Các loại mạch khuếch đại va mô phỏng
Thiết bị chính bao gồm các chức năng
ã Nguồn DC ±10V, ±15V
ã Các biến trở
ã Các mô hình mạch chưa hoàn chỉnh
ã Khối tạo xung
II. Đặc trưng và chức năng của thiết bị
ã 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.
ã Biến trở: được sử dụng trong mạch hoặc dùng làm nguồn DC thay đổi.
ã Các mô hình mạch chưa hoàn chỉnh được vẽ sẳn trên thiết bị chính để cho
SV hoàn thiện mạch.
ã 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 34 người. Mỗi nhóm
phải viết vào 1 tờ báo cáo kết quả và cuối giờ nộp lại cho GVHD.
Nội dung
Bài 1: Mạch khuếch đại vi sai dùng BJT
Mạch khuếch đại vi sai nguồn dòng không đổi
Mạch khuếch đại đảo- Mạch khuếch đại không đảo
Mạch Cộâng
Mạch Trừ
Mạch So Sánh
Mạch Schmitt Trigger.
Bài 2: Mạch chỉnh lưu chính xác
Bài 3: Mạch khuếch đại vi sai dùng Op-amp
Mạch biến đổi điện áp/ dòng điện.
Bài 4: Mô phỏng.
38 trang |
Chia sẻ: tlsuongmuoi | Lượt xem: 2270 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Các loại mạch khuếch đại va mô phỏng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 34 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
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Các loại mạch khuếch đại va Mô phỏng.PDF