Tài liệu BÀI 1: MẠCH XÉN, MẠCH GHIM ĐIỆN ÁP pptx

Mục đích yêu cầu: Khảo sát hoạt động của mạch xén, mạch ghim điện áp dùng diode, cấp sóng vào và khảo sát dạng sóng ra sau khi bị xén hoặc ghim.. tồn tại xung, xung ra là xung răng cưaK

BÀI 1: MẠCH XÉN, MẠCH GHIM ĐIỆN ÁP

I Mục đích yêu cầu:

Khảo sát hoạt động của mạch xén, mạch ghim điện áp dùng diode, cấp sóng vào và khảo sát dạng sóng ra sau khi bị xén hoặc ghim

II Tóm tắt lý thuyết:

1 Mạch xén:

- Mạch xén có nhiệm vụ chỉ cho một phần tín hiệu ngõ vào đưa đến ngõ ra

- Trong bài thí nghiệm này ta thực hiện mạch xén dùng diode mắc theo kiểu song song,

có xén trên, xén dưới, và xén hai mức

Sơ đồ mạch xén mắc kiểu song song :

Ec 0

- Coi diode D là lý tưởng, VD = 0V

- Đối với mạch xén trên, khi Vin < Ec thì diode chưa được phân cực thuận, toàn bộ Vin

được đưa ra Vout, khi Vin > Ec thì diode được phân cực thuận, điện áp ra Vout = Ec, ta nói tín hiệu bị xén ở mức Ec

khi tín hiệu vào là sóng sin thì dạng sóng ra có dạng:

- Đối với mạch xén dưới, khi Vin > – Ec thì diode chưa được phân cực thuận, toàn bộ Vin

được đưa ra Vout, khi Vin < – Ec thì diode được phân cực thuận, điện áp ra Vout = – Ec, ta nói tín hiệu bị xén ở mức – Ec

Khi tín hiệu vào là sóng sin thì dạng sóng ra có dạng:

Ec

t v

Vout

Vin

- Kết hợp hai mạch xén trên và dưới ta được mạch xén hai mức

2 Mạch ghim:

- Mạch ghim điện áp là mạch khôi phục thành phần một chiều của tín hiệu Nó được dùng để ổn định nền hoặc đỉnh của tín hiệu, ở một mức xác định nào đó

- Có hai loại mạch ghim cơ bản là mạch ghim đỉnh trên và mạch ghim đỉnh dưới

- Coi diode như lý tưởng, VD = 0V

Vout

Vin

- Ec

V

t

Vin

- V2

V

t

- Đối với mạch ghim đỉnh trên:

 Khi Vin tăng từ 0 đến Vp(giá trị đỉnh), thì tụ C được nạp đến giá trị VC = Vp

– Ec, diode D dẫn, Vout = Ec

 Khi Vin giảm từ Vp về 0, điện áp đặt lên hai cực diode là Vin – VC – Ec mà

VC = Vp – Ec => VD = Vin – Vp, vậy VD < 0 diode D tắt, Vout = Vin – VC, do đó Vout

giảm từ Ec về (- Vp + Ec)

 Khi Vin giảm từ 0 về - Vp, diode D vẫn phân cực ngược, tụ C vẫn chưa xả, Vout =

Vin – VC giảm từ (- Vp + Ec) về (- 2Vp + Ec)

 Khi Vin tăng từ - Vp đến 0, thì Vout tăng từ (- 2Vp + Ec) đến (- Vp + Ec)

- Đối với mạch ghim đỉnh dưới(giải thích tương tự), có dạng sóng vào ra:

Vp

Ec

Vin

Ec

- Vp + Ec

Vout

Ta có thể thay đổi Ec để ghim ở các mức mong muốn.

III Dụng cụ thí nghiệm

 1 FACET Base Unit (Đế lắp mạch thí nghiệm)

 1 SEMICONDUCTOR FUNDAMENTAL circuit board

 1 VOM

 1 Dao động ký

 1 Máy tạo sóng

 Các dây nối và các connector

VI Tiến hành thí nghiệm

1 khảo sát mạch xén

sơ đồ mạch xén trên

- Dùng máy tạo sóng, cấp sóng sin 20Vp-p, tần số 1kHz, điều chỉnh nguồn dương trên Base unit để đưa V1 về 0V

Vp

- Ec

Vin

Vout

Vp – Ec

2Vp – Ec

– Ec

- Dùng kênh 2 của dao động ký, đo dạng sóng trên 2 đầu điện trở R2 thì thu được sóng sin bị xén ở mức trên

0.6V là điện áp phân cực thuận của diode CR1 khi áp vào vượt quá 0.6V thì diode dẫn, ghim mức áp ra ở 0.6V

Sơ đồ mạch xén dưới

- Làm tương tự các bước như trên

- Thu được dạng sóng ra ở 2 đầu R2 là sóng sin bị xén ở mức dưới

khi áp vào nhỏ hơn - 0.6V thì diode dẫn, ghim mức áp ra ở - 0.6V

sơ đồ mạch xén 2 mức

- Quan sát dạng sóng, ta thấy dạng sóng ra có dạng sóng vuông, 0.6Vp-p

0.6V

V

t

-0.6V

V

t

khi áp vào nhỏ hơn - 0.6V thì diode CR2 dẫn, ghim mức áp ra ở - 0.6V, khi áp vào lớn hơn 0.6V thì diode CR1 dẫn, ghim mức áp ra ở 0.6V

- Điều chỉnh V1 = 2V, V2 = 0V thì mức xén trên tăng lên 2.6 V

- Điều chỉnh V1 = 0V, V2 = -2V thì mức xén dưới giảm xuống 2.6 V

2 khảo sát mạch ghim:

Sơ đồ mạch ghim đỉnh trên

- Dùng máy tạo sóng, cấp sóng vuông 10Vp-p, tần số 1kHz, điều chỉnh nguồn dương trên Base unit để đưa V1

về 0V

- Dùng kênh 2 của dao động ký, đo dạng sóng ra thu được điện áp ghim đỉnh trên ở mức 0,6V

- Điều chỉnh V1 = 3V, thì thu được điện áp ghim đỉnh trên ở mức 3.6V

Sơ đồ mạch ghim đỉnh dưới

-0.6V

V

t -0.6V

-9.4V

0.6V

t V

- Dùng máy tạo sóng, cấp sóng vuông 10Vp-p, tần số 1kHz, điều chỉnh nguồn dương trên Base unit để đưa V2 về 0V

- Dùng kênh 2 của dao động ký, đo dạng sóng ra thu được điện áp ghim đỉnh dưới ở mức - 0,6V

- Điều chỉnh V1 = -2V, thì thu được điện áp ghim đỉnh trên ở mức -2.6V

BÀI 2: KHẢO SÁT MẠCH TÍCH PHÂN VÀ MẠCH VI PHÂN DÙNG OP-AMP

I Mục đích yêu cầu:

Khảo sát mạch tích phân và mạch vi phân dùng op-amp, kiểm tra dạng sóng vào ra của mạch vi phân, tích phân

II Tóm tắt lí thuyết

Mạch tích phân và mạch vi phân là những mạch làm thay đổi dạng sóng vào

1 Mạch tích phân

- Mạch tích phân thụ động (chỉ bao gồm các phần tử thụ động):

Điện áp ra là điện áp lấy trên tụ, do đó tỉ lệ với

XC Nhưng XC= 1/j2πfC Do đó khi f tăng thì XfC Do đó khi f tăng thì XC

giảm, Vo giảm; khi f giảm thì XC tăng,

Vo tăng Mạch tích phân làm chức năng mạch lọc

thông thấp

- Giả sử sóng vào là sóng vuông có độ rộng xung là

PW:

Khi RC> PW: xung vào kết thúc trước khi tụ nạp

đầy, xung ra là xung tam giác

Khi RC≈ PW: thời gian nạp của tụ xấp xỉ thời gian

9.4V

tồn tại xung, xung ra là xung răng cưa

Khi RC< PW: tụ nạp đầy trước khi xung vào kết thúc,

xung ra là xung vuông

- Khi mắc thêm opamp vào mạch như sau ta có mạch tích phân tích cực:

- Đối với tín hiệu tần số thấp hoặc tín hiệu một chiều, XC→0, tụ CF có thể bỏ qua, mạch hoạt động như là một mạch khuyếch đại đảo, do đó độ lệch pha giữa ngõ ra và ngõ vào là

1800

Đáp ứng tần số của mạch:

2.Mạch vi phân:

- Mạch vi phân thụ động (gồm các phần tử thụ động):

Điện áp ngõ ra lấy trên điện trở R, Vo tỉ lệ nghịch với

XC của mạch Mà XC= 1/j2πfC Do đó khi f tăng thì XfC Do đó khi f tăng, Vo

tăng; khi f giảm, Vo giảm

- Giả sử sóng vào là sóng vuông có độ rộng xung là PW:

Khi RC< PW: tụ nạp đầy trước khi xung vào kết thúc,

xung ra là xung nhọn

Khi RC≈ PW: thời gian nạp của tụ xấp xỉ với thời gian

tồn tại xung vào, xung ra là xung răng cưa

Khi RC> PW: xung vào kết thúc trước khi tụ nạp đầy,

xung ra là xung vuông

- Khi mắc thêm opamp vào mạch như sau ta có mạch vi phân tích cực:

- Đối với tín hiệu tần số cao, XC→∞ tụ CF có thể bỏ qua, mạch hoạt động như là một mạch khuyếch đại đảo, do đó độ lệch pha giữa ngõ ra và ngõ vào là 1800

Đáp ứng tần số của mạch:

III Dụng cụ thí nghiệm

 1 FACET Base Unit

 1 OPERATIONAL AMPLIFIER APPLICATIONS circuit board

 1 VOM

 1 Dao động ký

 1 Máy tạo sóng

 Các dây nối và các connector

VI Tiến hành thí nghiệm

1.Mạch tích phân

Mạch thí nghiệm:

- Tần số cắt fc của mạch (tại đó XC1=R3): fc=1/2πfC Do đó khi f tăng thì XR3C1= 159.5 Hz

- Đặt kênh 1 của máy hiện sóng vào đầu vào của mạch, kênh 2 vào đầu ra

- Cấp nguồn tín hiệu sóng sin 1Vp-p tần số 20Hz

- Từ dạng sóng ra ta có:

Độ lợi : Gain=R3/R1= 10

Độ lệch pha giữa điện áp ra và điện áp vào là 1800

Mạch làm việc như một mạch khuếch đại đảo

- Tăng tần số của sóng vào lên 2 kHz, và quan sát tín hiệu ra ở kênh 2: độ lợi điện áp giảm đi Mạch làm việc như một mạch lọc thông thấp Độ lệch pha ≈ 2700

- Đổi sóng sin ở đầu vào thành sóng vuông Dạng sóng vào ra như sau:

Mạch làm việc trong vùng tích phân

2 Mạch vi phân

Mạch thí nghiệm:

Vout

Vin

V

t

Lệch pha 270 o

t

t

V

Vout

Vin

V

- Tần số cắt của mạch ( tại đó XC1=R1): fc=1/2πRR1C1 = 15.9 kHz

- Đặt kênh 1 của máy hiện sóng vào đầu vào của mạch, kênh 2 vào đầu ra

- Cấp nguồn tín hiệu sóng vuông 1Vp-p tần số 100Hz

Dạng sóng vào ra

Đổi sóng vuông thành sóng sin Dạng sóng ở ngõ ra:

10 kHz:

Gain=10

Vout

Vin

V

V

t

t

Vin V

t

Lệch pha 90 o

Vout

 Tăng tần số sóng vào lên 50 kHz: độ lệch pha tăng, khi giảm tần số xuống lại thì biên độ sóng ra giảm

→ Mạch vi phân làm việc như một chức năng là mạch lọc thông cao

 Đổi sóng ngõ vào thành sóng tam giác 0.3Vp-p, tần số 500Hz Sóng ở ngõ ra:

Mắc mạch vi phân và tích phân như hình vẽ:

Cấp sóng vuông 1V đỉnh-đỉnh, tần số 2kHz Dạng sóng ngõ ra mạch tích phân là sóng tam giác, và dạng sóng ra ở mạch vi phân là xấp xỉ sóng vuông

Vậy, mạch vi phân và mạch tích phân có chức năng trái ngược nhau

Vin

V

t

V

Vo

utut

t

BÀI 3: MẠCH DAO ĐỘNG TÍCH THOÁT DÙNG UJT

I Mục đích yêu cầu:

Khảo sát hoạt động của mạch dao động tích thoát dùng UJT, kiểm tra dạng sóng tại các chân của UJT

II Tóm tắt lý thuyết:

UJT có cấu trúc chỉ có một tiếp giáp PN, mặc dù UJT không phải là linh kiện 4 lớp nhưng vẫn được công nhận là một thành phần của họ SCR vì đặc tính chuyển mạch của nó UJT được dùng trong các mạch như là : các bộ dao động, các mạch kích khởi, bộ dao động tạo sóng răng cưa, mạch điều khiển pha, bộ định thời

Kí hiệu và cấu tạo bên trong của một UJT :

Phần bán dẫn N có đặc tính điện trở có thể coi như hai điện trở nối tiếp, phần tiếp xúc PN

có thể coi như một diode, như sơ đồ sau :

 Khi IE = 0 (mạch emitter hở) điện trở của thanh bán dẫn cỡ hàng ngàn Ohm, dòng qua B1B2 rất nhỏ

 Khi VE đạt đến giá trị Vp , dòng IE xuất hiện, tiếp giáp PN được phân cực thuận Sau khi dẫn, UJT hoạt động trong vùng điện trở âm, VE giảm trong khi IE vẫn tiếp tục tăng Khi VE giảm đến VV thi dòng tăng nhanh, UJT hoạt động trong vùng bão hòa

Vp = VBB + VD

VD : điện áp ngưỡng diode

 : tỉ số dừng nội tại

RB2

RB1

UJT được sử dụng trong mạch là 2N2646 có  nằm trong khoảng 0.56 đến 0.75

Khi mà Ve bé hơn Vp thì lúc đó dòng Ie là rất nhỏ, khi Ve đạt đến giá trị của Vp thì lúc đó dòng Ie sẽ bắt đầu tăng lên và mạch chuyển sang hoạt động trong vùng quá độ, lúc này I tăng trong kho áp giảm, người ta gọi đây là vùng điện trở âm

Khi V giảm đến giá trị của Vv thì lúc đó dòng sẽ tăng lên mạnh, người ta gọi đây là vùng đánh thủng của mạch

Đặc tuyến làm việc của mạch như hình vẽ trên

III Dụng cụ thí nghiệm

 1 FACET Base Unit (Đế lắp mạch thí nghiệm)

 1 FET Fundamental circuit board (Board mạch thí nghiệm)

 1 VOM

 1 Dao động ký

 Các dây nối và các connector

VI Tiến hành thí nghiệm

Mắc mạch như hình vẽ

Cấp nguồn VBB cho mạch là 10Vdc

Đo dạng sóng tại các chân E, B1, B2 thu được kết quả :

Vp

IE

Vv

VE

Vùng

ngắt

Vùng điện trở âm

Vùng bão hòa

- Khi mới cấp nguồn, UJT chưa được kích khởi nên tắt, tụ C2 nạp thông qua R1 làm điện

áp VE lên đến áp đỉnh của UJT (Vp), khi đó xuất hiện dòng chảy qua cực E của UJT Lúc này UJT dẫn, tụ C xã theo đường E, B1 và R3

Giải thích:

- Khi mới cấp nguồn, UJT chưa được kích khởi nên tắt, tụ C2 nạp thông qua R1 làm điện

áp VE lên đến áp đỉnh của UJT (Vp), khi đó xuất hiện dòng chảy qua cực E của UJT Lúc này UJT dẫn, tụ C xã theo đường E, B1 và R3

- Khi đó UJT đang hoạt động trong vùng điện trở âm, điện trở RB1 giảm, dòng qua R2

tăng lên tạo sụt áp và cực B2 có xung âm ra Đồng thời cũng tạo sụt áp trên R3 và cực

B1 có xung dương ra

- Vì giá trị R3 = 10  << R1 = 10 k  nên thời gian xả của C2 nhỏ hơn rất nhiều so với thời gian nạp

t t t

(VB1 )

(VB2 )

(VE )

VV

VP