Bài giảng Thí nghiệm Trang bị điện trong máy công nghiệp (ME2006) - Bài 3: Mạch khuếch đại thuật toán (Op-Amp)

Nội dung text: Bài giảng Thí nghiệm Trang bị điện trong máy công nghiệp (ME2006) - Bài 3: Mạch khuếch đại thuật toán (Op-Amp)

1. FL061 KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Mạch Khuếch Đại Thuật Toán (Op-Amp) 1. GIỚI THIỆU Bài thí nghiệm này sẽ giới thiệu về Operational Amplifier (Op-Amp), hay còn gọi là Mạch khuếch đại thuật toán, là một trong những thiết bị xử lý tín hiệu tương tự quan trọng nhất hiện nay. Mục đích của bài thí nghiệm này nhằm giúp cho người học nắm được các kiến thức cơ bản về Op-Amp và có khả năng lắp ráp các mạch điện cơ bản sử dụng Op-Amp như: mạch lặp điện áp, mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo, mạch so sánh. 1.1 Giới thiệu về Op-Amp Một Op-Amp có các ngõ vào (Input signal) và các ngõ ra (Output signal) có quan hệ như sau: Output signal = A x Input signal Trong đó A là hệ số khuếch đại. Tùy thuộc vào tín hiệu vào và tín hiệu ra chúng ta có 4 loại sau: điện áp ra/ điện áp vào, dòng điện ra/ dòng điện vào, điện áp ra/ dòng điện vào, dòng điện ra/ điện áp vào. Trong nội dung bài này chúng ta sẽ chỉ tìm hiểu mối liên hệ giữa điện áp vào và điện áp ra. Sơ đồ mạch điện của một Op-Amp được thể hiện trong hình 1. Hình 1: Sơ đồ mạch điện của một Op-Amp. Trong hình 1 này, Ri là điện trở ngõ vào, RO là điện trở ngõ ra, Vi là điện áp ngõ vào, VO là điện áp ngõ ra của Op-Amp. Để cung cấp điện áp vào cho Op-Amp, chúng ta sử dụng một nguồn VS mắc nối tiếp với một điện trở RS. Ngõ ra của Op-Amp được mắc nối tiếp với tải RL. Điện áp Vi và VO được tính như sau: Ri VViS (1) RRSi RL VAVOi (2) RROL 1.2 Mô hình Op-Amp lý tưởng Một Op-Amp khuếch đại điện áp vi sai VVVi p n ở ngõ vào và tao ra một điện áp VO ở ngõ ra. Hình 2 thể hiện sự so sánh của một Op-Amp thường và một Op-Amp lý tưởng. Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT 1
2. FL061 2.1 Bộ khuếch đại thuật toán LM741 LM741 là một bộ khuếch đại thuật toán thông dụng hoạt động theo các chuẩn công nghiệp hiện nay. Hình 3 thể hiện sơ đồ chân của IC LM741. Hình 3: Sơ đồ chân của Op-Amp LM741. Trong bài thí nghiệm này chúng ta sẽ sử dụng 5 chân sau: 2, 3, 4, 6, và 7. Chân số 2 là chân tín hiệu ngõ vào đảo, ký hiệu là dấu “-”. Chân số 3 là chân tín hiệu ngõ vào không đảo, ký hiệu là dấu “+”. Chân số 6 là chân tín hiệu ngõ ra. Chân số 4 là chân điện áp nguồn âm và chân số 7 là chân điện áp nguồn dương. Một số đặc tính của Op-Amp LM741 như sau: - Điện áp nguồn: ± 18V - Công suất tiêu thụ: 500 mW - Tín hiệu ngõ vào tối đa: ± 15V - Tín hiệu vi sai ngõ vào tối đa: ± 30V - Nhiệt độ hoạt động: -55 0C đến +125 0C 2.2 Giới thiệu về Nguồn dùng trong thí nghiệm Để Op-Amp có thể hoạt động được chúng ta cần phải cấp nguồn cho nó. Nguồn cung cấp cho Op-Amp là nguồn đôi có giá trị tùy thuộc vào từng loại Op-Amp. Trong bài này chúng ta sẽ dùng nguồn đôi ±12V. Hình 4 thể hiện một bộ nguồn máy tính gồm các nguồn sau: • Dây đỏ: nguồn +5V • Dây xanh: nguồn +12V • Dây trắng: nguồn -12V • Dây cam: nguồn 3.3V • Dây đen: nối đất Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT 3
3. FL061 Lắp ráp mạch điện như hình 6. Hình 6: Mạch lặp điện áp c) Đo giá trị điện áp trên điện trở 1kΩ? d) Giải thích sự khác nhau giữa 2 trường hợp? Bài thí nghiệm 2: Mạch khuếch đại không đảo Lắp ráp mạch khuếch đại không đảo như hình 7, trong đó sử dụng biến trở 5kΩ. Hình 7: Mạch khuếch đại không đảo a) Hiệu chỉnh giá trị biến trở để có tín hiệu vào là 0.5V, xác định VOUT ở chân 6? b) Hiệu chỉnh giá trị biến trở để có tín hiệu vào là 2V, xác định VOUT ở chân 6? c) Xác định mối quan hệ giữa VIN ở chân 3 và VOUT ở chân 6? Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT 5
4. FL061 a) Xác định dạng tín hiệu ở chân 6 VOUT? b) Giải thích tại sao mạch tạo ra xung vuông? Bài thí nghiệm 5: Mạch tạo xung tam giác Lắp ráp mạch tạo xung tam giác như hình 10. Trong đó: tụ hóa thay bằng tụ thường, điện trở 6.8kΩ và điện trở 3.9kΩ thay bằng điện trở 1kΩ, điện trở 12kΩ thay bằng điện trở 10kΩ. Hình 10: Mạch tạo xung tam giác a) Xác định dạng tín hiệu ở chân 6 của cả 2 OpAmp? b) Giải thích tại sao tạo ra tín hiệu xung tam giác? Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT 7
5. FL061 Bài thí nghiệm 4: Không chạy □ Chạy không hoàn chỉnh □ Chạy tốt □ Trả lời câu hỏi: a) Dạng tín hiệu ở chân 6 VOUT là: b) Giải thích: Bài thí nghiệm 5: Không chạy □ Chạy không hoàn chỉnh □ Chạy tốt □ Trả lời câu hỏi: a) Dạng tín hiệu ở chân 6 của OpAmp 1 là: Dạng tín hiệu ở chân 6 của OpAmp 2 là: b) Giải thích: Họ và tên sinh viên: SV: . MSSV: . SV: MSSV: . SV: MSSV: . SV: MSSV: SV: MSSV: . Nhóm: Kit số: Ngày thực hành / thí nghiệm: . Faculty of Mechanical Engineering @HCMUT 9