Bài giảng hướng dẫn thí nghiệm kỹ thuật xung số

CÁC MẠCH TẠO DẠNG XUNG

Mục tiêu

- Thực hiện đúng trình tự lắp ráp trong phòng thí nghiệm các mạch tạo dạng xung: mạch xén, mạch ghim tín hiệu, mạch vi phân và mạch tích phân

- Phân tích chức năng, hoạt động của mạch tạo dạng xung thông qua việc đo lường, tính toán các đại lượng vào/ra của mạch.

Tóm tắt lý thuyết

Mạch xén, hay còn gọi là mạch hạn chế biên độ (clipper), có chức năng cắt bỏ một phần tín hiệu đầu vào và sử dụng tín hiệu đã xén này làm đầu ra.

Khi diode dẫn điện, với điện áp giữa hai cực Anode và Kathode lớn hơn 0,6V, nó tương ứng với trạng thái công tắc đóng (On) Ngược lại, khi diode đảo chiều và điện áp giảm xuống dưới 0,6V, nó sẽ ngừng dẫn điện, tương ứng với trạng thái công tắc ngắt (Off).

Hình 1.1 So sánh trạng thái dẫn điện của Diode với trạng thái đóng/ngắt của công tắc a) Mạch xén mức 0 dùng Diode mắc nối tiếp Đối với mạch minh họa trong Hình 1.2a, điện áp đầu vào được thể hiện trong Hình 1.2b là E i Trong nửa chu kỳ dương (E i > 0), Diode dẫn, có mạch tương đương như thể hiện trong Hình 1.2c, cung cấp điện áp đầu ra E o = E i Trong nửa chu kỳ âm (E i < 0), Diode tắt, có mạch tương đương như thể hiện trong Hình 1.2d, cung cấp điện áp đầu ra E o = 0 Dạng sóng của E o được thể hiện ở Hình 1.2b Đối với mạch minh họa trong Hình 1.3a, điện áp đầu vào được thể hiện trong Hình 1.3b là E Trong nửa chu kỳ dương (E > 0), Diode tắt, có mạch tương đương như thể hiện trong Hình 1.3c, cung cấp điện áp đầu ra E o = 0 Trong nửa chu kỳ âm (E i < 0), Diode dẫn, có mạch tương đương như thể hiện trong Hình 1.3d, cung cấp điện áp đầu ra E o = E i Dạng sóng của E o được thể hiện ở Hình 1.3b a) b) c) d)

Hình 1.2 Mạch xén trên mức 0 dùng Diode nối tiếp a) b) c) d)

Hình 1.3 Mạch xén dưới mức 0 dùng Diode nối tiếp

Các Diode sử dụng trong mạch ở Hình 1.2 và Hình 1.3 được coi là lý tưởng b) Mạch xén mức E dùng Diode mắc nối tiếp

Nếu cần thiết để cắt giảm điện áp đầu vào với một mức độ cụ thể thì một mức điện áp một chiều có thể được thêm vào Mức độ phân cực và vị trí kết nối sẽ xác định phạm vị cắt bớt của dạng sóng đầu vào Đối với mạch minh họa trong Hình 1.4a, điện áp đầu vào được thể hiện trong Hình 1.4b là E i Khi E i > E, Diode dẫn, có mạch tương đương như thể hiện trong Hình 1.4c, cung cấp điện áp đầu ra E o = E i Khi E i < E, Diode tắt, có mạch tương đương như thể hiện trong Hình 1.4d, cung cấp điện áp đầu ra E o = E Dạng sóng của E o được thể hiện ở Hình 1.4b a) b) c) d)

Mạch xén trên mức E được mô tả trong Hình 1.4 với nguồn E > 0 và mắc nối tiếp điện trở tải Khi điện áp đầu vào E i lớn hơn E (E là điện áp âm), diode dẫn và điện áp đầu ra E o được tính bằng E o = E i - E, như thể hiện trong Hình 1.5c Ngược lại, khi E i nhỏ hơn E, diode tắt và điện áp đầu ra E o trở thành 0, theo Hình 1.5d Dạng sóng của E o được minh họa trong Hình 1.5b.

Hình 1.5 Mạch xén trên mức E (nguồn E < 0, mắc nối tiếp Diode) Đối với mạch minh họa trong Hình 1.6a, điện áp đầu vào được thể hiện trong Hình 1.6b là E i Khi (E i + E) > 0 (E là điện áp âm), Diode dẫn, có mạch tương đương như thể hiện trong Hình 1.6c, cung cấp điện áp đầu ra E o = E i Khi (E i + E) <

0, Diode tắt, có mạch tương đương như thể hiện trong Hình 1.6d, cung cấp điện áp đầu ra E o = 0 Dạng sóng của E o được thể hiện ở Hình 1.6b a) b) c) d)

Mạch xén trên mức E (khi E < 0 và mắc nối tiếp điện trở tải) được minh họa trong Hình 1.6 Ở Hình 1.7a, điện áp đầu vào được biểu diễn là E i, và trong Hình 1.7b, khi tổng (E i + E) > 0 với E là điện áp dương, diode sẽ dẫn, tạo ra mạch tương đương như trong Hình 1.7c, cung cấp điện áp đầu ra E o = E i Ngược lại, khi (E i + E) < 0, mạch sẽ hoạt động khác.

0, Diode tắt, có mạch tương đương như thể hiện trong Hình 1.7d, cung cấp điện áp đầu ra E o = 0 Dạng sóng của E o được thể hiện ở Hình 1.7b a) b) c) d)

Hình 1.7 Mạch xén trên mức E (nguồn E > 0, mắc nối tiếp Diode) c) Mạch xén mức 0 dùng Diode mắc song song

Mạch này hoạt động tương tự như mạch xén với Diode mắc nối tiếp, có khả năng tách sóng cho nửa chu kỳ dương hoặc âm Khi điện áp đầu vào E i > 0, Diode dẫn và điện áp đầu ra E o bằng 0 Ngược lại, khi E i < 0, Diode tắt và điện áp đầu ra E o bằng E i (với R L >> R s) Sóng điện áp E o được minh họa trong hình.

Hình 1.8 Mạch xén dưới mức 0, Diode mắc song song điện trở tải Đối với mạch minh họa trong Hình 1.9a, điện áp đầu vào được thể hiện trong Hình 1.9b là E i Khi E i > 0, Diode tắt, có mạch tương đương như thể hiện trong Hình 1.9c, cung cấp điện áp đầu ra E o = 0 Khi E i < 0, Diode dẫn, có mạch tương đương như thể hiện trong Hình 1.9d, cung cấp điện áp đầu ra E o = E i (R L >> R s) Dạng sóng của E o được thể hiện ở Hình 1.9b a) b) c) d)

Mạch xén trên mức 0 với diode mắc song song điện trở tải được minh họa trong Hình 1.9 Trong Hình 1.10a, điện áp đầu vào E i được thể hiện trong Hình 1.10b Khi E i lớn hơn tổng của V z và 0,6V, mạch tương đương như trong Hình 1.10c sẽ cung cấp điện áp đầu ra E o bằng V z cộng với 0,6V Khi điện áp đầu vào nằm trong khoảng -(V z + 0,6V) và (V z + 0,6V), mạch hoạt động theo cách tương ứng.

Mạch tương đương được mô tả trong Hình 1.10d cung cấp điện áp đầu ra Eo = -(Vz + 0,6V) khi Ei > (Vz + 0,6V), như thể hiện trong Hình 1.10e Dạng sóng của Eo được minh họa trong Hình 1.10b.

Mạch xén trên và dưới mức 0 sử dụng Diode Zener, trong khi mạch xén mức E áp dụng Diode mắc song song Trong mạch minh họa ở Hình 1.11a, điện áp đầu vào E i được thể hiện trong Hình 1.11b Khi E i lớn hơn E, Diode sẽ dẫn, tạo ra mạch tương đương như đã mô tả.

Khi điện áp đầu vào E i nhỏ hơn điện áp đầu ra E, diode sẽ tắt, tạo ra mạch tương đương như trong Hình 1.11d, với điện áp đầu ra E o bằng E i (với R L lớn hơn nhiều so với R s) Dạng sóng của điện áp đầu ra E o được minh họa trong Hình 1.11b.

Hình 1.11 Mạch xén trên mức E, Diode mắc song song điện trở tải a) b) c) d)

Trong mạch xén dưới mức E được minh họa trong Hình 1.12a, điện áp đầu vào E i được thể hiện trong Hình 1.12b Khi E i lớn hơn E (với E là điện áp âm), diode sẽ tắt, tạo ra mạch tương đương như trong Hình 1.12c, và điện áp đầu ra E o sẽ bằng E i Ngược lại, khi E i nhỏ hơn E, diode dẫn điện, dẫn đến mạch tương đương như trong Hình 1.12d, với điện áp đầu ra E o bằng E Dạng sóng của E o được thể hiện rõ ràng trong Hình 1.12b.

1.2.1.2 Mạch xén dùng khuếch đại thuật toán

Hai mạch xén khác nhau được mô tả tương ứng ở Hình 1.13a và Hình 1.13b

Mô tả ngắn gọn nguyên lý hoạt động của mạch như sau: Ở mạch xén trong Hình 1.13a, nếu:

Hình 1.13 Mạch xén dùng OA

Sóng sin được đưa vào đầu vào sẽ chuyển đổi thành dạng sóng vuông ở đầu ra Điện trở R2 trong mạch này có nhiệm vụ hạn chế dòng điện Trong mạch xén như thể hiện ở Hình 1.13b, nếu

V o > V ZD Z D sẽ dẫn để V o được duy trì ở V ZD

Nội dung thí nghiệm

1.4.1.1 Mạch xén nối tiếp mức 0 a) Quy trình thí nghiệm

- Bước 1: Gắn và cố định khối KL-23001 lên bảng mạch KL-200

 2a: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở Hình 1.28a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.28b;

 2b: Kết nối 10V pp - 1KHz sóng hình sin đến đầu vào TP2;

 2c: Đo dạng sóng ở đầu ra của mạch (OUT) bằng cách sử dụng máy hiện sóng, sau đó ghi kết quả đo được vào đồ thị ở Hình 1.29a

 3a: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở Hình 1.28c và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.28d;

 3c: Đo dạng sóng ở đầu ra của mạch (OUT) bằng cách sử dụng máy hiện sóng, sau đó ghi kết quả đo được vào đồ thị ở Hình 1.29b a) b) c) d)

Hình 1.28 Thí nghiệm mạch xén mức 0 b) Kết quả thí nghiệm: Mô tả ở đồ thị Hình 1.29 a) b)

Hình 1.29 Kết quả thí nghiệm mạch xén mức 0

1.4.1.2 Mạch xén nối tiếp mức E a) Quy trình thí nghiệm

- Bước 3: Tương tự như bước 2, thực hiện thí nghiệm bằng cách tham khảo

Hình 1.30c và gắn ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.30d Kết quả đo được ghi vào đồ thị Hình 1.31b

Hình 1.30e và gắn ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.30f Kết quả đo được ghi vào đồ thị Hình 1.31c

Hình 1.30g và gắn ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.30h Ghi kết quả vào đồ thị Hình 1.31d a) b) c) d) e) f) g) h)

Hình 1.30 Thí nghiệm mạch xén mức E b) Kết quả thí nghiệm: Mô tả ở đồ thị Hình 1.31 a) b) c) d)

Hình 1.31 Kết quả thí nghiệm mạch xén nối tiếp mức E

1.4.1.3 Mạch xén song song mức 0 a) Quy trình thí nghiệm

Hình 1.32e và gắn ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.32f Kết quả đo được ghi vào đồ thị Hình 1.33c a) b) c) d) e) f)

Hình 1.32 Thí nghiệm mạch xén song song mức 0 b) Kết quả thí nghiệm: Mô tả ở đồ thị Hình 1.33 a) b) c)

Hình 1.33 Kết quả thí nghiệm mạch xén nối tiếp mức E

1.4.1.4 Mạch xén song song mức E a) Quy trình thí nghiệm

Hình 1.34g và gắn ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.34h Kết quả đo được ghi vào đồ thị Hình 1.35d a) b) c) d) e) f) g) h)

Hình 1.34 Thí nghiệm mạch xén song song mức E b) Kết quả thí nghiệm: Mô tả ở đồ thị Hình 1.35 a) b)

Hình 1.35 Kết quả thí nghiệm mạch xén song song mức E

1.4.1.5 Mạch xén dùng khuếch đại thuật toán a) Quy trình thí nghiệm

Để thực hiện bước 2, hãy quan sát sơ đồ nguyên lý trong Hình 1.36a và gắn các ghim mạch theo sơ đồ trong Hình 1.36b Kết nối nguồn điện với điện áp ±12V và sau đó ngắt kết nối các diode CR3 và CR4.

Kết nối bộ phát tín hiệu với máy hiện sóng tại đầu vào IN3, sau đó điều chỉnh tần số đầu ra của bộ phát tín hiệu về 1KHz sóng sin và từ từ tăng biên độ để điện áp ra V out của mạch vượt quá 14V pp.

- Bước 4: Kết nối CR3 và CR4 (Z d : 6,2V x 2), sau đó quan sát sự biến đổi điện áp ở đầu ra của mạch và ghi lại vào Bảng 1.1

- Bước 5: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở Hình 1.37a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.37b

Bước 6 yêu cầu điều chỉnh tần số tín hiệu vào đến 1KHz và từ từ tăng biên độ tín hiệu Khi điện áp ra đạt mức tối đa là +6,2V, cần quan sát hiện tượng xảy ra tại thời điểm này.

Hình 1.36 Thí nghiệm mạch xén dùng OA a) b)

Hình 1.37 Thí nghiệm mạch xén dùng OA (Diode Zener mắc hồi tiếp) b) Kết quả thí nghiệm

Bảng 1.1 Dạng sóng đầu vào/ra của mạch ở Hình 1.36 Không kết nối CR3 và CR4 Kết nối CR3 và CR4

1.4.2.1 Mạch ghim mức 0 a) Quy trình thí nghiệm a) b) c) d)

Hình 1.38 Thí nghiệm mạch ghim mức 0

 2b: Kết nối 10Vpp - 1KHz sóng hình sin đến đầu vào TP2;

Hình 1.38c và gắn ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.38d Kết quả đo được ghi vào đồ thị Hình 1.39b b) Kết quả thí nghiệm: Mô tả ở đồ thị Hình 1.39 a) b)

Hình 1.39 Kết quả thí nghiệm mạch ghim mức 0

1.4.2.2 Mạch ghim mức E a) Quy trình thí nghiệm a) b) c) d) e) f) g) h)

Hình 1.40 Thí nghiệm mạch ghim mức E

 2b: Kết nối 10Vpp - 1KHz sóng hình sin đến đầu vào TP2;

Hình 1.40g và gắn ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.40h Kết quả đo được ghi vào đồ thị Hình 1.41d b) Kết quả thí nghiệm: Mô tả ở đồ thị Hình 1.41

Hình 1.41 Kết quả thí nghiệm mạch ghim mức E

1.4.3 Mạch nạp và phóng điện DC a) Quy trình thí nghiệm

- Bước 1: Gắn và cố định khối KL-23002 lên bảng mạch KL-200 Đánh dấu chọn 23002 - khối d

- Bước 2: a) Sơ đồ nguyên lý b) Sơ đồ gắn ghim mạch thí nghiệm phóng nạp điện DC

Hình 1.42 Mạch phóng nạp điện DC

 2a: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở Hình 1.42a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ block d ở Hình 1.42b Điều chỉnh V r (biến trở VR3) tới giá trị tối đa

Kết nối dải đo DC của máy hiện sóng hoặc dải đo DCV của đồng hồ vạn năng với đầu ra của mạch (TP2) và cấp nguồn 12VDC Quan sát sự tăng trưởng của điện áp V C ở đầu ra và ghi lại kết quả trong Bảng 1.2a khi nạp điện đến 12V.

Quan sát và gắn ghim mạch theo sơ đồ trong Hình 1.43 Theo dõi trạng thái giảm điện áp VC cho đến khi phóng điện về 0V, sau đó ghi lại kết quả vào Bảng 1.2b.

 2d: Quan sát và gắn ghim mạch theo như sơ đồ block d3 cho ở Hình 1.44

(thay đổi kết nối từ C11 đến C12), sau đó lặp lại bước 2b và 2c Ghi kết quả vào trong Bảng 1.2c, Bảng 1.2d

Hình 1.44 Block d3 b) Kết quả thí nghiệm: Mô tả trong Bảng 1.2

Bảng 1.2 Kết quả thí nghiệm mạch nạp/phóng điện DC

1.4.4.1 Mạch vi phân (mạch thông cao) a) Quy trình thí nghiệm

 1a: Quan sát sơ đồ nguyên lý ở Hình 1.45a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ ở Hình 1.45b;

 1b: Đưa sóng vuông 1KHz/10V pp tới đầu vào IN:

 1c: Điều chỉnh VR3 sao cho RC = t H /5 = 0,5/5 = 0,1ms (vì C = 0,1F do đó R = 1K);

 1d: Quan sát dạng sóng V r ở đầu ra OUT của mạch vi phân bằng cách sử dụng máy hiện sóng, sau đó vẽ đồ thị dạng sóng vào Bảng 1.3;

 1e: Điều chỉnh VR3 (VR100K) sao cho RC = t H /10 và RC = 10t H , quan sát dạng sóng đầu ra, sau đó vẽ đồ thị dạng sóng vào Bảng 1.3;

 1f: Điều chỉnh ngẫu nhiên VR3 (VR100K), sau đó xem ảnh hưởng của giá trị R tới dạng sóng ở đầu ra

 2a: Đưa sóng sin 1KHz/10V pp tới đầu vào IN;

 2b: Lặp lại các bước 1c, 1d, 1e và 1f, sau đó ghi kết quả vào trong Bảng 1.4

So sánh biên độ và pha của dạng sóng đầu vào và đầu ra;

Điều chỉnh ngẫu nhiên tần số của tín hiệu đầu vào mà giữ nguyên biên độ, sau đó quan sát sự thay đổi biên độ của tín hiệu ra để xác định xem nó có tương ứng với sự thay đổi tần số của tín hiệu đầu vào hay không.

Hình 1.45 Sơ đồ thí nghiệm mạch vi phân b) Kết quả thí nghiệm

Bảng 1.3 Dạng sóng ra mạch vi phân với sóng vuông đầu vào 1KHz/10Vpp Độ lớn của T Dạng sóng ra t H = 0,1 ms

Bảng 1.4 Dạng sóng ra mạch vi phân với sóng sin đầu vào 1KHz/10V pp Độ lớn của T Dạng sóng ra t H = 0,1 ms

1.4.4.2 Mạch tích phân (mạch thông thấp) a) Quy trình thí nghiệm

 1b: Đưa sóng vuông 1KHz/10V pp tới đầu vào IN:

 1c: Điều chỉnh VR3 sao cho RC = t H /5 = 0,5/5 = 0,1ms (vì C = 0,1F do đó R = 1K);

 1d: Quan sát dạng sóng V r ở đầu ra OUT của mạch tích phân bằng cách sử dụng máy hiện sóng, sau đó vẽ đồ thị dạng sóng vào Bảng 1.5;

 1e: Điều chỉnh VR3 (VR100K) sao cho RC = t H /10 và RC = 10t H , quan sát dạng sóng đầu ra, sau đó vẽ đồ thị dạng sóng vào Bảng 1.5;

 1f: Điều chỉnh ngẫu nhiên VR3 (VR100K), sau đó xem ảnh hưởng của giá trị R tới dạng sóng ở đầu ra a) b)

Hình 1.46 Sơ đồ thí nghiệm mạch tích phân

 2a: Đưa sóng sin 1KHz/10V pp tới đầu vào IN;

 2b: Lặp lại các bước 1c, 1d, 1e và 1f, sau đó ghi kết quả vào trong Bảng 1.6

So sánh biên độ và pha của dạng sóng đầu vào và đầu ra;

Điều chỉnh ngẫu nhiên tần số của tín hiệu đầu vào mà không thay đổi biên độ, sau đó quan sát sự thay đổi biên độ của tín hiệu ra để xác định mối liên hệ với sự thay đổi tần số của tín hiệu đầu vào Kết quả thí nghiệm cho thấy

Bảng 1.5 Dạng sóng ra mạch tích phân với sóng vuông đầu vào 1KHz/10V pp Độ lớn của T Dạng sóng ra t H = 0,1ms

Bảng 1.6 Dạng sóng ra mạch tích phân với sóng sin đầu vào 1KHz/10V pp Độ lớn của T Dạng sóng ra t H = 0,1ms

1.4.5 Mạch RL a) Quy trình thí nghiệm a) b)

Hình 1.47 Sơ đồ thí nghiệm mạch RL với sóng vuông

 1b: Đưa sóng vuông 1KHz/10V pp tới đầu vào IN;

 1c: Điều chỉnh VR1 (VR1K) tới giá trị nhỏ nhất;

 1d: Quan sát dạng sóng V L ở đầu ra OUT của mạch RL bằng cách sử dụng máy hiện sóng, sau đó vẽ đồ thị dạng sóng vào Bảng 1.7a;

 1e: Điều chỉnh VR1 (VR1K) tới giá trị lớn nhất;

 1f: Lặp lại bước 1d, sau đó vẽ đồ thị dạng sóng vào Bảng 1.7b

 2b: Đưa sóng sin 1KHz/10V pp tới đầu vào IN;

 2c: Lặp lại các bước 1c, 1d, 1e và 1f, sau đó ghi kết quả vào trong Bảng 1.8a, Bảng 1.8b So sánh biên độ và pha của dạng sóng đầu vào và đầu ra;

Điều chỉnh ngẫu nhiên tần số của tín hiệu đầu vào trong khi giữ nguyên biên độ, sau đó quan sát sự thay đổi biên độ của tín hiệu ra để xác định mối liên hệ với sự thay đổi tần số của tín hiệu đầu vào.

Hình 1.48 Sơ đồ thí nghiệm mạch RL với sóng sin b) Kết quả thí nghiệm

Bảng 1.7 Dạng sóng ra mạch RL với sóng vuông đầu vào 1KHz/10V pp

Bảng 1.8 Dạng sóng ra mạch RL với sóng sin đầu vào 1KHz/10V pp

1.4.6 Mạch vi phân - tích phân dùng khuếch đại thuật toán (OA)

1.4.6.1 Mạch vi phân dùng OA a) Quy trình thí nghiệm

- Bước 1: Gắn và cố định khối KL-23013 lên bảng mạch KL-200 Quan sát sơ đồ nguyên lý ở Hình 1.49a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.49b

Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào của mạch (IN2) và điều chỉnh đầu ra của bộ phát tín hiệu đạt giá trị 1V pp với sóng tam giác có tần số phù hợp.

Băng thông BW tra cứu ở chỉ dẫn kỹ thuật và giá trị R 1 = R 20 + R 21 = 20K + 1K

- Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng đo điện áp V out

- Bước 4: Điều chỉnh R 20 (50K) tới vị trí mà ở đó V out lớn nhất và không bị biến dạng, sau đó kiểm tra giá trị của R 1 tại vị trí này

- Bước 5: Ghi lại dạng sóng của V in2 và V out vào trong Bảng 1.9

- Bước 6: Thay đổi tần số của V in2, sau đó lặp lại bước 4 và 5 a) Sơ đồ nguyên lý b) Sơ đồ gắn ghim mạch

Hình 1.49 Sơ đồ thí nghiệm mạch vi phân dùng OA b) Kết quả thí nghiệm

Bảng 1.9 Kết quả thí nghiệm mạch vi phân dùng OA

1.4.6.2 Mạch tích phân dùng OA a) Quy trình thí nghiệm a) Sơ đồ nguyên lý b) Sơ đồ gắn ghim mạch

Hình 1.50 Sơ đồ thí nghiệm mạch tích phân dùng OA

- Bước 1: Gắn và cố định khối KL-23013 lên bảng mạch KL-200 Quan sát sơ đồ nguyên lý ở Hình 1.50a và gắn các ghim mạch theo như sơ đồ Hình 1.50b

Kết nối bộ phát tín hiệu với đầu vào của mạch (IN1) và điều chỉnh đầu ra của bộ phát tín hiệu đến giá trị 0,1V pp sóng vuông với tần số mong muốn.

- Bước 3: Kết nối máy hiện sóng với đầu ra của mạch, sau đó điều chỉnh độ lớn của VR 2 để V out có dạng sóng tam giác tuyến tính

- Bước 4: Quan sát dạng sóng của V in1 và V out , sau đó ghi lại giá trị vào trong Bảng 1.10 b) Kết quả thí nghiệm

Bảng 1.10 Kết quả thí nghiệm mạch tích phân dùng OA

Thảo luận kết quả thí nghiệm

Mạch ghim có thể được thiết kế bằng cách sử dụng chuỗi các Diode mắc nối tiếp hoặc song song, nhưng cả hai loại đều dựa trên nguyên lý dẫn/tắt của Diode Mạch xén có những đặc điểm riêng biệt mà người dùng cần lưu ý.

- Mạch xén nối tiếp mức 0, nếu:

- Mạch xén song song mức 0, nếu:

- Mạch xén nối tiếp mức E, nếu:

- Mạch xén song song mức E, nếu:

Các mạch xén có thể được lắp trước tầng khuếch đại, ứng dụng xén bớt một phần tín hiệu xoay chiều trước khi khuếch đại Ví dụ như chỉ ra trong Hình 1.51a, Hình 1.51b a) Mạch xén nối tiếp tầng khuếch đại b) Mạch xén song song tầng khuếch đại

Hình 1.51 Mạch xén mắc trước tầng khuếch đại

Các mạch xén cũng có thể được sử dụng trong việc khôi phục hoặc biến đổi dạng của tín hiệu xung Ví dụ như trong Hình 1.52

Hình 1.52 Mạch xén biến đổi dạng xung

1.5.2 Mạch vi phân - tích phân

Mạch RC và RL nối tiếp là những mạch cơ bản trong điện tử, có thể áp dụng cho các mạch vi phân hoặc tích phân Trong các mạch vi phân, giá trị đầu ra V o có mối quan hệ vi phân với đầu vào V i, với V o tỷ lệ thuận với dV i /dt.

V i của mạch tích phân có quan hệ tích phân Giá trị của V o tỷ lệ trực tiếp với

Ta tổng kết dạng sóng đầu ra và dạng sóng đầu vào của mạch vi phân và tích phân như sau:

Bảng 1.11 Quan hệ dạng sóng V i / V o của mạch vi phân và tích phân

Biến dạng Biên độ Dạng sóng

Sóng sin Không Nhỏ hơn Sóng sin

Sóng vuông Có Không xác định Nhịp xung Sóng tam giác Có Không xác định Sóng vuông

Tích phân Sóng sin Không Nhỏ hơn Sóng sin

Mạch vi phân và mạch tích phân cơ bản được kết nối với mạch có trở kháng đầu vào cao để đảm bảo rằng hoạt động của chúng không bị ảnh hưởng bởi tải trọng Chúng thường được sử dụng như mạch reset hoặc mạch xóa trong kỹ thuật số Mạch vi phân hoạt động tương tự như mạch thông cao, cho ra biên độ lớn hơn khi nhận tín hiệu sóng sin tần số cao, và ngược lại Trong khi đó, mạch tích phân giống như mạch thông thấp, cho ra biên độ lớn hơn khi nhận tín hiệu sóng sin tần số thấp, và ngược lại.

Câu hỏi và bài tập vận dụng

Để nắm vững các chủ đề của bài thí nghiệm, sinh viên cần trả lời các câu hỏi trắc nghiệm và hoàn thành bài tập cho dưới đây:

CH1.1 Chọn phát biểu đúng dưới đây đối với mạch xén:

A Dạng sóng ở đầu vào và đầu ra không thay đổi

B Một vài phần của dạng sóng đầu vào sẽ bị cắt bớt đi

C Mức độ DC sẽ được thay đổi

CH1.2 Cho mạch xén như ở Hình 1.53 Đâu là dạng sóng đầu ra của mạch đã cho?

CH1.3 Cho mạch xén như ở Hình 1.54 Đâu là dạng sóng đầu ra của mạch đã cho?

CH1.4 Chức năng của mạch ghim là gì?

A Mạch xén cắt một số phần của dạng sóng

B Thay đổi mức độ DC của tín hiệu đầu vào

CH1.5 Với mạch ghim, tìm phát biểu đúng:

A Các dạng sóng đầu ra của bộ khống chế là khác nhau từ dạng sóng đầu vào của nó

B Tụ điện không được sử dụng trong các mạch ghim

C Mạch ghim có chức năng xén

CH1.6 Đối với mạch vi phân, nếu V i là sóng vuông thì V o là:

A Sóng vuông B Nhịp xung C Sóng tam giác

CH1.7 Đối với mạch tích phân, nếu Vi là sóng vuông thì V o là:

A Sóng vuông B Sóng tam giác C Sóng sin

CH1.8 Đối với mạch tích phân, phát biểu nào sau đây là đúng?

A trong suốt quá trình nạp điện

B V o của mạch tích phân được lấy ra từ hai đầu của R

C V o của mạch tích phân điều khiển V i của nó

CH1.9 Đối với mạch vi phân, phát biểu nào sau đây là đúng?

A Mạch vi phân chỉ có thể được cấu tạo từ R và C

B Mạch vi phân còn được gọi là mạch thông cao

C V o của mạch vi phân được lấy từ hai cực của tụ C

Giá trị V o của mạch được hiển thị trong cấu hình bên phải sẽ đạt được khi công tắc chuyển mạch hở sau khoảng thời gian 5RC.

BT1.1 Tất cả các mạch hiển thị ở Hình 1.55a, Hình 1.55b, Hình 1.55c và Hình

1.55d là những ứng dụng của bộ xén tín hiệu Đối với Hình 1.55a, Hình 1.55b đưa vào sóng hình sin 10V pp /1KHz; đối với Hình 1.55c, Hình 1.55d đưa vào sóng vuông 10V pp /1KHz Đo dạng sóng đầu ra của các mạch này (sử dụng chức năng DC của máy hiện sóng) a) b) c) d)

Hình 1.55 Một số mạch xén ứng dụng BT1.2 Xây dựng mạch tích phân và mạch vi phân

(1) Lắp đặt mạch như hiển thị trong Hình 1.56, trong đó R 1 = 500K (có thể được điều chỉnh từ VR 1M) và R 2 = 5K (có thể được điều chỉnh từ VR 10K)

Hình 1.56 Xây dựng mạch tích phân, vi phân

(2) Đưa sóng vuông V i 1KHz/10V pp tới đầu vào của mạch

(3) Kiểm tra dạng sóng của V 1 bằng cách sử dụng máy hiện sóng

(4) Kiểm tra dạng sóng của V 2 bằng cách sử dụng máy hiện sóng

(5) Từ kết quả thí nghiệm trên hãy mô tả:

+ Cầu R 1 và C 1 tạo nên mạch gì?

+ Cầu R 2 và C 2 tạo nên mạch gì?

(6) Đưa sóng sin V i 1KHz/10V pp tới đầu vào của mạch Sau đó lặp lại các bước (3), (4) Kiểm tra dạng sóng và đo giá trị biên độ của V i , V 1 và V 2

Thay đổi giá trị của C1 và C2 đến 47µF, sau đó thực hiện lại các bước từ (2) đến (6) để kiểm tra xem hoạt động của mạch tích phân hoặc mạch vi phân có bị ảnh hưởng hay không.

TÀI LIỆU THAM KHẢO BÀI 1

[1] K&H MFG Co LTD (2015) Linear Circuit Lab KL-200 Teacher Handbook

[2] K&H MFG Co LTD (2015) Linear Circuit Lab KL-200 Module Experiment Manual (I).

KHÓA ĐIỆN TỬ - MẠCH SO SÁNH

MẠCH DAO ĐỘNG XUNG

ĐẶC TÍNH VÀ MẠCH ĐIỆN CỦA CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN

CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN

MẠCH LOGIC TỔ HỢP ỨNG DỤNG

MẠCH TẠO XUNG

Định dạng
Số trang	274
Dung lượng	7,25 MB