Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử bài 3 khảo sát các mạch ứng dụng dùng OPAMP

BÀI 3: KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP-AMP NHÓM 8 – L06 Người hướng dẫn: GV. NGUYỄN THANH PHƯƠNG Link ghi âm phiên Google Meet: https://drive.google.com/file/d/1Ecqd677WKtuEcc2taQiv_KWZZJdJCgGg/view?fbclid=Iw AR0jtcPeiD1BiU-doiuJOjn-8ccGJyNGi0ZMGYLGi4w4LenNLm00a9Pd1MU Ngày hoàn thanh báo cáo: 3-11-2021 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 I. Giới thiệu chung ➢ Mục tiêu thí nghiệm: Kiểm chứng các mạch ứng dụng Op-Amp, dùng kết quả và số liệu thu được từ thí nghiệm để kiểm chứng nguyên lý hoạt động, mô hình tương đương và các thông số cơ bản của mạch ứng dụng dùng Op-Amp. ➢ Phần mềm thí nghiệm: LTspice ➢ Module thí nghiệm: OPAMPLABSN008 II. Các thí nghiệm kiểm chứng 1. Mạch khếch đại đảo

Trang 1 / 25

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ

MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN

GVHD: Nguyễn Thanh Phương Lớp L07 - Nhóm 10

SV thực hiện:

BÀI 3: KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OPAMP

I Mục tiêu thí nghiệm:

+ Bài thí nghiệm giúp sinh viên kiểm chứng tính đúng đắn của các mạch ứng dụng dung opamp.+ Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nguyên lí hoạt động và chức năng của các mạch ứng dụng opamp

+ Khảo sát, so sánh và đánh giá sự khác nhau giữa thực hành trên LTSpice và tính toán lí thuyết.+ Việc thực hiện giúp sinh viên nhìn nhận vấn đề và rèn luyện kỹ năng, phân tích vấn đề

+ Qua đó, bài thí nghiệm giúp sinh viên sử dụng thông thạo các thiết bị, dụng cụ đo, tự tin hươn trong phân tích và đánh giá hiện tượng, tạo tiền đề cho việc thiết kế mạch sau này

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:

1 Sơ đồ mạch:

b 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 vơi tín hiệu đầu vào Vi

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

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

e Tính toán lí thuyết:

Xem opamp hoạt động trong điều kiện lý tưởng, ta có: V+=V-=0

KCH nút V- = Av

với Ri=12k

RF=R5=12k => hệ số khuếch đại Av=-18.33

RF=R4=68k => hệ số khuếch đại Av=-5.67

f Sơ đồ nối dây trên LTspice:

2 Mạch khuếch đại không đảo:

a Sơ đồ mạch:

b Nguyên lí hoạt động:

- OPAMP được phân cc bởi nguồn DC tín hiệu vào ở đầu (+) Vi được khuếch đại thành

Vo cùn pha với Vi

RF = 22K => hệ số khuếch đại Av= 1.83

RF = 68K => hệ số khuếch đại Av= 5.67

f Sơ đồ nối dây trên LTspice:

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

d Thông số quan trọng: Av= -RF/Ri

e 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

- Khuếch đại độ lệch của hai tín hiệu vào.

d thông số quan trọng: Av= RF/Ri

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

RF= 68k => Av= 5.67

RF= 12k => Av= -1

f Sơ đồ nối dây trên LTspice:

5 Mạch Trigger Smith:

a Sơ đồ mạch:

b 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

sơ đồ nối dây mạch trigger smith

6 Mạch tạo sóng vuông và sóng tam giác:

a Sơ đồ mạch:

Chú thích

b Nguyên lí hoạt động:

- Mạch gồm hai thành phần là mạch trigger Smith và mạch tích phân Khi đó ngõ

ra của mạch tích phân là sóng tam giác đồng thời cũng là ngõ vào của mạch trigger Smith

c Chức năng: Tạo ra sóng vuông và song tam giác thông qua việc chuyển đổigiữa chúng

d Thông số quan trọng: Vsat-=Vsat+

e Tính toán lý thuyết:

- Tương tự như mạch trigger Smith

f Sơ đồ nối dây trên LTspice:

Chú thích

Vi

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

1 Mạch khuếch đại đảo:

Lần đo giá trị RF giá trị Vi Giá trị Vout độ khuếch đại

Av

Dạng sóng đo được

hình 1

2 Mạch khuếch đại không đảo:

Lần đo giá trị RF giá trị Vi Giá trị Vout độ khuếch đại

Av

Dạng sóng đo được

Hình 3

+lần đo thứ hai: RF=68K thì Av=6.71

=> Kết luận: - Sau hai lần đo, ta thấy sai số giữa lý thuyết và thực hành rất thấp, chứng tỏ thí nghiệm kiểm chứng mạch đúng

- dạng sóng ngõ ra cùng chiều với dạng sóng ngõ vào

3 Mạch khuếch đại cộng điện áp:

Lần đo giá trị RF giá trị Vi Giá trị VREF Giá trị Vout Độ dời Dạng sóng

đo được

hình 5

hình 6

- Xử lí số liệu:

i1= Vi/Ri1

i2= VREF/Ri2

Vo= -RF x (Vi/Ri1 + VREF/Ri2)

=> Vo= -RF/Ri x (Vi+VREF) = Vi’ +

VREF’ Chọn Vi=3V, VREF=1V

+ với RF=22k => RF/Ri= 22/12

=> Vi’= -5.5 là tín hiệu AC của ngõ ra

VREF’ = -1.83 là tín hiệu DC của ngõ ra

Vậy Vo là tín hiệu Ac có biên độ = 5.5 và bị dịch xuống trục hoành 1 đoạn = -1.83+ 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

- Thực hành:

với RF=22K ( hình 5 ) thì Vout bị dịch xuống 1 đoạn gần bằng 2.1 và có biên độ gần bằng 5.7 với RF=12K ( hình 6 ) thì Vout bị dịch xuống 1 đoạn gần bằng 1.05 và có biên độ gần bằng 2.95

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

4 Mạch khuếch đại trừ điện áp:

Lần đo giá trị RF giá trị Vi Giá trị VREF Giá trị Vout Độ dời Dạng sóng

đo được

Hình 7

Hình 8

- Xử lí số liệu:

Vo= RF/Ri x (Vi-VREF)

hệ số khuếch đại Av= RF/Ri

- Xử lí số liệu:

Vout

VHVL

Hình 9

Trang 21 / 25

hình 10

- 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

VL = (RG/RG+RF) x Vsat = 3.69 VH = (RG/RG+RF) x Vsat+

-= 3.69

- Thực hành trên LT spice:

+Giai đoạn 1:

Vi có giá trị bé hơn VL ( Vin<-3.69) thì Vout ở trạng thái ngưỡng cao Vsat+=10.47

Khi Vi có giá trị lớn hơn VL nhưng bé hơn VH ( VL<Vi<VH ) thì Vout vẫn giữ ngưỡng cao trước đó

Khi Vi lớn hơn VH ( Vi>3.69) thì Vout chuyển xuống trạng thái ngưỡng thấp Vsat-=-10.47+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:

- Phân tích lý thuyết: tượng tự như lần đo 1

- Thực hành trên LT spice:

Ta thấy do Vin rơi vào khoảng ( VL;VH ) => mạch sẽ bị bão hoà => Vout chỉ có ngưỡng trên như trong hình 10

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

7 Mạch tạo sóng tam giác và sóng vuông:

hình 11

VL VH

- 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.+Chọn RF = 68k, ta có :

Trong đó VC là điện áp hai đầu tụ thời điểm ban đầu.

Từ phương trình trên ta thay Vo2 là một hàm bậc nhất theo t

+Giai đoạn 2: Vo2 sau đó quay lại làm ngõ vào của mạch Trigger Schmitt, lúc này Vo2đang là hàm bậc nhất tăng theo t Khi Vo2 đạt đến giá trị lớn hơn 1.57V thì Vo sẽ chuyển lên ngưỡng cao

Ngõ ra Vo1 của mạch Trigger Schmitt sau đó là tín hiệu ngõ vào của mạch tích phân, tínhiệu ngõ ra của mạch tích phân sau đó được tính theo công thức:

Chú thích

Từ phương trình trên ta thấy Vo2 là hàm bậc nhất giảm theo t

Vo2 sau đó quay lại làm ngõ vào của mạch Trigger Schmitt Lúc này Vo2 đang là hàm giảm theo t nên đến khi Vo2 giảm xuống giá trị nhỏ hơn 1.57 thì Vo sẽ chuyển về giai đoạn 1

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