BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ BÀI 3 KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP AMP

BÀI 3: KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OPAMP + Qua đó, bài thí nghiệm giúp sinh viên sử dụng thông thạo các thiết bị, dụng cụ đo, tự tin hơn trong phân tích và đánh giá hiện tượng, tạo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

Sinh viên thực hiện Mã số sinh viên

BÀI 3: KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OPAMP

+ Qua đó, bài thí nghiệm giúp sinh viên sử dụng thông thạo các thiết bị, dụng cụ đo,

tự tin hơn trong phân tích và đánh giá hiện tượng, tạo tiền đề cho việc thiết kế mạch sau này

Phần mềm thí nghiệm: LTspice

Module thí nghiệm: OPAMPLABSN005

II Các giả thuyết phải kiểm chứng, chọn đầu vào và phương tiện đo đạc:

Các dữ liệu đầu vào:

+ đối với mạch khuếch đại: chọn sao cho ngõ ra không bị méo dạng

+ Đối với mạch so sánh phải chọn đầu vào sao cho ngõ ra có dạng sóng vuông hoặc Tam giác

Chọn ít nhất 2 giá trị đầu vào để so sánh sự thay đổi

1 Mạch khuếch đại đảo:

2

a Nguyên lí hoạt động:

- Opamp được phân cực với nguồn DC, tín hiệu đi vào ở chân (-) được khuếch đại

thành tín hiệu ra Vo ngược pha với tín hiệu đầu vào Vi

b Chức năng: khuếch đại với các thông số đầu vào của RF và Ri:

Các thông số quan trọng: Av=Aad= -RF/Ri

2 Mạch khuếch đại không đảo:

Sơ đồ mạch:

tính hiệu đi vào cho ra Vo lớn hơn Vi và ngược pha Vi

a Chức năng:

Khuếch đại tổng điện áp đầu vào theo tỉ lệ của Ri1, Ri2 và RF.s

Thông số quan trọng: Av= -RF/Ri

b Tính toán lý thuyết:

Vo1= -V2 x RF/Ri2 Vo2 = -V1 x RF/Ri1

=> Av= -RF/Ri ( Ri2 = Ri1 = 12k ) RF= 22K => Av = -1.83

RF= 12K => Av= -1

4 Mạch trừ điện áp:

Sơ đồ mạch:

6

a Nguyên lí hoạt động:

OPAMP được phân cực bởi nguồn tín hiệu DC Tín hiệu V2 đi vào chân (-) của OPAMP Tín hiệu V1 đi vào chân (+) của OPAMP tạo ra Vo là khuếch đại của hai tín hiệu V2 và V1

b Chức Năng:

Khuếch đại độ lệch của hai tín hiệu vào

Thông số quan trọng: Av= RF/Ri

c Tính toán lí thuyết: Tín hiệu ngõ ra cùng pha ngõ vào và dịch xuống trục hoành 1 đoạn bằng Av.V2 với: Av= RF/Ri ( Ri1=Ri2=12k )

RF= 68k => Av= 5.67 ; RF= 12k => Av= -1

5 Mạch Trigger Smith:

a Nguyên lí hoạt động:

Cấp tín hiệu Vi vào chân (-) của mạch, khi tín hiệu Vi vượt quá một ngưỡng VH nào

đó thì ngõ ra Vo ở mức thấp, khi ngõ vào nhỏ hơn ngưỡng VL thì tín hiệu ngõ ra Vo

ở mức cao, hoặc VL<Vi<VH thì giữ nguyên mức trước đó

b Chức năng:

Tương tự như mạch so sánh ở trigger Smith, ngoài ra còn tạo ra thêm khoảng

điện áp ( VL;VH ) mà tại đó ngõ ra giữ nguyên mức của nó

c Thông số quan trọng : Vsat- = Vsat+

d Tính toán lí thuyết:

VH= (Vsat+) x [ RG/(RG+RF )]

VL= (Vsat-) x [RG/(RG+RF)]

8

6 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác:

Sơ đồ mạch :

a Nguyên lí hoạt động:

Gồm hai bộ op-amp mắc nối tiếp :

+ Mạch 1 : Mạch Schmitt Trigger mức điện áp VS = 0 ở cực đảo, điện áp ngõ vào là điện áp ra Vo1 của mạch 2 mắc vào cực thuận có hồi tiếp RF qua điện trở Ri sao cho ngõ

ra Vo1 bị méo dạng thành xung vuông

+ Mạch 2 : Mạch tích phân (ngõ ra là hàm tích phân ngõ vào) với cực không đảo nối đất, cực đảo với tín hiệu vào là điện áp ra Vo1 của mạch 1 qua điện trở R và tụ hồi tiếp

Điện áp ra bằng tích phân điện áp vào, tỉ lệ nghịch với hằng số thời gian 𝜏

0

1

Tạo ra sóng vuông và song tam giác thông qua việc chuyển đổi giữa chúng

c Thông số quan trọng: Vsat-=Vsat+

d Tính toán lý thuyết:

Tương tự như mạch trigger Smith

10

III Các kết quả thí nghiệm và phân tích, tính toán:

1 Mạch khuếch đại đảo:

TH1 : chọn RF = R5 = 22 K 𝜴

Cho Vi = 0 (V) ở chế độ DC ta có Vip xấp xỉ 5.46

Nên để ngõ ra không bị méo dạng thì ta chọn Vin thuộc khoảng (-5.46;5.46)

Theo mô phỏng với Vi là 5v thì

12

Theo mô phỏng với Vi là 1v thì

Chọn Vi = 3 V

Vout có biên độ xấp xỉ 8.7 V

16

Ta mô phỏng với Vi = 1V

Vout có biên độ xấp xỉ 6.6 V

- Xử lí số liệu: i1=(0-Vi)/Ri i2=(V-Vo)/RF mà i1=i2 => Av = 1+ RF/Ri

với RF=22K thì Av=2.83

3 Mạch khuếch đại cộng điện áp:

22

+ với RF=12k => RF/Ri=1

=> Vi’= -3 là tín hiệu AC của ngõ ra VREF = -1 là tín hiệu DC của ngõ ra

Vậy Vo là tín hiệu Ac có biên độ = 3 và bị dịch xuống trục hoành 1 đoạn = -1

=> Kết luận: - So với lý thuyết thì sai số rất nhỏ, chứng tỏ thí nghiệm kiểm chứng

Vo= RF/Ri x (Vi-VREF)

hệ số khuếch đại Av=RF/Ri

Thực hành trên LTspice:

Từ hình 7,8 ta thấy sai số của thí nghiệm không quá lớn so với lý thuyết nên thí nghiệm kiểm chứng tính chất của mạch đúng

Trang

5 Mạch Trigger Smith:

RF = 68 k 𝜴

Lần đo 1: Vi không thuộc khoảng ( VL;VH )

Đồ thị trên đặc trưng cho chuyển đổi điện áp thứ nhất

+Trong đó: giả sử Vsat+=10.47V là điện áp ngưỡng cao của Vout Vsat-=-10.47 là điện

áp ngưỡng thấp của Vout

-X ử

l í

s ố

l i ệ u :

V o u

t

V

H V

L

Khi Vi lớn hơn VH ( Vi>3.69) thì Vout chuyển xuống trạng thái ngưỡng thấp 10.47

Vsat-=-+Giai đoạn 2: Vi đi từ giá trị lớn về giá trị bé

Khi Vi có giá trị lớn hơn VH, Vout ở trạng thái ngưỡng thấp Khi VL<Vi<VH thì Vout vẫn giữ trạng thái trước đó

Khi Vi có giá trị bé hơn VL thì Vout chuyển lên trạng thái cao

Hai giai đoạn diễn ra luân phiên liên tục

=> Kết luận: Vậy thì nghiệm diễn ra đúng như dự đoán ở lý thuyết

Lần đo 2: VL<Vi<VH:

Vi = 3.5

Trang

Thực hành trên LT spice:

Ta thấy do Vin rơi vào khoảng ( VL;VH ) => mạch sẽ bị bão hoà => Vout chỉ có

ngưỡng như hình trên

=> Kết luận: Thí nghiệm nghiệm đúng với lý thuyết

6 Mạch tạo sóng tam giác và sóng vuông:

Chọn R = 10k , C=0.22 uF , RF= 68K

Chọn R = 10k , C=0.22 uF , RF= 22K

Xử lí số liệu:

Theo lí thuyết: Mạch được tạo từ 2 opamp, trigger Schmitt và tích phân Trigger

schmitt: Vi được vào chân âm của opamp

Ta có Vo thay đổi theo đồ thị:

+ Vo của mạch có hai ngưỡng Vsat+ khi Vi>VH và Vsat- khi Vi<VL

=> Kết luận: Nguyễn lí hoạt động và số liệu trong thực hành giống như lí thuyết => thí nghiệm kiểm chứng đúng

Tương tự đối với trường hợp RF = 22k

V

L

V

H