Giáo trình thực tập điện tử & kỹ thuật số 2

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
------o0o------







GIÁO TRÌNH
THỰC TẬP ĐIỆN TỬ & KỸ THUẬT SỐ 2
(PHẦN ĐIỆN TỬ)





Danh sách những người biên soạn:
ThS. Vũ Thành Vinh (Chủ biên)
KS. Vũ Mạnh Thịnh
KS. Nguyễn Văn Thắng
KS. Vũ Sơn Hoàn

THÁI NGUYÊN, THÁNG 1/2006

BÀI 7. BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN ( OP.AMP)/1

A. THIẾT BỊ SỬ DỤNG
1. Thiết bị cho thực tập điện tử tương tự ATS 11 -N.
2. Khối thí nghiệm AE - 107N cho bài thực tập về bộ khuếch đại thuật toán.
3. Dao động kí, dây nối và đồng hồ đo.
B. CÁC BÀI THỰC TẬP
I. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA KHUÊCH ĐẠI THUẬT TOÁN ( Hình A 7-1a)
Nhiệm vụ
Sinh viên tìm hiểu nguyên tắc hoạt động và các đặc trưng cơ bản của bộ khuếch đại
thuật toán.
Cơ sở lý thuyết
Một bộ khuếch đại thuật toán được biểu diễn như sau:

Theo tính toán lý thuyết dựa trên một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng thì khi một
bộ khuếch đại thuật toán được nuôi bằng hai nguồn V
+
và V
-
và hai lối ra có cùng mức
điện áp thì thế lối ra
. Như vậy nếu thì ta có: U
R
=0. Tuy nhiên
với một bộ khuếch đại thực thì ta có UR = ΔU
R

≠ 0. Nguyên nhân là do công nghệ chế
tạo (tản mạn các tham số của linh kiện trong mạch khuếch đại vi sai của mạch khuếch đại
thuật toán đặc biệt là các Tranzitor). Sự tồn tại ΔU
R
≠ 0 khi chưa có tín hiệu vào sẽ gây ra
sự lệch khỏi toạ độ (0,0) ở các bộ khuếch đại thế và dòng một chiều. Nếu ΔU
R
lớn sẽ làm
cho bộ khuếch đại trở nên phi tuyến khi dùng để khuếch đại các tín hiệu xoay chiều.
Ta có thể làm cho ΔU
R
= 0 bằng cách thêm vào lối vào (+) hoặc (-) một lượng thế
ΔU
vào
âm hoặc dương tuỳ theo độ lệch ΔU
R
là âm hoặc dương.
Đại lượng ΔU
vào
này được gọi là thế OFFSET. Thế này được xác định như sau:
U
OFFSET (vào)
= U
OFFSBT (ra)
/ K
0

Ở đây U
OFFSET (vào)
= ΔU

vào
, U
OFFSBT (ra)
= ΔU
R
Như vậy chúng ta phải đo ΔU
R
sau đó
chia cho K
0
.

2
Đo đặc trưng biên độ và đặc trưng tần số của bộ khuếch đại thuật toán:
* Đặc trưng biên độ: Là mối liên hệ giữa thế ra và độ lệch thế giữa hai lối vào của
bộ khuếch đại thuật toán:

Đặc trưng (1) là đặc trưng thực đã chỉnh OFFSET.
Đặc trưng (2) và (3) là đặc trưng thực chưa được chỉnh OFFSET.

Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp U
d
= U
p
- U
N
(U
OFFSET (vào)
) với hệ
số khuếch đại K

0
> 0. Do đó điện áp ra U
ra
= K
0
. U
d
= K
0
. (U
p
- U
N
). Đây chính là
U
OFFSBT (ra)
.
* Đặc trưng tần số của bộ khuếch đại thuật toán: Khi thay đổi tần số tín hiệu thì
hệ số khuếch đại sẽ bị thay đổi, đồng thời dạng tín hiệu cũng bị sai lệch do sự khuếch đại
không đều ở các tần số khác nhau. Như vậy ta sẽ có đặc trưng của hệ số khuếch đại và
tần số tín hiệu.


3
Khi f >fmax thì hệ số khuếch đại giảm khi tăng tần số. Do đó dải tần số làm việc
của bộ khuếch đại thuật toán Δf = fmax - 0 trong đó gái trị f max tương ứng với giá trị
của hệ số khuyếch đại K = 0,9k
0
.
* Đo điện trở vào và ra của bộ khuếch đại thuật toán: Bộ khuếch đại thuật toán

có R
vào
và R
ra
. Nếu R
vào
không đủ lớn sẽ gây hiện tượng tiêu hao công suất nguồn tín hiệu
vào. Nếu R
ra
không đủ nhỏ sẽ tiêu hao vô ích công suất tín hiệu ra. Trong sơ đồ thí
nghiệm ta mắc thêm điện trở R
3
= 100kΩ để xác định R
vào
một cách chính xác.
Với bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng thì trở kháng vào: R
vào
= ∞ và trở kháng ra
R
ra
=0.
Các bước thực hiện
1. Cấp nguồn ± 12V cho sơ đồ hình A7-1. chú ý cắm đúng phân cực của nguồn.

2. Đo thế OFFSET của bộ khuếch đại thuật toán (Hình A7-1b).
Nối các chốt I+ và I- với K và L, để nối cả hai lối vào đảo và không đặc của bộ
khuếch đại thuật toán xuống đất. Bật điện và đo thế lối ra U
offset
(ra).
Tính giá trị U

offset
(vào): U
offset
(ra)/K
0

K
0
là hệ số khuếch đại hở của bộ khuếch đại thuật toán K
0
(IC741) cỡ 2.10
5
.

4

Hình A7-1b: Sơ đồ đo thế OFFSET của bộ khuếch đại thuật toán.

3. Đo đặc trưng biên độ của bộ khuếch đại thuật toán (Hình A7-1c).
- Giữ I- với K, nối I+ với H để cấp thế từ P1 vào lối vào không đảo.
- Vặn biến trở P1 quanh giá trị 0V đo các giá trị điện thế vào và ra. Ghi kết quả vào
bảng A7- 1.
Bảng A 7 – 1

U vào (H) - - - 0 + + +
U ra (C)

- Lập đồ thị sự phụ thuộc thế ra trục Y và thế vào trục X.
- Xác định giá trị điện thế ra cực đại và cực tiểu của IC. Tính số % giá trị này so với nguồn.
- Căn cứ độ dốc đồ thị, xác định hệ số khuếch đại hở của bộ khuếch đại thuật toán

Hình A7-1c: Sơ đồ đo đặc trưng biên độ của bộ khuếch đại thuật toán.


5
4. Đo đặc trưng tần số của bộ khuếch đại thuật toán (Hình A7-1d).
- Sử dụng máy phát tín hiệu ngoài. Nối máy phát này tới lối vào IN/A của mạch A7-1.
- Nối I + với F, G với L để đưa tín hiệu vào lối vào + của bộ khuếch đại thuật toán
- Nối I- với O để tạo bộ lặp lại thế
- Dùng dao động kí để đo tín hiệu vào tại IN/A và ra tại OUT/C. ghi kết quả đo
được vào bảng A7-2.
Bảng A 7-2

100 Hz 1 KHZ 10 KHZ 100 KHZ 300 KHZ 500 KHZ 600 KHZ
U
vào

U
ra

K=U
ra
/U
vào

Lập đồ thị sự phụ thuộc hệ số K (trục Y) theo tần số tín hiệu (trục X). Xác định
khoảng tần số làm việc của sơ đồ khuếch đại thuật toán.

Hình A7-1d: Sơ đồ đo đặc trưng tần số của bộ khuếch đại thuật toán.
5. Đo diện trở vào R

i
của bộ khuếch đại thuật toán (Hình A7-1e)
- Nối máy phát xung của thiết bị ATS – 11N tới lối vào IN/A máy phát đặt ở chế độ
phát xung vuông góc, biên độ 4V tần số 1kHz)
- Nối F với G để cấp tín hiệu từ máy phát qua R3 vào IC1. điện trở R3 khi đó được
mắc nối tiếp với điên trở R
i
của bộ khuếch đại thuật toán.
- Nối I- với 'O'. Dùng dao động kí để đo biên độ tín hiệu U
if
tại IN/A và đo biên độ
tín hiệu tại I+. bỏ qua điện trở nội của máy phát. tính điện trở vào của IC1 theo công
thức.

6

6. Đo điện trở ra R
0
của bộ khuếch đại thuật toán (Hình A7-1f)
- Nối mấy phát tới lối vào IN/A của mạch A7 - 1. Nối I+ với F, G với L và I- với O
- Dùng dao động kí để đo tín hiệu tại IN/A và OUT/C. Đo biên độ ra khi không nối
J1: U
0
và khi có nối J1: U
ot
. Giả thiết là điện trở vào của dao động kí là rất lớn so với điện
trở ra của IC1 tính điện trở ra theo công thức.


Hình A7-1f. Sơ đồ đo điện trở ra của bộ khuếch đại thuật toán.

7
II. BỘ LẶP LẠI THẾ
Nhiệm vụ
Sinh viên tìm hiểu nguyên tắc sử dụng bộ khuếch đại thuật toán để lặp lại thế.
Nguyên tắc hoạt động
Sơ đồ mạch thí nghiệm đã sử dụng bộ khuyếch đại thuật toán lặp lại thế. Thế đầu ra
được phản hồi về đầu vào đảo. Như vậy nếu ta điều chỉnh điện áp ở đầu vào không đảo ta
sẽ có điện áp ra sẽ phụ thuộc (đi theo điện áp vào).
Mạch khuyếch đại thuật toán có trở kháng vào lớn và trở kháng ra nhỏ do đó thích
hợp cho khuyếch đại công suất nguồn tín hiệu. Như vậy có thể đạt được hệ số khuyếch
đại công suất xác định. Mạch lặp lại điện áp được dùng ở những nơi nào cần cách điện
giữa nguồn và tải và nơi nào phải duy trì mức chính xác của điện áp ban đầu.
Các bước thực hiện
1. Cấp nguồn ±12V cho sơ đồ A7- 1.
2. Nối IC 1 theo sơ đồ lặp thế A7 - 1 g.
- Nối chốt I- với O.
- Nối chốt I+ với E để cấp điện thế từ biến trở P2 cho lối vào + của IC1.

Hình A7-1g: Sơ đồ bộ lặp lại thế trên bộ khuếch đại thuật toán.

3. Vặn biến trở P2 từ giá trị thấp đến cao. Đo và ghi giá trị điện thế vào và ra vào
bảng A7-3.

8
Bảng A7-3
U
vào
(E)

U
ra
(C)

4. Lập đồ thị sự phụ thuộc thế ra (trục Y) và thế vào (trục X).
5. Xác định độ lệch cực đại của đường đặc trưng thu được so với đường thẳng
(tuyến tính), định khoảng làm việc tuyến tính cho đồ sơ đồ.
6. Nêu ưu nhược điểm của bộ lặp lại thế trên Op.Amp. so với bộ chia thế dùng biến trở.
III. KHUẾCH ĐẠI ĐẢO VÀ KHÔNG ĐẢO
Nhiệm vụ
Tìm hiểu nguyên tắc sử dụng bộ khuếch đại thuật toán để khuếch đại đảo và không
đảo phân cực tín hiệu.
Nguyên lý hoạt động
- Bộ khuếch đại đảo:
Khi nối J2 thì sơ đồ trên tương đương:

Bộ khuếch đại đảo trên có thực hiện hồi tiếp điện áp âm song song điện áp qua R.
Tín hiệu vào qua R
1
đặt vào đầu đảo của OA. Nếu coi OA là lý tưởng thì điện trở vào của
nó Rv vô cùng lớn và dòng vào vô cùng bé. Khi đó tại nút N có phương trình nút dòng
điện: IV ~ Iht.
Từ đó ta có:

Khi K -> ∞, điện áp đầu vào Uo = Ur/K -> 0 (Điện trở R
2
làm cho điện áp lệch
không Uo nhỏ).
Uv/R1 = - Ur/R

9
Tín hiệu ra đảo pha so với tín hiệu vào.
Do đó hệ số khuếch đại điện áp Kd của bộ khuếch đại đảo có hội tiếp âm song song
được xác định bằng tham số của các phần tử thụ động trong sơ đồ:
Kd = Ur/uv = - R/R1
- Bộ khuếch đại không đảo:
Nối J1: Ta có sơ đồ bộ khuyếch đại không đảo
Bộ khuếch đại không đảo gồm có mạch hồi tiếp âm điện áp đặt vào đầu đảo còn tín
hiệu đặt vào đầu không đảo của OA. Vì điện áp đặt vào đầu vào OA = 0 (U
O
= 0) n quan
hệ Uv và Ur xác định bởi:


Tín hiệu ra đồng pha với tín hiệu vào
Hệ số khuếch đại không đảo có dạng:

Trong đó Ra = R1//R2
Điện trở vào của bộ khuếch đại không đảo bằng điện trở vào của bộ khuếch đại đảo
và khá lớn còn điện trở ra Rr->o.
Các bước thực hiện
1. Cấp nguồn ±12V cho mảng sơ đồ A7-3. Chú ý cắm đúng phân cực cho nguồn.
2. Nối máy phát FUNCTION GENERATOR tới tới Vào IN/A (máy phát để ở chế
độ phát xung vuông góc. Tần số 1kHz, biên độ 100mV.
3. Dùng dao động kí để quan sát tín hiệu tại IN/A và OUT/C.
4. Với khuếch đại không đảo

10
- Nối J1, J3 (Hình A7-3a) để đưa tín hiệu vào lối vào + của ICl và nối đất cho đầu
còn lại của điện trở R1.

- Thay đổi biên độ tín hiệu lối vào (U
vào
) theo bảng A7-4, quan sát dạng và đo tín
hiệu lối ra (U
ra
) ghi kết quả vào bảng A7-4 và tính hệ số khuếch đại K
d
=U
ra
/U
vào
cho mỗi
trường hợp biên độ vào.
- Tính các giá trị K
t1
= R3/R1 =……; K
t2
= R4/R1 =……
K
t3
= R5/R1 =……; K
t4
= R6/R1 =……

Hình A7-3a: Sơ đồ khuếch đại không đảo.
Bảng A7 - 4
U vào 100mV 200mV 300mV 400mV 500mV
Dạng tín hiệu ra
Phân cực tín hiệu ra
U ra (nối K – K1

U
d1
= U ra/ U vào
U ra (nối K – K2
U
d2
= U ra/ U vào
U ra (nối K – K3
U
d3
= U ra/ U vào
U ra (nối K – K4
U
d4
= U ra/ U vào

11
- So sánh giá trị K
d
với K
t
cho các trường hợp. Nếu xem chúng là bằng nhau thì sai
số là bao nhiêu? Giải thích sự không tương ứng của chúng trong một số trường hợp.
5. Với khuếch đại đảo
- Nối máy phát xung với lối vào IN/A.
- Nối J2 để đưa tín hiệu lối vào tới chân I- của IC1
- Thay đổi biên độ tín hiệu xung vào (Uvao) theo bảng A7-5, quan sát và đo biên độ
tín hiệu xung ra (Ura, ghi kết quả vào bảng A7-5. Tính giá trị của K
d
= Ura /Uvao cho

mỗi trường hợp biên độ vào.

Bảng A7-5
U vào 100mV 200mV 300mV 400mV 500mV
Dạng tín hiệu ra
Phân cực tín hiệu ra
U ra (nối K – K1
U
d1
= U ra/ U vào
U ra (nối K – K2
U
d2
= U ra/ U vào
U ra (nối K – K3
U
d3
= U ra/ U vào
U ra (nối K – K4
U
d4
= U ra/ U vào


12
- Thay đổi biên độ tín hiệu xung vào U
vào
, vẽ dạng và đo biên độ tín hiệu xung ra (U
ra), đo thế Uin- trên lối vào I-, ghi kết quả vào bảng A7-5.
- Nhận xét gì về giá trị Uin- cho tất cả các trường hợp để chứng minh điểm - trong

sơ đồ sử dụng gọi là điểm đất ảo. giải thích bằng lý thuyết cho giá trị đất ảo.
- So sánh giá trị Kd và Kt cho các trường hợp. Nếu xem chúng bằng nhau thì sai số
là bao nhiêu? Giải thích sự không tương ứng trong một số trường hợp.
IV. BỘ TẠO THẾ CHUẨN ỔN ĐỊNH
Nhiệm vụ
Tìm hiểu nguyên tắc tạo bộ thế chuẩn ổn định sử dụng Op.Amp
Nguyên tắc hoạt động
Mạch thực hiện chức năng U
ra
chuẩn = const khi U nguồn thay đổi và trái thay đổi
trong một giới hạn nào đó. Sơ đồ mạch thường có dạng sơ đồ ổn áp loại nối tiếp như sau.

Mạch gồm 3 phần chính:
1. Yếu tố điều chỉnh: Thường dùng trazitor
2. Yếu tố khuyếch đại và so sánh: ở đây dùng bộ khuyếch đại thuật toán
3. Bộ tạo thế chuẩn: Thường dùng điốt Zenner.
U
vào
có thể thay đổi do bản thân U
vào
thay đổi hoặc do dòng Itải thay đổi vì nguồn
U
vào
có điện trở nội. Để U
ra
= const thì U
*
cũng phải thay đổi theo U
vào
. Yếu tố điều chỉnh

thực hiện chức năng này.
Sơ đồ mạch thí nghiệm là một bộ tạo thế chuẩn công suất trung bình có dùng vi
mạch LM-741 làm yếu tố so sánh và khuyếch đại. Với sơ đồ này K=1 tức là U
ra
=U
chuẩn
.
Có hai bộ tạo thế chuẩn khác nhau trên hai điốt Zenner Dl và D2 mắc ở chế độ phân cực
ngược.
Vi mạch LM-741 sẽ làm nhiệm vụ so sánh U
ra
với một trong hai U
chuẩn
để điều
khiển tranzitor T1 sao cho U
ra
= U
chuẩn
khi U
vào
= U
nguồn
thay đổi và dòng tải thay đổi.

13
Các bước thực hiện
1. Cấp nguồn - 12V và 0: + 15V cho mảng sơ đồ A7-3.
2. Dùng đồng hồ đo thế để đo điện áp vào tại chốt + và điện áp ra tại OUT/C
3. Nối J1, không nối J2 để sử dụng thế chuẩn từ Zener D1 = 5V6. Ghi giá trị điện
thế ra. Thay đổi thế nuôi sơ đồ. Ghi lại kết quả vào bảng A7-6.

Hình A7-3: Bộ tạo thế chuẩn.

Bảng A7-6
Thế nuôi +10V 11V 12V 13V 14V 15V
Thế ra
4. Nối J2, không nối J1 sử dụng thế chuẩn từ Zener D2 = 8V2. Ghi giá trị điện thế
ra. Thay đổi thế nuôi của sơ đồ, ghi lại thế lối ra vào bảng A7-7.
Bảng A7-7
Thế nuôi +10V 11V 12V 13V 14V 15V
Thế ra
5. Nối J2. Nối lần rượt J3, J4 để thay đổi tải theo bảng A7-8.
Bảng A7-8
Dòng tải V (IC1/3) V (IC1/2) V (IC1/6) V (OUT/C)
Nối J3
Nối J4

14
6. Giải thích tại sao khi tải thay đối thì điện thế ra không thay đổi hoặc thay đổi nhỏ.
V. BỘ LẤY TỔNG ĐẠI SỐ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ.
Nhiệm vụ
Tìm hiểu nguyên tắc sử dụng bộ khuếch đại thuật toán để thực hiện các phép toán
đại số tương tự... Nguyên lý hoạt động
Khi nối E với H trong sơ dự thí nghiệm ta có sơ đồ tương đương:

Theo nguyên lý của mạch khuyếch đại đảo ta có:

Như vậy tín hiệu ra sẽ là tổng đại số của tín hiệu vào.
Tương tự cho các trường hợp E nối I, K và F nối H, I, K.
Mạch cộng không đảo:

Khi nối một trong các đầu với J1 ta có sơ đồ tương đương:

Khi U
O
= 0 điện áp ở hai đầu vào bằng nhau và bằng:

15

Khi dòng đầu vào không đảo bằng 0 (R
v
= ∞), ta có:

Từ (1) và (2) ta nhận thấy tín hiệu ra bằng tổng các tín hiệu vào và tín hiệu ra không
đảo pha với tín hiệu vào.
Các bước thực hiện
1. Cấp nguồn +12V cho sơ đồ A7-4a. Chú ý cắm đúng phân cực cho nguồn
2. Phép lấy tổng được thực hiện với hai nguồn số hạng:
- Nguồn nối cố định từ biến trở P2 qua điện trở R4 tới lối vào - của bộ khuếch đại
thuật toán
- Nguồn nối qua các chốt E, F từ biến trở P1 hoặc P3 tới lối vào + của bộ khuếch
đại thuật toán.

Hình A7-4a: Sơ đồ lấy tổng tín hiệu tương tự.


16
Phép thử 1:
- Nguồn l: Đặt biến trở P1 = +1.5V = Vin1.
- Nguồn 2: Đặt biến trở P2 = -1V = Vin2.
- Nguồn 3: Đặt biến trở P3 = -0.5V = Vin3.

- Nối các chốt theo bảng A7-9 trong đó:
* E lần lượt nối với H, I, K để thực hiện lấy tổng từ nguồn P1, P2 theo các hệ số
khác nhau
* F lần lượt với H, I, K để thực hiện lấy tổng từ nguồn P2, P3 theo các hệ số khác
nhau
- Đo các điện thế ra U
O
của IC1 (điểm OUT/C) cho từng trường hợp. Ghi kết quả
vào bảng A7-9.
Bảng A7-9

- Giá trị tính cho các trường hợp theo các công thức:

Vin1 (P1) = +1.5V; Vin2 (P2) = -1V; Vin3 (P3) = +-0.5V
- So sánh các kết quả đo và tính toán tương ứng. Nếu xem chúng bằng nhau thì sai
số là bao nhiêu. Tìm những nguyên nhân gây ra sự sai khác đó.
Phép thử 2: Lấy tổng các điện thế.
Thay đổi các giá trị:
- Nguồn 1: Đặt biến trở P1 = 0.75V: Vin1.
- Nguồn 2: Đặt biến trở P2 = -0.5V = Vin2.
- Nguồn 3: Đặt biến trở P3 = -0.75V =Vin3
Lặp lại bước 2.1 và ghi kết quả vào bảng A7-10.
Bảng A7-10

17
E nối H E nối I E nối K F nối H F nối I F nối K
Giá trị đo V
o

Giá trị tính V

o

Rj = R5 = 1K R6 = 2K R7 = 5K R5 = 1K R6 = 2K R7 = 5K
Sử dụng chốt cắm để lấy tổng từ tập hợp cho 3 nguồn vào với giá trị tuỳ ý lặp lại thí
nghiệm như trên.
3. Lấy tổng các giá trị điện thế và tín hiệu xung.
- Nguồn 2: Đặt biến trở P2: -0.25V = Vin2
- Nguồn 4: Nối máy phát xung của thiết bị chính ATS - 11 N với lối vào IN/A của
sơ đồ A7-4. Nối G với I. ( máy phát đặt ở chế độ phát xung vuông góc tần số 1K và biên
độ ra là 1V.
4. Dùng dao động kí để quan sát tín hiệu vào và ra tại IN/A và OUT/C.
5. Vặn biến trở P2 để thay đổi Vin2, đo biên độ xung ra và mức thế một chiều nền
của tín hiệu, ghi kết quả vào bảng A7- 11.
Bảng A7-l 1
Vin2 -0.25V -0.5V -0.75V -1V -1.5V 2V
Biên độ xung ra
Thế nền lối ra

Tương tự mục 2.1, tính toán các giá trị thế và tín hiệu lối ra IC1 và so sánh với giá
trị đo tương ứng.
VI. BỘ KHUẾCH ĐẠI VI SAI
Nhiệm vụ
Tìm hiểu cách dùng bộ khuếch đại thuật toán ở chế độ khuếch đại vi sai.
Nguyên lý hoạt động
Nối các chốt cắm như sơ đồ thí nghiệm ta có sơ đồ sau:

18

Theo sơ đồ ta có điện áp vào cửa thuận:
U

+
= V
in3*
(1)
Và điện áp lối vào đảo

Mặt khác ta có: U
+
= U
-
(3).
Từ (1) (2) và (3) ta sẽ có Ur =K(Vin3 - Vin2) trong đó K là hệ số. Như vậy mạch
thực hiện chức năng lấy hiệu hai tín hiệu tương tự lối vào.
Các bước thực hiện
1. Cấp nguồn ±12V cho mảng sơ đồ A7-4 để cấp nguồn tới cả hai lối vào + và - cho
-IC1.(hình A7-4b).
+ Nguồn cho lối vào + Vin3 lấy từ biến trở P3. Nối J1
+ Nguồn cho lối vào - Vin2 lấy từ biến trở P2.


19
Hình A7-4b: Sơ đồ khuếch đại vi sai.
2. Phép thử 1: Đặt các biến trở P2= - 1V, P3 ở các giá trị ghi trong bảng A7- 1 2.
Bảng A7- 1 2
P3/ Vin3 -1V -1.5V -2V -2.5V -3V -4V
Điện thế lối ra
Giá trị tính V
0

Tính giá thế cho các trường hợp theo công thức:
V
o
= (Vin3) - (-vin2.R4/R9) = ???
Phép thử 2:
Vin3 (P3) = giá trị theo bảng A7-10, Vin2 (P2) = -1.5V
Lặp lại các bước như trong phép thử 1. ghi kết quả vào bảng A7-13.
Bảng A7 - 1 3
P3/ Vin3 -1V -1.5V -2V -2.5V -3V -4V
Điện thế lối ra
Giá trị tính V
0

3. So sánh kết quả đo và tính toán tương ứng. Nếu xem chúng bằng nhau thì sai số
là bao nhiêu. tìm những nguyên nhân gây nên sự sai khác đó.

20
Bài 9. BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP.AMP /3)

A. THIẾT BỊ SỬ DỤNG
1. Thiết bị chính cho thực tập điện tử tương tự ATS - 11 N.
2. Khối thí nghiệm AE - 109N cho bài thực tập về ứng dụng bộ khuếch đại
thuật toán.
3. Dao động kí và các dây nối hai đầu cắm, đồng hồ đo.
B. CÁC BÀI THỰC HÀNH
I. ĐƠN HÀI
Nhiệm vụ
Tìm hiểu nguyên tắc sử dụng bộ khuếch đại thuật toán để tạo bộ hình thành dạng tín
hiệu kiểu đơn hài.
Nguyên lý hoạt động

Đơn hài là một mạch hình thành dạng tín hiệu, tín hiệu ở lối ra của đơn hài có
biên độ và độ rộng chỉ phụ thuộc vào các yếu tố trong mạch mà không phụ thuộc vào
tín hiệu lối vào.
Thực chất đơn hài là một đa hài đợi có một trạng thái bền: Khi có tín hiệu lối vào
đơn hài chuyển trạng thái từ bền sang không bền và sau một thời gian phụ thuộc vào yếu
tố bên trong mạch sẽ trở về trạng thái cũ.
Sơ đồ mạch thí nghiệm tương đương với sơ đồ sau:


21

Khi chưa có tín hiệu vào mạch ở trạng thái bền tuỳ thuộc Ung. Giả sử Ung >0 ta có
U
ra
= U
ra max
.
Khi U
vào
> U
ngưỡng
. Đơn hài chuyển trạng thái, Ura = - U
ra min
.

Ngay lúc này thế ở lối
vào thuận: U+ = - U
ra
tâm làm cho đơn hài tiếp tục ở trạng thái này. Tụ điện C sẽ nạp
điện dần qua RC cho đến khi U+ ≥ 0, lúc này đơn hài chuyển trạng thái, trở về trạng thái

ban đầu. Ta thấy rằng trong thời gian ở trạng thái không bền nếu có tín hiệu vào ở mức
dương thì đơn hài cũng không chuyển trạng thái. Thời gian ở trạng thái không bền chỉ
phụ thuộc vào giá trị R,C, chúng tạo độ rộng xung.
Trên sơ đồ thí nghiệm đã sử dụng một vi mạch thuật toán LM-741. Trong sơ đồ có
sử dụng mạch tạo ngưỡng là R2,R3, thời gian kéo dài của xung có thể thay đổi được nhờ
chốt cắm J1 và chiết áp P1.
Các bước thực hiện
1. Cấp nguồn ±12V cho mảng sơ đồ A9- 1. Chú ý cắm đúng phân cực cho nguồn.
2. Sử dụng dao động kí để quan sát tín hiệu tại lối vào IN/A và lối ra tại OUT/C
hoặc thế ngưỡng tại điểm E.
3. Đặt máy phát tín hiệu FUNCTION GENERATOR ở chế độ phát xung vuông
góc, tần số 1K và biên độ tín hiệu ra là cực tiểu. Và nối tới lối vào IN/A.
4. Vặn biến trở P1 cực tiểu để nối tắt P1. Đo thế tại điểm E: V
E
và điểm C: V
C

5. Chỉnh biên độ tín hiệu của máy phát FUNCTION GENERATOR tăng dần đến
khi nào lối ra xuất hiện tín hiệu với biên độ xấp xỉ - 11 V. Xác định biên độ tín hiệu vào
ứng với thời điểm IC1 chuyển trạng thái lối ra. Đo độ rộng tín hiệu ra t
x
. Ghi kết quả vào
bảng A9- 1.

22

Hình A9-1 Sơ đồ đơn hài.

Bảng A9- 1

V
IN
(a) V(e) đo t
x
V
0
(C)
P1 cực tiểu, C3
P1 max
P1 Max, C2//C3
6. Biểu diễn giản đồ xung trong đó:
- Vẽ dạng tín hiệu vào với giá trị ngưỡng V
E
.
- Vẽ dạng tín hiệu ra ứng với tín hiệu vào.
7. Vặn biến trở P1 cực đại. vặn nút chỉnh biên độ máy phát về 0V sau đó tăng dần
cho tới khi lối ra xuất hiện tín hiệu biên độ V
C
= -11V. xác định biên độ lối vào V
IN

tương ứng. Đo độ rộng xung lối ra t
x
. Ghi kết quả vào bảng A9- 1
8. Giữ nguyên P1 ở giá trị cực đại. Nối J1 để tăng tụ điện C = C2//C3. Vặn nút giảm
biên độ máy phát về 0V và tăng dần cho tới khi lối ra xuất hiện tín hiệu. Xác định biên độ
tín hiệu vào tương ứng và đo độ rộng xung ra t
x
ghi kết quả vào bảng A9- 1.
9. Giải thích về vai trò của mạch tạo ngưỡng đơn hài (R2,R3) và mạch hình thành

độ rộng xung gồm các linh kiện (R2, R3, R4 + P1 và C2,C3).
II. MÁY PHÁT XUNG VUÔNG GÓC
Nhiệm vụ
Tìm hiểu nguyên tắc sử dụng bộ khuếch đại thuật toán để phát xung vuông góc.

23
Nguyên lý hoạt động
Về nguyên tắc, máy phát xung dùng mạch khuyếch đại thuật toán hoàn toàn tuân
theo các điều kiện của một máy phát dùng các linh kiện điện tử khác, đó là mạch khuyếch
đại có phản hồi dương với Kβ≥ 1 (trong đó K là hệ số khuyếch đại, β là hệ số phản hồi
dương).
Mạch phản hồi dương nhằm kích động sự chuyển trạng thái, để hình thành độ rộng
xung ta thường dùng mạch R-C để làm kéo dài các trạng thái.
Mạch sơ đồ thí nghiệm tương đương với sơ đồ sau:

Giả sử không có nhiễu, mạch hoàn toàn có thể ở trạng thái cân bằng với:

Giả sử có can nhiễu lỗi vào (+): U
+
> U
-
làm cho U
ra
= U
ra max
. Nhờ mạch phản hồi
R
3
mà U
+

Sẽ tăng lên trong khi U
-
tăng dần để nạp cho tụ C. Do vậy mà U
+
> U
-
và mạch
giữ nguyên trạng thái này (U
ra
= U
ra max
) cho đến khi U
-
< U
+
. Lúc này mạch lật trạng thái,
U
ra
= U
ra min
kẻo thế U+ xuống thấp. Vì U
-
> U
+
nên mạch giữ nguyên trạng thái. Tụ C
phóng điện dần dần cho tới khi U
-
<U
+
thì mạch lại chuyển trạng thái, tức là mạch tự dao

động.
Tần số dao động phụ thuộc thời gian phóng và nạp cho tụ C, tức phụ thuộc R-C.

24
Vi mạch khuyếch đại trong sơ đồ thí nghiệm là vi mạch khuyếch đại thuật toán LM-
74 1. Tần số phát thay đổi được nhờ chốt cắm J1 và chiết áp P1.
Các bước thực hiện
12V cho mảng sơ đồ A9-2.
1. Cấp nguồn
ٱ
2. Dùng dao động kí để quan sát tín hiệu ra tại C và thế ngưỡng tại E hoặc F.
3. Văn biển trở P1 để nối tắt P1. Đo và vẽ dạng tín hiệu tại F và tại lối ra OUT/C.

Hình A9-2 Sơ đồ máy phát xung vuông góc.

4. Vặn biến trở P1 để P1 có giá trị cực đại. Đo và vẽ dạng tín hiệu tại F và lối ra
OUT/C.
5. Vẽ giản đồ hình thành xung của mạch trong đó biểu diễn:
- Dạng xung tại F
- Dạng xung ra tại C ứng với dạng xung ra tại F (cùng trục thời gian)
- Tính toán giá trị V(e) theo hai trường hợp khi lối ra ở mức cao và mức thấp. So
sánh giá trị tính toán với các giá trị ngưỡng thay đổi tín hiệu tại F. Giải thích vai trò mạch
R2, R3.
6. Giữ nguyên P1 ở giá trị cực đại. Nối J1 để tăng tụ C = C1//C2. Lặp lại bước 4. So
sánh kết quả nhận được giữa bước 3, 4. Giải thích vai trò của mạch R4 + P1, C (C2) hoặc
C1//C2.

25