Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử bài 2 kiểm chứng mạch ứng dụng dùng op amp

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.68 MB, 18 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ

BÀI 2: KIỂM CHỨNG MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP AMP

GVHD: Cô Nguyễn Thanh Phương. Nhóm: 08 – Lớp: L14

Danh sách sinh viên thực hiện:

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

MỤC LỤC

I. Mục tiêu thí nghiệm: ... 4

II. Thí nghiệm: ... 5

1. Mạch khuếch đại đảo. ... 5

2. Mạch khuếch đại không đảo ... 7

3. Mạch khuếch đại cộng điện áp. ... 9

4. Mạch khuếch đại trừ điện áp ... 12

5. Mạch so sánh ... 13

6. Mạch Schmitt Trigger: ... 15

7. Mạch tạo sóng vng và sóng tam giác ... 17

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

I. Mục tiêu thí nghiệm:

Bài thí nghiệm giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động và chức năng của các mạch ứng dụng Op-amp, kiểm chứng tính đúng đắn của các mạch ứng dụng Op-amp

Danh sách linh kiện trên Module: OP-AMP Circuits

Module: OP-AMP Circuits

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Cấu tạo: Mạch có tín hiệu vào qua điện trở Ri nối với cổng đảo (V- ), tại cổng ra tín

hiệu hồi tiếp thơng qua điện trở RF về cổng đảo. Cổng không đảo (V+ ) được nối đất. Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị Ri, RF nên ta lưu ý trong q trình chọn linh kiện lắp mạch, vì tính chất là mạch khuếch đại nên RF ≥ Ri.

Chức năng: Khuếch đại đảo điện áp ngõ vào với hệ số Av, ngõ ra ngược pha với ngõ vào.

Hình ảnh thí nghiệm: RF = 22kΩ

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Kết quả đo gần giống với lý thuyết. Ngõ ra Vo (màu vàng) ngược pha với ngõ vào Vi

(màu xanh) và được khuếch đại với hệ số Vo = Av.Vi.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

2. Mạch khuếch đại không đảo

Công thức: Độ lợi áp Av = 1 +RF

Cấu tạo: Tín hiệu ngõ vào kết nối với cổng không đảo. Cổng đảo nối với ngõ ra qua

điện trở RF, RG và nối đất. Mạch có hệ số khuếch đại áp ngõ ra chỉ phụ thuộc vào các giá trị RG, RF trong quá trình chọn linh kiện lắp mạch, vì tính chất là mạch khuếch đại nên RF >= RG.

Chức năng: Khuếch đại không đảo điện áp ngõ vào với hệ số 𝐴𝑣 , điện áp ngõ ra cùng pha với điện áp ngõ vào.

Hình ảnh thí nghiệm: RF = 22kΩ

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Hình ảnh thí nghiệm: RF = 68kΩ

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Kết quả đo gần giống với lý thuyết. Ngõ ra Vo (màu xanh)cùng pha với ngõ vào Vi (màu vàng) và được khuếch đại với hệ số Vo = Av.Vi.

3. Mạch khuếch đại cộng điện áp.

Công thức: Vo = −RF

Ri(V1+ V2)

Cấu tạo: Mạch khuếch đại đảo với cổng đảo V- nối với nhiều điện áp ngõ vào thông

qua các điện trở Ri.

Chức năng: Mạch khuếch đại tổng điện áp đầu vào theo tỉ lệ của Ri1, Ri2 và RF và ngược pha với ngõ vào.

Hình ảnh thí nghiệm: RF = 12kΩ

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Hình ảnh thí nghiệm: RF = 22kΩ

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Với RF = 12k, sóng ngõ ra Vo (màu xanh) ngược pha với ngõ vào Vi (màu vàng) và dịch xuống phía dưới trục hồnh một khoảng -5.4V.

Với RF = 22k, sóng ngõ ra Vo (màu xanh) ngược pha với ngõ vào Vi (màu vàng) và dịch xuống dưới trục hoành một khoảng -9.4V.

Vậy kết quả đo gần giống với lý thuyết. Dạng sóng ngõ ra và ngõ vào cùng pha, Vo được khuếch đại cho giá trị Vo = −RF

Ri (V1+ V2).

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

4. Mạch khuếch đại trừ điện áp

Công thức: Vo =RF

Ri(V1− V2)

Cấu tạo: Mạch khuếch đại với cửa đảo được nối với điện trở hồi tiếp RF, tín hiệu ngõ vào V2 qua điện trở Ri2. Cửa không đảo được mắc với điện trở RF song song với tín hiệu ngõ vào V1 qua điện trở Ri1.

Chức năng: Khuếch đại độ chênh lệch điện áp giữa hai tín hiệu ngõ vào. Hình ảnh thí nghiệm: RF = 12kΩ

Hình ảnh thí nghiệm: RF = 22kΩ

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Với RF = 12k, sóng ngõ ra Vo (màu xanh) cùng pha với ngõ vào Vi (màu vàng) và dịch xuống phía dưới trục hồnh một khoảng -4.4V.

Với RF = 22k, sóng ngõ ra Vo (màu xanh) cùng pha với ngõ vào Vi (màu vàng) và dịch xuống dưới trục hoành một khoảng -8.2V.

Vậy kết quả đo gần giống với lý thuyết. Dạng sóng ngõ ra và ngõ vào cùng pha, Vo được khuếch đại cho giá trị Vo =RF

Ri (V1− V2).

5. Mạch so sánh

Cấu tạo:

Mạch có cực đảo nối với điện thế so sánh Vref, cực thuận 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 Vo ở các mức giá trị:

+ Vo = Vsat+ khi Vi < Vref +

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

14 + Vo = Vsat- khi Vi > Vref –

Nguyên lý hoạt động:

Giả sử rằng Vref <Vi, đầu vào không đảo của bộ so sánh nhỏ hơn đầu vào đảo, đầu ra sẽ ở mức thấp - VCC. Tăng điện áp Vref >Vi, điện áp đầu ra chuyển sang mức cao +VCC.

Chức năng: So sánh độ lớn 2 điện áp ngõ vào. Mạch tạo sóng vng ở ngõ ra.

Hình ảnh thí nghiệm: Vref >Vi

Hình ảnh thí nghiệm: Vref <Vi

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Nhận xét:

Vref = 5V, Vi (màu vàng), Vo (màu xanh)

Trường hợp 1: Vi < Vref, dạng sóng Vo là một đường thẳng Vo = Vsat+

Trường hợp 2: Vi > Vref:

+ Vo = Vsat+ khi Vi < Vref +

+ Vo = Vsat- khi Vi > Vref –

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Mạch khuếch đại có cực đảo nối với tín hiệu ngõ vào so sánh Vi, cực không đảo nối với tín hiệu ngõ ra với điện trở hồi tiếp RF song song với điện trở RG.

Mạch so sánh có hai biên so sánh và vùng đệm giữ VH và VL. Cấp tín hiệu Vi vào chân

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

16 (-) của mạch, khi tín hiệu Vi vượt qua 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.

Nếu ngõ vào Vi nằm trong khoảng [VL;VH] thì ngõ ra ln ở mức cao.

Chức năng: Giống mạch so sánh nhưng có tính năng lọc nhiễu (mạch so sánh có phản

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

17 Sóng ngõ ra Vo có dạng xung vuông, với Vi > VH => ngõ ra ở mức thấp; Vi < VL => ngõ ra ở mức cao.

Nếu ngõ vào Vi nằm trong khoảng [VL;VH] thì ngõ ra luôn ở mức cao. Kết quả mơ phỏng đúng với lý thuyết.

7. Mạch tạo sóng vng và sóng tam giác

Cấu tạo và ngun lý hoạt động:

Mạch gồm 2 Op-amp mắc nối tiếp.

+ Mạch Schmitt Trigger mức điện áp bằng 0 ở cực đảo, điện áp ngõ vào của mạch 2 là điện áp ra Vo1 mắc vào cực thuận có hồi tiếp RF qua điện trở Ri sao cho ngõ ra Vo1 bị méo dạng thành xung vuông.

+ 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.

Chức năng:

Tạo ra sóng vng và sóng tam giác thông qua việc chuyển đổi giữa chúng. Khi mạch Trigger Schmitt được nối nguồn, đầu ra của mạch ở mức thấp hoặc cao. Khi đầu ra mạch ở mức thấp, đầu ra Vo2 sẽ là một đường dốc tăng. Khi đầu ra Vo1 ở mức cao, bộ tích hợp Vo2 sẽ tạo ra đường dốc giảm.

Phân tích hoạt động của mạch:

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Vo2 sau đó quay lại làm ngõ vào của mạch Schmitt Trigger, lúc này Vo2 đang là hàm bậc nhất tăng theo t. Khi Vo2 đạt đến giá trị lớn hơn 4.23V thì Vo sẽ chuyển lên ngưỡng cao.

Ngõ ra Vo1 của mạch Trigger sau đó là ngõ vào của mạch tích phân, tín hiệu ngõ ra mạch tích phân được tính theo cơng thức: Từ phương trình trên ta thấy Vo2 là một hàm bậc nhất giảm theo t

Vo2 sau đó quay lại làm ngõ vào của mạch Schmitt Trigger, lúc này Vo2 đang là hàm bậc nhất giảm theo t. Khi Vo2 đạt đến giá trị nhỏ hơn 4.23V thì Vo sẽ chuyển về Giai

</div>