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
≠ 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
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
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
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.
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
- 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
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
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.
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.
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
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
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
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
+
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
Copyright: Tài liệu đại học ©