Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Câu hỏi mở đầu trang 101
Đề bài: Quan sát Hình 19.1 và cho biết trong mạch có các linh kiện điện tử nào?
Lời giải:
Quan sát Hình 19.1, ta thấy trong mạch có các linh kiện điện tử sau:
- Khuếch đại thuật toán (kí hiệu hình tam giác có dấu + và –): là linh kiện trung tâm của mạch.
- Các điện trở: $R_1$, $R_2$, $R_3$, $R_4$.
Ngoài ra, mạch còn có nguồn tín hiệu vào $U_{vào}$ và tín hiệu ra $U_{ra}$.
Luyện tập
Luyện tập câu 1 trang 105
Đề bài: Mạch khuếch đại đảo ở Hình 19.13 có $R_1 = 1\ k\Omega$, $R_2 = 10\ k\Omega$.
a) Xác định hệ số khuếch đại của mạch.
b) Vẽ tín hiệu lối ra nếu tín hiệu lối vào là điện áp hình sin, biên độ 100 mV, tần số 1 Hz.
Lời giải:
a) Hệ số khuếch đại của mạch:
Áp dụng công thức (19.2) cho mạch khuếch đại đảo:
$$G = \frac{R_2}{R_1} = \frac{10}{1} = 10$$
→ Hệ số khuếch đại của mạch là G = 10.
b) Vẽ tín hiệu lối ra:
Áp dụng công thức (19.1): $U_{ra} = -\dfrac{R_2}{R_1} U_{vào} = -10 \cdot U_{vào}$
Với tín hiệu vào là điện áp hình sin có biên độ 100 mV, tần số 1 Hz, tín hiệu ra sẽ:
- Có dạng hình sin.
- Biên độ = $10 \times 100$ mV = 1000 mV = 1 V.
- Tần số giữ nguyên là 1 Hz.
- Ngược pha với tín hiệu vào (do dấu trừ trong công thức).
Luyện tập câu 2 trang 105
Đề bài: Mạch trừ ở Hình 19.14 có $R_1 = R_3 = 2\ k\Omega$, $R_2 = R_4 = 10\ k\Omega$. Tính điện áp $U_{ra}$ nếu $U_{vào1} = 1\ V$, $U_{vào2} = 5\ V$.
Lời giải:
Áp dụng công thức (19.7) cho mạch trừ:
$$U_{ra} = \left(\frac{R_4}{R_3 + R_4}\right)\left(1 + \frac{R_2}{R_1}\right) U_{vào2} – \frac{R_2}{R_1} U_{vào1}$$
Bước 1: Tính từng thành phần.
- $\dfrac{R_4}{R_3 + R_4} = \dfrac{10}{2 + 10} = \dfrac{10}{12} = \dfrac{5}{6}$
- $1 + \dfrac{R_2}{R_1} = 1 + \dfrac{10}{2} = 1 + 5 = 6$
- $\dfrac{R_2}{R_1} = \dfrac{10}{2} = 5$
Bước 2: Thay vào công thức.
$$U_{ra} = \frac{5}{6} \times 6 \times U_{vào2} – 5 \times U_{vào1} = 5 \cdot U_{vào2} – 5 \cdot U_{vào1}$$
Bước 3: Thay $U_{vào1} = 1\ V$, $U_{vào2} = 5\ V$:
$$U_{ra} = 5 \times 5 – 5 \times 1 = 25 – 5 = 20\ V$$
→ Vậy $U_{ra} = 20\ V$.
Luyện tập câu 3 trang 105
Đề bài: Mạch cộng không đảo ở Hình 19.15 có $R_1 = R_2 = 1\ k\Omega$, $R_f = R_g = 10\ k\Omega$. Tính điện áp $U_{ra}$ nếu $U_{vào1} = 1\ V$, $U_{vào2} = 5\ V$.
Lời giải:
Áp dụng công thức (19.6) cho mạch cộng không đảo:
$$U_{ra} = \left(1 + \frac{R_f}{R_g}\right)\left(\frac{R_2}{R_1 + R_2} U_{vào1} + \frac{R_1}{R_1 + R_2} U_{vào2}\right)$$
Bước 1: Tính từng thành phần.
- $1 + \dfrac{R_f}{R_g} = 1 + \dfrac{10}{10} = 2$
- $\dfrac{R_2}{R_1 + R_2} = \dfrac{1}{1 + 1} = \dfrac{1}{2}$
- $\dfrac{R_1}{R_1 + R_2} = \dfrac{1}{1 + 1} = \dfrac{1}{2}$
Bước 2: Thay vào công thức.
$$U_{ra} = 2 \times \left(\frac{1}{2} \cdot U_{vào1} + \frac{1}{2} \cdot U_{vào2}\right) = U_{vào1} + U_{vào2}$$
Bước 3: Thay $U_{vào1} = 1\ V$, $U_{vào2} = 5\ V$:
$$U_{ra} = 1 + 5 = 6\ V$$
→ Vậy $U_{ra} = 6\ V$.
Luyện tập câu 4 trang 106
Đề bài: Một mạch cộng đảo ở Hình 19.16 có $R_f = 3\ k\Omega$, $R_1 = 1\ k\Omega$, $R_2 = 1,5\ k\Omega$. Tính điện áp $U_{ra}$ trong Bảng 19.1.
Lời giải:
Áp dụng công thức (19.5) cho mạch cộng đảo:
$$U_{ra} = -\left(\frac{R_f}{R_1} U_{vào1} + \frac{R_f}{R_2} U_{vào2}\right)$$
Bước 1: Tính hệ số cho mỗi tín hiệu vào.
- $\dfrac{R_f}{R_1} = \dfrac{3}{1} = 3$
- $\dfrac{R_f}{R_2} = \dfrac{3}{1,5} = 2$
Bước 2: Công thức rút gọn:
$$U_{ra} = -\left(3 \cdot U_{vào1} + 2 \cdot U_{vào2}\right)$$
Bước 3: Tính từng trường hợp và điền vào bảng.
| $U_{vào1}$ (V) | $U_{vào2}$ (V) | Tính toán | $U_{ra}$ (V) |
|---|---|---|---|
| 1 | 1 | $-(3 \times 1 + 2 \times 1) = -(3+2)$ | –5 |
| 2 | 1 | $-(3 \times 2 + 2 \times 1) = -(6+2)$ | –8 |
| 1,5 | 2 | $-(3 \times 1,5 + 2 \times 2) = -(4,5+4)$ | –8,5 |
| 1 | 1,5 | $-(3 \times 1 + 2 \times 1,5) = -(3+3)$ | –6 |
Luyện tập câu 5 trang 106
Đề bài: Một mạch so sánh đảo ở Hình 19.17 có $U_{CC} = 12\ V$, $-U_{CC} = -12\ V$. Tính điện áp $U_{ra}$ trong Bảng 19.2.
Lời giải:
Áp dụng công thức (19.8) cho mạch so sánh đảo:
$$\begin{cases} U_{vào} > U_{ngưỡng} \Rightarrow U_{ra} \approx -U_{CC} = -12\ V \\ U_{vào} < U_{ngưỡng} \Rightarrow U_{ra} \approx U_{CC} = 12\ V \end{cases}$$
Cách làm: So sánh $U_{vào}$ với $U_{ngưỡng}$ → chọn giá trị $U_{ra}$ tương ứng.
| $U_{vào}$ (V) | $U_{ngưỡng}$ (V) | So sánh | $U_{ra}$ (V) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,5 | $1 > 0,5$ → $U_{vào} > U_{ngưỡng}$ | –12 |
| 3 | –3 | $3 > -3$ → $U_{vào} > U_{ngưỡng}$ | –12 |
| –5 | 0 | $-5 < 0$ → $U_{vào} < U_{ngưỡng}$ | 12 |
| 2,5 | 3 | $2,5 < 3$ → $U_{vào} < U_{ngưỡng}$ | 12 |
Vận dụng
Vận dụng trang 106
Đề bài: Sử dụng các nguồn tài liệu để tìm thêm ứng dụng của khuếch đại thuật toán trong thực tế.
Lời giải:
Khuếch đại thuật toán (Op-amp) là linh kiện rất phổ biến, được ứng dụng trong nhiều thiết bị điện tử:
- Thiết bị âm thanh: dùng trong ampli, loa, tai nghe, micro,… để khuếch đại tín hiệu âm thanh.
- Thiết bị đo lường điện tử: vôn kế, ampe kế, ôm kế điện tử — khuếch đại tín hiệu nhỏ từ cảm biến để hiển thị chính xác.
- Mạch cảm biến: khuếch đại tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, cảm biến áp suất,… trong các thiết bị tự động.
- Thiết bị y tế: máy đo điện tim (ECG), máy đo điện não (EEG) — khuếch đại tín hiệu sinh học rất nhỏ từ cơ thể người.
- Mạch lọc tín hiệu: trong radio, tivi, điện thoại — lọc và khuếch đại tín hiệu thu được.
- Mạch điều khiển tự động: dùng trong các hệ thống điều khiển nhiệt độ, tốc độ động cơ, ổn áp,…
→ Nhờ có hệ số khuếch đại rất lớn và khả năng kết hợp linh hoạt với các linh kiện khác, khuếch đại thuật toán trở thành một trong những linh kiện cơ bản và quan trọng nhất trong kĩ thuật điện tử.
ThS. Hồ Thị Thư
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Công Nghệ THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Công nghệ, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Hoàng Hoa Thám