›
›

Giáo trình Thực hành IC tuyến tính

pdf 41 trang ngocly 2520
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thực hành IC tuyến tính", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_thuc_hanh_ic_tuyen_tinh.pdf

Nội dung text: Giáo trình Thực hành IC tuyến tính

  1. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM THIẾT BỊ CHÍNH CHO CÁC BÀI THỰC HA ØNH I. Thiết bị chính bao gồm các chức năng • Nguồn DC ±10V, ±15V • Các biến trở • Các mô hình mạch chưa hoàn chỉnh • Khối tạo xung II. Đặc trưng và chức năng của thiết bị • Nguồn DC: được dùng để làm nguồn cấp cho mạch hoạt động, hoặc nó có thể kết hợp với biến trở làm nguồn DC thay đổi. • Biến trở: được sử dụng trong mạch hoặc dùng làm nguồn DC thay đổi. • Các mô hình mạch chưa hoàn chỉnh được vẽ sẳn trên thiết bị chính để cho SV hoàn thiện mạch. • Khối tạo xung phục vụ cho bài ADC, mạch vi /tích phân. III. Yêu cầu SV Sinh viên tham gia thực hành phải có đầy đủ dụng cụ phục vụ bài thực hành đó. Sinh viên được chia làm nhiều nhóm, mỗi nhóm từ 3 4 người. Mỗi nhóm phải viết vào 1 tờ báo cáo kết quả và cuối giờ nộp lại cho GVHD. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 1
  2. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM BÀI 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI DÙNG BJT I/ Thiết bị sử dụng: Modul chính VOM Dây nối (đồng) II/ Mạch khuếch đại vi sai đơn giản: VB= +15V Ic Ic R1 R2 V V 10K 10K Ib Ib Q1 Q2 V o1 Vo2 Ie Ie V in1 V in2 0V 0V 0V 0V R3 10K - 15V * Giả sử cả hai tín hiệu ngõ vào V in1 và V in2 nối đất(V in1 =V in2 =0V), dòng điện I B V và I C đều qua transistor. Giả định cả hai transistor đều giống nhau có γγγ = V, βββ = . Khi trasnsistor dẫn V BE =0.6V. Do đó V E=0-0.6=-0.6V V V − − Dòng điện I = = E = =1.44 mA 3 R R Ta có I 3=I E1 +I E2 (hai trasistor giống nhau) I IE1 =I E2 = =0.72 mA. βββ IC1 =I C2 = . I E1 =0.71mA βββ + Điện áp ngõ ra: VO1 =V O2 =V B-IC1 .R 1=15-7.1=7.9V Giáo trình thực hành IC tuyến tính 2
  3. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM * Giả sử trong hai tín hiệu ngõ vào có: V in1 =0V, V in2 =0.1V. Trong hai trasnsistor sẽ có 1 tắt và 1 dẫn (Sinh viên tự tìm hiểu ). Kết quả T 1 tắt, T 2 dẫn. Khi T 1 tắt sẽ không có hoặc dòng điện rĩ qua T 1. Lúc đó V O1 ≅VB còn V O2 sẽ giảm vì lúc này I C2 =I E3 . Thực hành: Vcc - 10V +10V VB= +15V R1 R2 10K 10K 10K 100 Q1 Q2 V o1 Vo2 V in1 V in2 0V 0V 0V 0V R3 10K - 15V 1/ Ráp mạch như hình trên. Cho V in2 =0V. Chỉnh biến trở để thay đổi các giá trị của V in1 . Dùng VOM đo V O1 và VO2 và ghi vào bảng kết quả: Vin1 (V) -0.15 - -0.05 -0.03 -0.01 0 0.01 0.03 0.05 0.1 0.15 0.1 VO1 (V) VO2 (V) a.Tai sao phải mắc điện trở nối tiếp với biến trở. Nếu ta mắc V in1 với biến trở 10K thì điều gì sẽ xảy ra? b. Anh chị hãy vẽ đồ thị V O1 =f1(V in1 ) và V O2 =f2(V in2 ). c. Nhận xét đồ thị và giải thích? Giáo trình thực hành IC tuyến tính 3
  4. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM VO1 , VO2 (V) Vin 2/ Cho mạch như hình trên nhưng nối V in1 và V in2 với nhau và nối trực tiếp vào biến trở. Dùng VOM đo V O1 và V O2 và ghi vào bảng kết quả: Vin1=Vin2(V ) VO1 (V) VO2 (V) a.Tai sao không cần mắc điện trở nối tiếp với biến trở. Nếu ta mắc V in1 với biến trở 10K thì điều gì sẽ xảy ra? b. Anh chị hãy vẽ đồ thị V O1 =f1(V in1 ) và V O2 =f2(V in2 ). c. Nhận xét đồ thị và giải thích? VO1 , VO2 (V) Vin Giáo trình thực hành IC tuyến tính 4
  5. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM III. Mạch khuếch đại vi sai nguồn dòng không đổi: VB= +15V 1 1 R1 R2 10K 10K 2 2 Q1 Q2 V V Iin = const R3 +10V 1 2 Q3 10K 1 1 R4 R5 1K 1K 2 2 Constant Current Source - 15V Cũng giống như mạch khuếch đại vi sai đơn giản nhưng mạch khuếch đại vi sai nguồn dòng không đổi có một khối tạo nguồn dòng không đổi. Hình trên cho thấy khối nét đứt tạo ra dòng không đổi Iin. Do dòng điện qua cực B của Q 3 nhỏ không đáng kể nên dòng điện I chảy từ nguồn +10V qua R 3, R 4 xuống nguồn –15 là: − − I= =2.27mA K +K VB3 =10-I.R 3 =10-2.27.10 =-12.7 VE3 =V B3 -0.6 =-13.3 V − − I = E =1.7 E3 R βββ Iin = . I E3 =1.67 βββ + Vậy khối nét đứt luôn tạo ra nguồn dòng I in =1.67mA. Thực hành: Giáo trình thực hành IC tuyến tính 5
  6. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM VB= +15V 1 1 R1 R2 10K 10K - 10V +10V Vo1 Vo2 2 2 0V 1 Q1 Q2 1K V 0V 2 R3 +10V 1 2 Q4 10K 1 1 R4 R5 1K 1K 2 2 - 15V 1. Ráp mạch như hình trên. Đo V 02 và ghi vào bảng kết quả: Vin1=Vin2(V) -10 -6 -2 0 2 6 8 10 Vo2(V) a. Nhận xét kết quả đo được với lý thuyết b. Vẽ đồ thị Vo2=f(Vin). 2. Giả sử mạch trên cho V in2 =0V. Chỉnh biến trở để thay đổi V in1 . Đo V O2 và ghi vào bảng kết quả: Vin1(V) -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 Vo2(V) a. Nhận xét kết qủa đo được. b. Vẽ đồ thị V O2 =f(V in1 ) Giáo trình thực hành IC tuyến tính 6
  7. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM BÀI 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO- MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO I/ Thiết bị sử dụng: Modul chính VOM Dây nối (đồng) II/ Sơ lược về IC 741: 1/ Sơ đồ IC 741: 7 + 15V D1 D2 Q5 Q10 Q13 3 Q1 Q2 2 Non-inverting input Invert input R10 4k5 Q3 Q4 Q11 Q12 R9 C1 39k R8 30pf R11 25 D4 7k5 6 Output Q15 R7 Q8 50 Q16 Q6 Q7 Q9 Q14 Q17 1 5 R1 R2 R3 R4 D3 R5 R6 1k 50k 1k 3k 50k 80 4 Input offset voltage null circuit - 15V - 15V 10k External IC 741 có 8 chân. Trong có ta quan tâm các chân: • Chân 2: ngõ vào đảo • Chân 3: ngõ vào không đảo Giáo trình thực hành IC tuyến tính 7
  8. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM • Chân 6: ngõ ra • Chân 4: chân cấp nguồn âm –Vcc • Chân 7: chân cấp nguồn dương +Vcc. 2/Tính chất của IC 741: • V+=V - • I+=I -=0 III/ Mạch khuếch đại đảo Ro R in . - in - Vin +V_-V=0 Out +in + Vout V R Ta có Av= out =- o . Mạch khuếch đảo vì hệ số khuếch đại Av<0. Vin R in * Thực hành: 1. Ráp mạch như hình trên. Cho Ri=10K. R1=10K/100K. Ngõ ra Vin mắc vào một biến trở để thay đổi điện áp. Chỉnh biến trở đo Vout và ghi vào bảng kết quả: Vin(V) -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Vo(V) Ro=10K Vo(V) Ro=100K a. Từ bảng kết quả vẽ đồ thị Vo=f(Vin) trong các trường hợp R1=10K và Ro=100K. b. Nhận xét đồ thị và giải thích c. Tại sao với Vin cố định, Av tăng thì Vo tăng đến 1 giá trị xác định. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 8
  9. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM III/ Mạch khuếch đại không đảo Ro Rin - in - +V_-V=0 2 Out . +in + Vout Vin Ta có: V +=V -=V in Vin Vo = R in R in + Ro R + Ro Vo= in Vin R in R + Ro Hệ số khuếch đại Av= in >0 gọi là mạch khuếch đại không đảo. R in Thực hành: Ro 1 2 +10V R in 1 2 - in - 1 R1 2 Out in 10k 1 2 +in + 2 V out 2 V in R2 10k 1 - 10V 1. Ráp mạch như hình trên. Cho R in =R 1=R 2=10K, điện áp V in =6V. Biến trở Ro. Chỉnh biến trở để thay đổi Ro đo Vout và ghi vào bảng giá trị: Ro(k Ω) 0 3 5 8 10 15 20 Vo(V) Av Giáo trình thực hành IC tuyến tính 9
  10. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM a. Từ bảng kết quả vẽ đồ thị Vo=f(Ro). b. Tính Vo theo công thức lý thuyết. Từ đó so sánh với kết quả đo được. Nhận xét. 2. Ráp mạch như trên nhưng biến trở là R 1. V in =-5V, R 2=R in =Ro. Đo Vo và ghi vào bảng kết quả: R1(k Ω) 0 3 5 8 10 15 20 Vo(V) Av a. Từ bảng kết quả vẽ đồ thị Vo=f(R 1). b. Nhận xét đồ thị. 3. Thiết kế mạch khuếch đại Vo=5Vin. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 10
  11. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM BÀI 3: MẠCH CỘNG-MẠCH TRỪ I/ Thiết bị sử dụng: Modul chính VOM Dây nối (đồng) II/ Mạch Cộng: Rin1 R0 . Iin1 10k Iin1+Iin2 10k Rin2 Iin . 10k - in - 2 Out V in1 +in + Vin2 Vout  R R  Vo=- o V + o V   R ín R in   in in  Mạch trên là mạch cộng đảo. Nếu ta nối mạch trên với mạch đảo ta được mạch cộng. +10V Rin1 R0 . 10k 10k 10k +10V Rin2 . 10k 10k - in - in -10V - - 2 4 V in 2 +in + +in + -10V Vin1 Vout  R R  R Vo=  o V + o V   R ín R in  R  in in  Giáo trình thực hành IC tuyến tính 11
  12. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM Một dạng khác nữa của mạch cộng chỉ dùng một Op-amp: R0 10k Rin Iin 10k - in - Rin1 Out Vin1 10k +in + Vin2 Vout Rin2 10k Phần tính toán Vo theo V in1 và V in2 dành cho độc giả * Thực hành: +10V Rin1 R0 . 10k 10k 10k +10V Rin2 . 10k 10k - in - in -10V - - 2 4 V in 2 +in + +in + -10V Vin1 Vout 1. Ráp mạch như hình trên. Đo V out và ghi vào bảng kết quả: Vin1(V) 0 2 4 6 8 10 Vo(V) Với V in2 =2V Vo(V) Với V in2 =-3V a. Từ bảng kết quả vẽ Vo=f(V in1 ) trong các trường hợp. b. Kiểm chứng lại với kết quả lý thuyết 2. Cho hình vẽ: Giáo trình thực hành IC tuyến tính 12
  13. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM R0 20k Rin Iin 10k - in - Rin1 Out Vin1 10k +in + Vin2 Vout Rin2 20k Ráp mạch như hình với R in =R in1 =10k. R in2 =Ro=20k, V in2 =2V. Đo Vo và ghi vào bảng kết quả: Vin1(V) 0 2 4 6 8 10 Vo(V) Với V in2 =2V Vo(V) Với V in2 =-3V a. Từ bảng kết quả vẽ V O=f(V in1 ) trong các trường hợp. b. Kiểm chứng lại với kết quả lý thuyết. 3. Thiết kế mạch cộng V O=2V in1 +3V in2 4. Thiết kế mạch cộng V O=V in1 +2V in2 +3V in3 . III/ Mạch Trừ: 1/ R0 10k Rin2 . 10k - in - Rin1 Out 10k +in + V in2 Vout Vin1 10k R3 Giáo trình thực hành IC tuyến tính 13
  14. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM R Ro + R Ro V =V . in − V . out in1 R R R in2 R o + in in 2/ Rin3 R0 in3 10k 10k Iin3 Rin2 in2 10k Iin2 - in - Rin1 Out in1 10k Vin3 +in + V in2 Vout Vin1 R3 V+in 10k Vout = Vin1 -(V in2 +V in3 ) 3/ Rin3 R0 in3 10k 10k Rin2 in 2 10k - in - Rin1 Out in1 10k +in + Rin4 in4 10k Vout R3 10k Vout =V in1 +V in4 -(V in2 +V in3 ) Thực hành: Giáo trình thực hành IC tuyến tính 14
  15. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM 1/ Thiết kế mạch trừ V out =V in1 -2V in2 2/ Ráp mạch vừa thiết kế được. Cho V in1 và V in2 thay đổi được đo V out và ghi vào bảng giá trị: Vin1 -9 -7 -5 -3 0 2 4 6 8 Vout Với Vin2=3 Vout Với Vin2=-2 a. Từ kết quả thực nghiệm, hãy kiểm chứng lại mạch vừa thiết kế b. Vẽ đồ thị V out =f(V in1 ) trong các trường hợp. c. Nhận xét đồ thị. 3/ Thiết kế mạch trừ V out =2V in1 -(V in2 +V in3 ) Giáo trình thực hành IC tuyến tính 15
  16. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM BÀI 4: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI DÙNG OP-AMP MẠCH BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP/ DÒNG ĐIỆN I. Thiết bị sử dụng: Modul chính VOM Dây nối (đồng) Dao động ký II. Mạch khuếch đại vi sai dùng Op-amp: R0 in1 Rin - in - Out in2 Rin +in + V in1 Vout Vin2 R0 Mạch khuếch đại vi sai là khuếch đại sự sai lệch giữa 2 tín hiệu điện áp ngõ vào. Mạch khuếch đại trên thực chất là mạch trừ: Ro Rin + Ro Ro VO= Vin − Vin Ro + Rin Rin Rin Ro = ()Vin − Vin Rin Thực hành: +10V R0 100k Rin1 . 10k - in - Rin2 2 Out 10k +in + -10V Vin1 R0 Vout Vin2 100k Giáo trình thực hành IC tuyến tính 16
  17. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM 1. Ráp mạch như hình trên. Cho V in =V in1 =V in2 thay đổi. Đo Vo và ghi vào bảng giá trị: Vin(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Vo(V) Vẽ Vo=f(V in ). 1. Ráp mạch như hình sau: 10K in1 10K - in - Out in2 10K +in + V in1 Vout Vin2 10K Đo điện áp ngõ ra Vo và ghi vào bảng kết quả sau: Vin1(V) -10 -5 0 5 10 Vin2(V) Vo(V) -4 Vo(V) 0 Vo(V) +4 Vẽ Vo=f(V in1 ) trong các trường hợp. III. Mạch chuyển đổi điện áp và dòng điện: R0 Iin 2 in2 Rin V0.VL - in - Out in1 Rin +in + R0 Vin1 Iin1 IF V in2 IL= I0=IF+Iin1 V0 VL RL Giáo trình thực hành IC tuyến tính 17
  18. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM Ta có: V − V V − V I I I O L in L L = R + in = + R O R in V − V V − V I in L O L in = = − R in R in V V V V in − L in − L I L = − + R in R in V V in − in I L = ≠≠≠f R L R in Biểu thức chứng tỏ dòng điện ngõ ra chỉ phụ thuộc vào điện áp ngõ vào chứ không phụ thuộc vào điện trở tải R L. Thực hành: 1. Ráp mạch như hình. Đo V L, I L và ghi vào bảng: R0 Iin 2 in2 Rin V0.VL - in - 10K Out in1 Rin +in + R0 10K 10K Vin1 Iin1 IF . V in2 V0 VL 100K RL Vin1(V) -10 -7 -4 -1 2 5 8 Vin2(V) -9 -6 -3 0 3 6 9 VL(V) IL(mA) Bảng ghi I L bằng cách lấy V Lchia cho R L. Nhận xét về giá trị V L(V) đo được. 2. Tìm điện trở tải lớn nhất có thể chịu đựng với V in1 =3V và V in2 =1V. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 18
  19. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM BÀI 5: MẠCH SO SÁNH- MẠCH SCHMITT TRIGER I/ Thiết bị sử dụng: Modul chính VOM Dây nối (đồng) Dao động ký II/ Mạch So Sánh: Rin in2 10K - in - Rin Vout in1 10K +in + V in2 Iin1 Vin1 0V Nhắc lại: Mạch không có hồi tiếp âm V+>V - : mạch bão hòa dương Vo=V sat+ V+<V -: mạch bão hỏa âm Vo=V sat- Vsat+ ≤+Vcc; V sat-≥-Vcc(+Vcc,-Vcc là nguồn cấp cho opamp). (Av*( V +-V-)=14, trong đó Av=200.000) in2 - in - Out +in + o Giáo trình thực hành IC tuyến tính 19
  20. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM Thực hành: Rin in2 10K - in - Rin Vout in1 10K +in + V in2 Iin1 Vin1 0V 1/ Ráp mạch như hình trên. Cho V in1 thay đổi. Tìm V in2 khi mạch đổi trạng thái: Vin1(V) -9 -7 -5 -3 0 2 4 6 8 Vin2(V) a. Nêu cách đo. b. Nhận xét giá trị đo được và cách ráp mạch. c. Vẽ đồ thị V in2 =f(V in1 ) d. Tìm mối liên hệ giữa V in2 và V in1 khi mạch đảo trạng thái. 2/ Làm tương tự như bài 1 với mạch sau: +10V Rin in2 10K - in - +10V Rin Out in1 10K +in + - 10V - 10V V in2 Vin1 0V Giáo trình thực hành IC tuyến tính 20
  21. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM III/ Mạch Schmit-Triger: In - in - Out Vin +in + R1 R0 1k 100k V0 o V R Với nguồn cấp ±15V, điện áp ngõ ra V =V ≈ +13V ⇒V = O a ≈ 0.13V. O Omax + R R + O Trong khoảng t ∈{0,t 1) V +>V - ⇒VO=Vomax=+13V. Tại t=t1 thì V +=V - mạch đảo trạng thái V O=-VOmax ≈ -13V. Lúc này V +=- V R O a =-0.13. Trong khoảng t ∈{t1,t ) V <V ⇒V =-Vomax=-13V R R 2 + - O + O Tại t=t 2 thì V +=V - mạch đảo trạng thái V O=V Omax ≈ 13V. Quá trình cứ thế tiếp diễn ta được dạng sóng ngõ ra là sóng xung vuông. Gọi V inon là điện áp ngõ vào làm cho điện áo ngõ ra V O chuyển trạng thái từ - VOmax →+V Omax . Giáo trình thực hành IC tuyến tính 21
  22. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM Vinoff là điện áp ngõ vào làm cho điện áo ngõ ra V O chuyển trạng thái từ VOmax → -VOmax . Trong hình trên thì Vinon=-0.13V và Vinoff=+0.13V Thực hành: - in - Rin Out In 10k +in + Vin R1 Ro 1k If 100k V0 V+in 1. Ráp mạch như hình với biến trở Ro=100k. Chỉnh biến trở tìm V inon , V inoff và ghi vào bảng kết quả: u Ro(k Ω) 30 50 80 100 1000 Vinon (V) Vinoff (V) ∆V(V) a. Tính V inon , V inoff theo lý thuyết. b. Nhận xét kết quả đo được. 2. Làm tương tự như bài 1 với hình sau: - in - Rin Out +10V 100k +10V +in + R1 Ro In 10k 100k 1k V0 Vin R1 1k - 10V Giáo trình thực hành IC tuyến tính 22
  23. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM BÀI 6: NGUỒN ÁP CHÍNH XÁC VÀ CHỈNH LƯU CHÍNH XÁC I. Thiết bị sử dụng: Modul chính VOM Dây nối (đồng) II. Nguồn áp chính xác: Thực hành: 10k +15V 1 2 1 - in - I0 10k 2 Out 2 +in + 2 V0 6V RL 1k(10k) 1 1. Ráp mạch như hình, đo điện áp ngõ ra V O qua điện trở tải R L ở mạch trên, ghi vào bảng kết quả. Điện áp ngõ ra trong trường hợp không tải là 10V( điều chỉnh biến trở 10K). Vẽ dạng sóng V O và I O theo R L. RL(k Ω) 0.1 0.2 0.5 1 1.5 2 VO(V) IO(mA) 2. Làm tương tự như trên với mạch sau: +15V 10k 1 2 1 - in - I0 10k 2 I0 +in VBE 1 2 + 2 2 100 6V V0 RL 1k(10k) 1 Giáo trình thực hành IC tuyến tính 23
  24. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM III. Mạch chỉnh lưu chính xác R0 Rin - in D2 D1 - 2 V0 +in + Vin Giả thiết là các diode là lý tưởng tức là V γ=0V. • Nếu Vin>0, khi đó sẽ có dòng điện chảy từ Vin qua R in , D 2, D 1. Lúc này VO=V +=0V. • Nếu V in V Nếu R =Rin thì ta có: V = O O  V − e < Vậy mạch trên có thể xem là mạch chỉnh lưu bán kỳ. Thực hành: Cho mạch điện như sau: 10k . Rin 10k . - in - 2 +in + +10V 10k Link . . 10k . - in - 10V - Rin 2 Vin 10k Vo2 Vo1 . +in + 10k . 2. Ráp mạch như hình trên. Không có kết nối giữa V O1 và V O2. Thay đổi Vin đo Giáo trình thực hành IC tuyến tính 24
  25. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM VO1 và V O2 và ghi vào bảng giá trị: Vin (V) -10 -8 -6 -4 -2 0 1 3 5 7 9 VO1 (V) VO2 (V) a. Vẽ đồ thị V O1 =f 1(V in ), V O2 =f 2(V in ). b. Tính V O1 =f 1(V in ), V O2 =f 2(V in ) theo lý thuyết. So sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết. 2. Nối giữa V O1 và V O2 được ngõ ra là V O. Thay đổi các giá trị Vin đo Vo ghi vào bảng giống như trên. Chứng minh đó là mạch chỉnh lưu toàn kỳ. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 25
  26. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM BÀI 7: M ẠCH TẠO SÓNG XUNG VUÔNG VÀ SÓNG TAM GIÁC I. Thiết bị sử dụng: Modul chính VOM Dây nối (đồng) Dao động ký Ro II. Mạch tạo sóng xung vuông: - in - +in + Vo C 0.1uF R1 R1 Giáo trình thực hành IC tuyến tính 26
  27. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM Mạch Astable là mạch mà ngõ ra là tín hiệu sóng xung vuông mà không cần có tín hiệu ngõ vào. Nó được tạo bởi Opamp sử dụng mạch so sánh có từ trễ. Xét mạch như hình trên. Khi điện áp ngõ ra Vo=Vomax ≈13V, tụ sẽ nạp điện áp dương qua Ro, lúc V R này điện áp V tăng. Khi V = o a thì V =V ⇒ mạch đảo trạng thái - - R R - + + Vo=-Vomax. Khi Vo=-Vomax thì tụ sẽ nạp điện áp –Vomax qua Ro, lúc này giá V R trị V sẽ giảm. Khi V =- o a thì V =V ⇒ mạch đảo trạng thái Vo=Vomax. - - R R - + + Quá trình trên cứ tiếp tục xảy ra ta được dạng sóng ngõ ra là tín hiệu xung vuông. Ta tính thời gian t 1, t 2 và chu kỳ T. R V =V . C+ Omax R R + R V =-V . C- Omax R R + Phương trình nạp của tụ: −t R C O VC=(V O+V C-)(1-e )-VC- Tại thời điểm t=t 1, V C= V C+ t − R C VO − VC e O = VO + VC VO + VC t1=Ro.C.ln VO − VC  R  = Ro.C.ln +   R    Thời gian tụ nạp từ V C- lên V C+ cũng giống như tụ giảm điện áp từ V C+ xuống VC- do đó t 1=t 2.  R  Chu kỳ của sóng xung vuông T=2t = 2.Ro.C.ln +  1  R    Thực hành: Giáo trình thực hành IC tuyến tính 27
  28. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM Ro 10K P 100K - in - +in + Vo C 1uF R2 10K R1 10K 1. Dùng dao động ký đo điện áp ngõ ra khi cho biến trở P thay đổi 10 giá trị. Tính tần số của xung vuông trên dao động ký và so sánh kết quả tính trên lý thuyết. 2. Để tạo ra dạng sóng xung vuông nhưng thời gian t on và t off khác nhau. Anh chị hãy thêm vào mạch ở trên những linh kiện cần thiết. Sau đó kiểm chứng kết quả bằng dao động ký. III. Mạch tạo sóng tam giác: Comparator with Integrator Hysteresis C - in Vc - Voc Rin - in - +in + Iin R2R1 +in + Vo1 Vin R1 10K Vo1 20K Ngõ ra của mạch Schmitt Triger nối vào ngõ vào của mạch tích phân và ngõ ra của mạch tích phân nối với ngõ vào của mạch Schmitt Trigger. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 28
  29. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM a ∆ ∆ V O a Giả sử tại thời điểm ban đầu t=0, V OC =V Omax =13V. dòng I in = , I in chảy qua R in tụ và tụ nạp điện tích và điện áp V C tăng. V a VO1 =-VC=- t , V O1 giảm tuyến tính theo thời gian t. khi t=t 1, V O1 =- R in C 6.5V, lúc này ở mạch Schmitt Triger ta có V +=V - mạch đảo trạng thái và V OC =- VOmax = -13V. Phương trình điện áp V O1 là: V a VO1 =-VC= t -6.5, V O1 tăng tuyến tính theo thời gian t. khi t=t 2, V O1 = R in C 6.5V, lúc này ở mạch Schmitt Triger ta có V +=V - mạch đảo trạng thái và VOC =V Omax = 13V. Quá trình cứ thế tiếp diễn xảy ra ta được dạng sóng ngõ ra của mạch Schmitt Trigger có dạng xung vuông và dạng sóng ngõ ra của mạch tích phân có dạng sóng tam giác. Thực hành: Giáo trình thực hành IC tuyến tính 29
  30. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM Comparator with Integrator Hysteresis C 0.1uF - in 100K Vc - Voc Rin - in - +in + Iin R2R1 +in + Vo1 Vin R1 10K Vo1 20K 1. Ráp mạch như hình trên. Dùng dao động ký cho hiển thị dạng sóng V OC và VO1 . Cho hiển thị cùng 2 kênh để quan sát so sánh. 2. Để thay đổi biên độ của sóng tam giác ta phải làm thế nào? Đề nghị cách thực hiện và cho hiển thị trên dao động ký. Để hiển thị dạng sóng răng cưa ta phải làm thế nào? Giáo trình thực hành IC tuyến tính 30
  31. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM BÀI 8: MẠCH BÌNH PHƯƠNG, CĂN BẬC HAI I/ Thiết bị sử dụng: Modul chính VOM Dây nối (đồng) II/ Khối bình phương: I x2 O O V a Đây được xem là phần tử phi tuyến có điện trở R= (V>0V, a là hằng số V a=25k Ω.V). Nó được cấu tạo từ một số phần tử như: diode, diode zener và điện trở. Người ta sử khối này để tạo ra những mạch bình phương, căn bậc 2. III/ Mạch bình phương: 1/ 1 2 Ro x2 - in - 0V 2 Vin>0 +in + Vo Giả sữ V in >0, khi đó sẽ có một dòng điện Iin chảy từ V in qua khối bình phương rồi qua Ro. Ta xem khối bình phương như một điện trở R in . a Ta có R in = (a=25 k Ω.V) Vin Ro Vo=- Vin Rin Ro =- V =-k. V a in in Nếu V in <0, khi đó sẽ không có dòng điện chảy qua khối bình phương và điện áp ngõ ra Vo=0V. Thực hành: Giáo trình thực hành IC tuyến tính 31
  32. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM 1 2 Ro x2 - in - 0V 2 Vin>0 +in + Vo Vin = V 1/ Ráp mạch như hình. Thiết lập trạng thái ban đầu sao cho bằng V V  = − cách chỉnh biến trở Ro(xác định giá trị k). Sau đó thay đổi Vin để đo Vo và ghi vào bảng kết quả. Vin(V) -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Vo(V) a. Vẽ đồ thị Vo=f(V in ). b. Nhận xét kết quả đo được với tính toán lý thuyết. 2/ 2 x 1 2 1 2 R R Ro 1 2 - in Vin - x2 2 - in - +in + 2 Vin>0 +in + Vo Vin = V Ráp mạch như hình. Thiết lập trạng thái ban đầu sao cho bằng cách V V  = − chỉnh biến trở Ro(xác định giá trị k). Sau đó thay đổi Vin để đo Vo và ghi vào bảng kết quả. Vin(V) -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Vo(V) Giáo trình thực hành IC tuyến tính 32
  33. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM a. Tính điện áp ngõ ra Vo theo Vin theo lý thuyết. b. Từ các số liệu đo được vẽ đồ thị Vo=f(Vin). Nhận xét kết quả đo được với lý thuyết. IV/ Mạch căn bậc hai: Xét mạch: Vo x2 Ro Rin 1 2 - in - Pin 0V 2 Vin>0 +in Vo + Giả sử Vin>0, khi đó sẽ có dòng điện Iin chảy từ V in qua R in rồi qua khối bình phương. Ta xem khối bình phương là điện trở Ro. a Ro= − Vo Ro a Vo=- Vin = Vin Rin RinVo a V = .Vin o Rin a Vì Vin>0 nên Vo= Vin =k. Vin Rin Nếu Vin 0 +in Vo + Giáo trình thực hành IC tuyến tính 33
  34. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM Vin = V 1/ Ráp mạch như hình. Thiết lập trạng thái ban đầu sao cho bằng V V  = − cách chỉnh biến trở Rin(xác định giá trị k). Sau đó thay đổi V in để đo V O và ghi vào bảng kết quả. Vin(V) -10 -8 -6 0 0.9 1.6 2.5 3.6 4.9 6.4 8.1 Vo(V) a. Vẽ đồ thị Vo=f(Vin) b. Nhận xét kết quả đo được với lý thuyết. 2/ 2x x2 +10V 1 10k Rin 1 2 - in - Pin 0V 2 2 Vin>0 +in + Vo Vin = V Ráp mạch như hình. Thiết lập trạng thái ban đầu sao cho bằng cách V V  = − chỉnh biến trở Ro(xác định giá trị k). Sau đó thay đổi V in để đo Vo và ghi vào bảng kết quả. Vin(V) -10 -6.4 -3.6 -1.6 -0.4 0 0.9 2.5 4.9 8.1 10 Vo(V) a. Tính điện áp ngõ ra Vo theo Vin theo lý thuyết. b. Từ các số liệu đo được vẽ đồ thị Vo=f(Vin). Nhận xét kết quả đo được với lý thuyết. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 34
  35. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM BÀI 9: MẠCH TÍCH PHÂN- MẠCH VI PHÂN I. Thiết bị sử dụng: Modul chính VOM Dây nối (đồng) Dao động ký II. Mạch tích phân C . Vc Iin R Vin - in - Vo +in + Điện áp ngõ ra của mạch tích phân tương đương với tích phân của điện áp ngõ vào. Điện áp ngõ vào dương Vin cho 1 dòng điện ngõ vào: Vin Iin = R in Với điện áp ngõ vàohằng số, dòng điện không đổi I in qua tụ, tụ nạp điện tích và điện áp của tụ sẽ tăng tuyến tính theo thời gian t: I in t t VC= = Vin t C RC Vin t VO+V C=0 ⇒VO=- RC Nếu thời điểm ban đầu t=0, V O=V(0) thì Vin t VO=- + V(0) RC Nếu điện áp ngõ vào không phải hằng số thì: VO= − ∫ Vin tdt +V(0) RC Nếu không có điện áp ngõ vào Vin(Vin=0) sẽ không có dòng chảy qua điện trở R và do đó tụ C không được nạp điện . Tuy nhiên, Opamp luôn có 1 dòng điện rò I xấp xỉ 0.1 µA trong µA741. Dòng điện này tự động chảy qua tụ theo luật Ohm. Điều này sẽ làm cho tụ nạp điện và do đó điện áp ngõ ra thay đổi và tăng từ từ. Để tránh điều này dòng điện I phải được cân bằng bởi dòng điện chảy qua Giáo trình thực hành IC tuyến tính 35
  36. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM hướng đối diện. Điều này được thực hiện bởi 1 biến trở P(tạo phân áp) và 1 điện trở 1M. + 1M 0.1uF P . Vc Iin 100K - in - Vin Vo +in + Thực hành: C . Vc Iin R Vin - in - Vo +in + Ráp mạch như hình. Cho R=1M, C=1uF. Tìm khoảng thời gian t(s) để điện áp VO(V) thay đổi từ 0V → -10V. Vin(V) 0.5 1 2 5 7 10 t(s) * Lưu ý: sau khi chỉnh giá trị Vin, để đo thời gian t ta phải xả tụ để đưa điện áp VO về 0V. Nhận xét giá trị đo được với lý thuyết tính được. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 36
  37. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM III. Mạch vi phân: R C - in - Vin Vo +in + . . dV Iin=C in dt dV V =-R.Iin=-R.C. in O dt Với mạch vi phân thì tín hiệu ngõ ra tỉ lệ với đạo hàm tín hiệu ngõ vào. Thực hành: Comparator with Integrator Hysteresis C 0.1uF Ro - in 100K Vc - Rin 100K - in - C +in + Iin - in R1R2 - +in + Vo1 0.1uF R1 10K +in + Vo 20K Ráp mạch như hình. Dùng dao động ký để quan sát dạng sóng V O1 , V O. Nhận xét. Thay đổi giá trị điện trở R O và tụ C của mạch vi phân để quan sát dạn g sóng. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 37
  38. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM BÀI 10: MẠCH BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ / SỐ I. Thiết bị sử dụng: Modul chính VOM Dây nối (đồng) Dao động ký II. Mạch DAC: I4 20k Vin4 I3 40k Vin3 I2 80k Vin2 VRC I1 160k Itot Vin1 10k - in - +in + Vo Đây là phần cơ bản của mạch cộng mà điện áp ngõ vào khác nhau được khuếch đại với các mức khác nhau. Khi điện áp vào Vin1=10V tương đương với mức logic 1. Các giá trị Input ta xem như số nhị phân 4 bit, còn Output là điện áp ngõ ra có giá trị analog. Thực hành: 3 G D ( 2 ) Vin4 20k CTR 2 & DIV 0 C ( 2 ) Vin3 40k 10 1 _> 1 O +CT B ( 2 ) Vin2 80k Single pulse O 0 O CT=0 3 A ( 2 ) Vin1 160k 10k - in - +in + Vo Giáo trình thực hành IC tuyến tính 38
  39. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM Ráp mạch như hình. Chỉnh nút “Single Pulse “ để thay đổi các giá trị input. Đo điện áp ngõ ra Vo và ghi vào bảng kết quả: eo oe o e Điện áp ngõ ra thay đổi như thế nào khi thay đổi các giá trị Input. Vẽ đồ thị sự thay đổi đó. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 39
  40. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM III. Mạch ADC: Comparator +10V - in - Vo +in + 0 Vin 2 1k 1k CTR 0 1 & DIV 2 10 1uf 2 _> O +CT 2 O 1 10M C1 _ 3 - in O CT=0 -10V - R 3 2 Vin R +in + V1 Integrator G 10Hz Vin Vl (Constant Gradient) t Vo t t t-Vin Clock t Giả sử điện áp ngõ vào V in =+10V, lúc này mạch so sánh có V +>V - mạch ở trạng thái bảo hòa dương V O=+13V và điều kiện cổng AND được đáp ứng,”pulse gate” được mở để nhân xung Clock từ máy phát xung G. Sau thời gian 1s điện áp ngõ ra của mạch tích phân sẽ tăng từ 0 →+10V. Cũng trong khoảng thời gian này(1s) bộ đếm sẽ đếm được 10 xung và nó sẽ hiển thị số xung này ra các bit nhị phân. Tương tự như vậy khi điện áp ngõ vào Vin =9,8,7,6V thì bộ đếm sẽ đếm được số xung tương ứng. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 40
  41. Trường i H c Công Nghi p Tp.HCM Thực hành: Ráp mạch giống như hình trên. Chỉnh biến trở để thay đổi điện áp ngõ vào Vin. Quan sát tín hiệu ra qua các bit( đèn sáng: logic 1, tắt: logic 0) Vin(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 23 22 21 20 Nhận xét các giá trị điện áp ngõ ra. Giáo trình thực hành IC tuyến tính 41