Tài liệu BÀI 1 : CHỈNH LƯU ĐIỆN THẾ – NGUỒN CẤP ĐIỆN ppt

Bài báo cáo thực hành mạch tương tựNhận xét: Tín hiệu thu được ở ngõ ra chỉ có một bán kỳ so với tín hiệu cung cấp ở ngõ vào và nhỏ hơn tín hiệu ngõ vào do sụt áp qua diode.. Bài báo cáo

Trang 1

Bài báo cáo thực hành mạch tương tự

BÀI 1 : CHỈNH LƯU ĐIỆN THẾ – NGUỒN CẤP ĐIỆN

I Mục đích:

1 Làm quen với phần mềm Electronics Workbench 5.12 mô phỏng mạch tương tự

2 Khảo sát các mạch chỉnh lưu và lọc để tạo nguồn điện DC

3 Khảo sát mạch ổn áp sử dụng Diode Zener và Transistor

II Cơ sở lý thuyết:

Sinh viên ôn lại lý thuyết về các mạch chỉnh lưu và lọc RC, ổn áp dùng diode Zener

và transistor Mạch ổn áp chuyển đổi nguồn xoay chiều sang một chiều với điện thế ra ổn định trong một khoảng cho phép nào đó

III Thực hành:

1.Mạch chỉnh lưu bán kỳ và lọc RC:

Lắp mạch như hình vẽ:

Trang 2

a Vẽ lại dạng sóng:

b Đổi chiều diode, vẽ lại dạng sóng, nhận xét:

Trang 3

Nhận xét: Tín hiệu thu được ở ngõ ra chỉ có một bán kỳ so với tín hiệu cung cấp ở ngõ vào và nhỏ hơn tín hiệu ngõ vào do sụt áp qua diode Trường hợp a, ở các bán kỳ dương diode dẫn điện, ở các bán kỳ âm diode ngưng dẫn, ở ngõ ra thu được các bán kỳ dương so với tín hiệu ngõ vào Trường hợp b, ở các bán kỳ âm diode dẫn điện, ở các bán

kỳ dương diode ngưng dẫn, ở ngõ ra thu được các bán kỳ âm so với tín hiệu ngõ vào

c Đo điện áp 2 đầu tải R:

Điện áp hai đầu tải R là 1.891V

d Mắc 1 tụ C song song với tải R, vẽ dạng sóng, nhận xét:

Dạng sóng:

Trang 4

Nhận xét: Khi mắc thêm tụ song song R thì dạng sóng tín hiệu đầu ra ít mấp

mô hơn do hiện tượng nạp xả của tụ Biên độ cực đại của sóng ra bé hơn biên độ đỉnh sóng vào khoảng 0.6-0.7V do sụt áp Biên độ cực tiểu của sóng ra bằng khoảng nửa biên độ đỉnh sóng vào

e Đo điện áp 2 đầu tải R sau khi mắc tụ C:

Điện áp 2 đầu tải R là 4.655Vf.Giảm điện trở tải xuống thành 50 Ohm, đo điện áp, vẽ dạng sóng:

Điện áp 2 đầu tải R là 3.861V

Trang 5

Bài báo cáo thực hành mạch tương tựDạng sóng :

Nhận xét: Dạng sóng của mạch có điện trở R = 50 Ohm mấp mô hơn mạch có điện trở R = 100 Ohm Như vậy, điện trở tải càng nhỏ thì tín hiệu qua tải càng không ổn định Muốn tín hiệu ra ổn định khi giảm trở tải thì phải sử dụng các tụ lọc có giá trị lớn.2.Chỉnh lưu tòan kỳ và lọc RC 1:

Trang 6

a.Khảo sát dạng sóng khi chưa mắc tụ C

b.Khảo sát dạng sóng khi mắc tụ C

Trang 7

c Thay đổi giá trị tụ C:

C = 1uF:

C = 10uF:

Trang 8

C = 1mF:

C = 10mF:

Trang 9

Nhận xét: Khi lắp tụ, tín hiệu ra của mạch có dạng sóng ít mấp mô hơn khi chưa lắp tụ do sự nạp và xả của tụ Khi thay đổi giá trị của tụ ta thấy tụ có giá trị càng lớn thì

độ mấp mô của tín hiệu ra càng giảm

3.Chỉnh lưu tòan kỳ và lọc RC 2:

a.Khảo sát dạng sóng khi chưa mắc tụ C

Trang 10

b.Khảo sát dạng sóng khi mắc tụ C

c.Thay đổi giá trị tụ C, nhận xét

C = 1uF:

Trang 11

C = 10uF:

C = 1mF:

Trang 12

4.Nguồn lưỡng cực đối xứng:

Trang 13

Thay đổi giá trị của tụ C lần lượt là 100 uF và 1000 uF ta có:

Điện áp lối ra khi tụ có giá trị là 100uF là 6.382VĐiện áp lối ra khi tụ có giá trị là 1000uF là 7.598V

Nhận xét: Khi tụ C có giá trị 100 uF thì mạch có điện áp lối ra thấp hơn khi tụ C

có giá trị 1000 uF Như vậy, khi tụ C có giá trị lớn thì điện áp lối ra của mạch ổn định hơn do sụt áp ít hơn

5.Mạch nhân điện áp:

a.Khi không gắn tải R:

Điện áp 2 đầu tụ C1 là 6.151 VĐiện áp 2 đầu tụ C2 là 6.151 VĐiện áp 2 đầu tụ C3 là 12.30 V

4.2.Khi có gắn tải R :

Trang 14

Điện áp trên 2 đầu tụ C3 là 13.89V

Trang 15

Vo = Vi-VCE1= 8.527-1.613 = 6.914 V  hệ thức (1) đúng

Vo = Vz-VBE2-VBE1 = 8.525 – 1.612 = 6.913 V  hệ thức (2) đúng

Nhận xét: Các giá trị Vi, VCE1, VBE1,VBE2 thỏa mãn 2 hệ thức (1) và (2)  mạch trên đã lắp đúng

b Xoay chiết áp hạ giá trị Vi xuống xấp xỉ 8V, 7V, 6V, 5V, 4V:

Mỗi lần đo ghi lại số liệu Vo, Vi ta có:

Trang 16

d Xoay chiết áp đặt Vi ~ 8.5V và đổi trở thành 50 Ohm, kiểm tra 2 hệ thức:

Vo = Vi-VCE1= 5.842 – 1.659 = 4.183 V  hệ thức (1) đúng

Vo = Vz-VBE2-VBE1 = 5.841 – 1.658 = 4.156 V  hệ thức (2) sai

BÀI II: PHÂN CỰC VÀ KHUYẾCH ĐẠI TRANSISTOR

I Mục đích:

1 Phân cực transistor lưỡng cực BJT

2 Khuyếch đại tín hiệu nhỏ

3 Phân cực và khuyếch đại JFET

4 Phân cực MOSFET

II Cơ sở lý thuyết :

Sinh viên cần xem lại lý thuyết về các lọai transistor : cấu tạo, đặc tính, phân cực, khuyếch đại…

1 Phân cực BJT dùng hai nguồn cấp điện:

a Lắp mạch như hình vẽ:

Trang 17

b Lắp mạch như hình vẽ:

Trang 18

Thay đổi giá trị chiết áp để VCE có các giá trị xấp xỉ từ 1V đến 11V Lập bảng:

β=IC/I

B

11.02 V 1.049 V 2.906 uA 0.290 mA 1009.980 V 1.398 V 6.098 uA 0.609 mA 1009.065 V 1.698 V 8.897 uA 0.889 mA 1007.992 V 2.047 V 12.19 uA 1.219 mA 1007.067 V 2.346 V 15.03 uA 1.503

5.984 V 2.695 V 18.36 uA 1.836

5.053 V 2.994 V 21.22 uA 2.122 mA 1003.964 V 3.344 V 24.57 uA 2.457 mA 1003.029 V 3.644 V 27.44 uA 2.744 mA 1001.934 V 3.994 V 30.80 uA 3.080

0.994 V 4.295 V 33.69 uA 3.369 mA 100

2 Khuyếch đại BJT cực phát chung :

Trang 19

a Khuyếch đại có tụ rẽ dòng CE :

Phân cực sao cho VCE ~ 5V Mắc Oscilloscope tại lối vào và lối ra ta có:

Dạng sóng:

Trang 20

Độ lợi:

126 5

3 0

100 9 1

=

≈

=

mV x

vi

vo Gt

Nhận xét: Khi có tụ rẽ dòng CE là tín hiệu ngõ ra thu được ngược pha và lớn gấp nhiều lần tín hiệu ngõ vào Độ lợi của mạch khoảng 126 lần Trong mạch khuếch đại CE

như mạch trên, tụ CE là thông dẫn Tụ được chọn có dung kháng nhỏ ở tần số hoạt động, gần như ngắn mạch đối với tín hiệu xoay chiều

b Khuyếch đại không có tụ rẽ dòng CE

Phân cực cho VCE ~ 5V Bỏ tụ CE Quan sát Oscilloscope ta có:

Dạng sóng:

Trang 21

Độ lợi:

3 2

7 0

2 1

≈

=

mV x

mV x vi

vo Gt

Nhận xét: Khi không có tụ rẽ dòng CE tín hiệu ngõ ra cũng là tín hiệu ngược pha

so với tín hiệu ngõ vào và được khuếch đại so với tín hiệu ngõ vào nhưng độ lợi của mạch chỉ vào khoảng 3 lần Như vậy, mạch có tụ rẽ dòng CE có độ lợi lớn hơn nhiều so với mạch không có tụ rẽ dòng

3 Phân cực và khuyếch đại JFET :

a Lắp mạch như hình vẽ:

Trang 22

Thay đổi giá trị RS ta có bảng :

Trang 23

2 7 0

2 7 1

=

mV x

mV x vi

vo Gt

Trang 24

Người ta phân chia khuếch đại làm hai lọai : khuếch đại tín hiệu nhỏ hay tiền khuếch đại

và khuếch đại tín hiệu lớn hay khuếch đại công suất Trong hệ thống âm thanh, tín hiệu từ micro đi vào tiền khuếch đại rồi qua một mạch xử lý tần số, tiếp theo đến khuếch đại công suất rồi ra loa

II Cơ sở lý thuyết :

Trong khuếch đại công suất, biên độ điện thế tín hiệu lớn cùng với biên độ dòng điện tín hiệu lớn tạo công suất tín hiệu ra từ vài trăm mW đến vài trăm W các transistor ở tầng ra cuối cùng, và đôi khi cả tầng thúc kế trước, là các transistor công suất Công suất tiêu tán ở các transistor này lớn nên chúng phải được giải nhiệt thật hiệu quả

Dựa vào sự phân cực cho transistor và chế độ tín hiệu, nguời ta chia khuếch đại công suất

ra nhiều hạng : A, B, AB, C, D, E, H Đối với khuếch đại âm thanh, hạng AB được dùng phổ biến nhất

III Thực hành :

1 Khuếch đại công suất hạng A:

1.1 Khuếch đại công suất hạng A không có tải riêng:

Lắp mạch khuếch đại công suất hạng A không có tải riêng với các giá trị sau: Nguồn một chiều 12V; nguồn xoay chiều 10mV; điện trở Rc = 100 Ohm; R1 = 10K Ohm; biến trở 10K; tụ 100uF

a.Gỡ bỏ nguồn 12V, đo điện trở RB:

Gỡ bỏ nguồn 12V ta có mạch như hình 1a với:

Điện trở RB bao gồm R1 nối tiếp biến trở 10K Khi đó:

RB = R1 + (10000*86/100) = 10000 + 8600 = 18600 Ohm

Trang 25

Trang 27

14

7447

vo Gt

Nhận xét:

• Dựa vào dạng sóng thu được khi quan sát bằng Oscilloscope ta thấy tín hiệu thu được ở ngõ ra của mạch khuếch đại công suất hạng A không có tải riêng là tín hiệu ngược pha và có biên độ lớn gấp nhiều lần biên độ tín hiệu ngõ vào Trong mạch này, hệ số khuếch đại điện áp là khoảng 194.97 lần.

1.2.Khuếch đại công suất hạng A có tải riêng:

Lắp mạch khuếch đại công suất hạng A có tải riêng như hình 1b:

Trang 28

Hình 1b

Mắc Oscilloscope để quan sát đồng thời tín hiệu vào và ra, ta có:

a Dạng sóng cả 2 channel:

b Dạng sóng channel A:

Trang 29

13

3712

vo Gt

2 Khuếch đại hạng B:

Trang 30

Hình 2a Hình 2b

Ở khuếch đại hạng B , transistor không được phân cực trước Tín hiệu xoay chiều đuợc áp vào cực nền của transistor Ở biên độ dương của tín hiệu transistor dẫn, biên độ tín hiệu càng lớn thì transistor càng dẫn mạnh Ở biên độ âm của tín hiệu transistor ngưng dẫn Như vậy transistor chỉ dẫn nửa chu kỳ dương tín hiệu, thực tế khi biên độ tín hiệu lớn hơn khỏang 0,6V thì transistor mới bắt đầu dẫn

Thường người ta dùng hai transistor công suất bù nhau: một NPN và một PNP nhưng

có các đặc tính như ß,hệ số nhiệt, công suất,… giống nhau

To là khuếch đại thúc, T1 và T2 là hai transistor công suất bù nhau Mạch ở hình 3a dùng nguồn cấp điện đơn Vcc nên điện thế tại điểm M là Vcc/2 do đó phải có tụ C để cách ly dòng điện một chiều Còn mạch hình 2b dùng nguồn cấp đện đối xứng nên điện thế tại điểm M là OV và tải được gắn trực tiếp

Trong mạch hình 2b, khi tín hiệu trong khỏang từ -0,6V đến +0,6V (điện thế ngưỡng transistor) không có transistor nào dẫn nên tín hiệu ra bằng không Sự mất tín hiệu này tạo nên méo dạng xuyên qua Tín hiệu vào có biên độ đỉnh-đỉnh càng lớn thì sự méo dạng xuyên qua càng trở nên không đáng kể

Trang 31

3 Khuếch đại công suất hạng AB:

Lắp mạch như hình 3c với các giá trị: Nguồn 10mV, 1KHz; Tụ C1=20uF; C2=200uF; C3=47uF; Trở Rb1=Rb2=560 Ohm; R3=R4=1 Ohm; R5=R6=4,7K Ohm; RL = 8 Ohm; Nguồn nuôi +-12V

3.1 Mắc mạch như hình 3c nhưng chưa gắn tụ Bootstrap C3:

Tăng biên độ điện áp tín hiệu vào đến khi thấy có méo dạng hoặc bị xén ở gần hai đỉnh của tín hiệu ra Với biên độ điện áp vào là 20mV ta có dạng sóng:

Trang 33

khi có tụ Bootstrap có biên độ lớn hơn biên độ tín hiệu thu được ở ngõ ra của mạch khuếch đại công suất hạng AB khi không có tụ Bootstrap.

BÀI IV : KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

I Mục đích:

Khuếch đại thuật toán là khuếch đại để tính toán (cộng, trừ, tích phân…) Đây là ý nghĩa

Trang 34

đa năng: khuếch đại, lọc tần số, so sánh, tạo dao động, làm toán… khuếch đại thuật toán theo nghĩa thông thường là các mạch tích hợp và đôi khi được gọi là các mạch tích hợp tuyến tính.

Khuếch đại thuật toán có hai ngõ vào, gọi là ngõ vào (–) hay đảo và ngõ vào(+) hay không đảo; một ngõ ra; hai ngõ cấp điện một chiều đối xứng Tín hiệu vào được áp giữa hai ngõ vào hoặc giữa một ngõ vào và đất, tín hiệu ra được lấy từ giữa ngõ ra và đất

Khuếch đại thuật toán là mạch tích hợp gồm khoảng vài chục transistor và nhiều diode, trở, tụ, tạo nên các mạch: khuếch đại vi sai đầu vào, nguồn dòng, mạch chuyển mức điện thế, khuếch đại ra…Ở khuếch đại vi sai, transistor lưỡng cực BJT hoặc JFET, MOSFET có thể được dùng, sau đó chủ yếu là BJT, nhưng cũng có khuếch đại thuật toán gồm toàn MOSFET.Các đặc tính cơ bản của Khuếch đại thuật toán là:

- Có thể khuếch đại tín hiệu một chiều và xoay chiều

- Độ lợi vi sai vòng hở rất lớn, trên 100000 lần (lý tưởng là vô cùng)

- Trở kháng ngõ vào ri rất lớn, trên 1m ohm (lý tưởng là vô cùng)

- Trở kháng ngõ ra ro rất nhỏ, dưới 100 Ohm (lý tưởng là 0)

1 Khuếch đại vi sai dùng transitor rời:

Lắp mạch khuếch đại vi sai cơ bản như hình 1 với các giá trị: trở RE= 20K; Rc1 = Rc2 = 10K; nguồn +Vcc = 5V; nguồn đối xứng ±12V

Hình 1

Trang 35

Chỉnh chiết áp P để V1= 0V và V2 lần lượt là các giá trị xấp xỉ 0V; 0,1V; 0,2V; 0,3V Với:

2 1

V V

Vc Vc Gvd

−

= ta có bảng số liệu:

2 Khuếch đại DC và AC cơ bản:

Khuếch đại thuật toán phổ biến nhất là uA741, nó có các đặc tính kỹ thuật mức trung bình nhưng phổ biến vì đã có từ lâu trên thị trường, giá rẻ, đủ tốt cho phần lớn các ứng dụng thông thường

Chức năng cơ bản là khuếch đại tín hiệu từ tần số không (khuếch đại DC) lên vài chục KHz và hơn (khuếch đại AC)

* uA741 có 8 chân:

• Chân 1 và chân 5 : chỉnh 0 offset

• Chân 2: lối vào (-)

• Chân 3: lối vào (+)

• Chân 4: cấp nguồn –Vdd

• Chân 6: lối ra

• Chân 7: cấp nguồn +Vdd

• Chân 8: bỏ trống

2.1 Khuếch đại dc đảo và không đảo:

a Khuếch đại dc đảo:

Lắp mạch như hình 2a:

Trang 37

Trang 38

• Dựa vào các giá trị Vi và Vo trong các bảng số liệu trên ta thấy, so với tín hiệu cung cấp ở đầu vào Vi thì tín hiệu thu được ở đầu ra của mạch khuếch đại đảo ngược pha còn của mạch khuếch đại không đảo cùng pha.

• Mặt khác, cũng dựa vào các giá trị của các bảng số liệu trên ta thấy, trong cả 2 trường hợp thay đổi giá trị của R2 và thay đổi giá trị chiết áp, mạch khuếch đại dc đảo luôn có hệ suất khuếch đại ổn định hơn mạch khuếch đại dc không đảo.

- Khi giữ nguyên giá trị R1 và thay đổi giá trị R2 ta thấy hệ số khuếch đại công suất của mạch khuếch đại đảo tỉ lệ thuận với giá trị (-R1/ R2) còn hệ số khuếch đại công suất của mạch khuếch đại không đảo

tỉ lệ thuận với giá trị (1+R1/R2)

- Khi có cùng các giá trị R1, R2, đối với các mức điện áp vào như nhau, hệ số khuếch đại công suất của mạch khuếch đại không đảo lớn hơn mạch khuếch đại đảo 1 đơn vị.

2.2 Khuếch đại AC đảo và không đảo:

a Khuếch đại AC đảo:

Mắc mạch khuếch đại AC đảo như hình 2c với các giá trị đề nghị như sau: Nguồn tín hiệu sin 50mV, tần số 1 KHz; điện trở R2 = 100K; R1 = 10K; tụ điện C1 = 1uF; C2 = 10uF

Hình 2c

Cấp điện cho mạch và mắc oscilloscope để quan sát vi, vo; ta có:

Trang 39

c Dạng sóng channel B:

Trang 40

Trong hình vẽ dạng sóng của cả 2 channel ta có trên que đo thứ nhất màu

đỏ VA1 chỉ biên độ điện áp Vi ở lối vào, trên que đo thứ hai màu xanh VB2 chỉ biên độ điện áp lối ra Vo Như vậy, ta có:

9986 9 4218 70

1191

b Khuếch đại AC không đảo:

Mắc mạch khuếch đại AC không đảo như hình 2d với các giá trị đề nghị như sau: Nguồn tín hiệu sin 50mV, tần số 1 KHz; điện trở R2 = 100K; R1 = 10K; tụ điện C2 = 10uF

Hình 2d

Cấp điện cho mạch và mắc oscilloscope để quan sát vi, vo; ta có:

Trong hình vẽ dạng sóng của cả 2 channel ta có trên que đo thứ nhất màu

đỏ VA1 chỉ biên độ điện áp Vi ở lối vào, trên que đo thứ hai màu xanh VB2 chỉ biên độ điện áp lối ra Vo Như vậy, ta có:

9838 10 3866 70

1117

=

vi vo Gt

Trang 41

c Dạng sóng channel B:

Trang 42

BÀI V: ỨNG DỤNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT TÓAN

I Mục đích:

Khảo sát một số mạch ứng dụng tiêu biểu của khuếch đại thuật toán như mạch khuếch đại vi sai, mạch cộng trừ, mạch lấy tích phân

Sinh viên cần xem lại lý thuyết cụ thể của từng mạch trước khi thực tập Trong phần thực hành, lý thuyết liên quan sẽ được nhắc lại một cách tóm lược

1 Khuếch đại vi sai ( khuếch đại hiệu số):

Do đặc tính của khuếch đại thuật toán có hai ngõ vào nên có thể sử dụng khuếch đại thuật toán để khuếch đại sự sai biệt của hai tín hiệu vào

Lắp mạch khuếch đại vi sai cơ bản như hình 1 với các giá trị đề nghị: điện trở R1 = 1K, R2 = 10K ; 2 chiết áp có giá trị như nhau là 1K

Trang 43

Trang 44

Với V1 = 5V, V2 = 5V, ta có:

Vậy Vo= -7.500V

Với V1 = 5V, V2 = -5V, ta có:

Vậy Vo= -2.500VLắp mạch trừ như Hình 2b với: R100=1K, R2=2K, R3=10K, RF=2.2K

Hình 2b

Với V1 = 5V, V2 = 5V, ta có:

Tiêu đề	Chỉnh Lưu Điện Thế – Nguồn Cấp Điện
Tác giả	Trương Xuân Thắng
Trường học	Trường Đại Học Kỹ Thuật
Chuyên ngành	Điện Tử
Thể loại	Báo Cáo Thực Hành

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	692 KB