Các loại mạch khuếch đại va mô phỏng

1 THIEÁT BÒ CHÍNH CHO CAÙC BAØI THÖÏC HAØNH I. Thieát bò chính bao goàm caùc chöùc naêng • Nguoàn DC ±10V, ±15V • Caùc bieán trôû • Caùc moâ hình maïch chöa hoaøn chænh • Khoái taïo xung II. Ñaëc tröng vaø chöùc naêng cuûa thieát bò • Nguoàn DC: ñöôïc duøng ñeå laøm nguoàn caáp cho maïch hoaït ñoäng, hoaëc noù coù theå keát hôïp vôùi bieán trôû laøm nguoàn DC thay ñoåi. • Bieán trôû: ñöôïc söû duïng trong maïch hoaëc duøng laøm nguoàn DC thay ñoåi. • Caùc moâ hình maïch chöa hoaøn chænh ñöôïc veõ saún treân thieát bò chính ñeå cho SV hoaøn thieän maïch. • Khoái taïo xung phuïc vuï cho baøi ADC, maïch vi /tích phaân. III. Yeâu caàu SV Sinh vieân tham gia thöïc haønh phaûi coù ñaày ñuû duïng cuï phuïc vuï baøi thöïc haønh ñoù. Sinh vieân ñöôïc chia laøm nhieàu nhoùm, moãi nhoùm töø 3
4 ngöôøi. Moãi nhoùm phaûi vieát vaøo 1 tôø baùo caùo keát quaû vaø cuoái giôø noäp laïi cho GVHD. 2 Noäi dung Baøi 1: Maïch khueách ñaïi vi sai duøng BJT Maïch khueách ñaïi vi sai nguoàn doøng khoâng ñoåi Maïch khueách ñaïi ñaûo- Maïch khueách ñaïi khoâng ñaûo Maïch Coäâng Maïch Tröø Maïch So Saùnh Maïch Schmitt Trigger. Baøi 2: Maïch chænh löu chính xaùc Baøi 3: Maïch khueách ñaïi vi sai duøng Op-amp Maïch bieán ñoåi ñieän aùp/ doøng ñieän. Baøi 4: Moâ phoûng. 3 Baøi 1: KHAÛO SAÙT MAÏCH ÖÙNG DUÏNG CÔ BAÛN. §1. Maïch khueách ñaïi vi sai duøng BJT I/ Thieát bò söû duïng: - Modul chính - VOM - Daây noái (ñoàng) II/ Maïch khueách ñaïi vi sai ñôn giaûn: * Giaû söû caû hai tín hieäu ngoõ vaøo Vin1 vaø Vin2 noái ñaát(Vin1=Vin2=0V), doøng ñieän IB vaø IC ñeàu qua transistor. Giaû ñònh caû hai transistor ñeàu gioáng nhau coù 6.0=γV V, 60=β . Khi transistor daãn VBE=0.6V. Do ñoù VE=0-0.6=-0.6V Doøng ñieän I3= 3 3 R V = 3 )15( R VE −− = 10 4.14 =1.44 mA Ta coù I3=IE1+IE2(hai transistor gioáng nhau) IE1=IE2= 2 3I =0.72 mA. IC1=IC2= 1+β β . IE1=0.71mA Ñieän aùp ngoõ ra: VO1=VO2=VB-IC1.R1=15-7.1=7.9V 0V0V Q1 10K Ic 0V 10K V o1 Ic R1 0V R3 Q2 Vo2 Ib VB= +15V 10K V in1 V V in2 Ie R2 Ib - 15V V Ie 4 * Giaû söû trong hai tín hieäu ngoõ vaøo coù: Vin1=0V, Vin2=0.1V. Trong hai transistor seõ coù 1 taét vaø 1 daãn (Sinh vieân töï tìm hieåu ). Keát quaû T1 taét, T2 daãn. Khi T1 taét seõ khoâng coù hoaëc doøng ñieän ró qua T1. Luùc ñoù VO1≅VB coøn VO2 seõ giaûm vì luùc naøy IC2=IE3. *Thöïc haønh: 1/ Raùp maïch nhö hình treân. Cho Vin2=0V. Chænh bieán trôû ñeå thay ñoåi caùc giaù trò cuûa Vin1. Duøng VOM ño VO1 vaø VO2 vaø ghi vaøo baûng keát quaû: Vin1(V) -0.15 - 0.1 -0.05 -0.03 -0.01 0 0.01 0.03 0.05 0.1 0.15 VO1(V) VO2(V) a.Tai sao phaûi maéc ñieän trôû noái tieáp vôùi bieán trôû. Neáu ta maéc Vin1 vôùi bieán trôû 10K thì ñieàu gì seõ xaûy ra? b. Anh chò haõy veõ ñoà thò VO1=f1(Vin1) vaø VO2=f2(Vin2). c. Nhaän xeùt ñoà thò vaø giaûi thích? 5 2/ Cho maïch nhö hình treân nhöng noái Vin1 vaø Vin2 vôùi nhau vaø noái tröïc tieáp vaøo bieán trôû. Duøng VOM ño VO1 vaø VO2 vaø ghi vaøo baûng keát quaû: Vin1=Vin2(V ) -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 VO1(V) VO2(V) a.Tai sao khoâng caàn maéc ñieän trôû noái tieáp vôùi bieán trôû. Neáu ta maéc Vin1 vôùi bieán trôû 10K thì ñieàu gì seõ xaûy ra? b. Anh chò haõy veõ ñoà thò VO1=f1(Vin1) vaø VO2=f2(Vin2). c. Nhaän xeùt ñoà thò vaø giaûi thích? VO1 ,VO2(V) Vin VO1 ,VO2(V) Vin 6 §2. Maïch khueách ñaïi vi sai nguoàn doøng khoâng ñoåi I/ Thieát bò söû duïng: - Modul chính - VOM - Daây noái (ñoàng) II/ Maïch khueách ñaïi vi sai nguoàn doøng khoâng ñoåi: Q4 Q1 V V +10V R2 Iin = const R3 1K R4 1K Ic1 10K - 15V Q2 R5 10K 10K VB= +15V Constant Current Source R1 Cuõng gioáng nhö maïch khueách ñaïi vi sai ñôn giaûn nhöng maïch khueách ñaïi vi sai nguoàn doøng khoâng ñoåi coù moät khoái taïo nguoàn doøng khoâng ñoåi. Hình treân cho thaáy khoái neùt ñöùt taïo ra doøng khoâng ñoåi Iin. Do doøng ñieän qua cöïc B cuûa Q3 nhoû khoâng ñaùng keå neân doøng ñieän I chaûy töø nguoàn +10V qua R3, R4 xuoáng nguoàn –15V laø: I= KK 110 )15(10 + −− =2.27mA VB3=10-I.R3 =10-2.27.10 =-12.7 7 VE3=VB3-0.6 =-13.3 IE3= 5 3 )15( R VE −− =1.7 Iin= 1+β β . IE3=1.67mA. Vaäy khoái neùt ñöùt luoân taïo ra nguoàn doøng Iin=1.67mA. *Thöïc haønh: +10V Q2 +10V 1K R4 1K VB= +15V Vo1 Q1 0V R2 - 15V Q4 - 10V R5 10K R1 10K V R3 1K 10K Vo2 1. Raùp maïch nhö hình treân. Ño V02 vaø ghi vaøo baûng keát quaû: Vin1=Vin2(V) -10 -6 -2 0 2 6 8 10 Vo2(V) a. Nhaän xeùt keát quaû ño ñöôïc vôùi lyù thuyeát b. Veõ ñoà thò Vo2=f(Vin). 2. Giaû söû maïch treân cho Vin2=0V. Chænh bieán trôû ñeå thay ñoåi Vin1. Ño VO2 vaø ghi vaøo baûng keát quaû: Vin1(V) -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 Vo2(V) 8 a. Nhaän xeùt keát quûa ño ñöôïc. b. Veõ ñoà thò VO2=f(Vin1) 3.Thay nguoàn +10V baèng nguoàn +15V. Laøm gioáng nhö caâu 1. 9 §3. Maïch khueách ñaïi ñaûo- Maïch khueách ñaïi khoâng ñaûo I/ Thieát bò söû duïng: - Modul chính - VOM - Daây noái (ñoàng) II/ Sô löôïc veà IC 741: 1/ Sô ñoà IC 741: Q1 Q6 Q14 1k Q10 D4 Q7 10k - 15V D3 4 Q3 D1 Q15 D2 1k R1 R9 39k 6 3 2 Q13 Q17 Q2 Q5 External + 15V Q9 R5 C1 R10 4k5 Non-inverting input R3 30pf 3k 50k 7 Q11 Output 1 5 - 15V R4 R7 50 Invert input 50k Q12 Q16 80 Q4 R11 7k5 Q8 R6 Input offset voltage null circuit R2 R8 25 IC 741 coù 8 chaân. Trong coù ta quan taâm caùc chaân: • Chaân 2: ngoõ vaøo ñaûo • Chaân 3: ngoõ vaøo khoâng ñaûo • Chaân 6: ngoõ ra • Chaân 4: chaân caáp nguoàn aâm –Vcc 10 • Chaân 7: chaân caáp nguoàn döông +Vcc. 2/Tính chaát cuûa IC 741: • V+=V- • I+=I-=0 III/ Maïch khueách ñaïi ñaûo Ta coù Av= in out V V =- in o R R . Maïch khueách ñaûo vì heä soá khueách ñaïi Av<0. * Thöïc haønh: 1. Raùp maïch nhö hình treân. Cho Ri=10K. R1=10K/100K. Ngoõ ra Vin maéc vaøo moät bieán trôû ñeå thay ñoåi ñieän aùp. Chænh bieán trôû ño Vout vaø ghi vaøo baûng keát quaû: Vin(V) -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Vo(V) Ro=10K Vo(V) Ro=100K a. Töø baûng keát quaû veõ ñoà thò Vo=f(Vin) trong caùc tröôøng hôïp R1=10K vaø Ro=100K. b. Nhaän xeùt ñoà thò vaø giaûi thích c. Taïi sao vôùi Vin coá ñònh, Av taêng thì Vo taêng ñeán 1 giaù trò xaùc ñònh. 11 III/ Maïch khueách ñaïi khoâng ñaûo Ta coù: V+=V-=Vin RoR Vo R V inin in + = Vo= in in R RoR + Vin Heä soá khueách ñaïi Av= in in R RoR + >0 goïi laø maïch khueách ñaïi khoâng ñaûo. *Thöïc haønh: + - +in - in R1 10k Rin +10V -10V 10k R2Vin in Out Ro Vout 1. Raùp maïch nhö hình treân. Cho Rin=R1=R2=10K, ñieän aùp Vin=6V. Bieán trôû Ro. Chænh bieán trôû ñeå thay ñoåi Ro ño Vout vaø ghi vaøo baûng giaù trò: Ro(kΩ) 0 3 5 8 10 15 20 Vo(V) Av a. Töø baûng keát quaû veõ ñoà thò Vo=f(Ro). 12 b. Tính Vo theo coâng thöùc lyù thuyeát. Töø ñoù so saùnh vôùi keát quaû ño ñöôïc. Nhaän xeùt. 2. Raùp maïch nhö treân nhöng bieán trôû laø R1. Vin=-5V, R2=Rin=Ro. Ño Vo vaø ghi vaøo baûng keát quaû: R1(kΩ) 0 3 5 8 10 15 20 Vo(V) Av a. Töø baûng keát quaû veõ ñoà thò Vo=f(R1). b. Nhaän xeùt ñoà thò. 3. Thieát keá maïch khueách ñaïi Vo=5Vin. 13 §4. Maïch Coäng I/ Thieát bò söû duïng: - Modul chính - VOM - Daây noái (ñoàng) II/ Maïch Coäng: 10kIin1 Iin1+Iin2 Out + - +in 2 - in 10k Iin R0 +10V V in1 Rin1 Vout Io Vin2 . Iin2 10k Rin2 . Ta coù V+=V-=0V. 1 1 1 1 1 in in in in in R V R VV I = − = − 2 2 2 2 2 in in in in in R V R VV I = − = − 21 inino III += Vo=- oo IR × =-       + 2 21 in in o ín in o V R RV R R Maïch treân laø maïch coäng ñaûo. Neáu ta noái maïch treân vôùi maïch ñaûo ta ñöôïc maïch coäng. 14 4 Vout . Rin2 10k -10V +10V + - +in - in + - +in - in 10k V in 2 . 10k R0 -10V 10k Rin1 10k +10V Vin1 2 Vo=       + 2 2 1 1 in in o ín in o V R RV R R 1 2 R R Moät daïng khaùc nöõa cuûa maïch coäng chæ duøng moät Op-amp: + - +in - in Iin Vout Rin1 Vin2 10k Rin2 Vin1 10k 10k Rin 10k Out R0 Phaàn tính toaùn Vo theo Vin1 vaø Vin2 daønh cho ñoäc giaû * Thöïc haønh: 15 4 Vout . Rin2 10k -10V +10V + - +in - in + - +in - in 10k V in 2 . 10k R0 -10V 10k Rin1 10k +10V Vin1 2 1. Raùp maïch nhö hình treân. Ño Vout vaø ghi vaøo baûng keát quaû: Vin1(V) 0 2 4 6 8 10 Vo(V) Vôùi Vin2=2V Vo(V) Vôùi Vin2=-3V a. Töø baûng keát quaû veõ Vo=f(Vin1) trong caùc tröôøng hôïp. b. Kieåm chöùng laïi vôùi keát quaû lyù thuyeát 2. Cho hình veõ: + - +in - in Iin Vout Rin1 Vin2 20k Rin2 Vin1 20k 10k Rin 10k Out R0 Raùp maïch nhö hình vôùi Rin=Rin1=10k. Rin2=Ro=20k, Vin2=2V. Ño Vo vaø ghi vaøo baûng keát quaû: 16 Vin1(V) 0 2 4 6 8 10 Vo(V) Vôùi Vin2=2V Vo(V) Vôùi Vin2=-3V a. Töø baûng keát quaû veõ VO=f(Vin1) trong caùc tröôøng hôïp. b. Kieåm chöùng laïi vôùi keát quaû lyù thuyeát. 3. Thieát keá maïch coäng VO=2Vin1+3Vin2 4. Thieát keá maïch coäng VO=Vin1+2Vin2+3Vin3. 17 §5. Maïch Tröø I/ Thieát bò söû duïng: - Modul chính - VOM - Daây noái (ñoàng) II/ Maïch Tröø: Rin1 + - +in - in Vout Rin2 10k 10k . 10k Vin1 V in2 Out R0 R3 10k Ta coù: 1 13 3 in in V RR RV × + =+ oin inooin RR RVRVV + + = − 2 22 .. −+ = VV ⇒Vout=Vin1. − + + 2 2 31 3 . in in o R RRo RR R Vin2. 2inR Ro 2/ 10k V+in Out in3 Rin3 10k 10k V in2 Vin1 Rin1 10k Vin3 10k R3 in2 in1 + - +in - inIin2 Rin2 Vout Iin3 R0 18 Vout= 2 3 Vin1-(Vin2+Vin3) 3/ Rin3 Rin1 Rin2 10k R3 in 2 10k in1 Rin4 Out in4 + - +in - in 10k 10k Vout 10k R0 in3 10k Vout=Vin1+Vin4-(Vin2+Vin3) *Thöïc haønh: 1/ Thieát keá maïch tröø Vout=Vin1-2Vin2 2/ Raùp maïch vöøa thieát keá ñöôïc. Cho Vin1 vaø Vin2 thay ñoåi ñöôïc ño Vout vaø ghi vaøo baûng giaù trò: Vin1 -9 -7 -5 -3 0 2 4 6 8 Vout Vôùi Vin2=3 Vout Vôùi Vin2=-2 a. Töø keát quaû thöïc nghieäm, haõy kieåm chöùng laïi maïch vöøa thieát keá b. Veõ ñoà thò Vout=f(Vin1) trong caùc tröôøng hôïp. c. Nhaän xeùt ñoà thò. 3/ Thieát keá maïch tröø Vout=2Vin1-(Vin2+Vin3) 19 §6. Maïch So Saùnh I/ Thieát bò söû duïng: - Modul chính - VOM - Daây noái (ñoàng) II/ Maïch So Saùnh: Rin 10K in2 Rin 0V + - +in - in V in2 10K Vout Vin1 in1 Iin1 Nhaéc laïi: Maïch khoâng coù hoài tieáp aâm V+>V- : maïch baõo hoøa döông Vo=Vsat+ V+<V-: maïch baõo hoøa aâm Vo=Vsat- Vsat+≤+Vcc; Vsat-≥-Vcc(+Vcc,-Vcc laø nguoàn caáp cho opamp). (Av*( V+-V-)=14, trong ñoù Av=200.000) + - +in - in in2 Out Vin t Vout t 20 *Thöïc haønh: Rin 10K in2 Rin 0V + - +in - in V in2 10K Vout Vin1 in1 Iin1 1/ Raùp maïch nhö hình treân. Cho Vin1 thay ñoåi. Tìm Vin2 khi maïch ñoåi traïng thaùi: Vin1(V) -9 -7 -5 -3 0 2 4 6 8 Vin2(V) a. Neâu caùch ño. b. Nhaän xeùt giaù trò ño ñöôïc vaø caùch raùp maïch. c. Veõ ñoà thò Vin2=f(Vin1) d. Tìm moái lieân heä giöõa Vin2 vaø Vin1 khi maïch ñaûo traïng thaùi. 2/ Laøm töông töï nhö baøi 1 vôùi maïch sau: Rin1 in1 0V Out +10V - 10V V in2 10K Vin1 Rin2 +10V 20K in2 + - +in - in - 10V 3/ Laøm töông töï nhö baøi 1 vôùi maïch sau: Rin1 in1 0V Out +10V - 10V V in2 10K Vin1 + - +in - in Rin2 +10V 20K in2 +2V - 10V 21 §7. Maïch Schmitt-Triger. I/ Thieát bò söû duïng: - Modul chính - VOM - Daây noái (ñoàng) II/ Maïch Schmitt-Triger: V0 Vin R1 100k In R0 Out 1k + - +in - in -0.13 +0.13 Vo Vin t t 0 t1 t2 t3 t4 0 22 Vôùi nguoàn caáp ±15V, ñieän aùp ngoõ ra VO=VOmax ≈ +13V⇒V+= O O RR RV +1 1max . ≈ 0.13V. Trong khoaûng t∈{0,t1) V+>V- ⇒VO=Vomax=+13V. - Taïi t=t1 thì V+=V- maïch ñaûo traïng thaùi VO=-VOmax ≈ -13V. Luùc naøy V+=- O O RR RV +1 1max . =-0.13. Trong khoaûng t∈{t1,t2) V+<V- ⇒VO=-Vomax=-13V - Taïi t=t2 thì V+=V- maïch ñaûo traïng thaùi VO=VOmax ≈ 13V. Quaù trình cöù theá tieáp dieãn ta ñöôïc daïng soùng ngoõ ra laø soùng xung vuoâng. Goïi Vinon laø ñieän aùp ngoõ vaøo laøm cho ñieän aùp ngoõ ra VO chuyeån traïng thaùi töø - VOmax→+VOmax. Vinoff laø ñieän aùp ngoõ vaøo laøm cho ñieän aùp ngoõ ra VO chuyeån traïng thaùi töø VOmax→ -VOmax. Trong hình treân thì Vinon=-0.13V vaø Vinoff=+0.13V *Thöïc haønh: Ro V+in In Vin If R1 V0 1k Rin Out 10k 100k + - +in - in 1. Raùp maïch nhö hình vôùi bieán trôû Ro=100k. Chænh bieán trôû tìm Vinon, Vinoff vaø ghi vaøo baûng keát quaû: u Ro(kΩ) 30 50 80 100 1000 Vinon(V) Vinoff(V) ∆V(V) a. Tính Vinon, Vinoff theo lyù thuyeát. b. Nhaän xeùt keát quaû ño ñöôïc. 2. Laøm töông töï nhö baøi 1 vôùi hình sau: 23 1k - 10V +10V + - +in - in 100k 100k Ro V0 Vin 10k 1k In +10V OutRin R1 R1 24 Baøi 2: Maïch chænh löu chính xaùc. I. Thieát bò söû duïng: - Modul chính - VOM - Daây noái (ñoàng) II. Maïch chænh löu chính xaùc Giaû thieát laø caùc diode laø lyù töôûng töùc laø Vγ=0V. • Neáu Vin>0, khi ñoù seõ coù doøng ñieän chaûy töø Vin qua Rin, D2, D1. Luùc naøy VO=V+=0V. • Neáu Vin<0, khi ñoù seõ coù doøng chaûy töø VO qua RO, Rin maïch trôû thaønh maïch ñaûo VO=- in in O V R R . . Neáu RO=Rin thì ta coù: VO=    <− > V VV 0Vneu V 0Vneu 0 inin in Vaäy maïch treân coù theå xem laø maïch chænh löu baùn kyø. *Thöïc haønh: Cho maïch ñieän nhö sau: 25 1. Raùp maïch nhö hình treân. Khoâng coù keát noái giöõa VO1 vaø VO2. Thay ñoåi Vin ño VO1 vaø VO2 vaø ghi vaøo baûng giaù trò: Vin(V) -10 -8 -6 -4 -2 0 1 3 5 7 9 VO1(V) VO2(V) a. Veõ ñoà thò VO1=f1(Vin), VO2=f2(Vin). b. Tính VO1=f1(Vin), VO2=f2(Vin) theo lyù thuyeát. So saùnh keát quaû thöïc nghieäm vôùi lyù thuyeát. 2. Noái giöõa VO1 vaø VO2 ñöôïc ngoõ ra laø VO. Thay ñoåi caùc giaù trò Vin ño Vo ghi vaøo baûng gioáng nhö treân. Chöùng minh ñoù laø maïch chænh löu toaøn kyø. 26 Baøi 3: Maïch khueách ñaïi vi sai duøng Op-amp- Maïch bieán ñoåi ñieän aùp/ doøng ñieän I. Thieát bò söû duïng: - Modul chính - VOM - Daây noái (ñoàng) II. Maïch khueách ñaïi vi sai duøng Op-amp: Maïch khueách ñaïi vi sai laø khueách ñaïi söï sai leäch giöõa 2 tín hieäu ñieän aùp ngoõ vaøo. Maïch khueách ñaïi treân thöïc chaát laø maïch tröø: VO= Rin RoV Rin RoRin RinRo RoV inin ... 12 − + + = ( ) Rin RoVV inin .12 − Thöïc haønh: 27 1. Raùp maïch nhö hình treân. Cho Vin=Vin1=Vin2 thay ñoåi. Ño Vo vaø ghi vaøo baûng giaù trò: Vin(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Vo(V) Veõ Vo=f(Vin). 2. Raùp maïch nhö hình sau: Ño ñieän aùp ngoõ ra Vo vaø ghi vaøo baûng keát quaû sau: Vin1(V) -10 -5 0 5 10 Vin2(V) Vo(V) -4 Vo(V) 0 Vo(V) +4 Veõ Vo=f(Vin1) trong caùc tröôøng hôïp. III. Maïch chuyeån ñoåi ñieän aùp vaø doøng ñieän: in1 10K 10K Out Vin2 10K 10K Vout in2 + - +in - in V in1 Iin 2 Iin1 in1 V0 V0.VL VL Rin RL + - +in - in V in2 Rin IL= I0=IF+Iin1 in2 Out R0 Vin1 R0 IF 28 Ta coù: in Lin O LO inRL R VV R VVIII −+−=+= 11 in LO in Lin in R VV R VVI −−=−= 22 in Lin in Lin L R VV R VVI −+−−= 12 in inin L R VVI 21 −= ≠ )( LRf Bieåu thöùc chöùng toû doøng ñieän ngoõ ra chæ phuï thuoäc vaøo ñieän aùp ngoõ vaøo chöù khoâng phuï thuoäc vaøo ñieän trôû taûi RL. Thöïc haønh: 1. Raùp maïch nhö hình. Ño VL, IL vaø ghi vaøo baûng: Vin1(V) -10 -7 -4 -1 2 5 8 Vin2(V) -9 -6 -3 0 3 6 9 VL(V) IL(mA) Baûng ghi IL baèng caùch laáy VLchia cho RL. Nhaän xeùt veà giaù trò VL(V) ño ñöôïc. 2. Tìm ñieän trôû taûi lôùn nhaát coù theå chòu ñöïng vôùi Vin1=3V vaø Vin2=1V Rin 100K 10K Out V0 in2 + - +in - in Iin1 RL IF in1 VL V in2 V0.VL 10K .Vin1 Iin 2 R0 10K R0 Rin 29 PHAÀN 1 : GIÔÙI THIEÄU CHÖÔNG TRÌNH CIRCUIT MAKER Caùc coâng cuï söûa ñoåi (Editing Tools): Thanh coâng cuï (Toolbar) bao goàm moät vaøi nuùt ñaëc bieät xöû lyù baûn veõ maïch ñieän trong moâ phoûng töông töï (Analog) vaø soá (Digital). Nhöõng nuùt naøy ñöôïc moâ taû döôùi ñaây:  Coâng cuï muõi teân (Arrow Tool): Coù theå ñöôïc choïn töø tuøy choïn < Cursor Tools > trong trình ñôn Options hoaëc baèng caùch choïn Alt+A. Coâng cuï muõi teân ñeå choïn caùc thaønh phaàn, caùc thaønh phaàn di dôøi, caùc coâng taéc chuyeån, choïn caùc coâng cuï töø Toolbar. Ngoaøi ra coù theå nhaáp ñoâi coâng cuï muõi teân ñeå thöïc hieän nhieàu chöùc naêng, nhö laø söûa ñoåi ñaëc tröng kyõ thuaät. Neáu tuøy choïn coâng cuï muõi teân coù theå ñöôïc söû duïng ñeå khôûi ñaàu moät daây noái khi nhaáp vaøo ñaàu thieát bò.  Coâng cuï noái daây (Wire Tool): Coù theå ñöôïc choïn töø tuøy choïn < Cursor Tools >trong trình ñôn Options hoaëc baèng caùch choïn Alt+W. Söû duïng Wire Tool ñeå ñaët caùc daây noái vaøo vuøng laøm vieäc. Caùc ñöôøng daây Bus ñöôïc veõ baèng caùch giöõ phím Shift khi baét ñaàu veõ daây noái.  Coâng cuï vaên baûn (Text Tool): Coù theå ñöôïc choïn töø tuøy choïn < Cursor Tools > trong trình ñôn Options hoaëc baèng caùch choïn Alt+T. Söû duïng coâng cuï vaên baûn ñeå ñöa vaên baûn vaøo trong maïch ñieän. Ngay khi vöøa choïn xong coâng cuï naøy, moät hoäp chöõ nhaät hieän ra, nhaäp vaên baûn vaøo trong hoäp naøy. Ngoaøi ra coù theå thay ñoåi soá haøng chöõ treân vaên baûn naøy baèng caùch duøng chuoät thay ñoåi laïi kích thöôùc khung hình chöõ nhaät.  Coâng cuï xoùa (Delete Tool): Coù theå ñöôïc choïn töø tuøy choïn trong trình ñôn Options hoaëc baèng caùch choïn Alt+D. Söû duïng coâng cuï ñeå xoùa caùc thaønh phaàn khi ñöôïc choïn.  Coâng cuï Proble Tool : Coù theå ñöôïc choïn töø tuøy choïn trong trình ñôn Options hoaëc baèng caùch choïn Alt+P. Söû duïng ñeå ñaët caùc vò trí caàn ño hoaëc xem daïng soùng. 30  Coâng cuï phoùng to (Zoom Tool): Coù theå ñöôïc choïn töø tuøy choïn < Cursor Tools > trong trình ñôn Options hoaëc baèng caùch choïn Alt+Z. Cho pheùp phoùng to (Zoom In) vaø thu nhoû (Zoom Out) maïch ñang ñöôïc hieån thò. Ngoaøi ra coù theå söû duïng phím Page Up vaø Page Down ñeå phoùng to thu nhoû.  Coâng cuï Zoom schematic to fit: Xem laïi vò trí vaø kích côû nguyeân thuûy (Normal Size / Position) trong trình ñôn View vaø ñöa maïch ñieän vöøa vôùi cöûa soå maøn hình.  Nuùt xoay 900 (Rotate): Töø trình ñôn Edit hoaëc baèng caùch choïn Ctrl+R. Söû duïng nuùt Rotate 900 ñeå xoay thieát bò ñöôïc choïn theo caùc gia soá 900. Moät thieát bò cuõng coù theå ñöôïc xoay khi noù ñöôïc choïn töø thö vieän chöông trình ( nuùt Rotate) hay baèng caùch nhaán phím R treân baøn phím hoaëc baèng caùch nhaáp nuùt phaûi chuoät tröôùc khi ñaët noù vaøo trong maïch.  Nuùt ñoái xöùng (Mirror): Töø trình ñôn Edit hoaëc baèng caùch choïn Ctrl+M. Söû duïng nuùt ñoái xöùng ñeå laät thieát bò theo chieàu ngang. Moät thieát bò cuõng coù theå ñöôïc ñoái xöùng khi noù ñöôïc choïn töø thö vieän chöông trình baèng caùch nhaán phím M treân baøn phím tröôùc khi ñaët noù vaøo trong maïch.  MOÂ PHOÛNG TÖÔNG TÖÏ: Maïch töông töï hay coøn goïi laø maïch Analog - moät theá giôùi ñieän töû coå ñieån, khoâng coù nhöõng haïn cheá logic naøo nhö trong ñieän töû soá, möùc ñieän aùp cuûa baát kyø caùc nuùt naøo trong maïch cho saün seõ bò giôùi haïn möùc ñoä cao thaáp. Do ñoù moâ phoûng töông töï (Analog ) cuûa Circuit Maker ñöôïc thöïc hieän theo Berkeley SPICE3. SPICE laø töø vieát taéc cuûa (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) . Cho ta moâ hình moâ phoûng vôùi söï khaùc nhau ña daïng cuûa caùc thieát bò töông töï, bao goàm caû 2 linh kieän thuï ñoäng vaø tích cöïc, caùc thieát bò töông töï vaø caùc duïng cuï coù trong thö vieän chöông trình nhö ñieän trôû, tuï ñieän, transistor, maùy phaùt…Coù leõ ñaây laø phaàn troïng taâm cuûa ngöôøi hoïc chöông trình naøy vaø laø phaàn khoù nhaát trong caùc phaàn. Tham khaûo theâm caùc taøi lieäu veà SPICE hay PSPICE ñeå hieåu saâu hôn veà lónh vöïc < Thieát keá vaø moâ phoûng maïch ñieän vôùi söï trôï giuùp cuûa maùy tính > qua ñoù nhieàu ñeà taøi cuõng nhö döï aùn lôùn seõ ñöôïc trieån khai.  CAÙC COÂNG CUÏ MOÂ PHOÛNG: Moät vaøi nuùt trong thanh coâng cuï ñöôïc söû duïng ñaëc bieät cho vieäc moâ phoûng: 31 * Nuùt Reset: Trong cheá ñoä Analog vieäc nhaán nuùt Reset seõ taïo ra nhöõng con soá nuùt trong maïch maø khoâng chaïy cheá ñoä moâ phoûng. Ñieàu naøy quan troïng neáu muoán löu moät danh saùch SPICE vaøo moät file hoaëc xem nhöõng con soá nuùt treân heä thoáng, nhöng khoâng chaïy cheá ñoä moâ phoûng. Reset Analog Simulation cuõng coù theå ñöôïc choïn töø trình ñôn hoaëc baèng caùch nhaán Ctrl+Q. * Nuùt Analyses Setup: Duøng ñeå thieát laäp caùc cheá ñoä moâ phoûng khaùc nhau veà AC, DC … Analyses Setup cuõng coù theå ñöôïc choïn töø trình ñôn hoaëc phím F8. * Nuùt Run Analog Simulation: Cuõng coù theå ñöôïc choïn töø trình ñôn hoaëc phím . Nhaáp Run ñeå khôûi ñoäng cheá ñoä moâ phoûng. Bieåu töôïng Run ñöôïc thay theá bôûi moät daáu hieäu Stop, vieäc nhaán nuùt Stop seõ ngöng ñi söï moâ phoûng, ñoùng taát caû cöûa soå phaân tích vaø trôû veà cheá ñoä chænh söûa. CAÙC THIEÁT BÒ MOÂ PHOÛNG: 1. MULTIMETER (Ñoàng hoà nhieàu chöùc naêng): Ño löôøng trôû khaùng hoaëc ñieän aùp DC, DC trung bình (AVG), ño aùp hoaëc doøng ñieän AC hieäu duïng (RMS). - Khi ño ñieän aùp noái maùy ño song song vôùi maïch. - Khi ño doøng ñieän noái maùy ño noái tieáp vôùi maïch. - Khi ño trôû khaùng, haõy baûo ñaûm thaùo rôøi baát kyø nguoàn ñieän töø maïch ñieän vaø haõy nhaän ra nhöõng thieát bò dao ñoäng naøo coù theå gaây ra nhöõng loãi SPICE. Ghi chuù: - SPICE thaáy doøng ñieän chaïy vaøo ñaàu muùt döông cuûa nguoàn ñieän moät chieàu, Multimeter hoaëc Signal Generator nhö doøng ñieän döông. - Ñeå ño löôøng nhöõng giaù trò DC AVG hoaëc AC RMS, Transient Analysis phaûi ñöôïc choïn vaø moâ phoûng ñuû nhöõng chu kyø veà döõ lieäu nhaát thôøi cho vieäc ño löôøng coù yù nghóa. Töông töï Operating Point Analysis phaûi ñöôïc choïn ñeå ñaït nhöõng giaù trò trôû khaùng vaø DC. 32 2. 1kHz V1 -1/1V SIGNAL GENERATOR (Boä phaùt tín hieäu ña chöùc naêng). Coù theå xeáp ñaët nhieàu boä phaùt tín hieäu trong maïch thieát keá. Nhöõng chöùc naêng daïng soùng bao goàm Sine Wave (Soùng sin), Pulse (Soùng vuoâng), AM Signal (Soùng AM), FM Signal (Soùng FM), Exponential (Soùng muõ), Piece-Wise (Soùng tuyeán tính). 3. .NS CMD2 0V .NODESET Statement. Giuùp tìm ra giaûi phaùp quaù ñoä hoaëc DC baèng caùch taïo ra ñieåm chuyeån ñaàu tieân vôùi nhöõng nuùt nhaát ñònh ñöôïc giöõ ñoái vôùi ñieän aùp cung caáp. Caàn thieát cho vieäc hoäi tuï nhöõng maïch ñieän ña haøi. 4. .IC CMD1 0V .IC Statement. Ñeå xaùc laäp nhöõng ñieàu kieän quaù ñoä ban ñaàu. Noù coù hai pheùp noäi suy khaùc nhau tuøy thuoäc vaøo tham soá UIC ñöôïc choïn trong cheá ñoä phaân tích quaù ñoä (Transient Analysis). - Khi tham soá UIC ñöôïc choïn trong Transient and Fourier Analysis Setup, ñieän aùp nuùt ñöôïc xaùc ñònh .IC söû duïng ñeå tính tuï ñieän, diode, transistor, JFet vaø caùc ñieàu kieän khôûi ñaàu MosFet. - Khi tham soá UIC khoâng ñöôïc choïn trong Transient and Fourier Analysis Setup, giaûi phaùp phaân cöïc ñöôïc tính tröôùc khi phaân tích quaù ñoä. Trong tröôøng hôïp naøy ñieän aùp nuùt ñöôïc xaùc ñònh . Trong quaù trình quaù ñoä söï duy trì ñieän aùp treân nhöõng nuùt naøy bò huõy boû. Ñaây laø giaûi phaùp mong muoán cho pheùp SPICE tính toaùn caùc giaûi phaùp DC moät caùch töông thích. 33 PHAÀN 2 : MOÂ PHOÛNG CAÙC MAÏCH ÖÙNG DUÏNG §1. MAÏCH KHUEÁCH ÑAÏI VI SAI DUØNG BJT * Haõy veõ maïch ñieän nhö hình sau trong Circuit Maker. 1/ Cho Vin2=0V. Vin1(V) -0.15 - 0.1 -0.05 -0.03 -0.01 0 0.01 0.03 0.05 0.1 0.15 VO1(V) VO2(V) Nhaän xeùt keát quaû thu ñöôïc so vôùi tính toaùn treân lyù thuyeát? 2/ Cho maïch nhö hình treân nhöng noái Vin1 vaø Vin2 vôùi nhau : Vin1=Vin2(V) -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 VO1(V) VO2(V) Nhaän xeùt keát quaû thu ñöôïc so vôùi tính toaùn treân lyù thuyeát? 0V 0V Q1 10K Ic 0V 10K V o1 Ic R1 0V R3 Q2 Vo2 Ib VB= +15V 10K V in1 V V in2 Ie R2 Ib - 15V V Ie 34 §2. Maïch khueách ñaïi vi sai nguoàn doøng khoâng ñoåi * Haõy veõ maïch ñieän nhö hình sau trong Circuit Maker. 5. Ño V02 vaø ghi vaøo baûng keát quaû: Vin1=Vin2(V) -10 -6 -2 0 2 6 8 10 Vo2(V) Nhaän xeùt keát quaû thu ñöôïc so vôùi tính toaùn treân lyù thuyeát? 2. Giaû söû maïch treân cho Vin2=0V. Ño VO2 vaø ghi vaøo baûng keát quaû: Vin1(V) -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 Vo2(V) Nhaän xeùt keát quaû thu ñöôïc so vôùi tính toaùn treân lyù thuyeát? Q2 +10V R4 1K VB= +15V Vo1 Q1 0V R2 - 15V Q4 R5 10K R1 10K V R3 1K 10K Vo2 35 §3. MAÏCH SO SAÙNH * Haõy veõ maïch ñieän nhö hình sau trong Circuit Maker.Duøng Opamp UA741: 1/ Cho Vin1 thay ñoåi. Tìm Vin2 khi maïch ñoåi traïng thaùi: Vin1(V) -9 -7 -5 -3 0 2 4 6 8 Vin2(V) Nhaän xeùt keát quaû thu ñöôïc so vôùi tính toaùn treân lyù thuyeát? 2/ Laøm töông töï nhö baøi 1 vôùi maïch sau: Vi1 + 5V A Vcc -15V Vcc +15v 1.0kHz Vi2 -10/10V + U1 UA741 R1 10k R2 10k Vin1(V) -9 -7 -5 -3 0 2 4 6 8 Vin2(V) Nhaän xeùt keát quaû thu ñöôïc so vôùi tính toaùn treân lyù thuyeát? Vi1 + 5V A Vcc -15V Vcc +15v 1.0 kHz Vi2 -10/10V + U1 UA741 R1 10k R2 10k 36 §4: MAÏCH BIEÁN ÑOÅI DAC * Haõy veõ maïch ñieän nhö hình sau trong Circuit Maker. C B A D 0V 0V 0V 0V DC V 819.2uV A Vcc -15V Vcc +15v + U1 UA741 160k 80k 40k 20k 10k Ngoõ vaøo soá D C B A Vo(V) 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1 Ghi lai caùc giaù trò Vo töông öùng.Xaùc ñònh ñoä thay ñoåi Vo öùng vôùi moãi ñôn vò soá ngoõ vaøo. Nhaän xeùt keát quaû thu ñöôïc so vôùi tính toaùn treân lyù thuyeát? 37 §5: MAÏCH BIEÁN ÑOÅI ADC * Haõy veõ maïch ñieän nhö hình sau trong Circuit Maker Vi(v) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q3 Q2 Q1 Q0 Thay ñoåi ñieän aùp ngoõ vaøo Vi,chaïy moâ phoûng ñeå ghi laïi caùc giaù trò soá ngoõ ra töông öùng. Nhaän xeùt keát quaû thu ñöôïc so vôùi tính toaùn treân lyù thuyeát? Chaïy phaân tích quaù ñoä ñeå quan saùt aùp ngoõ ra taïi caùc Opamp vaø ngoõ ra soá. D C B .IC 0V 10. 0Hz 0/5V 1uF + 10V + 10V V4 +15v V5 -15V + U2 UA741 74LS93 MR1 MR2 CP0 CP1 Q3 Q2 Q1 Q0 A V6 -15V V7 +15v + U4 UA741 1k 10M 1k 38