Giáo trình Thực tập điện tử và kỹ thuật số 2 (Phần điện tử): Phần 1 - Vũ Thành Vinh (chủ biên)

Chia sẻ: Minh Vũ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:51

Thêm vào BST

Báo xấu

98
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 cuốn giáo trình "Thực tập điện tử và kỹ thuật số 2 (Phần điện tử)" giới thiệu tới người học các nội dung: Bài 7 - Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AMP)/1, bài 8 - Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AMP./2). Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Thực tập điện tử và kỹ thuật số 2 (Phần điện tử): Phần 1 - Vũ Thành Vinh (chủ biên)

BỘ■ GIÁO DỤC ■ VÀ Đ À O TẠO ■ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN T ìiS . v ữ T H À N H V IN H (C H Ủ B IÊ 1S D K S . V Ũ M Ạ N H T H ỊN H KS. NGUYÊN V Ă N TH A N G KS. V Ũ SƠN H O À N < H á O m lN H THỰẼ TẬP BIỆN TỬ VÀ KỸ THUẬT SỐ 2 (P h ầ n đ iện tử) ÌUYÊN L IỆ U m = 7 NHÀ XUẤT BẢN K H O A HỌC VÀ KỸ THUÂT
B ộ• GIÁO DỤC • VÀ ĐÀO TẠO • ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ------- 0 O0 ------- ThS. Vũ Thành Vinh (Chủ biên) K Sẻ Vũ M ạnh Thịnh KS. Nguyễn Văn Thắng K Sế Vu Sơn Hoàn GIÁO TRÌNH THựC • TẬP • ĐIỆN • TỬ VÀ KỸ THUẬT SỐ 2 (PHẢN ĐIỆN TỬ) \—H 7 NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỲ THUẬT Hà N ộ i-2 0 1 0
M ục lục 3 MỤC LỤC BÀI 7ể B ộ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN ( OP.AMP) /1 ............7 A. THIẾT BỊ S Ử D Ự N G ................................................................... 7 B. CÁC BÀI THỤC T Ậ P .................................................................. 7 I. CÁC ĐẶC TRUNG CỦA KHƯÊCH ĐẠI THUẬT TOÁN .......................................................................................7 II. BỘ LẶP LẠI TH Ế................................................................ 16 III. KHUẾCH ĐẠI ĐẢO VÀ KHÔNG Đ Ả O .................... 18 IV. BỘ TẠO TH Ế CHUẨN Ổ n Đ ỊN H ..................................23 V. BỘ LẤY TỔNG ĐẠI s ố TÍN HIỆU TƯƠNG T ự ........26 VIỔBỘ KHUẾCH ĐẠI VI S A I ............................................... 32 BÀI 8. B ộ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP.AMP./2)........... 35 A. THIẾT BỊ S Ử D Ụ N G ................................................................. 35 B. CÁC BÀI THỰC T Ậ P................................................................ 35 I. BỘ SO SÁNH ...................................................................... 35 II. TRIGGER S C H M IT T .........................................................38 III. BỘ TÍCH P H Â N ..................................................................41 IV. BỘ VI P H Â N ...................................................................... 45 V. BỘ BIẾN ĐỔI LOGARIT..................................................47 VI. BỘ BIẾN ĐỔI HÀM M Ũ ..................................................50 Giáo trình thực tập điện tử 2 Bộ môn Điện tử Viễn thông
4 M ục lục BÀI 9. BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP.AMP /3 )............ 53 A. THIẾT BỊ SỬ DỤ NG.................................................................. 53 B. CÁC BÀI THỰC TẬP................................................................. 53 Iế ĐƠN H À I................................................................................53 II. MÁY PHÁT XUNG VUÔNG G Ó C..................................57 III. MÁY PHÁT XUNG TốN G H Ợ P ..................................... 60 IV. S ơ ĐỒ XƯNG TRÊN IC555 ............................................. 63 BÀI 11. S ơ ĐỔ ỔN THÊ......................................................................69 A. THIẾT BỊ s ủ D Ụ N G ................................................................. 69 B. CÁC BÀI THỰC TẬP................................................................. 69 I. S ơ ĐỒ ỔN THẾ ZEN ER...................................................70 II. BỘ ỔN THẾ CÔNG SUẤT ĐƠN G IẢ N ........................73 III. S ơ ĐỒ ỔN THẾ TRANZITOR .......................................75 IV. S ơ ĐỒ ỔN THẾ TRÊN IC KHƯÊCH ĐẠI .................. 78 V. S ơ ĐỒ ỔN ÁP SỬDỤNG IC CHUYÊN DỤNG (REGULATOR)....................................................................81 BÀI 12. S ơ ĐỔ CHUYỂN MẠCH TƯƠNG T ự (ANALOG SWITCH)................................................................................................ 85 A. THIẾT BỊ S Ử D Ụ N G ............................................................... 85 B. CÁC BÀI THỰC T Ậ P .............................................................. 85 I. BỘ CHUYỂN MẠCH TƯƠNG T ự R IÊ N G R Ẽ ........... 85 II. BỘ KHUẾCH ĐẠI CÓ HỆ s ố KHUẾCH ĐẠI THAY Đ Ổ I ............................................................................ 88 III. BỘ CHUYỂN MẠCH TƯƠNG T ự 8 1 VÓI ĐIỀU KHIỂN SỐ THEO MẢ NHỊ P H Â N 91 Giáo trình thực tập diện t ử 2 Bộ môn Điện tửV iễn thõng
M ục lục 5 BÀI 14. B ộ BIỂN ĐỔI TƯƠNG T ự - s ố (ADC)......................... 95 A. THIẾT BỊ S Ử D Ụ N G ................................................................. 95 B. CÁC BÀI THÍ NGHIỆM ............................................................95 Nhiệm v ụ ....................................................................................... 95 Nguyên lý hoạt đ ộ n g ...................................................................95 Các bước thực h iệ n ...................................................................... 97 BÀI 19. S ơ ĐỒ BIẾN ĐỔI TẦN s ố - ĐIỆN THÊ VÀ ĐIỆN THẾ TẨN SỐ (F TO V AND V TO F CONVERTER).........................101 A. THIẾT BỊ S Ử D Ụ N G ............................... :.............................101 B. CÁC BÀI THÍ N G H IỆ M ........................................................ 101 I. BỘ BIẾN ĐỔI TẦN SỐ - ĐIỆN THẾ (FVC)..............101 II. BỘ BIẾN ĐỔI SỐ THẾ - TAN s ố (V F C )................... 107 Giáo trình thực tập điện tử 2 Bộ môn Điện tử Viễn thông
Bài 7: Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AM P)/! 7 BÀI 7. BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP.AMP)/l 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 ký, dây nối và đồng hồ đo. B. CÁC BÀI THỰC TẬP I. CÁC ĐẶC TRUNG CỦA KHUÊCH ĐẠI THUẬT TOÁN (hình A 7-la) 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: K. Giáo trình thực tập K ỹ thuật điện từ II Bộ môn Điện từ - Viên thông
8 Bài 7: Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AXÍP)/] Theo tính toán lý thuyết dựa trên một bộ khuếch đại thuật toán lý tường 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 lỏi ra V' + V' UR= . Như vậy. nếu V* = V thì ta có: UR = 0. Tuy 2 nhiên, với một bộ khuếch đại thực thì ta có UR = AUr * 0 . Nguyên nhân là do công nghệ chê tạo (tản mạn các tham sô cùa linh kiện trong mạch khuếch đại vi sai cúa mạch khuếch đại thuật toán đặc biệt là các ,tranzitor). Sự tồn tại AUR * 0 khi chưa có tín hiệu vào sẽ gây ra sự lệch khỏi toạ độ (0. 0) ớ các bộ khuếch đại thế và dòng một chiều. Nếu AUr lớn sẽ làm cho bộ khuếch đại trớ nên phi tuyến khi dùng để khuếch đại các tín hiệu xoay chiều. Ta có thể làm cho AUR = 0 bằng cách thêm vào lối vào (+) hoặc (-) một lượng thế AUViĩl) ãm hoặc dương tuỳ theo độ lệch AUr là âm hoặc dương. Đại lượng AU,a„ này được gọi là thế OFFSET. Thế này được xác định như sau: U o K F S E T U a ..p = (rd / K ^ ở đây: UOFFSFT(Vd,„ = AL\„„ , UOFFSET (ral = AUr. Như vậy, chúng ta phai đo AUr sau đó chia cho K,,. Đo đặc trưng biẻn độ và đặc trưng tần sô của bộ khuếch đại thuật toán: • Đặc trưng bién độ: là môi liên hệ giữa thế ra và độ lệch thế giữa hai lối vào của bộ khuếch đại thuật toán: Giáo trình thực tập Kỹ thuật điện tư II Bộ môn Điện tư - Viên thông
Bài 7: Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AMP)/! 9 Đặc trưng (1) là đặc trưng thực đã chinh OFFSET. Đặc trưng (2) và (3) là đặc trưng thực chưa được chinh OFFSET. Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp: = u r- u N( i w rvj với hệ số khuếch đại K 0 > 0. Do đó, điện áp ra: Ura= K„.Uj = K„.(Up - UN) đây chính là UOFFSEXra. Giáo trình thực tập Kỳ thuật điện từ II Bộ môn Điện từ - Viên thông
10 Bài 7: Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AXÍP)/! • Đặc trư/lí; tần sô của bộ khuếch đụi thuật toán: Khi thay đối tần sô tín hiệu thì hệ sô khuếch đại sẽ bị thay đổi, đổng thời dạng tín hiệu cũng bị sai lệch do sự khuếch đại không đều ớ các tần sô khác nhau. Như vậy, ta sẽ có đặc trưng cúa hệ số khuếch đại và tần sô' tín hiệu. Khi f > flllJX thì hệ sô khuếch dại giảm khi tăng tần số. Do đó. dải tần số làm việc của bộ khuếch đại thuật toán Af = fmax - 0 trong đó. giá trị fmjv tương ứng với giá trị của hệ số khuếch đại K = 0.9K,,. • Đo diện trớ vào và ra cùa bộ khuếch đại thuật toán: Bộ khuếch đại thuật toán có và Rril. Nếu RNil, không đú lớn sẽ gãy hiện tượng tiêu hao công suất nguồn tín hiệu vào. Nếu Rra không đú nhó sẽ tiêu hao vô ích công suất tín hiệu ra. Trong sơ đồ thí nghiệm ta mắc thèm điện trớ Ri = lOOkQ để xác định Rvà(, một cách chính xác. Với bộ khuếch đại thuật toán lý tường thì trờ kháng vào: Rviu= 00 và trờ kháng ra R rj = 0 . Giáo trình thực tập Kỳ thuật điện tứ II Bộ môn Điện từ - Viên thông
Bùi 7; Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AMP)/! 11 Các bước thực hiện: /. Cấp nguồn ±12V cho sơ đồ hình A 7 -I. C hú ý cắm đúng phàn cực của nguồn Hìnlì A 7 -la . T h í nghiệm về đặc trưng Op.Amp. 2. Đo thé O F F S E T của bộ khuếch đại thuật toán (hình A 7 -lb ) Nối các chốt 1+ và I- với K và L. đê nổi cả hai lối vào đảo và không đảo cùa bộ khuếch đại thuật toán xuône đất. Bật điện và đo thế lối ra Uil|lscl(ra). Tính giá trị Ưollscl(vào) = U„líscl(rd)/K), K(l là hệ số khuếch đại hở cúa bộ khuếch đại thuật toán K,, (IC741) cỡ 2.10\ Giáo trình thực tập K ỹ thuật điện tư ỊỊ Bộ môn Điện tư - Viên thông
12 Bài 7; Bộ khuếch đại thuật toán (OP AM P//I Hình A7-lb. Sư đồ đo thếOFFSET cùa hộ khuếch đại thuật toán. 3. Đo đặc trưng biên đọ cùa bộ khuếch đại thuật toán (hình A7-ỈC) - Giữ [- với K, nòi [+ với H đê cấp thế từ P1 vào lôi vào không đảo. - Vận biến trớ P1 quanh giá trị ov đo các giá trị điện thế vào và ra. Ghi kết quá vào báng A7-1. Bảng A7-1 u vào (H) - - 0 + + + u ra (C) - Lập đồ thị sự phụ thuộc thè ra trục Y và thế vào trục X. - Xác định giá trị điện thè ra cực đại và cực tiểu cùa IC. Tính số % giá trị này so với nguồn. - Căn cứ độ dốc đồ thị, xác định hệ sô khuếch đại hớ cua bộ khuếch đại thuật toán. Giáo trình thực tập Ky thuật điện tư II Bộ môn Điện tư - Viên thông
Bùi 7; Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AMP)/! 13 4- Hình A7-ỈC. Sơ đồ đo đặc trưng biên độ cúa bộ khuếch đại thuật toán. 4. Đo đặc trưng tần sô của bộ khuếch đại thuật toán (hình A 7 -ld ) - Sử dụng máy phát tín hiệu ngoài. Nối máy phát này tới lối vào IN/A cùa mạch A7-1. - Nối I + với F. G với L để đưa tín hiệu vào lối vào + cùa bộ khuếch đại thuật toán. - Nối I- với o để tạo bộ lặp lại thế. - Dùns dao động ký để đo tín hiệu vào tại IN/A và ra tại OUT/C. Ghi kết quả đo được vào bảng A7-2. Giáo trình thực tập Kỹ thuật điện tư II Bộ môn Điện tư - Viên thông
14 Bùi 7 : Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AMPị/Ị Báng A7-2 100Hz 1kHz 10kHz 100kHz 300kHz 500kHz 6()0kHz LU, ƯH K= t'ryuvào - Lập đồ thị sự phụ thuộc hệ số K (trục Y ) theo tán sô tín hiệu (trục X). Xác định khoáng tần sô làm việc cùa sơ đồ khuếch đại thuật toán. Hình A7-Icl. Sơ đồ đo đặc trưng tần sô cùa bộ khuếch đại thuật toán. 5. Đo điện trở vào R, của bộ khuếch đại thuật toán (hình A 7 -le ) - Nôi máy phát xung của thiết bị ATS-1 IN tới lối vào IN/A (máy phát đặt ớ chê độ phát xung vuông góc. biên độ 4V tần sỏ 1kHz). Giáo trình thực tập Ky thuật điện tư II Bộ môn Điện tư - Viên thông
Bài 7: Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AMP)/! 15 - Nối F với G để cấp tín hiệu từ máy phát qua R3 vào IC1. Điện trớ R3 khi đó được mắc nối tiếp với điện trở R, của bộ khuếch đại thuật toán. - Nối I- với ‘O ’. Dùns dao động ký để đo biên độ tín hiệu u„ tại IN/A và đo biên độ tín hiệu tại I+. Bỏ qua điện trờ nội của máy phát tính điện trớ vào của IC1 theo công thức: R, = (R3.Ư,)/(U,r u,) + Hình A7-ÌC. Sơ đổ đo điện trớ vào cùa bộ khuếch đại thuật toán. 6. Đo điện trở ra R(, của bộ kliuéclĩ đại thuật toán (hình A7-lf) I Nối máy phát tới lối vào IN/A của mạch A7 -1. Nối 1+ với F, G với L và I- với o . - Dùng dao động ký đế đo tín hiệu tại IN/A và OUT/C. Đo biên độ ra khi khône nối J l: u „ v à khi có nối J l: u,„. Giả thiết là điện trở vào của dao động ký là rất lớn so với điện trở ra của IC1 tính điện trớ ra theo công thức: R„ = (Ư„R4/U0l) - R4 Giáo trình thực tập Kỹ thuật điện tư II Bộ món Điện tư - Viên thông
16 Bài 7: Bộ khuếch đụi thuật toán f()P .A \ÍP )/l II. BỘ LẶP LẠI THẾ Nhiệm vụ: Sinh viên tìm hiếu nguyên tắc sư dụng bộ khuếch đại thuật toán để lập lại thế. Nguyên tác hoạt động: Sơ đồ mạch thí nghiệm đã sứ dụng bộ khuếch đại thuật toán lặp lại thế. Thế đầu ra được phán hồi về đầu vào đảo. Như vậy. nếu ta điều chinh điện áp ờ đầu vào không đáo ta sẽ có điện áp ra sẽ phu thuộc (đi theo điện áp vào). Mạch khuêch đại thuật toán có trớ kháng vào lớn và trờ kháng ra nhỏ do đó thích hợp cho khuêch đại còng suất nguồn tín hiệu. Như vậy, có thể đạt được hệ sỏ khuẻch đại cõng suất xác định. Mạch lặp lại điện áp được dùng ớ những nơi nào cần cách điện giữa nguồn và tái và nơi nào phải duy trì mức chính xác cúa điện áp ban đầu. Các bước thực hiện: 1. Cấp nguồn ±12V cho sơ đồ A7-1. Giáo trình thực tập Kỹ thuật điện tư II Bộ môn Điện từ - Viên thông
Bài 7; Bộ khuếch đụi thuật toán (OP.AMP)/! 17 2Ỗ Nối IC1 theo sơ đồ lặp thế A7-lg. - Nối chốt I- với o . - Nối chốt 1+ với E đế cấp điện thế từ biến trở P2 cho lối vào + cúa IC1. Hình A7-Ig. Sơ đồ hộ lặp lại thế trên bộ khuếch đại thuật toán. 3. Vận biến trờ P2 từ giá trị thấp đến cao. Đo và ghi aiá trị điện thế vào và ra vào bảng A7-3. Bàns A7-3 UV,„(E) Ưra(C) 4. Lập đổ thị sự phụ thuộc thế ra (trục Y ) và thè vào (trục X). 5. Xác định độ lệch cực đại cùa đườna đặc trưng thu được so với đường thẩng (tuyên tính), định khoáns làm việc tuyến tính cho đồ sơ đổ. Giáo trình thực tập Kỳ thuật điện tư II Bộ môn Điện tư - ì 'iên thông
18 Bùi 7/ Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AM P)/! 6. Nêu ưu nhược điếm của bộ lặp lại thê trên Op.Amp so với bộ chia thế dùng biến trở. III. KHUẾCH ĐẠI ĐẢO VÀ KHÔNG ĐẢO Nhiệm vụ: Tìm hiểu nguyên tắc sứ dụng bộ khuếch đại thuật toán đê khuếch đại đảo và không đảo phân cực tín hiệu. Nguyên lý hoạt động: - Bộ khuếch đại đáo: Khi nối J2 thì sơ đồ trên tương đương: R Bộ khuêch đại đảo trên có thực hiện hổi tiếp điện áp âm song song điện áp qua R. Tín hiệu vào qua R 1 đặt vào đầu đáo cíia OA. Nếu coi OA là lý tướng thì điện trở vào cùa 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: U v-U o U o-U r ~RĨ ~ R Giáo trình thực tập Kỹ thuật điện tứ II Bộ môn Điện từ - Viên thông
Bài 7: Bộ khuếch đại thuậi toán (OP.AMP)/! 19 Khi K —> 00, điện áp đầu vào Uo = Ưr/K —> 0 (điện trớ R 2 làm cho điện áp lệch không Uo nhỏ). Uv/Rl = - Ur/R 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 hổi tiếp âm song song được xác định bằng tham số cùa các phần tứ thụ động trong sơ đồ: Kd = Ur/Uv = - R /R 1 - Bộ khuếch đại klìông đáo: Nối J 1: Ta có sơ đồ bộ khuếch đại không đảo. Bộ khuếch đại không đảo gồm có mạch hồi tiếp điện áp âm đặt vào đầu đào còn tín hiệu đặt vào đầu không đảo cùa OA. Vì điện áp đặt vào đầu vào OA = 0 (Uo = 0) nên quan hệ Ưv và Ur xác định bới: ^ ht A /V v ------ A /VV RI Ur Uv Tín hiệu ra đổng pha với tín hiệu vào. •1-----"...... . c Giáo trình thực tập Kỳ thuật điện từ II Bộ món Điện tư - Viên thông
20 Bài 7: Bộ khuếch đại thuật toán (O P.AM Pi/ỉ Hệ sô khuếch đại không đảo có dạng: Ur Rht + Ra Rht Kk= —- = — —----- = 1 + Uv Ra Ra trong đó: Ra = R1/R2 Điện trớ vào cúa bộ khuếch đại không đảo bàng điện trớ vào cúa bộ khuếch đại đáo và khá lớn còn điện trò ra R r —>0. Các bước thực hiện: 1. Cấp nguồn ±12V cho máng sơ đồ A7-3. Chú V cắm đúng phân cực cho nguồn. 2. Nòi máy phát FUNCTION GENERATOR tới lôi vào IN/A (máv phát đế à chế độ phát xung vuông góc). Tần sỏ 1kHz. biên độ lOOmV. 3. Dùng dao động ký đế quan sát tín hiệu tại IN/A và OUT/C. 4. Với khuếch đại không đáo: - Nối J l, J3 (hình A7-3a) đế đua tín hiệu vào lối vào + cùa IC1 và nôi đất cho đầu còn lại cứa điện trớ R 1. - Thay đổi biên độ tín hiệu lối vào (Ux:,„) theo báng A7-4. quan sát dạng và đo tín hiệu lôi ra ( U j ghi kết quá vào báng A7-4 và tính hệ số khuêch đại K J = U,.a/U,-„ cho mối trường hợp biên độ vàoễ - Tính các giá trị K„ = R 3/R 1 = .........; K l2 = R 4/R 1 = ......... K „= R5/R1 = ......... ; K,4= R6/R1 = ......... Giáo trình thực tập Kỹ thuật điện tư II Bộ môn Điện tư - l 'iên (hỏng,
Bài 7; Bộ khuếch đại thuật toán (OP.AMP)/! 21 Hình A7-3a. Sơ đồ khuếch đại không đảo. Bàng A7-4 u„,„ lOOmV 200mV 300mV 400mV 500mV Dạng tín hiệu ra 1 Phàn cực tín hiệu ra Ị Un (nối K - K 1) ‘ 1 Kj|= u,,ẽ/ u _ u ra (nòi K - K2) Kj;= u , , / u _ u ra (nối K - K3) 1 Kd-= Urj (nối K - K4) K . u,„/u,., - Giáo trình thực tập Kỹ thuật điện tư II Bộ môn Điện tư - ỉ 'iên thông