Hướng Dẫn Thí Nghiệm Điện Tử 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2018

THS. LÊ MINH ĐỨC

H¦íNG dÉn thÝ nghiÖM

§IÖN Tö 2

1

THS. LÊ MINH ĐỨC

HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM

ĐIỆN TỬ 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2018

2

3

LỜI NÓI ĐẦU

Điện tử 2 là một môn học cơ sở ngành nằm trong chương trình đào tạo

ngành Công nghệ kỹ thuật cơ điện tử. Nội dung của môn học cung cấp cho

người học những kiến thức cơ bản về các linh kiện bán dẫn nhiều mặt ghép, các

mạch khuếch đại ứng dụng, vấn đề ghép tầng khuếch đại, các bộ lọc và nguồn

cung cấp cho mạch điện tử. Kèm theo các chủ đề lý thuyết là các nội dung thực

hành, thí nghiệm tương ứng. Do đó, các nội dung thí nghiệm thực hành có ý

nghĩa rất quan trọng đối với việc học tập môn Điện tử 2. Việc thí nghiệm một

mặt giúp sinh viên kiểm chứng lại những nội dung đã được trình bày trong các

bài giảng lý thuyết, mặt khác giúp sinh viên hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động,

cấu trúc và ứng dụng thực tế của các mạch điện tử, rèn luyện kỹ năng tính toán,

đo lường các thông số và lắp ráp mạch… để phục vụ cho những môn học tiếp

sau và trong quá trình làm việc thực tế sau này.

Để nâng cao năng lực thực hành của sinh viên, Bộ môn Kỹ thuật điện & Tự

động hóa, Trường Đại học Lâm nghiệp đã liên tục nâng cấp, cải tiến và trang bị

mới các bài thí nghiệm phục vụ cho công tác đào tạo theo học chế tín chỉ. Chính

vì vậy, việc biên soạn cuốn bài giảng thực hành phục vụ cho các môn học thuộc

ngành Công nghệ Kỹ thuật cơ điện tử nói chung và môn học Điện tử 2 là rất cần

thiết nhằm đáp ứng nhu cầu về tài liệu hướng dẫn thực hành của sinh viên. Cuốn

bài giảng này vừa cung cấp cho sinh viên cơ sở lý thuyết liên quan đến nội dung

bài thí nghiệm, kỹ năng thực hành thí nghiệm và kiến thức để có thể xử lý và

trình bày được kết quả sau thí nghiệm. Bài giảng được biên soạn phù hợp với

chương trình môn học Điện tử 2 mới nhất đã được Trường Đại học Lâm nghiệp

phê duyệt năm 2014. Tài liệu gồm 08 bài thí nghiệm thuộc các nội dung về linh

kiện bán dẫn, các dạng mắc mạch khuếch đại đơn, ghép các tầng khuếch đại,

mạch khuếch đại ứng dụng sử dụng bộ khuếch đại thuật toán, bộ lọc và mạch tạo

dao động.

Trong quá trình biên soạn tác giả đã nhận được sự góp ý của các đồng

nghiệp trong Bộ môn Kỹ thuật điện & Tự động hóa. Tác giả xin chân thành cảm

ơn những góp ý quý báu của các thầy cô để giúp hoàn thiện cuốn bài giảng này.

4

Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình biên soạn và chỉnh sửa nội dung,

song đây là lần biên soạn đầu tiên nên chắc chắn không thể tránh được sai sót,

rất mong nhận được sự góp ý của các đồng nghiệp và các sinh viên để hoàn

thiện bài giảng trong những lần tái bản sau. Các ý kiến góp ý xin gửi về: Bộ môn

Kỹ thuật điện & Tự động hóa, Khoa Cơ điện & Công trình, Trường Đại học

Lâm nghiệp.

Tác giả

5

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ACV (Alternating Current Voltage): Điện áp xoay chiều

AGC (Auto Gain Control): Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại

AMP (Amplifier/Amplification): Bộ khuếch đại/Sự khuếch đại

BJT (Bipolar Junction Transistor): Transistor lưỡng cực

BPF (Band Pass Filter): Bộ lọc thông dải

BW (Band Width): Độ rộng băng thông

CB (Common Base): Cực gốc chung

CC (Common Collector): Cực góp chung

CD (Common Drain): Máng chung

CE (Common Emitter): Cực phát chung

CG (Common Gate): Cổng chung

CMRR (Common Mode Rejection

Ratio):

Tỷ số nén tín hiệu đồng pha

CS (Common Source): Nguồn chung

D (Drain): Cực máng

dB (Decibel): Đơn vị đo hệ số khuếch đại theo thang

lô ga rít

DCV (Direct Current Voltage): Điện áp một chiều

FET (Field Effect Transistor): Transistor hiệu ứng trường

G (Gate): Cực cửa, cực cổng

HPF (High Pass Filter) Bộ lọc thông cao

IC (Integrated Circuit): Vi mạch tích hợp

Input: Đầu vào

JFET (Junction FET): Transistor hiệu ứng trường cực cửa

tiếp giáp

LPF (Low Pass Filer): Bộ lọc thông thấp

LVDT (Linear Variable Differential

Transformer):

Bộ biến đổi tuyến tính vi sai

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor

FET):

Transistor hiệu ứng trường cực cửa

cách ly

NFB (Negative Feed Back): Hồi tiếp âm

6

OA, OPA, OP – AMP (Operation

Amplifier):

Bộ khuếch đại thuật toán

OCL AMP (Output Capacitor Less

Amplifier):

Bộ khuếch đại ghép tụ điện

OTL AMP (Output Transformer Less

Amplifier): Bộ khuếch đại ghép biến áp

Output: Đầu ra

RIAA (Recording Industry Association

of American Inc): Hiệp hội Công nghiệp ghi âm Hoa Kỳ

S & H (Sampling & Holding): Lấy và giữ mẫu

S (Source): Cực nguồn

SR (Slew Rate): Tốc độ biến thiên điện áp

Vp (Pinch-Off): Điện áp thắt kênh

Vpp (Voltage peak – peak): Điện áp đỉnh – đỉnh

VVR (Voltage – Variable Resistor): Điện áp – Biến trở

7

Bài mở đầu

GIỚI THIỆU HỆ THỐNG

1. Giới thiệu hệ thống

2. Giới thiệu về nội dung thí nghiệm

3. Giới thiệu về phần cứng

4. Phương pháp thực hiện thí nghiệm

5. Các trang thiết bị của phòng thí nghiệm

8

1. Giới thiệu hệ thống

Nội dung thí nghiệm này là một phần của hệ thống giảng dạy tích hợp dành

cho môn học Điện tử 2, thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử. Các mức

độ (độ khó) và phân phối cho các lĩnh vực được thể hiện trong các bảng hệ

thống số 1, 2, 3 và 4. Nội dung thí nghiệm phục vụ cho các ngành cơ điện tử,

điều khiển tự động và bộ phận kỹ thuật điện của trường cao đẳng, đại học.

Đối với cơ sở dạy nghề, nội dung thí nghiệm này cũng sẵn sàng cho việc

thực hành điện tử của các loại nghề khác như máy vi tính, kỹ thuật điện, phân

phối điện công nghiệp, điều khiển thiết bị ngoài các mạch điện tử và tuyến tính

IC thực hành của các loại nghề điện - điện tử và điện tử công nghiệp .

Với bài giảng thí nghiệm này, sinh viên trong các lĩnh vực điện tử có thể thao

tác thuần thục với các mạch cơ bản lắp ráp bởi các thành phần như: điện trở, tụ điện,

cuộn cảm, diode, transistor, IC tuyến tính... và có thể làm các ứng dụng đơn giản.

Bảng 1. Các thí nghiệm trong lĩnh vực điện tử

Lĩnh vực điện tử

Đối tượng

thực hành

Mức 1 Mức 2 Mức 3

1. Thực hành chung 1. Mạch điện tử 1. Lớp video

2. Điện tử cơ bản 2. Máy vi tính 2. Truyền thông

3. Điện 3. Nhạc cụ

4. Ứng dụng khác

Bảng 2. Các thí nghiệm trong lĩnh vực kỹ thuật điện

Lĩnh vực kỹ thuật điện

Đối

tượng

thực

hành

Mức 1 Mức 2 Mức 3

1. Thực hành chung (1), (2) 1. Thực hành điện (1)

1. Thực hành

điện (3): Điện

cao thế và Cơ

điện tử

2. Điện tử cơ bản

2. Thực hành điện (2)

2. Thực hành

điện (4):

Nguồn điện

cung cấp cho

máy vi tính

3. Điện

9

Bảng 3. Các thí nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa

Lĩnh vực tự động hóa

Đối tượng

thực hành

Mức 1 Mức 2 Mức 3

1. Điện cơ bản

1. Mạch điện tử (bao

gồm thực hành kỹ

thuật số tuyến tính)

1. Thực hành

điều khiển điện

2. Điện tử cơ bản 2. Cơ khí

3. Thực hành chung 1 2. Thực hành tự động

3. Thực hành

4. Thực hành chung 2 điện công nghiệp

Bảng 4. Các thí nghiệm trong bảo dưỡng thiết bị điện tử

Lĩnh vực tự động hóa

Đối tượng

thực hành

Mức 1 Mức 2 Mức 3

1. Điện tử cơ bản 1. Điện tử cơ bản

1. Điện tử nâng cao

2. Công nghệ âm thanh

3. Lý thuyết VTR

4. Truyền hình số

2. Giới thiệu về nội dung thí nghiệm

Các nội dung của tài liệu “Hướng dẫn thí nghiệm Kỹ thuật Điện tử - tập 2”

gồm 8 bài thí nghiệm có nội dung bám sát với đề cương môn học Điện tử 2 đã

được phê duyệt. Nội dung của từng bài được thiết kế thống nhất về kết cấu, trình

tự nhằm giúp sinh viên dễ dàng theo dõi nội dung từng bài và thuận tiện khi thực

hành/thí nghiệm.

Các bài thí nghiệm bao gồm:

2.1.Thí nghiệm về các đặc tính của FET (KL - 23004)

2.1.1. Các đặc tính của JFET

2.1.2. Các đặc tính của MOSFET

2.2.Thí nghiệm về các mạch khuếch đại dùng FET (KL - 23004)

2.2.1. Mạch khuếch đại nguồn chung (CS) dùng JFET - tự phân cực

2.2.2. Mạch khuếch đại nguồn chung (CS) dùng JFET - phân cực cố định

2.2.3. Mạch khuếch đại máng chung (CD) dùng JFET - tự phân cực

2.2.4. Mạch khuếch đại máng chung (CD) dùng JFET - phân cực cố định

2.2.5. Mạch khuếch đại nguồn chung (CS) dùng MOSFET - tự phân cực

2.2.6. Mạch khuếch đại nguồn chung (CS) dùng MOSFET - phân cực phân chia

điện áp

10

2.3. Thí nghiệm về ghép tầng khuếch đại (KL - 23005, 23006, 23007)

2.3.1. Ghép tầng khuếch đại bằng RC

2.3.2. Ghép tầng khuếch đại trực tiếp

2.3.3. Mạch khuếch đại đẩy - kéo

2.3.4. Mạch khuếch đại OTL

2.3.5. Mạch khuếch đại OCL

2.3.6. Mạch khuếch đại dùng IC

2.4. Thí nghiệm về các đặc tính của bộ khuếch đại thuật toán OA (KL - 23012)

2.4.1. Mạch khuếch đại vi sai

2.4.2. Đo lường các đặc tính cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán

a. Trở kháng vào.

b. Trở kháng ra.

c. Băng thông.

d. Tốc độ biến thiên.

e. Điện áp lệch không - đầu vào đảo.

f. Điện áp lệch không - đầu vào không đảo.

2.5. Thí nghiệm về các mạch khuếch đại cơ bản dùng OA (KL - 23013)

2.5.1. Mạch khuếch đại đảo

2.5.2. Mạch khuếch đại không đảo

2.5.3. Mạch theo điện áp

2.5.4. Mạch trừ

2.5.5. Mạch cộng

2.5.6. Mạch điện áp không đổi

2.5.7. Mạch dòng điện không đổi

2.5.8. Mạch vi phân

2.5.9. Mạch tích phân

2.6. Thí nghiệm về ứng dụng của bộ khuếch đại thuật toán (KL - 23014,

23015)

2.6.1. Mạch khuếch đại lô ga rít

2.6.2. Mạch tách sóng đỉnh

2.6.3. Mạch chỉnh lưu chính xác

2.6.4. Mạch điều áp

2.6.5. Mạch lấy và giữ mẫu

2.6.6. Mạch khuếch đại nhạc cụ

11

2.7. Thí nghiệm về mạch lọc (KL - 23015, 23016)

2.7.1. Mạch lọc thông cao

2.7.2. Mạch lọc thông thấp

2.7.3. Mạch lọc thông dải

2.7.4. Mạch khuếch đại RIAA

2.7.5. Mạch điều khiển âm điệu

2.7.6. Mạch khuếch đại đảo với một nguồn cung cấp

2.8. Thí nghiệm về mạch tạo dao động (KL - 23008, 23009)

2.8.1. Mạch dao động tần số thấp dùng RC

2.8.2. Mạch dao động cao tần

2.8.3. Mạch dao động dùng thạch anh

3. Giới thiệu về phần cứng

Công cụ thí nghiệm này được chia thành hai phần chính sau:

3.1. Bảng Module thí nghiệm

Bao gồm các module KL - 23.001 ~ KL23017.

3.2. Hệ thống chính

Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống chính (bao gồm tất cả các đặc điểm kỹ

thuật của các mục được liệt kê trong hệ thống chính):

A. Nguồn cung cấp điện của hệ thống chính là AC 110V/220VAC  10%,

50/60Hz.

B. 1680 điểm chấm điện được lắp ráp và cố định trên bảng điều khiển của

hệ thống chính. Như vậy, hệ thống chính của công cụ thí nghiệm tuyến tính này

có thể được sử dụng độc lập trong các thí nghiệm.

C. 4 bộ module cố định được cố định trên bảng điều khiển của hệ thống

chính. Như vậy, hệ thống chính của công cụ thí nghiệm này có thể được sử dụng

trong thí nghiệm với bảng Module bất cứ lúc nào.

Các thông số của hệ thống chính:

- Nguồn cung cấp một chiều DC:

1) 3V, 18V, 1A: Có thể điều chỉnh;

2) 5V, 12V, 0,3A: Đầu ra cố định.

- Nguồn cung cấp xoay chiều AC:

1) -9V ~ 0V ~ 9V: đầu ra cố định;

2) Dòng điện ra tối đa: 500mA;

3) Có bảo vệ quá tải đầu ra.

12

- Máy phát chức năng:

1) Dạng sóng đầu ra: hình sin, vuông, tam giác;

2) Tần số đầu ra: 10Hz ~ 100KHz, 4 mức điều chỉnh, có thể điều chỉnh

được liên tục;

3) Độ chính xác: ±5% của giá trị thực;

4) Điện trở đầu ra: 50Ω;

5) Điện thế đầu ra:

≥ 18 Vpp (mạch vòng hở);

≥ 9 Vpp ( với tải 50Ω).

- Ampe kế và vôn kế kỹ thuật số:

1) Khoảng điện thế DC: 2V, 200V;

2) Độ chính xác của điện thế DC: ± 0,3% của phần đọc + 1digit;

3) Khoảng dòng điện DC: 200µA, 2000mA;

4) Độ chính xác của dòng DC: ±0,5% của phần đọc + 1digit.

- Ampe kế và vôn kế tương tự:

1) Dòng điện AC: 0~100mA~1A;

2) Điện thế AC: 0~15 V;

3) Dòng DC: 0~100mA~1A;

4) Điện thế DC : 0~20V.

- Loa: một loa 8Ω, 0,25W có mạch driver.

- Biến trở:

1) 1KΩ, 0,25W biến trở có 3 cực (A,B,C);

2) 10KΩ, 0,25W biến trở có 3 cực (A,B,C);

3) 100KΩ, 0,25W biến trở có 3 cực (A,B,C);

4) 1MΩ, 0,25W biến trở có 3 cực (A,B,C).

- Các phụ kiện kèm theo hệ thống chính:

1) Dây nối 2mm: 0,65mm, dài 300mm, màu đỏ x 3;

2) Dây nối 2mm: 0.,65mm, dài 300mm, màu đen x 2;

3) Sách hướng dẫn sử dụng x 1;

4) Dây nguồn x 1;

5) Màn che bụi x 1.

- Phụ kiện kèm theo module thí nghiệm:

1) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu đỏ x 5;

2) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu đen x 5;

13

3) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu trắng x 5;

4) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu vàng x 5;

5) Dây nối 2mm: 2mm, dài 300mm, màu xanh lam x 5;

6) Ghim mạch: 10mm x 10.

3.3. Sử dụng một cách tối ưu

- Đồng hồ vạn năng tương tự chủ yếu được sử dụng để đo lường đặc tính

của chất bán dẫn và giá trị hiệu dụng của ACV, điện áp và dòng điện lớn…

- Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số được sử dụng chủ yếu là đo điện áp và

dòng điện nhỏ…

- Sử dụng loa nên chú ý đến các đặc điểm kỹ thuật.

- Các chiết áp: VR1K, VR10K, VR100K, VR1M được cố định trong bảng

hệ thống chính và thường được sử dụng bởi tất cả các module thí nghiệm.

4. Phương pháp thực hiện thí nghiệm

(1) Công cụ thí nghiệm này có thể được sử dụng để giảng dạy dựa trên

năng lực học tập của sinh viên. Đó là, những sinh viên có năng lực học tập tốt

hơn có thể sử dụng các bài thí nghiệm để làm thực hành áp dụng tiếp. Các sinh

viên có khả năng học tập hạn chế hơn có thể học tập sử dụng công cụ thử

nghiệm (module) là mục tiêu.

(2) Mỗi bài trong tập bài giảng hướng dẫn thí nghiệm này được quy định

với một mục tiêu học tập. Bằng cách hướng dẫn cơ bản, giảng viên có thể yêu

cầu sinh viên nghiên cứu nội dung các bài thí nghiệm trước khi tiến hành. Khi

làm như vậy, sinh viên không chỉ có thể hiểu được kết quả thí nghiệm mà còn

hiểu được lý do tại sao có kết quả đó ở mỗi thí nghiệm. Như vậy, sẽ dễ dàng hơn

cho sinh viên trong quá trình học tập.

(3) Tập bài giảng thí nghiệm này có nhiều dữ liệu tham khảo. Mỗi bài được

thiết kế liên tục, từ cơ bản đến nâng cao. Sinh viên có thể làm mỗi thí nghiệm

theo lịch trình và nội dung cụ thể do giảng viên xác định.

(4) Việc sử dụng bộ thí nghiệm này xem xét việc thực hiện dựa trên

nguyên tắc phân nhóm thí nghiệm với khoảng thời gian có hạn. Để giúp sinh

viên có thể tiếp thu tốt nhất nội dung các bài thí nghiệm trong thời gian giới hạn,

phần lắp ráp (điện tử, cách làm việc) chiếm tỷ lệ nhỏ (nếu cần thiết, giảng viên

có thể yêu cầu sinh viên tìm hiểu trước quy trình lắp ráp).

(5) Ngoài các thí nghiệm, trong tập bài giảng thí nghiệm này cũng có phần

mô phỏng sửa chữa các lỗi xuất hiện trong khi làm thí nghiệm và câu hỏi, bài

14

tập (các câu hỏi trắc nghiệm và các bài thực hành). Giảng viên có thể sử dụng

mô phỏng sửa chữa các lỗi để làm đánh giá việc học.

(6) Nội dung của tập bài giảng thí nghiệm này nhấn mạnh cả lý thuyết và

thực hành. Nó chứa nhiều dữ liệu có liên quan và do đó là một cuốn sách rất tốt

cho việc tự học của sinh viên. Đối với các giảng viên, nó cũng là tài liệu tham

khảo thuận tiện.

(7) Mỗi thí nghiệm trong bài giảng thí nghiệm này mô tả các bước thí

nghiệm và các mẫu biểu ghi lại kết quả cho mỗi thí nghiệm. Sinh viên phải làm

tất cả để có thể làm quen với tất cả các công cụ và hiểu ý nghĩa của từng kết quả.

5. Các trang thiết bị của phòng thí nghiệm

Dụng cụ được sử dụng trong công cụ thí nghiệm này bao gồm các dụng cụ

đo (đồng hồ vạn năng, đồng hồ kỹ thuật số), máy phát tín hiệu tần số dưới

100KHz (sóng sin, vuông, tam giác) đã được cài đặt. Các dụng cụ khác, chẳng

hạn như sóng, máy phát tín hiệu tần số cao, phải được chuẩn bị bởi người sử

dụng. Nguồn cung cấp DC tối đa trong công cụ thí nghiệm này là +18V. Công

suất trong thí nghiệm khuếch đại được thay đổi tương ứng với điện áp nguồn.

Nếu muốn nâng cao công suất, cần thiết phải sử dụng một loa ngoài với công suất

lớn hơn (chẳng hạn như 30W/8 ).