) - 30

2.2.3 Thiết kế sơ đồ thí nghiệm - 31

2.2.3.1 Mạch khuếch đại đảo - 31

2.2.3.2 Mạch khuếch đại không đảo - 34

2.2.3.3 Mạch cộng đảo - 36

2.2.3.4 Mạch cộng không đảo - 39

2.2.3.5 Mạch trừ - 42

2.2.3.6 Mạch tích phân - 44

2.2.3.7 Mạch vi phân - 47

2.2.3.8 Bộ biến đổi logarit - 49

2.2.3.9 Bộ biến đổi hàm mũ (đối logarit) - 51

2.3 Bài thí nghiệm ứng dụng khuếch đại thuật toán trong các mạch so sánh, mạch tạo dao động điều hòa kiểu Cầu Viên, mạch dao động đa hài - 53

2.3.1 Mục đích thí nghiệm - 53

2.3.2 Cơ sở lý thuyết - 54

2.3.2.1 Bộ so sánh đảo - 54

2.3.2.2 Bộ so sánh không đảo - 55

2.3.2.2 Mạch đa hài phiếm định dùng khuếch đại thuật toán - 56

2.3.2.3 Mạch tạo dao động điều hòa kiểu Cầu Viên - 57

2.3 3 Thiết kế sơ đồ thí nghiệm - 59

2.3.3.1 Bộ so sánh đảo - 59

2.3.3.2 Bộ so sánh không đảo - 62

2.3.3.3 Mạch đa hài phiếm định - 66

2.3.3.4 Mạch tạo dao động điều hòa kiểu Cầu Viên - 69

3.1.1 Giới thiệu chung - 71

3.1.2 Các chức năng cơ bản của Proteus - 72

3.1.2 Các ưu điểm - 72

3.1.2.2 Khả năng ứng dụng - 73

3.1.2.3 Khả năng phân tích - 74

3.1.2.4 Nhược điểm - 75

3.1.3 Cách sử dụng phần mềm Proteus 7.8 - 75

3.2 Mô phỏng các bài thí nghiệm ứng dụng khuếch đại thuật toán bằng phần mềm proteus - 80

3.2.1 Mô phỏng bài thí nghiệm ứng dụng khuếch đại thuật toán trong các mạch khuếch đại thông dụng nhất - 80

3.2.1.1 Mạch khuếch đại không đảo - 80

3.2.1.2 Mạch khuếch đại đảo - 81

3.2.1.3 Mạch cộng đảo - 82

3.2.1.4 Mạch cộng không đảo - 83

3.2.1.5 Mạch trừ - 85

3.2.1.6 Mạch tích phân - 86

3.2.1.7 Mạch vi phân - 87

3.2.1.8 Bộ biến đổi logarit - 88

3.2.2 Mô phỏng bài thí nghiệm ứng dụng khuếch đại thuật toán trong các bộ so sánh, mạch dao động đa hài - 91

3.2.2.1 Bộ so sánh đảo (Trigơ Smit đảo) - 91

3.2.2.2 Bộ so sánh không đảo (Trigơ Smit không đảo) - 92

3.2.2.3 Mạch dao động đa hài - 93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

2.1 Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại đảo 33 2.2 Kết quả thí nghiệm mạch khuếch đại không đảo 35

2.4 Kết quả thí nghiệm mạch cộng không đảo 40

2.8 Kết quả thí nghiệm bộ biến đổi logarit 50 2.9 Kết quả thí nghiệm bộ biến đổi logarit khi thay đổi nguồn

2.13 Kết quả thí nghiệm bộ so sánh không đảo 65 2.14 Kết quả thí nghiệm mạch đa hài phiếm định 68 2.15 Kết quả thí nghiệm mạch tạo dao động kiểu Cầu Viên 70 3.1 Chức năng của thanh tác vụ phần mềm Proteus 76 3.2 Chức năng của thanh công cụ phần mềm Proteus 77

2.1 Ký hiệu của khuếch đại thuật toán 17 2.2 Sơ đồ bên trong của khuếch đại thuật toán 741 19

2.13 Sơ đồ thí nghiệm mạch khuếch đại không đảo 34

2.22 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc điện áplối ra theo điện áp vào của

2.24 Sơ đồ và giản đồ xung bộ so sánh không đảo

dùng khuếch đại thuât toán

55

2.25 Sơ đồ cơ bản mạch đa hài phiếm định dùng khuếch đại thuật

toán và mô tả hoạt động của mạch

56

2.26 Mạch dao động Cầu Viên và hệ thống hồi tiếp – Mạch tương

đương

58

2.29 Sơ đồ thí nghiệm mạch đa hài phiếm định 66 2.30 Mạch điện thí nghiệm dao động Cầu Viên 69 2.31 Đồ thị biểu diễn dạng tín hiệu điện áp trên máy hiện sóng của

mạch tạo dao đọng kiểu Cầu Viên

70

3.2 Các khung làm việc trong giao diện phần mềm Proteus 7.8 76 3.3 Giao diện công cụ mô phỏng phần mềm Proteus 78 3.4 Cách lấy linh kiện trong phần mềm Proteus 79

3.7 Khảo sát mạch khuếch đại đảo 81

3.14 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc điện áp lối ra theo điện áp vào

của bộ biến đổi logarit

90

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trường Đại học Sao Đỏ có xuất phát điểm là trường Công nhân Cơ điện Mỏ thành lập ngày 15/05/1969 và trường Công nhân cơ khí Chí Linh thành lập ngày 08/04/1975 có quy mô không lớn Trong đó, hệ thống phòng thí nghiệm điện - điện tử - tự động hóa của Trường còn rất đơn giản, chưa sát thực tế, các thiết bị cũng như các tài liệu hướng dẫn thực hành để củng cố kiến thức lý thuyết cho sinh viên chuyên ngành còn hạn chế

Tháng 3/2010 Thủ tướng Chính phủ đã ký quyết định nâng cấp trường Cao đẳng Công nghiệp Sao Đỏ thành trường Đại học Sao Đỏ, trên đà phát triển của Trường về chất lượng đào tạo cũng như quy mô đòi hỏi Nhà trường cần phải có một hệ thống các phòng thực hành, thí nghiệm đáp ứng được yêu cầu chung cũng như các tài liệu về thực hành môn học là cần thiết

Vì vậy, việc nghiên cứu xây dựng và mô phỏng các bài thí nghiệm về

điện tử tương tự và điện tử số cho Nhà trường là cần thiết và đề tài “Nghiên

cứu xây dựng và mô phỏng một số bài thí nghiệm điện tử, ứng dụng khuếch đại thuật toán phục vụ công tác đào tạo của Trường đại học Sao Đỏ” mang tính cấp thiết

2 Mục đích của đề tài

- Xây dựng các bài thí nghiệm ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán phù hợp với chương trình đào tạo của Trường đại học Sao Đỏ

- Mô phỏng các modul thí nghiệm bằng phần mềm chuyên ngành

3 Đối tượng của đề tài

Nghiên cứu các bài giảng lý thuyết ứng dụng khuếch đại thuật toán của môn kỹ thuật mạch điện tử tương tự và cụ thể là môn Mạch điện tử 1, Mạch

điện tử 2, Kỹ thuật xung – số để từ đó đưa ra cách xây dựng các bài thí nghiệm để củng cố kiến thức lý thuyết Dùng các phần mềm đã học (Ecodial 3.3, CircuitMaker 6.2, Electronic Workbench 6.0, Multisim10, Proteus 7.8 )

để mô phỏng các bài thí nghiệm trên

4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Do hạn chế về thời gian và khuôn khổ của bản luận văn thạc sỹ kỹ thuật nên trong bản luận văn chỉ chú ý đến một số bài thí nghiệm điện tử, ứng dụng khuếch đại thuật toán sau:

- Bài thí nghiệm ứng dụng khuếch đại thuật toán trong các mạch khuếch đại thông dụng nhất như mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo,

bộ cộng đảo, bộ cộng không đảo, bộ trừ, bộ tích phân, bộ vi phân, bộ biến đổi logarit, bộ biến đổi hàm mũ

- Bài thí nghiệm ứng dụng khuếch đại thuật toán trong các mạch so sánh, mạch tạo dao động điều hào kiểu Cầu Viên, mạch dao động đa hài

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng và xây dựng một số bài thí nghiệm điện

tử, ứng dụng khuếch đại thuật toán

6 Nội dung nghiên cứu

- Đánh giá tổng quát về hệ thống phòng thí nghiệm Điện - điện tử – tự động hóa của Trường đại học Sao Đỏ

- Đề xuất, xây dựng một số bài thí nghiệm điện tử, ứng dụng khuếch đại thuật toán, đưa ra mục tiêu và nội dung các bài thí nghiệm về điện tử, ứng dụng khuếch đại thuật toán

- Sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng một số mạch điện tử ứng dụng khuếch đại thuật toán trong môn học Điện tử cơ bản và Mạch điện tử

- Kiểm thử tính năng và hiệu quả của hệ thống thí nghiệm, đưa ra các phần mềm hệ thống thí nghiệm

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Giúp người đọc và sinh viên có cái nhìn tổng quan và sâu sắc hơn về vai trò của phần mềm Proteus trong mô phỏng mạch điện Cung cấp cho người đọc một tài liệu hữu ích trong thực hành, thí nghiệm môn Điện tử cơ bản và Mạch điện tử

Đề tài nghiên cứu xây dựng và mô phỏng các bài thí nhiệm điện tử, ứng dụng khuếch đại thuật toán phục vụ công tác đào tạo cho Trường đại học Sao

Đỏ phù hợp với xu thế phát triển của Nhà trường, dùng làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên ngành Cơ điện và các ngành có liên quan cùng bạn đọc yêu thích môn Điện tử cơ bản và Mạch điện tử

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn hoàn thành gồm có 3 chương, 17 bảng, 48 hình vẽ và đồ thịđược trình bày trong 94 trang

Luận văn được thực hiện tại phòng thí nghiệm Điện – Điện tử, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Trong quá trình thực hiện tác giả đã nhận được sự tận tình chỉ bảo của PGS.TS Kim Ngọc Linh, cũng như các ý kiến đóng góp quý báu của các nhà khoa học trong lĩnh vực Điện khí hóa, các cán bộ giảng dạy của bộ môn Điện khí hóa Tác giả rất mong sự đóng góp ý kiến của các nhà khoa học, các quý thầy, cô, các bạn bè, đồng nghiệp

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÁC PHÒNG THÍ NGHIỆM ĐIỆN ĐIỆN TỬ – TỰ ĐỘNG HÓA CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ 1.1 Giới thiệu chung về Trường đại học Sao Đỏ

Bao gồm các hạng mục công trình sau:

- Phòng học lý thuyết: 105 phòng với tổng diện tích 9648 m2

- Các xưởng thực hành: 45 phòng có diện tích 5360 m2

- Các phòng thí nghiệm: 22 phòng có diện tích 1384 m2

- Phòng học ngoại ngữ: 1 phòng có diện tích 60 m2

- Phòng học máy tính: 30 phòng với 911 máy có diện tích 540 m2

- 01 trung tâm thư viện có diện tích 700 m2, có 3400 đầu sách và 55.000 cuốn sách tham khảo

- Ký túc xá học sinh sinh viên: 48 phòng diện tích 1680 m2

- Phòng làm việc của các khoa và bộ môn có diện tích là 25 m2/phòng

- Hội trường: 01 hội trường có diện tích 640 m2

- Sân vận động bãi tập có diện tích 6000m2

- Triển khai thi công nhà học lý thuyết và xưởng thực hành số 2 Đang xây dựng khu ký túc xá HSSV: 214 tỷ VNĐ theo nguồn trái phiếu Chính phủ

1.1.2 Chức năng, nhiệm vụ của Trường

Trường Đại học Sao Đỏ là trường công lập thuộc hệ thống giáo dục quốc dân Trải qua 41 năm xây dựng và phát triển, Nhà trường đã đào tạo trên

80 ngàn cử nhân Cao đẳng, kỹ thuật viên trung cấp và công nhân kỹ thuật chất lượng cao phục vụ đắc lực công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Quy mô và loại hình đào tạo không ngừng được mở rộng, đội ngũ giảng viên, giáo viên hùng hậu thường xuyên được bồi dưỡng, học tập nâng cao về trình độ chuyên môn nghiệp vụ Cơ sở vật chất trang thiết bị được đầu tư hiện đại, ngày càng đáp ứng nhu cầu và đòi hỏi của sự phát triển kinh tế - xã hội Truyền thống vẻ vang ấy là công sức đóng góp của lớp lớp các thế hệ thầy, cô giáo và HSSV Nhà trường

1.1.3 Lịch sử hình thành và phát triển

Truyền thống của Nhà trường là sự kế thừa quá trình phát triển của trường Công nhân Cơ điện Mỏ thành lập ngày 15/5/1969 và trường Công nhân cơ khí Chí Linh thành lập ngày 08/04/1975 Tháng 11/1969, khai giảng khóa học đầu tiên với 216 học sinh ở 7 ngành nghề đào tạo Năm 1991, trước những yêu cầu mới trường Công nhân cơ điện Mỏ và Trường Công nhân cơ khí Chí Linh đã được sáp nhập thành trường công nhân

Cơ điện Chí Linh Sau 10 năm phấn đấu, nhiều lần thay đổi cơ quan chủ quản, tháng 3 năm 2001, Bộ công nghiệp đã quyết định nâng cấp thành Trường Trung học Công nghiệp Cơ điện

Tháng 10/2004, Bộ GD&ĐT đã quyết định nâng cấp trường lên trường Cao đẳng mang tên là trường Cao đẳng Công nghiệp Sao Đỏ

Với định hướng phát triển đúng đắn, cùng với sự nỗ lực phấn đấu vươn lên về mọi mặt của tập thể sư phạm nhà trường, sự lớn mạnh về cơ sở

vật chất, tháng 3/2010, thủ tướng chính phủ đã quyết định nâng cấp trường lên thành trường Đại học với tên gọi là trường Đại học Sao Đỏ

Ngay sau khi được nâng cấp đào tạo trường đã tích cực mở rộng quy

mô đào tạo ở mọi cấp học: Đào tạo đa cấp, đa ngành, đa lĩnh vực, vừa đào tạo Đại học, Cao đẳng chuyên nghiệp, cao đẳng nghề, Trung cấp chuyên nghiệp

và Trung cấp nghề Ngoài ra trường còn có các hệ liên thông từ trung cấp lên cao đẳng và đại học Tích cực mở rộng thêm nhiều ngành nghề đào tạo mới theo nhu cầu của người học với phương châm: “Đào tạo những gì xã hội cần chứ không chỉ đào tạo những gì Trường có” Vừa đào tạo dài hạn theo chương trình chuẩn, vừa đào tọa ngắn hạn theo yêu cầu của các nhà máy, xí nghiệp nhằm chuẩn hóa đội ngũ công nhân Mở rộng địa bàn liên kết đào tạo, tiến hành liên kết với trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Học viện tài chính để mở rộng các lớp ĐH tại chức tại trường, tạo điều kiện thuận tiện cho người học, đảm bảo quyền được học tập cao hơn cho mọi người Từ chủ trương đúng đắn đó quy mô đào tạo của trường từ 6.000 HSSV năm 2004-2005 đến năm học 2006-2007 quy mô đạt 12.000 HSSV và đến hôm nay dưới mái trường này đã có 15.500 HSSV đang theo học ở trên 50 ngành và chuyên ngành

Cùng với quá trình mở rộng quy mô, nhà trường đặc biệt quan tâm nâng cao chất lượng đào tạo, tổ chức nghiên cứu và biên soạn lại toàn bộ nội dung chương trình, giáo trình, đảm bảo phù hợp với trình độ của khoa học công nghệ hiện đại, đáp ứng được yêu cầu sử dụng lao động của các doanh nghiệp Tích cực áp dụng phương pháp giảng dạy theo hướng lấy người học làm trung tâm nhằm làm tăng khả năng tư duy của người học Duy trì nề nếp phân tích chất lượng hàng tháng, thực hiện nghiêm túc nề nếp công tác hành chính giáo vụ, kiểm tra chặt chẽ quá trình lên lớp xuống xưởng Cải tiến mạnh

mẽ và thực hiện chặt quá trình thi cử Tăng cường công tác giáo dục HSSV

Tỷ lệ HSSV lên lớp và tốt nghiệp trong các năm đều đạt trên 98%, trong đó tỷ

lệ Khá+Giỏi từ 30% trở lên HSSV tốt nghiệp ra trường đều có việc làm và luôn được các doanh nghiệp đánh giá cao về chất lượng đào tạo

Nhà trường đã tích cực thực hiện nhiều biện pháp nâng cao chất lượng đội ngũ giảng viên, giáo viên Tiến hành lập quy hoạch đào tạo, bồi dưỡng hàng năm; Duy trì nề nếp tổ chức Hội giảng Giáo viên dạy giỏi (GVDG) trong từng năm học; Tham gia tích cực vào phong trào Hội giảng cấp tỉnh và toàn quốc; Thường xuyên tổ chức cho giảng viên cập nhập những kiến thức mới, công nghệ mới, tham quan học tập những đơn vị điển hình tiên tiến Trong những năm gần đây, Nhà trường kiên trì thực hiện chủ trương Thạc sỹ hóa đội ngũ cán bộ giảng viên giáo viên, có cơ chế khuyến khích cho giảng viên giáo viên học cao học, làm nghiên cứu sinh, mời thêm các giáo sư, tiến sĩ tham gia thỉnh giảng Đến nay, nhà trường có 520 cán bộ công nhân viên, trong đó có 425 giảng viên, giáo viên với 229 thầy cô có trình độ từ Thạc sỹ trở lên 100% giáo viên dạy thực hành có trình độ đại học và đạt bậc thợ bình quân 5/7

Không ngừng đầu tư tăng cường cơ sở vật chất phục vụ cho đào tạo Trung bình mỗi năm nhà trường chi từ 3-5 tỷ đồng cho việc mua sắm máy móc, trang thiết bị phục vụ đào tạo Hàng loạt máy móc thiết bị hiện đại có công nghệ tiên tiến được mua sắm như: máy tiện CNC, Trung tâm gia công đứng, Robot hàn, máy cắt Plasma, hệ thống kiểm tra tự động động cơ Các thiết bị hiện đại tiên tiến cho các phòng thí nghiệm, phòng học lý thuyết được trang bị máy chiếu đa năng đáp ứng yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học của thầy và giúp cho HSSV tiếp thu bài một cách tốt nhất Thư viện điện tử nối mạng Internet và được trang bị phần mềm quản lý giúp cho giảng viên, HSSV tra cứu tài liệu phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập ngày một tốt hơn

1.1.4 Tổ chức hành chính

Bộ máy lãnh đạo của Nhà trường tổ chức theo mô hình trực tuyến chức năng một cách gọn gàng, hoạt động tốt, việc điều hành hoạt động thông qua các khoa và các phòng chức năng, do đồng chí Hiệu trưởng nhà trường chịu trách nhiệm điều hành trực tiếp

Nhà trường gồm hai bộ phận chính: các khoa gồm: Khoa Điện; khoa Công nghệ kỹ thuật ô tô; khoa Cơ khí; khoa Kết cấu kim loại; khoa Điện tử tin học; khoa Kinh tế; khoa Khoa học cơ bản; khoa Công nghệ may và giầy da; khoa Du lịch và ngoại ngữ; Khoa Giáo dục chính trị và thể chất; khoa Công nghệ thực phẩm và hóa học; và các phòng chức năng gồm: phòng Đào tạo; phòng Nghiên cứu khoa học; phòng Công tác Học sinh – sinh viên; phòng Hành chính tổ chức; phòng Khảo thí; phòng Tài chính kế toán; phòng

Quản trị đời sống; phòng Hợp tác quốc tế; phòng Công tác tuyển sinh; phòng

ty than vùng Đông Bắc với số lượng từ 200 đến 300 em Bên cạnh đó còn đào tạo thợ cả và nâng bậc thợ cho các mỏ Phát huy truyền thống đào tạo có chất lượng cao, 42 năm qua Khoa Điện đã cung cấp cho các doanh nghiệp trong và ngoài nước hàng vạn lao động có tay nghề cao, công nhân kỹ thuật, kỹ thuật viên trung cấp, cử nhân Cao đẳng đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng lao động Đối với hệ Cao đẳng chuyên nghiệp đón nhận từ 1000 đến 2000 hồ

sơ dự tuyển vào học 2 chuyên ngành: Tự động hóa và Hệ thống điện Năm học 2011-2012 nhà trường mở thêm 2 chuyên ngành mới là Thiết bị điện - Điện tử, Đo lường & điều khiển để đáp ứng nhu cầu của người học và thị

bậc thợ cho công nhân các công ty, xí nghiệp Tư vấn chuyển giao công nghệ, nghiên cứu khoa học và thực nghiệm Mặc dù đã được sự đầu tư của Nhà trường về trang thiết bị phục vụ

thực hành, thực tập nhưng do Nhà trường mới được nâng cấp lên thành trường Đại học nên hệ thống các phòng thực hành, thí nghiệm của khoa điện còn đơn giản và chưa thực sự phù hợp với mục tiêu đào tạo sinh viên bậc đại học Các trang thiết bị chưa được đồng bộ Các mô hình, thiết bị trong các phòng thí nghiệm điện của trường được lắp đặt nhằm giới thiệu, làm thí nghiệm và thực hành cho sinh viên bậc đại học, cao đẳng và học sinh học nghề Tuy nhiên, trong những năm gần đây chất lượng đào tạo của sinh viên

và tay nghề của người thợ khi ra trường đòi hỏi ngày một nâng cao, phù hợp với nhu cầu thực tế Nhà trường đã không ngừng đầu tư trang thiết bị giảng dạy, các thiết bị dùng cho thực hành, thí nghiệm nhằm thay thế dần các mô hình thí nghiệm đã cũ Cụ thể đối với phòng thí nghiệm nhà trường đã đầu tư thêm một số bộ thí nghiệm về điện được sản xuất trong nước, đối với các phòng thực hành đã trang bị thêm một phòng thực hành tự động hoá quá trình sản xuất

Phòng thí nghiệm điện đảm trách nhiệm vụ dạy thực tập cơ điện cho các sinh viên chính quy, sinh viên tại chức, học sinh nghề và học sinh các lớp địa phương thuộc công ty, xí nghiệp của các ngành cơ điện, điện mỏ, tự động

Hệ thống các phòng nằm ở tầng 1 của nhà D và ở trên khu xưởng thực hành của Trường bao gồm các phòng thí nghiệm:

+ Phòng thí nghiệm mạch điện gồm có các mô hình về các môn học: cơ

sở lý thuyết mạch, kỹ thuật điện

+ Phòng thí nghiệm đo lường - điện kỹ thuật gồm có các mô hình về các môn học: đo lường, cảm biến

+ Phòng thí nghiệm Kỹ thuật điện tử - đo lường cảm biến gồm có các

mô hình về các môn học: điện tử cơ bản, điện tử số

+ Phòng thí nghiệm Tự động hóa có các mô hình thực tế như mô hình đèn đường giao thông, thang máy, băng tải, trục tải, PLC Cơ sở vật chất của phòng thí nghiệm điện gồm một số phòng chức năng khác nhau dùng để thực tập kĩ năng nghề cho sinh viên chính quy và tại chức (trong và ngoài khoa) Ngoài mặt bằng còn có một số phương tiện, dụng cụ, nhà xưởng thực tập tay nghề, có các trang thiết bị phục vụ cho việc dạy thực tập và một số phòng chức năng của phòng thí nghiệm như phòng thực tập hàn lắp, phòng thực tập lắp ráp hoàn chỉnh, phòng thực tập sửa chữa

Các phòng thực hành chuyên môn nghề sửa chữa điện được bố trí liền sát nhau tại xưởng thực hành nằm ở phía Nam của trường, mỗi phòng rộng 200m2 Trong từng phòng được lắp đặt bố trí đầy đủ các máy móc thiết bị điện, mô hình các bảng điện công nghịêp Về cơ bản có đủ các chủng loại máy móc thiết bị điện đang được sử dụng rộng rãi ngoài thực tế Các phòng thực hành chuyên môn của trường như một phân xưởng cơ điện sửa chữa thu hẹp, nhằm giúp học sinh sau khi học lý thuyết được trực tiếp làm quen với các máy móc thiết bị điện, cũng như thực hành các phương pháp lắp ráp, bảo dưỡng, vận hành sửa chữa các hư hỏng của chúng trong quá trình sản xuất

1.3 Xu thế phát triển của Nhà trường và của Khoa Điện

1.3.1 Xu thế phát triển của Trường

- Tầm nhìn – 2025: Đại học Sao Đỏ trở thành một Trung tâm Giáo dục

và Đào tạo đẳng cấp quốc tế, chủ động hội nhập giáo dục toàn cầu, liên thông

và công nhận chất lượng lẫn nhau; thực hiện triết lý giáo dục đảm bảo quyền được học tập suốt đời cho mọi người trong nền kinh tế thị trường

- Sứ mạng – 2020: Đào tạo đa ngành nghề ở nhiều trình độ; đáp ứng nguồn nhân lực chất lượng cao, có nghị lực, biết hợp tác và sáng tạo trong công cuộc công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước

+ Áp dụng triệt để công nghệ thông tin vào công tác quản lý, giảng dạy

và học tập Thực hiện đào tạo theo học chế tín chỉ, liên kết đào tạo với các trường đại học trong và ngoài nước

+ Liên tục cải tiến chất lượng giáo dục đào tạo đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững của xã hội

+ Duy trì hiệu quả hệ thống quản lý chất lượng ISO 9000 hướng đến áp dụng hệ thống quản lý chất lượng toàn diện TQM Được Bộ Giáo dục và Đào tạo kiểm định công nhận chất lượng giáo dục

+ Kiện toàn Bộ máy quản lý tổ chức nhân sự của trường cho phù hợp với tiêu chuẩn quy định hiện hành theo Điều lệ trường đại học đối với cán bộ quản lý các cấp và đáp ứng được yêu cầu của sự phát triển của Nhà trường + Tăng cường xây dựng, phát triển và bồi dưỡng đội ngũ giảng viên có trình độ sau đại học cả về số lượng, chất lượng và coi đó là một trong những

nhiệm vụ trọng tâm, cấp bách và thường xuyên của Trường

+ Đẩy mạnh công tác hoạt động nghiên cứu khoa học nhằm phục vụ

nâng cao chất lượng đội ngũ giảng viên, đào tạo thạc sỹ và nghiên cứu sinh; phục vụ nâng cao chất lượng đào tạo của Trường, thực hiện chuyển giao công nghệ và tham mưu cho cấp uỷ, chính quyền địa phương trong phát triển khoa học công nghệ, kinh tế - xã hội

+ Tăng cường cải tạo, nâng cấp, bổ sung cơ sở vật chất, đầu tư trang thiết bị, phương tiện dạy học cho các phòng học, phòng thí nghiệm, thực hành đáp ứng yêu cầu của cấp đào tạo đại học Đồng thời hoàn thiện nội dung, chương trình đào tạo theo hướng tiên tiến và hiện đại để nâng cao chất lượng đào tạo

1.3.2 Xu thế phát triển của Khoa Điện

Theo quy hoạch của Trường đại học Sao Đỏ, khoa Điện sẽ là khoa mũi nhọn, là thế mạnh của Trường Vì thế yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo và nghiên cứu khoa học đòi hỏi số cán bộ trẻ của Khoa phải không ngừng học tập, nâng cao trình độ về mọi mặt

Tăng cường xây dựng cơ sở vật chất của Khoa và trang thiết bị của phòng thí nghiệm, trang thiết bị của xưởng thực hành Điện từ mọi nguồn có thể Tìm cơ hội để các hãng sản xuất thiết bị thí nghiệm điện, các doanh nghiệp trong và ngoài nước chọn Khoa là đối tác

Tăng cường về quy mô đào tạo với việc duy trì đào tạo liên tục hệ đại học, cao đẳng chính quy, đào tạo tại chức tại những nơi có nhu cầu về Điện (như Thái Bình, Thái Nguyên, Quảng Ninh ) liên thông các ngành nghề

Với mục tiêu đào tạo theo hướng nghề nghiệp ứng dụng đa cấp, đa lĩnh vực, đặc biệt đào tạo các ngành nghề phục vụ ngành điện và công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước, Khoa phải không ngừng mở rộng giao lưu liên kết với các Khoa của các trường cùng lĩnh vực trong khu vực nhằm giúp sinh viên, học sinh chuyên ngành có thể được tiếp cận và được thực hành thao tác trên các loại máy móc và trang thiết bị hiện đại Để sau khi ra trường sinh viên có nhiều cơ hội xin việc làm và tiếp xúc với công việc một cách thành thạo hơn

Để đáp ứng những thử thách trong thời đại phát triển nhanh về công nghệ, mục tiêu hoạt động của Khoa là phát triển và duy trì môi trường đào tạo công nhân điện kỹ thuật cao với chất lượng tốt, nỗ lực cập nhật, cải tiến chương trình đào tạo theo hướng gắn liền với ứng dụng thực tiễn và đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn về nguồn nhân lực chất lượng cao của cộng đồng các doanh nghiệp phía Bắc

Với mục tiêu đẩy mạnh hơn nữa sự nghiệp đào tạo và nghiên cứu khoa học, từng bước hoà nhập vào nền giáo dục của các trường trong khu vực thì tập thể ban lãnh đạo và cán bộ công nhân viên khoa Điện nói riêng và Trường đại học Sao Đỏ nói chung cần được hỗ trợ từ các tổ chức Nhà nước, cần học hỏi nâng cao trình độ chuyên môn để đưa ra được các biện pháp tối ưu nhằm đáp ứng được nhu cầu phát triển chung.Tuy nhiên, Trường đại học Sao Đỏ có xuất phát điểm là một trường công nhân dạy nghề chất lượng cao có quy mô không lớn, nên tất cả các cơ sở vật chất phục phụ cho việc học tập đều rất hạn chế Ví như, phòng thí nghiệm của khoa Điện của Trường còn rất thô sơ, đơn giản Khoa Điện hiện có năm phòng thí nghiệm trong đó có một số mô hình thí nghiệm của các môn học: điện tử tương tự, điện tử số, đo lường, máy điện, trang bị điện, Nhận thấy hiện trạng về trang thiết bị, dụng cụ thí nghiệm, thực hành của phòng thí nghiệm điện của trường còn rất đơn giản, một số môn học còn chưa có mô hình thí nghiệm, dụng cụ, trang thiết bị thí nghiệm như môn: điện tử cơ bản, điện tử số cũng như các tài liệu hướng dẫn thí nghiệm, thực hành phục phụ những ham muốn, tìm tòi của giáo viên và học sinh Phòng thí nghiệm điện chưa cân xứng với quy mô, ngành nghề đào tạo, chất lượng đào tạo của hệ thống dạy và học

- Mặc dù một số mô hình thí nghiệm và thực hành có ứng dụng các tiến

bộ khoa học kỹ thuật công nghệ mới vào sản xuất được bổ sung trong vài năm gần đây, song vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu tìm hiểu, thực hành, làm thí nghiệm về một số ứng dụng của thiết bị điện tử và bán dẫn trong máy sản xuất của học sinh học nghề

- Đối với sự phát triển khoa học kỹ thuật hiện nay các hệ thống trang bị điện của của các máy sản xuất đã và đang thay đổi sâu sắc Đặc trưng cơ bản của nó là ứng dụng các thiết bị điện tử - bán dẫn, và cũng nhờ đó mà nâng cao mức độ tự động hoá Vì thế, thực tế đòi hỏi đội ngũ công kỹ sư ra trường phải nắm bắt được những kiến thức cần thiết không những để khai thác các máy sẵn có mà còn có thể tính toán, thay thế sửa chữa những hệ thống cũ, nắm bắt được công nghệ mới và các phương thức điều khiển mới áp dụng thực tế vào sản xuất có như vậy sản phẩm làm ra mới được nhiều và giá thành hạ

- Để đáp ứng được những yêu cầu trên Nhà trường cần quan tâm hơn nữa tới việc đầu tư thêm các hệ thống trang thiết bị điện, các mô hình thí nghiệm và thực hành về điện của trường Đặc biệt là các mô hình thí nghiệm, các bài thí nghiệm và thực hành về lĩnh vực ứng dụng các thiết bị điện tử và bán dẫn mới, hiện đại đang được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất hiện nay

1.4 Nhiệm vụ của đề tài

Để làm tốt phương pháp giảng dạy gắn lý thuyết với thực hành cũng như đáp ứng được quy mô đào tạo và phù hợp với sự phát triển của khoa học

kỹ thuật, hệ thống các phòng thí nghiệm, thực hành về điện của trường cần trang bị và hoàn thiện thêm Với những lý do nêu ở trên và đáp ứng phần nào

yêu cầu đó, nhiệm vụ của đề tài là “Nghiên cứu xây dựng và mô phỏng một

số bài thí nghiệm điện tử, ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán phục vụ công tác đào tạo của Trường đại học Sao Đỏ”

Chương 2 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ, ỨNG DỤNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN PHỤC VỤ CÔNG TÁC

ĐÀO TẠO CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ

2.1 Giới thiệu chung về khuếch đại thuật toán

Mạch khuếch đại thuật toán, thường được gọi tắt là op-amp (operational amplifier) là một mạch khuếch đai một chiều nối tầng trực tiếp với hệ số khuếch đại rất cao, có đầu vào vi sai, và thông thường có đầu ra đơn

Ký hiệu trên sơ đồ mạch điện của khuếch đại thuật toán như hình 2.1

Hình 2.1 Ký hiệu của khuếch đại thuật toán Trong đó :

U+ : Đầu vào không đảo

U- : Đầu vào đảo

Uout : Đầu ra

US+ : Nguồn cung cấp điện dương

US- : Nguồn cung cấp điện âm

Các chân cấp nguồn (US+ and US-) có thể được ký hiệu bằng nhiều cách khác nhau Mặc dù vậy chúng luôn có chức năng như cũ Thông thường, những chân này thường được vẽ dồn về góc trái của sơ đồ cùng với hệ thống cấp nguồn để giúp cho bản vẽ được rõ ràng Một số sơ đồ người ta có thể giản lược lại, và không vẽ phần cấp nguồn này Vị trí của đầu vào đảo và đầu vào

không đảo có thể hoán chuyển cho nhau khi cần thiết Những chân cấp nguồn

thường không được đảo ngược lại

Từ khi mới ra đời, mạch khuếch đại thuật toán được thiết kế để thực hiện các phép tính bằng cách sử dụng điện áp như một giá trị tương tự để mô phỏng các đại lượng khác Do đó nó mới được đặt tên là “Mạch khuếch đại thuật toán” Đây là thành phần cơ bản trong các máy tính tương tự, trong đó mạch khuếch đại thuật toán sẽ thực hiện các thuật toán như: Cộng , trừ , tích phân và vi phân….v v…Tuy nhiên, mạch khuếch đại thuật toán lai rất đa năng, với rất nhiều ứng dụng khác ngoài các ứng dụng thuật toán Các ứng dụng của chúng trải rộng trong rất nhiều các thiết bị đện tử thời nay, từ các thiết bị điện tử dân dụng, công nghiệp và khoa học

Những mạch khuếch đại thuật toán tích hợp đầu tiên được ứng dụng rộng rãi từ cuối thập niên 1960, là cách mạch sử dụng transistor lưỡng cực µA709 của hang Fairchild, do Bob Wiflar thiết kế năm 1965; nó nhanh chóng

bị thay thế bằng mạch 741, mạch này có những tiện ích tốt hơn, độ ổn định cao hơn, mà dễ sử dụng hơn Mạch µA741 đến nay vẫn còn được sản xuất, và

có mặt khắp nơi trong lĩnh vực điện tử Rất nhiều nhà chế tạo đã sản xuất ra các phiên bản khác của mạch này, nhưng vẫn tiếp tục thừa nhận con số ban đầu là “741” Những thiết kế tốt hơn đã được giới thiệu, một số dựa trên transistor hiệu ứng trường FET (cuối thập niên 1970) và transistor hiệu ứng trường có cổng cách điện MOSFET (đầu thập niên 1980)

Mặc dù các thiết kế có thể khác nhau giữa các sản phẩm và các nhà chế tạo, nhưng tất cả các mạch khuếch đại thuật toán đều có chung những cấu trúc bên trong, bao gồm 3 tầng:

1 Tầng khuếch đại đầu vào – tạo ra độ khuếch đại tạp âm thấp, tổng trở vào cao, thường có đầu ra vi sai

2 Tầng khuếch đại điện áp, tạo ra hệ số khuếch đại điện áp lớn, thường

có ngõ ra đơn

3 Tầng khuếch đại đầu ra, tạo ra khả năng tải dòng lớn, tổng trở đầu ra thấp, có giới hạn dòng và bảo vệ ngắn mạch

Sơ đồ bên trong của mạch khuếch đại thuật toán 741 nêu trên hình 2.2

Nó bao gồm các phần mạch cơ bản sau:

Các sơ đồ gương dòng điện

Các phần mạch điện được tô màu đỏ cam là các gương dòng điện Dòng điện ban đầu để có thể sinh ra các dòng điện khác được xác định bởi điện áp cấp nguồn và điện trở 39 kΩ cùng với 2 mối nối pn tạo ra Dòng điện được tính gần đúng bằng: ( Us+ - Us- - 2Ube )/ 39 kΩ

Trạng thái của tầng khuếch đại đầu vào được điều khiển bởi hai gương dòng điện bên phía trái Q10 và Q11 hình thành một nguồn dòng trong đó

điện trở 5 kΩ sẽ đặt dòng điện của cực phát Q10 đến một vị trí số có tỷ lệ rất nhỏ so với dòng điện ban đầu Dòng điện cố định của Q10 cấp dòng cực gốc Q3 và Q4 nhưng cũng cấp dòng cực góp cho Q9, trong khi gương dòng điện Q8 và Q9 sẽ cố bám theo độ lớn của dòng cực gốc Q3 và Q4 Dòng này cũng bằng với dòng điện yêu cầu cho đầu vào, và sẽ là một tỷ lệ nhỏ của dòng điện Q10 vốn đã nhỏ Nếu dòng điện của đầu vào có khuynh hướng tăng cao hơn dòng điện Q10, thì gương dòng điện Q8, Q9 sẽ tháo bớt dòng điện ra khỏi cực gốc chung của Q3 và Q4, hạn chế dòng đầu vào, và ngược lại Như vây, điều kiện về môt chiều của tầng đầu vào sẽ được ổn định nhờ một hệ thống hồi tiếp

âm có độ lợi cao Vòng hồi tiếp này cũng loại trừ những thay đổi theo hướng đồng pha của các thành phần khác trong mạch bằng cách làm cho điện áp cực gốc của Q3/Q4 bám theo 2Ube thấp hơn trị số của điện áp đầu vào Gương dòng điện ở góc trái trên Q12/13 tạo ra dòng điện cố định cho tầng khuếch đại điện áp lớp A qua cực góp của Q13, và độc lập với điện áp ngõ ra

Tầng khuếch đại vi sai đầu vào

Phần mạch điện tô màu xanh dương đậm là một tầng khuếch đại vi sai Q1 và Q2 là transistor đầu vào, lắp theo kiểu cực phát (hay kiểu cực thu chung) phối hợp với đôi transistor Q3 và Q4 nối cực gốc chung thành mạch vi sai đầu vào Ngoài ra, Q3 và Q4 cũng tác động như một bộ dời mức điện áp

và tạo ra một độ lợi để kéo tầng khuếch đại lớp A Chúng cũng tăng cường khả năng chịu điện áp ngược của Ube cho các transistor đầu vào

Mạch khuếch đại vi sai Q1-Q4 sẽ kéo một tải tích cực là gương dòng điện Q5-Q7 Q7 làm tăng độ chính xác của gương dòng điệ bằng cách giảm trị số dòng điện tín hiệu cần thiết đi từ Q để kéo cực gốc của Q5 va Q6 Gương dòng điện này sẽ biến đổi tín hiệu vi sai thành tín hiệu đơn theo cách sau: Dòng điện tín hiệu của Q3 sẽ là đầu vào của gương dòng điện trong khi đầu ra của gương dòng điện (cực góp của Q6) được nối đến cực góp của Q4

Ở đây, dòng tín hiệu của Q3 và Q4 sẽ được cộng lại với nhau Đối với nguồn

vi sai đầu vào, tín hiệu của Q3 và Q4 bằng và ngược dấu với nhau Như thế, tổng này sẽ bằng hai lần dòng điện tín hiệu Mạch này đã hoàn tất quá trình biến từ tín hiệu vào vi sai thành tín hiệu ra đơn

Tầng khuếch đại điện áp lớp A

Phần nằm trong khối màu tím là một mạch khuếch đại lớp A Nó bao gồm 2 transistor NPN nối Darling ton và sử dụng đầu ra của một gương dòng điện làm tải cực thu nhằm độ lợi lớn Tụ điện 30 pF tạo ra hồi tiếp âm chọn lọc tần số cho tầng khuếch đại này, hình thành một bộ bù tần số để tạo sự ổn định Kỹ thuật này gọi là bù kiểu Miller và chức năng của nó giống như một mạch tích phân dùng mạch khuếch đại thuật toán Đặc tuyến biên độ tần số của nó có độ dốc bắt đầu từ 10 Hz và giảm dB / bát độ theo tần số

Mạch định thiên đầu ra

Khối màu xanh lá cây (Q16) là một mạch dời mức điện áp, hoặc một mạch nhân Ube , một dạng của nguồn điện áp Trong mạch điện Q16 tạo ra một sút áp không đổi giữa cực góp và cực phát bất kể dòng điện qua mạch Nếu dòng điện cực gốc gần bằng không, điện áp giữa hai cực phát và cực gốc gần bằng không, điện áp giữa hai cực phát và cực gốc là 0.625 V (trị số tiêu chuẩn của BJT trong miền tích cực) Do đó dòng điện đi qua điện trở 4.5 kΩ

sẽ bằng với dòng đi qua điện trở 7.5kΩ, và sẽ gây ra giảm áp trên đó là 0.375V Do đó nó sẽ duy trì điện áp trên 2 đầu transistor và 2 điện trở là 0.625+0.375 = 1V Nó sẽ định thiên cho 2 transistor đầu ra ở vùng dẫn gần và giảm méo xuyên tâm Trong một số mạch khuếch đại linh kiện rời, chức năng này được thực hiện với chỉ 2 diode

Tầng xuất

Tầng xuất (khối màu xanh nhạt) là một mạch khuếch đại đầy kéo chế

độ AB (Q14, Q20) được định thiên bằng bộ nhận điện áp Ube Q16 và các điện

trở cực phát của nó Dải điện áp ra khoảng thấp hơn 1 volt so với nguồn cấp ứng bao gồm phần điện áp của Ube transistor Q14 và Q20 Điện trở 25Ω trong mạch ra của transistor Q14 đến trị số khoảng 25 mA đối với 741 Giới hạn cho dòng điện ra âm bằng cách sử dụng điện áp rơi trên điện trở cực phát của Q19 và dùng điện áp này để giảm bớt dòng điện kéo cực gốc Q15 Với các phiên bản mới hơn có thể thấy những sai biệt nhỏ trong mạch giới hạn dòng

ra này Điện trở ra không bằng 0 nhưng nếu sử dụng hồi tiếp thì có thể tiến đến gần 0 nếu có sử dụng hồi tiếp âm

2.2 Bài thí nghiệm ứng dụng khuếch đại thuật toán trong các mạch

khuếch đại thông dụng nhất

2.2.1 Mục đích thí nghiệm

Khảo sát các mạch ứng dụng của vi mạch thuật toán như bộ khuếch đại đảo,

bộ khuếch đại không đảo, bộ cộng đảo, bộ cộng không đảo, bộ trừ, bô tích phân, bộ vi phân, bộ biến đổi logarit, bộ biến đổi hàm mũ (đối logarit)

2.2.2 Cơ sở lý thuyết

2.2.2.1 Mạch khuếch đại đảo

Sơ đồ bộ khuếch đại đảo dùng KĐTT như hình 2.3: đầu thuận nối đất, điện áp đầu vào uv đưa vào đầu đảo qua R1, điện áp ra ura phản hồi đến đầu đảo qua R2

R u

u K

u K

v

ra

u    không phụ thuộc bản thân bộ khuếch đại

thuật toán mà chỉ phụ thuộc thông số R1, R2 của mạch ngoài

2.2.2.2 Mạch khuếch đại không đảo

Sơ đồ bộ khuếch đại không đảo dùng KĐTT như hình 2.4: điện áp đầu vào uv đưa vào đầu không đảo qua R, điện áp ra ura qua phân áp R2, R1 đưa

đến đầu đảo

2

R R

ra v

ra

u K u R

R u

R

R R u u

u R R R

1 2 1

2 1

1

(2–1)

R

K u

Biểu thức trên chứng tỏ điện áp ra cùng pha với điện áp vào, hệ số khuếch

đại của bộ khuếch đại không đảo bằng 

)

(

2 2 1 1

2 2 1

1

2 1

m m ra

ra m

m

R m

u R

R u

R

R u R

R u

R

u R

u R

u

R

u

i i i

' 1

0

)

(

0

2 2 1

1 2

i

R

u u R

u u R

u u i

i i

u R

u R

u u R R

1

1

1

2 2 1 1 2

1

Suy ra:

m

m m

R R

R

R

u R

u R

u u

1

1 1

2 1

2 2 1 1

u u

R R

R

u R

u R

u u u

' '

' 1

1 1

2 1 1

2 1

2 2

2 1 1

ra

R R

R

R

u R

u R u R

R R u

1

1 1

'

' '

2 1

2 2 1 1

1

2 1

2 1 1

2 1

m

n R

R R

2 1

R R

du C i i

R v C

R

C  ;  ;  

R

u dt

Có: u+=u- và i+=i-=0, nên:

dt u RC

du dt

R

u i

i

i

v ra

ra v

ra C

v R

U  U 2

K c c

c

R R

v U U U

Vậy điện áp ra bằng hiệu của hai tín hiệu vào

2.2.2.8 Bộ biến đổi logarit

Mạch thực hiện chức năng khuếch đại và tạo hàm phi tuyến:

Ura = KlnUvào dựa vào đặc trưng phi tuyến của điốt khi phân cực thuận

Dòng vào điện áp điốt có quan hệ:

U

U I

T D

T

ra  

Vậy điện áp ra tỷ lệ với logarit cơ số e của điện áp vào

2.2.2.9 Bộ biến đổi hàm mũ (đối logarit)

Mạch thực hiện chức năng tạo hàm:

 vao

ra K U

Mạch có sơ đồ như sau:

Hình 2.11 Bộ biến đổi hàm mũ (đối logarit)

(2-8)