Báo cáo thí nghiệm mạch điện tử bài 3 khảo sát các mạch ứng dụng dùng OPAMP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN
TỬ NĂM HỌC 2020 –
2021

-------*-------

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MẠCH ĐIỆN TỬ
BÀI 3
Khảo sát các mạch ứng dụng dùng OPAMP

GVHD: Nguyễn Thanh Phương
Lớp L07 - Nhóm 10
SV thực hiện:

Trang 1 / 25


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 dung
opamp.
+ Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về nguyên lí hoạt động và chức năng của các mạch ứng
dụng opamp.
+ 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 hươn trong phân tích và đánh giá hiện tượng, tạo tiền đề cho việc thiết kế
mạch sau này.
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:
1. Sơ đồ mạch:

b.

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 vơi tín hiệu đầu vào Vi.
c.

Chức năng: khuếch đại với các thông số đầu vào của RF và Ri:

d.

Các thơng số quan trọng: Av=Aad= -RF/Ri.

e.

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=12k => hệ số khuếch đại Av=-18.33
RF=R4=68k => hệ số khuếch đại Av=-5.67


f.

Sơ đồ nối dây trên
LTspice:

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

b. 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.
c. Chức năng:

- Khuếch đại tín hiệu đầu vào theo tỉ lệ giá trị của điện trở RG và RF.
d. Thông số: AV = 1+RF/RG
e. 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= 5.67
f. Sơ đồ nối dây trên LTspice:


Chú thích

3.

Mạch cộng điện áp:
a. Sơ đồ mạch:

Chú thích

- Tương tự như mạch khuếch đại đảo nhưng mạch này khuếch đại tổng của hai
nguồn tính hiệu đi vào cho ra Vo lớn hơn Vi và ngược pha Vi.
c. Chức năng:
- Khuếch đại tổng điện áp đầu vào theo tỉ lệ của Ri1, Ri2 và RF.
d. Thông số quan trọng: Av= -RF/Ri.
e. 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
f. Sơ đồ nối dây trên LTspice:

4.

Mạch trừ điện áp:
a. Sơ đồ mạch:

b. 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.


c. Chức Năng:


- Khuếch đại độ lệch của hai tín hiệu vào.
d. thơng số quan trọng: Av= RF/Ri
e. 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
f. Sơ đồ nối dây trên LTspice:

5.

Mạch Trigger Smith:
a. Sơ đồ mạch:

b. Nguyên lí hoạt động:
- Cấp tín hiệu Vi vào chân (-) của mạch, khi tín hiệu Vi vượt q 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 VLc. 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.
d. Thơng số quan trọng : Vsat- = Vsat+.
e. Tính tốn lí thuyết:
- VH= (Vsat+) x ( RG/RG+RF )
- VL= (Vsat-) x (RG/RG+RF)
f. Sơ đồ nối dây trên LTspice:


sơ đồ nối dây mạch trigger
smith

6.

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

Chú thích

b. Ngun lí hoạt động:
- Mạch gồm hai thành phần là mạch trigger Smith và mạch tích phân. Khi đó ngõ ra
của mạch tích phân là sóng tam giác đồng thời cũng là ngõ vào của mạch trigger
Smith.
c. Chức năng: Tạo ra sóng vng và song tam giác thông qua việc chuyển
đổi


giữa chúng.
d. Thông số quan trọng: Vsat-=Vsat+


e. Tính tốn lý thuyết:
- Tương tự như mạch trigger Smith.
f. Sơ đồ nối dây trên LTspice:

Chú thích


III.

Các kết quả thí nghiệm và phân tích, tính tốn:

1. Mạch khuếch đại đảo:

Lần đo

giá trị RF

giá trị Vi

Giá trị Vout

độ khuếch đại
Av

Dạng sóng đo
được

Lần
1

22k

5

9.1

-1.82

Hình 1

Lần
2

68k

1.7

8.8

-5.18

Hình 2

Vout

hình 1

Vi


Vout

Vi

hình 2

- 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=-1.82
+lần đo thứ 2: RF=68K thì Av=-Vo/Vi=-5.18
=> 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.

2. Mạch khuếch đại không đảo:

Lần đo

giá trị RF

giá trị Vi

Giá trị Vout

độ khuếch đại
Av

Dạng sóng đo
được

Lần
1

22k

3.5

9.96

2.85

Hình 3

Lần
2

68k

1.5

10.06

6.71

Hình 4

Hình 3


hình 4

- Xử lí số liệu:
i1=(0Vi)/Ri
i2=(VVo)/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=2.85
+lần đo thứ hai: RF=68K thì Av=6.71
=> 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.


3. Mạch khuếch đại cộng điện áp:

Lần đo

giá trị RF

giá trị Vi

Giá trị VREF

Giá trị Vout

Độ dời

Dạng sóng
đo được

Lần
1

22k

3

1

3.48

-2.1

Hình 5

Lần
2

12k

3

1

1.77

1.05

Hình 6

hình 5


hình 6

- 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
+ 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
- Thực hành:
với RF=22K ( hình 5 ) thì Vout bị dịch xuống 1 đoạn gần bằng 2.1 và có biên độ gần
bằng 5.7 với RF=12K ( hình 6 ) thì Vout bị dịch xuống 1 đoạn gần bằng 1.05 và có
biên độ gần bằng 2.95
=> 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:
Lần đo

giá trị RF

giá trị Vi

Giá trị VREF

Giá trị Vout

Độ dời

Dạng sóng
đo được

Lần
1

68k

0.8

1

-1

5.8

Hình 7

Lần
2

12k

0.8

1

0.39

0.9521

Hình 8


Hình 7