BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ BÀI 3 KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP AMP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ




BÀI 3 : KIỂM CHỨNG CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG
OP-AMP
NHÓM 05_L16 --- HK 202
Giảng viên hướng dẫn: cô Nguyễn Thanh Phương

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Đức Thái
Pha ̣m Đình Thụy
Nguyễn Thế Anh Tú

Mã số sinh viên
1915111
1915411
1910673

Thành phố Hồ Chí Minh – 2021
Link record :
/>60yRHMQifLoT57KDI6qHrqxj8-ALtgW9popt6JBtgWTYwS


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

dụng op amp.
+ Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nguyên lí hoạt động và chức năng của các mạch ứng
dụng op amp.
+ Khảo sát, so sánh và đánh giá sự khác nhau giữa thực hành trên LTSpice và tính tốn
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 thơng thạo các thiết bị, dụng cụ đo,
tự tin hơn trong phân tích và đánh giá hiện tượng, tạo tiền đề cho việc thiết kế mạch
sau này.
Phần mềm thí nghiệm: LTspice
Module thí nghiệm: OPAMPLABSN005
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 vng hoặc
Tam giác.
Chọn ít nhất 2 giá trị đầu vào để so sánh sự thay đổi.
1. Mạch khuếch đại đảo:
Sơ đồ mạch:

1


a. 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 với tín hiệu đầu vào Vi.
b. Chức năng: khuếch đại với các thông số đầu vào của RF và Ri:
Các thông số quan trọng: Av=Aad= -RF/Ri.
c. Tính tốn 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=22k => hệ số khuếch đại Av=-1.833; RF=R4=68k => hệ số khuếch đại Av=5.67

2


2. Mạch khuếch đại không đảo:
Sơ đồ mạch:

3


a.

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.

b.

Chức năng:
Khuếch đại tín hiệu đầu vào theo tỉ lệ giá trị của điện trở RG và RF.
Thơng số: AV = 1+RF/RG

c.

Tính tốn lí thuyết:
OPAMP hoạt động ở điều kiện lý tưởng: => V+=V-.
RG=12K

RF = 22K => hệ số khuếch đại Av= 1.83 RF = 68K => hệ số khuếch đại Av= 5.6

3. Mạch cộng điện áp:

Sơ đồ mạch:

Tương tự như mạch khuếch đại đảo nhưng mạch này khuếch đại tổng của hai nguồn
4


tính hiệu đi vào cho ra Vo lớn hơn Vi và ngược pha Vi.
a.

Chức năng:
Khuếch đại tổng điện áp đầu vào theo tỉ lệ của Ri1, Ri2 và RF.s
Thông số quan trọng: Av= -RF/Ri.

b.

Tính tốn lý thuyết:
Vo1= -V2 x RF/Ri2 Vo2 = -V1 x RF/Ri1
=> Av= -RF/Ri ( Ri2 = Ri1 = 12k ). RF= 22K => Av = -1.83
RF= 12K => Av= -1

4. Mạch trừ điện áp:
Sơ đồ mạch:

5

a.

Nguyên lí hoạt động:
OPAMP được phân cực bởi nguồn tín hiệu DC. Tín hiệu V2 đi vào chân (-) của
OPAMP. Tín hiệu V1 đi vào chân (+) của OPAMP tạo ra Vo là khuếch đại của hai tín
hiệu V2 và V1.

b.

Chức Năng:
Khuếch đại độ lệch của hai tín hiệu vào.
Thơng số quan trọng: Av= RF/Ri

c.

Tính tốn lí thuyết: Tín hiệu ngõ ra cùng pha ngõ vào và dịch xuống trục hoành 1 đoạn

bằng Av.V2 với: Av= RF/Ri ( Ri1=Ri2=12k )
RF= 68k => Av= 5.67 ; RF= 12k => Av= -1

5. Mạch Trigger Smith:

6


a.

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
b.

Chức năng:
Tương tự như mạch so sánh ở trigger Smith, ngồi ra cịn tạo ra thêm khoảng
điện áp ( VL;VH ) mà tại đó ngõ ra giữ nguyên mức của nó.

c.

Thơng số quan trọng : Vsat- = Vsat+.

d.

Tính tốn lí thuyết:
VH= (Vsat+) x [ RG/(RG+RF )]
VL= (Vsat-) x [RG/(RG+RF)]

7


6. Mạch tạo sóng vng và sóng tam giác:
Sơ đồ mạch :

a.

Nguyên lí hoạt động:
Gồm hai bộ op-amp mắc nối tiếp :
+ 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 khơng 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.
8


Điện áp ra bằng tích phân điện áp vào, tỉ lệ nghịch với hằng số thời gian 𝜏
t

VO 2  

b.

1
. VO1dt ;   RC là hằng số thời gian .
RC 0

Chức năng:
Tạo ra sóng vng và song tam giác thông qua việc chuyển đổi giữa chúng.

c.

Thông số quan trọng: Vsat-=Vsat+

d.

Tính tốn lý thuyết:
Tương tự như mạch trigger Smith.

9

III. Các kết quả thí nghiệm và phân tích, tính toán:
1.

Mạch khuếch đại đảo:

TH1 : chọn RF = R5 = 22 K 𝜴
Cho Vi = 0 (V) ở chế độ DC ta có Vip xấp xỉ 5.46.
Nên để ngõ ra khơng bị méo dạng thì ta chọn Vin thuộc khoảng (-5.46;5.46)

10


Theo mơ phỏng với Vi là 5v thì

Vout có biên độ xấp xỉ -9.51 V
TH2 : chọn RF = R4 = 68 K 𝜴
Cho Vi = 0 (V) ở chế độ DC ta có Vip xấp xỉ 1.9.
Nên để ngõ ra khơng bị méo dạng thì ta chọn Vin thuộc khoảng (-1.9;1.9)

11


12


Theo mơ phỏng với Vi là 1v thì

Vout có biên độ xấp xỉ -5.6 V

Xử lí số liệu:
Vo/Vi=Av=-RF/Ri với RF=22K thì Av =-1.83 với RF=68K thì Av =-5.67
Thực hành trên LT spice:
+lần đo thứ 1: RF=22k thì Av=-Vo/Vi= - 9.51/5 = -1.9
+lần đo thứ 2: RF=68K thì Av=-Vo/Vi= -5.6/1 = -5.6
=> Kết luận:
- Sai số giữa lí thuyết và thực hành khơng q lớn, chứng tỏ thí nghiệm kiểm chứng
đúng tính chất của mạch.
-Dạng sóng của ngõ vào và ngõ ra ngược nhau.
13


2.

Mạch khuếch đại không đảo:

TH1 : chọn RF = R5 = 22 K 𝜴
Cho Vi = 0 (V) ở chế độ DC ta có Vip xấp xỉ 3.63.
Nên để ngõ ra khơng bị méo dạng thì ta chọn Vin thuộc khoảng (-3.63;3.63)

14


Chọn Vi = 3 V

Vout có biên độ xấp xỉ 8.7 V
TH2 : chọn RF = R4 = 68 K 𝜴
Cho Vi = 0 (V) ở chế độ DC ta có Vip xấp xỉ 1.57.
Nên để ngõ ra khơng bị méo dạng thì ta chọn Vin thuộc khoảng (-1.57;1.57)

15


16


Ta mơ phỏng với Vi = 1V

Vout có biên độ xấp xỉ 6.6 V
- Xử lí số liệu: i1=(0-Vi)/Ri i2=(V-Vo)/RF mà i1=i2 => Av = 1+ RF/Ri
với RF=22K thì Av=2.83
với RF=68K thì Av=6.7
- Thực hành trên LT spice:
+lần đo thứ nhất: RF=22K thì Av= 8.7/3=2.9
+lần đo thứ hai: RF=68K thì Av=6.6/1=6.6
17


=> 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.

18


3.

Mạch khuếch đại cộng điện áp:

Chọn Vref = 1V
TH1 : chọn RF = R5 = 22 K 𝜴
Cho Vi = 0 (V) ở chế độ DC ta có Vip xấp xỉ 4,5 .
Nên để ngõ ra không bị méo dạng thì ta chọn Vin thuộc khoảng (-4,5 ; 4.5)

19


Ta mơ phỏng với Vi = 3V

Vout có biên độ xấp xỉ 3.75+1.95 = 5.7 V
với RF=22K thì Vout bị dịch xuống 1 đoạn gần bằng 1.95 và có biên độ gần bằng 5.7
TH2 : chọn RF = R6 = 12K 𝜴
Cho Vi = 0 (V) ở chế độ DC ta có Vip xấp xỉ 12 .
Nên để ngõ ra khơng bị méo dạng thì ta chọn Vin thuộc khoảng (-12 ;12 )

20


Chọn Vi = 3 V

Vout có biên độ xấp xỉ 1.81+1=2.81 V
với RF=12K ( hình 6 ) thì Vout bị dịch xuống 1 đoạn gần bằng 1V và có biên độ gần
bằng 2.81V

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
21


+ 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
=> 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:
Chọn Vref = 1V

TH1 : chọn RF = R5 = 68 K 𝜴
Cho Vi = 0 (V) ở chế độ DC ta có Vip xấp xỉ 4,5 .
Nên để ngõ ra không bị méo dạng thì ta chọn Vin thuộc khoảng (-4,5 ; 4.5)

22


Ta mơ phỏng với Vi = 0.8V

Vout có biên độ xấp xỉ 5.6-2.7 = 2.9 V
với RF=12K thì Vout bị dịch xuống 1 đoạn gần bằng 5.6 và có biên độ gần bằng 2.9
TH2 : chọn RF = R6 = 12K 𝜴
Cho Vi = 0 (V) ở chế độ DC ta có Vip xấp xỉ 11 .

Nên để ngõ ra khơng bị méo dạng thì ta chọn Vin thuộc khoảng (-11 ;11 )

23


Chọn Vi = 0.8 V

Vout có biên độ xấp xỉ 0.92-0.098=0.822 V
với RF=12K thì Vout bị dịch xuống 1 đoạn gần bằng 0.92V và có biên độ gần bằng
0.822V

Xử lí số liệu:
Vo= RF/Ri x (Vi-VREF)
hệ số khuếch đại Av=RF/Ri
với RF=68K => Av=5.67
=> tín hiệu Vo là tín hiệu AC có biên độ 4.536 và độ dịch 5.67
với RF=12K => Av=1
=> tín hiệu Vo là tín hiệu AC có biên độ 0.8 và độ dịch 1
24