Giáo trình thực tập điện tử & kỹ thuật số 2 (phần điện tử)

trị cực đại. Vặn biến trở P2 ở giữa, vặn biến trở nguồn để thay đổi thế vào +V theo các giá trị ghi trong bảng A11 - 11. Đo các điện thế lối ra tương ứng khi không mắc tải và khi mắc tải J1, J2. Trên cơ sở kết quả đo vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc thế ra trục Y và thế vào trục X. Xác định khoảng thế làm việc tốt nhất cho sơ đồ A11-5. Xác định khả năng tải cho sơ đồ Bảng A11-11 +V 5V 6V 7V 8V 9V 10V 11V 12V 13V 14V Thế lối ra (điểm C1) Khi không có tải (J1 ngắt) Thế lối ra (điểm C1) Khi có tải (J1 Nối) 3.2 Vặn biến trở nguồn ATS/11- N để tăng thế - V theo các giá trị cho trong bảng A 11 - 12. Đo các giá trị điện thế lối ra các trường hợp có tải và không có tải (nối J2). Bảng A11-12 -V -5V -6V -7V -8V -9V -10V -11V -12V -13V -14V Thế lối ra (điểm C2) Khi 41 không có tải (J2 ngắt) Thế lối ra (điểm C2) Khi có tải (J2 Nối) 3.3 Dùng dao động kí để quan sát tín hiệu tôi ra tại C.Đ 3.4 Đặt nguồn +V (ATS - 11 N) Ở 1 2V, nối J1 đo biên độ mấp mô của tín hiệu ra UR (+V) ghi kết quả vào bảng A11-13... 4. Khảo sát mạch ổn áp với bộ chỉnh lưu 4.1 Cấp thế xoay chiều AC 9V từ thiết bị chính ATS - 11N cho các chốt tương ứng (~9V, ~OV, ~9V) của sơ đồ A11-5 để sử dụng chỉnh lưu cầu thay cho thế lấy thế từ thiết bị chính. 4.2 Đo biên độ mấp mô tín hiệu ra khi không có tải và khi có tải ghi kết quả vào bảng A11 - 13. So sánh kết quả độ mấp mô khi dùng nguồn +V ổn định của ATS 11 -N và nguồn từ sơ đồ cầu sử dụng. Bảng A11-13 Không nối J Nối J1 (tải R1) Nối J2 (Tải R2) +UR (+VIATS- 11N) +V(A11-5) - UR (+V/ATS- 11N) -V(A11-5) 4.3 So sánh và nhận xét về độ mấp mô và khả năng tải của sơ đồ đã thực nghiệm ở trên. 42 BÀI 12. SƠ ĐỒ CHUYỀN MẠCH TƯƠNG TỰ (ANALOG SWITCH) A. THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1. Thiết bị chính cho thực tập điện tử tương tự. 2. Khối thí nghiệm AE- 112N cho các bài thực tập về chuyển mạch tương tự 3. Dao động kí hai tia 4. Dây nối hai chốt cắm, đồng hồ đo Valt và Ampe. B. CÁC BÀI THỰC TẬP I. BỘ CHUYỂN MẠCH TƯƠNG TỰ RIÊNG RẼ Nhiệm vụ Tìm hiểu bộ chuyển mạch tương tự với sử dụng điều khiển bằng số (Digital). Nguyên lý hoạt động Dựa trên nguyên lý hoạt động của IC CD4066 Sơ đồ chân của IC CD4066 như sau: CD4066 là một chuyển mạch hai trường gồm 4 chuyển mạch đơn. Với mỗi một chuyển mạch đơn yêu cầu ở đầu vào một tín hiệu đơn. Các tín hiệu vào CON là tín hiệu 43 điều khiển (CONTROL). Trong sơ đồ thí nghiệm: Khi đầu vào C1 (tín hiệu điều khiển) ở mức +5V thì tín hiệu đầu ra bằng tín hiệu đầu vào (có sự chuyển mạch). Các bước thực hiện Thí nghiệm tiến hành trên sơ đồ hình A12-1. Hình A12-1: Bộ chuyển mạch tương tự riêng rẽ 1. Cấp nguồn 5V cho mảng sơ đổ A12 - 1. 2. Máy phát xung FUNCTION GENERATOR đặt ở Chế độ phát xung vuông góc hoặc Sin với tần số 1K và biên độ cực đại. Nối máy phát với lối vào của IC1 (hình A12 - 1a). 3. Dùng dao động kí để quan sát tín hiệu tại tối ra OUT1. 4. Nối chốt điều khiển C1 với 5V. Quan sát tín hiệu và đo biên độ tín hiệu lối ra. Ghi kết quả vào bảng A12 - 1. Thay đổi biên độ tín hiệu vào, đo biên độ ra tương ứng. 44 Hình A 12- 1 a: Bộ chuyển mạch tương tự riêng rẽ 5. Ngắt chốt điều khiển C1 ra khỏi +5V (khi đó C1 nối sẵn với nguồn -5V qua trở) Quan sát và vẽ tín hiệu, đo biên độ lối ra. Ghi kết quả vào bảng A12 - 1. Bảng A12-l Uin 100mV 1V 2V 3V 4V C1 = +5 Rra C1 = -5 Ura 6. Đổi chiều kênh truyền: Nối tín hiệu từ FUNCTION GENERATOR tới Chân OUT1. Dùng dao động kí để quan sát tín hiệu tại chân IN. Nối C1 tới +5V, quan sát tín hiệu và nhận xét kết quả. II. BỘ KHUẾCH ĐẠI CÓ HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI THAY ĐỔI Nhiệm vụ Tìm hiểu bộ khuếch đại thuật toán có hệ số khuyếch đại thay đổi khi tín hiệu đầu vào qua các chuyển mạch khác nhau. Nguyên lý hoạt động CD4017 hoạt động với sườn dương của xung nhịp vào Clock và xung vào cho phép ở mức logic tích cực 0. Trong sơ đồ thí nghiệm: tiếp xúc với CTRL với chốt nguồn 5V, qua khoá là tranzitor T1. Như vậy ta có ở cực C của trazitor có một xung nhịp. Khi sườn xung nhịp dương (mức 0 - >1) thì các đầu ra CT1 - CT4 lần lượt nhận các giá trị tích cực 1. Các giá trị này cũng lần lượt được đưa vào các chuyển mạch của CD4066. Khi đó có chuyển mạch và tín hiệu vào IN được đưa vào đầu đảo của bộ khuyếch đại thuật toán LM741. Hệ số khuyếch đại của bộ khuyếch đại thuật toán do đó cũng thay đổi khi các đầu vào của chuyển mạch khác nhau. Hệ số khuyếch đại K ~ R8/R1 trong đó R1 là các điện trở đầu vào của chuyển mạch (R4- R7). 45 Các bước thực hiện 1. Cấp nguồn điều chỉnh được 0 → - 15 V tới lối vào IN của sơ đồ A 12 - 2 biên độ để 300mV. Hình A12-2: Bộ khuếch đại với hệ số khuếch đại điều khiển bằng số 2. Dùng dây nối một đầu nối vào CTRL (Hình A12-2). Đầu còn lại chấm vào chốt +5V. Mỗi lần tiếp xúc thực hiện +1 vào bộ đếm, ghi điện thế lối ra IC1, biên độ xung ra IC3 vào bảng A 12-2. Bảng A12-2. Số lần tiếp xúc IC1/3 IC2/2 IC1/4 IC1/7 Rra IC3/6 K (đo) = Ura/Uvao K tĩnh =R8/R4 =R8/R5 =R8/R6 =R8/R7 3. Máy phát xung của thiết bị chính ATS - 11N ở chế độ phát xung vuông góc, tần số 1K, biên độ 5V và nối tới lối vào CTRL của sơ đồ A12-2. 4. Lối vào IN vẫn nối với nguồn âm tần của ATS11-N đang đặt ở 300mV. Quan sát và vẽ lại dạng tín hiệu ra ở các chân 3, 2, 4, 7 của bộ đếm IC1. 5. Vẽ lại dạng và đo biên độ tín hiệu ra tại tối ra OUT theo nhịp xung điều khiển. Giải thích nguyên tắc điều khiển hệ số khuếch đại của sơ đồ A12 - 2. 46 III. BỘ CHUYỀN MẠCH TƯƠNG TỰ 8 → 1 VỚI ĐIỀU KHIỀN SỐ THEO MÃ NHỊ PHÂN Nhiệm vụ Tìm hiểu bộ chuyển mạch tương tự được điều khiển theo giá trị số. Nguyên lý hoạt động Bộ chuyển mạch tương tự 8→l sử dụng IC CD4051 Sơ đồ chân của CD4051 như sau: Theo sơ đồ thí nghiệm thì tín hiệu vào sẽ được đưa qua một trong các kêng Y( V0 - Y7) theo sự điều khiển của tín hiệu vào gồm 3 tín hiệu là A0, A1, A2 và tín hiệu cho phép E (Enable) khi E ở mức trực tích cực (mức 0). Các bước thực hiện 1. Cấp nguồn +5V cho mảng sơ đồ A 12-3 2. Nối đầu chung Z/IC1 với lối ra máy phát tín hiệu của ATS11 - N (phát xung vuông góc hoặc Sin, tần số 1K biên độ 1V). 3. Nối các lối vào điều khiển E (cho phép), A0, A1, A2, với đất hoặc với 5V lần lượt theo các giá trị cho trong bảng A 12 - 3. 47 Hình A 12-3: Bộ chuyển mạch tương tự 8: 1 4. Sử dụng dao động kí để quan sát tín hiệu tại các tối ra Y0 - Y7 theo trạng thái lối vào điều khiển E, A0 Al, A2, A3. Tìm kênh ra có tín hiệu không méo và đánh dấu X vào cột tương ứng trong bảng A12-3. Bảng A 12- 3 E A2 A1 A0 Z Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 1 X X X 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 48 Đo biên độ tín hiệu ra và so sánh với tín hiệu vào. 5. Nếu cho các tín hiệu vào các lối vào Y0 - Y7, còn lối ra lấy ở Z, sơ đồ có làm việc hay không và làm việc như thế nào? 49 BÀI 14. BỘ BIỀN ĐỔI TƯƠNG TỰ - SỐ (ADC) A. THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1. Thiết bị chính cho thực tập điện tử tương tự. 2. Khối thí nghiệm AE- 114N cho các bài thực tập về chuyển mạch tương tự 3. Dao động kí hai tia 4. Dây nối hai chốt cắm, đồng hồ đo Vol và Ampe. B. CÁC BÀI THÍ NGHIỆM Nhiệm vụ Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của bộ biến đổi các giá trị tương tự thành giá trị số ADC (Analog to Digital Converter). Nguyên lý hoạt động: Hình A14-1 là bộ biến đổi ADC có nguyên tắc hoạt động được cho bởi hình sau: Xung START được đưa đồng thời vào bộ tạo xung răng cưa (T1, T2, T3) và cổng 2A. * Xét trong thời khoảng nửa chu kỳ âm của xung này: 50 - Tại lối ra RAMP OUT, xung có dạng hình răng cưa được đưa vào lối vào nghịch (V-) của bộ so sánh (COMPARATOR) để so sánh với mức điện áp ANALOG tại lối vào thuận ( V+). - Xung ra tại C, có thể thay đổi độ rộng nhờ việc điều chỉnh biến trở P2. - Cổng 2A chỉ cho tín hiệu ra tại C thông trong khoảng xung START âm. - Trong thời khoảng xung tại T ở mức cao, nó cho phép chuỗi xung G thông qua cổng 2B để đưa vào lối vào CK của bộ đếm - hiển thị. * Trong khoảng nửa chu kỳ dương của xung START: - Cổng 2A không cho phép tín hiệu tại C thông trong khoảng xung START dương. Vì vậy sau 3 lần đảo tại 2D, 2A, 2C mức dương (cao) của xung này chuyển thành mức thấp. Mức thấp này lại cũng không làm thông chuỗi xung G tại cổng 2B. Kết quả chuỗi xung tại S có dạng như hình vẽ trên. Hình A14-2 là sơ đồ mạch đếm 10 ba digit mã BCD dùng IC 4510. Mỗi IC4510 là một bộ đếm 10 mã BCD không đồng bộ. Các IC 4511 là bộ giải mã từ mã BCD ra mã 7 đoạn. Khi có chuỗi xung được đưa vào lối vào CK thì bộ đếm bắt đầu đếm và giải mã thành mã BCD, tổ hợp mã BCD này được đặt ngay vào lối vào tương ứng của bộ giải mã từ BCD sang LED 7 đoạn. Các bước thực hiện Hình A14-1: Bộ biến đổi tương tự - số (ADC) 1. Cấp nguồn +5V, 12V cho mảng sơ đồ A14 - 1. 2. Nối mạch của sơ đồ A14 -1 với các mạch của ATS - 11N như sau: Nối lối vào START với lối ra của máy phát FUNCTION GENERATOR. Máy phát đặt ở chế độ phát Xung vuông góc, đặt ở tần số 50Hz, biên độ cực đại 51 Đặt nguồn điều chỉnh O+15V ở chế độ 5V và nối lối vào ANLOG của A11-1. 3. Dùng kênh 1 của dao động kí để quan sát tín hiệu lối vào tại Nút START và tín hiệu tại các điểm của sơ đồ A 14 - 1. 4. Khảo sát bộ hình thành xung tam giác: Sử dụng kênh 2 của dao động kí để quan sát tín hiệu tại R (trên tụ C1) và tín hiệu ra RAMP OUT (T3) của bộ hình thành xung tam giác. Đo biên độ và vẽ lại dạng tín hiệu lối ra theo tín hiệu khởi phát START. Điều chỉnh P1 để xung ra không có đoạn bão hòa biên độ ra cực đại cỡ 5- 6V. 5. Khảo sát bộ so sánh IC1 Vặn biến trở P2 của sơ đồ A14-1 cho thế vào tại chốt I (R8) là +4V Sử dụng kênh 2 của dao động kí để quan sát tín hiệu tại lối vào đảo và không đảo của IC1. Quan sát tín hiệu ra tại C, xác định thời điểm lối ra chuyển trạng thái theo sự so sánh tín hiệu ở các lối vào IC1. Vẽ dạng tín hiệu ra theo tín hiệu khởi phát START 6. Khảo sát bộ hình thành xung đếm(hình A14-2) Hình A 14-2: Sơ đồ nguyên lý bộ đếm 3 số hạng Sử dụng kênh 2 của dao động kí để quan sát dạng tín hiệu T và S. Vẽ dạng tín hiệu ra theo tín hiệu khỏi phát START. 7. Khảo sát bộ đếm đôi IC3 52 Sử dụng kênh 2 của dao động kí quan sát dạng tín hiệu tại CON1 - CON2 - CON3. Vẽ dạng tín hiệu ra theo dạng tín hiệu đếm S. 8. Đặt P2 = 0V, chỉnh P1để số đếm đếm được chỉ là 0. Đặt P2 = 5V, chỉnh P1 để số đếm chỉ được là 500. Lặp lại phép điều chỉnh vài lần 9. Thực hiện các bước như trong bảng A 14-1. Dùng đồng hồ đo thế để đo các giá trị thế tương ứng tại điểm I (R8 ) và ghi số đếm trên LED vào bảng A 14-1. Bảng A14-1 U vào (điểm I) 500mV 1V 2V 3V 4V 5V Số đếm N 10 vẽ đồ thị biểu diễn số đếm lối ra (trục Y) theo thế vào (trục X). Nhận xét kết quả? 11. Giải thích nguyên tắc hoạt động của sơ đồ nguyên lý hình A14- 1. Phát biểu tóm tắt về nguyên tắc bộ biến đổi tương tự - số? 53 BÀI 19. SƠ ĐỒ BIẾN ĐỔI TẦN SỐ ĐIỆN THẾ VÀ ĐIỆN THẾ TẦN SỐ (F TO V AND V TO F CONVERTER) A. THIẾT BỊ SỬ DỤNG 1. Thiết bí chính cho thực tập điện tử tương tụ ATS - 11 N. 2. Khối thí nghiệm AE - 119N về bộ biến đổi V- F và F -V 3. Dao động kí hai tia, đồng hồ đo 4. Dây cắm hai đầu. B. CÁC BÀI THÍ NGHIỆM I. BỘ BIẾN ĐỔI TẦN SỐ ĐIỆN THẾ (FVC) Nhiệm vụ Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của bộ biến đổi tần số thành điện thế. Nguyên lý hoạt động Để xác định giá trị tần số tức thời có thể sử dụng mạch RC như hình dưới đây Hình A19-1: Sơ đồ biến đổi điện thế thành tần số dùng mạch RC Tín hiệu vào được hình thành chuẩn về biên độ và dạng Um để đảm bảo điện tích q tương ứng với mỗi xung là không đổi khi nạp cho tụ điện C. q = C(Um – U10) (19.1) trong đó U0 là điện thế ra. Khi có f xung tới trong thời gian là 1s thì tổng điện tích trên tụ sẽ bằng: Q = fC(Um – U0) (19.2) Bởi vì dòng I bằng tổng điện tích dịch chuyển qua đơn vị tiết diện trong ls I = Q/t = U0/R (19.3) 54 Ta có: Để đảm bảo độ tuyến tính giữa tần số và điện thế U0, cần đảm bảo điều kiện U0 << Um, khi đó (19.1) có dạng: Từ biểu thức 19.6 ta thấy tín hiệu lối ra Um tỉ lệ với tần số tín hiệu vào Giá trị tụ C và trỏ R xác định độ nhạy của sơ đồ, sai số đo và thời gian xác lập trạng thái cân bằng của hệ thống. Xung thế trên tụ được cho trên hình 19.1b. Sự thăng giáng điện thế ra xuất hiện do quá trình phóng điện liên tục của tụ C qua R theo hàm mũ. Khi tần số tín hiệu vào thấp tức là khoảng cách giữa 2 tín hiệu là lớn và điện thế ra có sự mấp mô lớn để giảm sự mấp mô cần tăng giá trị của tụ C. Song thời gian xác lập giá trị đo chậm lại hay nói khác đi thì thời gian quá độ của mạch là lớn, sai số đo ở vùng này là 8 - 10%. Hình A19-l: sơ đồ biến đổi tần số thành điện thế trên vi mạch LM2907 Khi tần số tín hiệu vào là lớn, độ mấp mô là nhỏ nên có thể chọn giá trị của tụ là nhỏ hơn, sai số trong trường hợp này khoảng 2 - 4%. Trong bài thực tập hình A19-2 là các bộ biến đổi tần số thành điện áp. Ở đây bộ 55 hình thành xung tín hiệu chính là IC555 Ngoài ra người ta còn dùng một IC chuyên dụng trong việc biến đổi tần số thành điện thế và trong bài thực tập hình A19 - 1 ta cũng khảo sát một IC chuyên dụng đó là IC LM2907 về nguyên tắc thì nó vẫn sử dụng mạch RC đã nêu ở trên. Với vi mạch LM2907 ta có: U0 = Vcc.f.C8.R7.K (K là hệ số khuếch đại K = 1 ) Tụ C9 được chọn ở giới hạn độ mấp mô điện thế ra cho phép và phản ứng thời gian cần thiết. Các bước thực hiện 1. Cấp nguồn + 1 2V cho mảng sơ đồ A19 - 1. Hình A19-2: Sơ đồ biến đổi tần số thành điện thế 2. Nối mạch của sơ đồ A19 - 1 với mạch ATS - 11N như sau: - Nối máy phát FUNCTION GENERATOR tới lối VÀO F-IN. Máy phát đặt ở chế độ phát xung vuông góc, tần số 1K biên độ cực đại. - Kênh 1 dao động kí nối tới lối vào F-IN. Kênh 2 dùng để quan sát tín hiệu tại lối ra P-OUT, và U1, U2, U3. - Dùng dây nối hai đầu nối đầu ra P-OUT của A19-1 tới lần lượt các lớp vào A, B hoặc C. 3. Thay đổi tần số tín hiệu vào theo bảng A19- 1, xác định dạng tín hiệu và độ lớn thế lối ra cho trường hợp không nối và có nối J1, J2. 56 Bảng A19-l Tần số P-UOT→A,B,C 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 500KHz 1MHz Dạng tín hiệu ra A Độ lớn V UOT A Dạng tín hiệu ra B Độ lớn V UOT B Dạng tín hiệu ra C Độ lớn V UOT C 4. Căn cứ dạng tín hiệu ra, so sánh độ chính xác của sơ đồ cho tần số cao và thấp. 5. Lập đồ thị biểu diễn mối quan hệ thế ra (trục Y) và tần số tín hiệu vào trục X. 6. Nối P-OUT với chân P-IN (IC2) của sơ đồ A19-1 để khảo sát mạch biến đổi có chất lượng cao hơn. Thay đổi tần số tín hiệu lối vào theo bảng A 19 - 2, xác định dạng tín hiệu và độ lớn thế lối ra cho trường hợp không nối và có nối J1, J2. Bảng A19-2 Tần số Nối J1, J2 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 500KHz 1MHz Dạng tín hiệu ra J1 không nối J2 không nối Độ lớn Vout J1 không nối J2 không nối Dạng tín hiệu ra J1 nối J2 không nối Độ lớn Vout J1 nối J2 không nối Dạng tín hiệu ra J1 nối J2 nối Độ lớn vòm J1 nối J2 nối 57 7. So sánh kết quả trong hai bảng A19-1 và A19-2. Nhận xét và giải thích kết qua. II. BỘ BIẾN ĐỔI SỐ THẾ - TẦN SỐ (VFC) Nhiệm vụ Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của bộ biến đổi điện thế thành tần số tín hiệu. Nguyên lý hoạt động Sơ đồ biến đổi điện thế thành tần số có thể được thực hiện trên bộ khuếch đại thuật toán LM741 và Timer LM555 (hình A19 - 2). Điện thế ban đầu được nạp cho tụ C3 trên mạch tích phân với IC1. Tụ C3 mắc song song với khoá điện tử T1, cho phép tụ C3 phóng điện khi có tín hiệu điều khiển từ lối ra IC2. Kết quả là điện thế vào tạo ra sự phóng nạp liên tục trên mạch tích phân và được hình thành để nhận chuỗi xung ra có tần số tỉ lệ với điện thế vào. Sơ đồ hình A19 -4 sử dụng vi mạch LF351 và LM331 để cho khoảng đo rộng hơn và độ chính xác cao hơn. Các bước thực hiện II.1 Bộ biến đổi VFC sử dụng IC555 1. Cấp nguồn -5V, ±12V cho mảng sơ đồ A19-2 Hình A 19- 3: Bộ biến đổi điện thế - tần số. 2. Nối lối vào IN với nguồn -5V của ATS -11N. 3. Nối kênh 1 của dao động kí với lối vào IN. Kênh 2 dùng để quan sát tín hiệu tại lối ra OUT. 58 4. Vặn biến trở P1 để thay đổi điện thế vào, đo giá trị điện thế vào và tần số ra tương ứng. Có thể sử dụng máy đo tần số để đo tần số lối ra. 5. Lập đồ thị biểu diễn mối quan giữa tần số tín hiệu ra (trục Y) và điện thế vào (trục X). 6. Giải thích nguyên tắc của sơ đồ. II.2 Bộ biến đổi VFC sử dụng LM331 1. Cấp nguồn -5V, ± 12V cho mảng sơ đồ A19-3 Hình A19-4: Bộ biến đổi điện thế thành tần số dùng LM331. 2. Nối lối vào IN với nguồn -5V của ATS - 11 N. 3. Kênh 1 của dao động kí nối tới lối vào IN, kênh 2 nối tới lối ra OUT. 4. Vặn biến trở P1 để thay đổi điện thế vào, đo giá trị thế vào, và tần số ra tương ứng. 5. Lập đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tần số tín hiệu ra (trục Y), và điện thế vào (trục X). 6. Giải thích nguyên tắc hoạt động của sơ đồ. 59