báo cáo thí nghiệm kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng op amp môn mạch điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG
DÙNG OP-AMP
MÔN: MẠCH ĐIỆN TỬ

GVHD: Đỗ Quốc Tuấn
Thực hiện bởi:
1.

Lê Quốc Thịnh - 2012112

Nhóm thí nghiệm: Nhóm F / Lớp L02
Link ghi âm ghi hình các phiên google meet:
/>Gxb98lF40/view?usp=sharing
Ngày hồn thành báo cáo :


I. Giới thiệu chung :

Mục tiêu thí nghiệm :
- Kiểm chứng các mạch ứng dụng dùng Op – amp: - Hiểu được nguyên lý hoạt
động, cấu trúc và chức năng của từng mạch Op – amp khác nhau.
- Biết cách lắp mạch trên module để được các mạch cần kiểm chứng, phân biệt
cực đảo, cực đảo để tránh nhầm lẫn. Ngoài ra ta cần đảm bảo mạch được cấp
nguồn DC.
- So sánh thực nghiệm và lý thuyết các mạch ( độ lợi áp, dạng sóng ngõ ra):
mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch khuếch đại cộng điện

áp, mạch khuếch đại trừ điện áp, mạch so sánh, mạch Schmitt Trigger, mạch tạo
sóng vng và sóng tam giác, rồi đưa ra nhận xét, kết luận.

Phần mềm thí nghiệm : LTspice

Module thí nghiệm : OPAMPLABSN002


II. Các thí nghiệm kiểm chứng
1. Mạch khuếch đại đảo

-Cấu

tạo mạch:
+ Ngõ vào Vi vào qua điện trở Ri nối với cổng đảo (V-), tại cổng ra tín hiệu hồi
tiếp thông qua RF về cổng đảo. Cổng không đảo (V+) nối đất.
+ Trở kháng vào ra: Ri=12kΩ , Ro = 0.
- Chức năng mạch: Khuếch đại đảo điện áp ngõ vào.
- Cơng thức tính điện áp ngõ ra:
- Cho RF,= 12kΩ (tiện lợi trong việc tính tốn) , ta có sơ đồ mắc mạch :

Bảng kết quả:


Vi

-12V

-9V

-6V

-3V

0V

3V

6V

9V

12V

Vout (Lý
thuyết)

12V

9V

6V

3V

0V

-3V

-6V

-9V

-12V

Vout (giả
lập)

10,41V

7.91V

5.25V

2.66V

0

-2.65V

-5.25V

-7.91V

-10.42V

- Kết quả chạy mô phỏng trên Lspice :
Nhận thấy ngõ ra là một đường thẳng phụ thuộc vào biến vi với độ dốc là

2. Mạch khuếch đại không đảo

- Cấu tạo mạch:
nối với cổng không
đảo (V-) được nối
điện trở RF và tiếp
RG.

Ngõ vào Vi kết
đảo (V+) . Cổng
với đầu ra qua
đất qua điện trở

-Chức năng mạch:
áp ngõ vào.

Khuếch đại điện


- Cơng thức tính điện áp ngõ ra:
- Cho RF =12kΩ ,ta có sơ đồ mắc mạch:

- Kết quả chạy mô phỏng trên LTspice :
Nhận thấy ngõ ra vo phụ thuộc vào biến vi với độ dốc là


Bảng kết quả:
Vi

-9V

-6V

-3V

0V

3V

6V

9V

Vout (Lý thuyết)

-12

-12

-6V

0V

6V

12V

12V

Vout (giả lập)

-10.48V -10.47V

-5.66V

0

5.61V

10.46V

10.7V

3. Mạch khuếch đại cộng điện áp

- Cấu tạo mạch: mạch khuếch đại đảo với với ngõ vào V- nối với nhiều điện áp
ngõ vào thông qua các điển trở Ri.
- Chức năng mạch: là khuếch đại thuật tốn cộng.
- Cơng thức tính điện áp ngõ ra:


- Sơ đồ mắc mạch :

- Kết quả chạy mô phỏng trên LTspice :

Bảng kết quả:


V1

-12V

-9V

-6V

-3V

0V

3V

6V

9V

12V

Vout (Lý thuyết)

11V

8V

5V

2V

0V

-4V

-7V

-10V

-12V

Vout (giả lập)

10.43V

8.01V

5.35V

2.61V

0

-2.63V -6.29V -8.06V -10.5V

4. Mạch khuếch đại trừ điện áp

- Cấu tạo mạch: mạch khuếch đại Op-amp với cổng đảo(V-) được nối với điện
trở hồi tiếp R2, tín hiệu ngõ vào VREF qua điện trở R1. Cửa khơng đảo được mắc
với tín hiệu ngõ vào Vi .
- Chức năng mạch: mạch khuếch đại theo thuật toán trừ. mạch khuếch đại có tín
hiệu ngõ ra Vo bẳng hiệu các tín hiệu ngõ vào Vi.
- Ta có:

Ri1 = Ri2 = Ri => V0 = (V1 – V2)
Vo = Vi – .VREF = 2Vi – 4

Ta cho Vi chạy từ -10v đến 10v và thu được đồ thị phụ thuộc của Vo vào Vi:

Nhận thấy đồ thị bắt đầu dốc ở Vip ≈ 3.7 và độ dốc của đồ thị xấp xỉ 2 tương
đương với phương trình Vo ≈ 2Vi-4.
Kết luận
Kiểm chứng so với lí thuyết ta thấy gần giống phương trình chứng minh trên.
- Sơ đồ mắc mạch:


Tương tự ta phân tích trên miền thời gian với Vi lần lượt là 4V và 3V tần số 1k
Hz như sau:

Theo như đồ thị trên với Vi = 4V (Vi > Vip) đồ thị bị xén ( nằm trong vùng bão
hòa âm) ( 4>3.7)


Theo như đồ thị trên với Vi = 3V (Vi < Vip ) đồ thị sẽ không bị xén ( khơng nằm
trong vùng bão hịa) (4<3).

5. Mạch so sánh

Hình : Mạch so sánh
-Chức năng: So sánh điện áp được mặt vào ở cực đảo và cực không đảo.
- Cấu tạo mạch: mạch Op-amp có cực khơng đảo nối với điện thế so sánh Vref ,
cực đảo nối với điện thế chuẩn Vi . Với giá trị rất lớn của hệ số khuếch đại,
mạch khuếch đại op-amp cho tín hiệu ra V0 ở các mức giá trị :

(Khi Vi < Vref (V1 < V2) thì Vo tiến về

Khi Vi > Vref (V1 > V2) thì Vo tiến về
-Mạch mô tả:

Vsat+

Vsat−

)


-Kết quả dạng sóng đo được (Vin, Vout, Vref):
Vi : ta chọn sóng sine, biên độ 10V, tần số 1kHz
Vref : là VDC , độ lớn 5V


Nhận xét:
Quan sát dạng sóng trên, ta rút ra được :
- Khi Vi < Vref (Vi < 5V) thì ngõ ra có giá trị V0 =
- Khi Vi > Vref (Vi > 5V) thì ngõ ra có giá trị V0 =

Vsat+
Vsat−

=10.474(V)
= -10.476(V)

=> Đúng với lý thuyết về mạch so sánh dùng OP-AMP đã học.
6. Mạch Trigger – Smith

- Chức năng : Giống mạch so sánh nhưng có thêm tính năng lọc nhiễu
- Cấu tạo mạch: mạch khuếch đại Op-amp, cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào VREF
=2V, cực khơng đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh với điện trở hồi tiếp RF
song song với điện trở RG = 12k

Ω

Ta có các cơng thức tính VH và VL như sau:

VL =

RG + RF
R
VREF − G Vsat+
RF
RF

VH =

RG + RF
R
VREF − G Vsat−
RF
RF
Với :

Vsat+ = V + − ∆V
Vsat− = V − + ∆V

V + ,V −
là điện áp nguồn cấp cho OP-AMP có giá trị lần lượt là 12V và – 12V

- Ta chọn Vi vào là một dạng sóng sine với biên độ 5V, tần số 1kHz để khảo sát
mạch thí nghiệm.
- RG ta chọn giá trị cố định là 12k
- RF ta chọn 2 giá trị là RF = 68k
* Với RF = 68k

Ω

Ω

và RF = 22k

Ω

để kiểm chứng.

Ω

- Vì trên mạch có sẵn 2 điện trở R9 = 68k
RF và R7 làm RG
- Sơ đồ mạch thí nghiệm :

Ω

và R7 = 12k

Ω

nên ta chọn R9 làm


-Kết quả đo:

Từ đồ thị trên, ta đo được :
Vsat+
Vsat−

= 10.476V
= -10.478V


Từ đó, ta tính được các giá trị VH và VL theo lý thuyết:
VL =

RG + RF
R
12 + 68
12
VREF − G Vsat+ =
× 2 − × 10.476 = 0.504(V )
RF
RF
68
68

VH =

RG + RF
R
12 + 68
12
VREF − G Vsat− =
× 2 − × (−10.477) = 4.202(V )
RF
RF
68
68

Từ đồ thị trên, ta đo được VH = 4.223(V) và VL = 0.534(V)
* Với RF = 22k

Ω
Ω

Tương tự khi đo với RF = 68k , với RF = R8 và RG = R3
-Từ đồ thị trên, ta đo được :
Vsat+
Vsat−

= 10.476V
= -10.477V

Từ đó, ta tính được các giá trị VH và VL theo lý thuyết:
VL =

RG + RF
R
12 + 22
12
VREF − G Vsat+ =
× 2 − ×10.476 = −2.623(V )
RF
RF
22
22

VH =

RG + RF
R
12 + 22
12
VREF − G Vsat− =
× 2 − × (−10.478) = 8.806(V )
RF
RF
22
22

Từ đồ thị trên, ta đo được VH = 8.806(V) và VL = -2.668(V)
Nhận xét:
- Khi Vi > VH thì ngõ ra V0 có giá trị là

Vsat+

và giữ ngun mức khi ngõ vào có
Vsat−

giá trị nằm giữa (VH , VL). Và ngõ ra V0 đổi sang giá trị
khi ngõ vào Vi có
giá trị thấp hơn VL và giữ nguyên mức khi ngõ vào có giá trị nằm giữa (VL , VH)
cho đến khi ngõ vào Vi > VH thì V0 đổi lại sang giá trị

Vsat+

, cứ thế lặp đi lặp lại.

- Các giá trị khi thực hiện thí nghiệm đo được giống với giá trị khi tính tốn lý
thuyết, kết quả cho được có sai số nhỏ => mạch hoạt động đúng.
7. Mạch tạo sóng vng và sóng tam giác


+ 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 �

Vo2 = - ; là hằng số thời gian


-Đồ thị:

--HẾT--