Thí nghiệm kỹ thuật xung - Bài 1 pptx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ










THÍ NGHIỆM


KỸ THUẬT XUNG

TP. Hồ Chí Minh
10/2006
Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 1







A. MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU :
Yêu cầu : Sinh viên cần xem lại các kiến thức về:
• Quá trình nạp xả năng lượng của tụ điện , cuộn dây.
• Thời hằng nạp, xả của mạch RC, RL và các phương pháp tìm thời hằng
• Thành phần tần số của một xung vuông, hệ số công tác của xung.
Mục đích: Quan sát sự biến đổi dạng sóng khi qua mạch R, L, C.
B. DỤNG CỤ –LINH KIỆN:
• Thiết bò thí nghiệm chính DTS-21 + TESTBOARD
• Dao động ký
• Các linh kiện gồm
Điện trở : 100Ω, 1KΩ. biến trở 100 KΩ (trên bàn thí nghiệm)
Cuộn dây 100mH
Tụ điện 0,01µF
OpAmp LM741

C. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
I. Khảo Sát Mạch RC :

1. Thời hằng τ:

- Lắp mạch như hình 1.
- Chỉnh dao động ký thích hợp.
- Nối hai điểm đo: hai kênh của dao động ký nối vào Input, Output.
- Chỉnh bộ phát xung Function Generator là xung vuông có biên độ đỉnh-đỉnh là
Vpp =1V,Voffset= 0,5 V.
-Chỉnh VR = 100 K
Ω
.
-Chỉnh nguồn tạo xung Function Generator sao cho f
G
= 50 Hz , 150 Hz , quan sát và vẽ
dạng sóng vào / ra trên dao động ký:

Lớp :
Ca :…… Nhóm ………
Tên :………………………
Ngày : ……/……/…… …
THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT XUNG
BÀI SỐ : 1

BIẾN ĐỔI DẠNG SÓNG BẰNG MẠCH R,L,C
Hình 1.
N
guồn tạo xung
O
ut

100k
0.01uF
1k
Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 2








f
G
= 50 Hz f
G
= 150 Hz
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =
Câu hỏi :
-Tính τ theo công thức : τ = RC = = (s).

-Tính τ theo dạng sóng vào/ra trên dao động ký:
- τ là thời gian tính từ khi Vo tăng từ 0 đến 0,632 Vi.
- τ

= (s).
Nhận xét gì về giá trò của τ khi tần số ngõ vào thay đổi:



Viết phương trình điện áp ngõ ra


- Khi Vi > 0 : tụ C năng lượng.
- Khi Vi = 0 : tụ C năng lượng.
- Tại f
G
= 150 Hz , chỉnh VR giảm dần, quan sát dạng sóng ngõ ra.
Nhận xét gì về giá trò của τ khi VR thay đổi:


2. Mạch lọc thông thấp (Low Pass Filter) khi ngõ vào là xung chữ nhật & mạch tích
phân :
- Chỉnh biến trở để có giá trò điện trở bé nhất (VR = 0
Ω
).
- Tăng dần tần số f
G
= 100 Hz, 1 KHz, 10 KHz, 100 KHz.
- Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại Input, Output:
f

G
= 100 Hz f
G
= 1 KHz

Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 3
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =
f
G
= 10 KHz f
G
= 100 KHz
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

- Tính τ = RC =
- So sánh τ với độ rộng xung T
p
= 1 / (2f
G
) và giá trò độ rộng xung vuông tại ngõ vào
- Điền các giá trò vào bảng sau:
Tần số sóng vuông f
G
(KHz)

Chu kỳ sóng vuông T
G
(ms)
Hệ số công tác q = T
p
/ T
G

Giá trò điện áp ra đỉnh-đỉnh Vo
p-p
(V)

Từ dạng sóng và kết quả trong bảng trên, nhận xét về dạng sóng ngõ ra:
- Thành phần tần số cao của tín hiệu ngõ vào biến đổi như thế nào khi hệ số công tác
q thay đổi?



- Biên độ tín hiệu ra thay đổi như thế nào khi tần số tín hiệu vào tăng từ thấp đến cao?



- Có thể tạo một sóng tam giác từ sóng vuông bằng mạch RC được không ?
Nếu không, tại sao?



Nếu được, cần điều kiện gì?

Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 4
3. Mạch lọc thông thấp (Low Pass Filter) khi ngõ vào là hàm dốc:
- Chỉnh máy phát để ngõ vào là hàm dốc, V
pp
=2v, V
offset
=1v.
- Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, Output vào khung dưới đây:
f
G

= 300 Hz f
G
= 10 KHz
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =
Viết biểu thức của điện áp ngõ ra khi ngõ vào là hàm dốc




Từ dạng sóng và kết quả trong bảng trên, nhận xét về dạng sóng ngõ ra:





4. Mạch lọc thông thấp (Low Pass Filter) khi ngõ vào là hàm mũ tăng:
- Ráp mạch như sau, hình 2








Viết các phương trình điện áp tại A, output

Hình
2
O
ut

100k
0.01uF
10k
10k
0.01uF

A
Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 5
- Chỉnh máy phát để ngõ vào là xung vuông, V
pp
=2v, V
offset
=1v.
- Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, A, B, Output vào khung dưới đây:
Input, A B, Output
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =
Hiệu chỉnh biến trở , nhận xét dạng sóng thực tế và ảnh hưởng của hằng số thời gian của
mạch





5. Mạch lọc thông thấp (Low Pass Filter) khi ngõ vào là hàm mũ giảm:
- Ráp mạch như sau, hình 3

- Chỉnh máy phát để ngõ vào là xung vuông, V
pp
=2v, V
offset
=1v.
- Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, A, Output vào khung dưới đây:

Input, A Output
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

Hình 3
.
O
ut

100k
0.01uF
10k
10k
0.01uF
A
Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 6
Viết các phương trình điện áp tại A, output

Hiệu chỉnh biến trở , nhận xét dạng sóng thực tế và ảnh hưởng của hằng số thời gian của
mạch





6. Mạch lọc thông cao (High Pass Filter) & mạch vi phân :










- Mắc mạch điện như hình 4
- Chỉnh VR về vò trí có giá trò điện trở bé nhất (VR = 0
Ω
)
- Tăng dần tần số sóng vuông ngõ vào f
G
= 100 Hz, 1 KHz, 10 KHz, 100 KHz.
- Quan sát và vẽ dạng sóng tại các điểm Input/Output, vào khung dưới đây :

f
G

= 100 Hz f
G
= 1KHz
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =




















Hình
4
.
N

guồn tạo xung
Out
100k
0.01uF
1k
Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 7
f
G
= 10 KHz f
G
= 100 KHz
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =
- Tính τ = RC=
- Viết biểu thức của điện áp ngõ ra


- Điền các giá trò vào bảng sau:
Tần số sóng vuông f
G
(KHz)
Chu kỳ sóng vuông T
G
(ms)
Hệ số công tác q = T
p
/ T
G

Giá trò điện áp ra đỉnh-đỉnh Vo
p-p
(V)
Từ dạng sóng quan sát được và kết quả tính toán trên bảng, nhận xét về dạng sóng ngõ ra:
-Thành phần tần số thấp của tín hiệu ngõ ra biến đổi như thế nào khi hệ số công tác q
thay đổi?





-Biên độ tín hiệu ra thay đổi như thế nào khi tần số tín hiệu vào thay đổi?






-Độ rộng xung ngõ ra thay đổi như thế nào khi tần số xung vào thay đổi?

Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 8
7. Mạch lọc thông cao khi ngõ vào là hàm dốc:
- Chỉnh máy phát để ngõ vào là hàm dốc, V
pp
=2v, V
offset
=1v.
- Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, Output vào khung dưới đây:
f
G
= 300 Hz f
G
= 10 KHz
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

Viết biểu thức điện áp ngõ ra:


Từ dạng sóng và kết quả trong bảng trên, nhận xét về dạng sóng ngõ ra:



8. Mạch lọc thông cao khi ngõ vào là hàm mũ tăng:
- Ráp mạch như sau, hình 5









- Chỉnh máy phát để ngõ vào là xung vuông, V
pp
=2v, V
offset
=1v.
- Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, A, Output:
Input, A Output

10k
0.01uF

A
Hình
5
.
O
ut
100k
0.01uF
1k
Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 9
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =
Viết các phương trình điện áp tại A, output




Hiệu chỉnh biến trở , nhận xét dạng sóng thực tế và ảnh hưởng của hằng số thời gian của
mạch




e. Mạch lọc thông thấp (Low Pass Filter) khi ngõ vào là hàm mũ giảm:
- Ráp mạch như sau, hình 6

Hình 6
- Chỉnh máy phát để ngõ vào là xung vuông, V
pp
=2v, V
offset
=1v.
- Quan sát và vẽ dạng sóng vào/ra tại các điểm Input, A, Output:
Input, A B, Output
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =
Viết các phương trình điện áp tại A, output

10k
0.01uF
A
Out
100k
0.01uF
1k
Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 10
Hiệu chỉnh biến trở , nhận xét dạng sóng thực tế và ảnh hưởng của hằng số thời gian của
mạch



II. KHẢO SÁT MẠCH RL:
Mạch lọc thông thấp và tích phân dùng RL

-Mắc mạch như hình 7.
-Chỉnh f
G
xung vuông có Vpp = 2 V, Voffset = 1 V.
-Tại tần số f
G
= 100 KHz sử dụng biến trở VR, chỉnh sao cho tín hiệu vào không bò méo.
-Tăng tần số f
G
= 100 KHz, 130 KHz, 150 KHz, 200 KHz.
-Quan sát và vẽ dạng sóng tại các điểm Input, Output vào hình sau :

f
G
= 100 KHz f
G
= 130 KHz
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =
f
G
= 150 KHz f
G
= 200 KHz
TIME / DIV = TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV = CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV = CH 2 : VOLT / DIV =

Hình
7
O
ut

100uH
100
100
Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 11
-Tính τ = L / R =
- Viết biểu thức điện áp ngõ ra của mạch


-Điền các giá trò vào bảng sau:
Tần số sóng vuông f
G
(KHz)
Chu kỳ sóng vuông T
G
(ms)
Hệ số công tác q = T
p
/ T
G

Giá trò điện áp ra đỉnh-đỉnh Vo
p-p

(V)
Từ dạng sóng và kết quả trong bảng trên , nhận xét gì về dạng sóng ngõ ra :
- Thành phần tần số cao của tín hiệu ngõ vào biến đổi như thế nào khi hệ số công tác q
thay đổi?




- Biên độ tín hiệu ra tăng dần hay giảm dần khi tần số tín hiệu vào tăng từ thấp đến cao?



- So sánh các thông số với mạch RC ở phần I, giả sử τ
L
= L /R và τ
C
= RC











II. KHẢO SÁT MẠCH OPAMP:

Hình 8. Sơ đồ chân của OpAmp LM741
Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 12
Mạch Vi Phân Dùng OpAmp






Hình 9
Với R= 100K, C=0,1uF
Cấp nguồn 5V cho OpAmp
Cấp tín hiệu ngõ vào là xung vuông V
pp
= 2V, tần số tự chọn
Hiển thò tín hiệu ngõ vào và ra trên dao động ký






TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV =

Nhận xét dạng sóng thực tế



Mạch tích phân dùng OpAmp





Hình 10
V
v
out

I
1
I
2
R
C
+
-
I
1
V
v
V
Ra

I
2
C

0
R
+
-








Tài liệu thí nghiệm Xung Phòng thí nghiệm Xung Số
Trang 13
Với R= 100K, C=0,1uF
Cấp nguồn 5V cho OpAmp
Cấp tín hiệu ngõ vào là xung vuông V
pp
= 2V
Hiển thò tín hiệu ngõ vào và ra trên dao động ký

TIME / DIV =
CH 1 : VOLT / DIV =
CH 2 : VOLT / DIV =
Viết các phương trình điện áp tại output




Nhận xét dạng sóng thực tế