Giải SGK Công nghệ lớp 12 Bài 19 (Cánh diều): Khuếch đại thuật toán

Van Anh Ngày: 01-08-2024 Lớp 12

407

Lời giải bài tập Công nghệ lớp 12 Bài 19: Khuếch đại thuật toán sách Cánh diều hay, ngắn gọn sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Công nghệ 12 Bài 19 từ đó học tốt môn Công nghệ lớp 12.

Giải Công nghệ lớp 12 Bài 19: Khuếch đại thuật toán

Khởi động trang 94 Công nghệ 12: Trong các mạch điện tử người ta thường sử dụng các khuếch đại thuật toán. Trình bày những hiểu biết của em về khuếch đại thuật toán.

Lời giải:

Hiểu biết của em về mạch khuếch đại thuật toán:

Đó là khối khuếch đại điện áp tích hợp có độ lợi rất cao (thường là hàng nghìn hoặc hàng triệu), được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử do tính linh hoạt và hiệu suất cao.

I. Khuếch đại thuật toán

Câu hỏi 1 trang 94 Công nghệ 12: Khuếch đại thuật toán có kí hiệu như thế nào?

Lời giải:

Khuếch đại thuật toán có kí hiệu như sau:

Khuếch đại thuật toán có kí hiệu như thế nào trang 94 Công nghệ 12

Câu hỏi 2 trang 94 Công nghệ 12: Trình bày nguyên lí làm việc của khuếch đại thuật toán.

Lời giải:

Nguyên lí làm việc của khuếch đại thuật toán:

- Khi có tín hiệu đưa đến đầu vào không đảo thì tín hiệu ra cùng dấu với tín hiệu vào.

- Khi có tín hiệu đưa đến đầu vào đảo thì tín hiệu ra đào dấu với tín hiệu vào.

Hệ số khuếch đại của khuếch đại thuật toán có thể lên tới 10⁶.

II. Ứng dụng của khuếch đại thuật toán

Câu hỏi 1 trang 95 Công nghệ 12: Trình bày ứng dụng của mạch khuếch đại đảo và không đảo.

Lời giải:

Ứng dụng của mạch khuếch đại đảo và không đảo:

Mạch

Ứng dụng

Mạch khuếch đại đảo

+ Mạch lọc tích cực

+ Mạch tạo dao động

+ Mạch so sánh

+ Mạch tích hợp

Mạch khuếch đại không đảo

+ Khuếch đại tín hiệu điện áp DC hoặc AC

+ Mạch lọc thụ động (passive filters)

+ Mạch theo dõi điện áp

Câu hỏi 2 trang 95 Công nghệ 12: Phân biệt mạch khuếch đại đảo và không đảo.

Lời giải:

Đặc điểm	Mạch khuếch đại đảo	Mạch khuếch đại không đảo
Cấu tạo	Rf kết nối với đầu vào đảo, Vin kết nối với đầu vào đảo	Rf kết nối với đầu vào không đảo, Vin kết nối với đầu vào không đảo
Độ lợi	A = -Rf/Rin	A = 1 + Rf/Rin
Pha đầu ra	Đảo ngược 180 độ	Giữ nguyên pha
Ứng dụng	Khuếch đại, lọc, tạo dao động, ...	Khuếch đại, lọc, theo dõi điện áp, .......

Câu hỏi 1 trang 96 Công nghệ 12: Trình bày ứng dụng của mạch cộng.

Lời giải:

Ứng dụng của mạch cộng là: thực hiện phép cộng đối với các tín hiệu điện áp ở đầu vào.

Câu hỏi 2 trang 96 Công nghệ 12: Phân biệt mạch cộng đảo và mạch cộng không đảo.

Lời giải:

Phân biệt mạch cộng đảo và mạch cộng không đảo như sau:

Đặc điểm	Mạch cộng đảo	Mạch cộng không đảo
Cấu tạo	Đầu vào đảo	Đầu vào không đảo
Độ lợi	Av = -Rf / Rin	Av = 1 + Rf / Rin
Pha đầu ra	Đảo ngược 180 độ	Giữ nguyên pha
Ứng dụng	Ít phổ biến	Rộng rãi

Câu hỏi 1 trang 97 Công nghệ 12: Trình bày ứng dụng của mạch trừ tín hiệu

Lời giải:

Ứng dụng của mạch trừ tín hiệu là: thực hiện phép trừ đối với các tín hiệu điện áp ở đầu vào.

Câu hỏi 2 trang 97 Công nghệ 12: Viết biểu thức điện áp ra của mạch trừ ở Hình 19.7

Viết biểu thức điện áp ra của mạch trừ ở Hình 19.7

Lời giải:

Biểu thức điện áp ra của mạch trừ ở Hình 19.7 như sau:

$U_{r a} = U_{2} (\frac{R_{4}}{R_{2} + R_{4}}) (1 + \frac{R_{3}}{R_{1}}) - \frac{R_{3}}{R_{1}} U_{1}$

Câu hỏi 1 trang 98 Công nghệ 12: Trình bày ứng dụng của mạch so sánh

Lời giải:

Ứng dụng của mạch so sánh được sử dụng trong:

- Mạch điện tử.

- Thiết bị điện tử

- Các hệ thống tự động hóa.

Câu hỏi 2 trang 98 Công nghệ 12: Phân biệt mạch so sánh đảo và mạch so sánh không đảo

Lời giải:

Phân biệt mạch so sánh đảo và mạch so sánh không đảo như sau:

Đặc điểm	Mạch so sánh đảo	Mạch so sánh không đảo
Cấu tạo	Rf kết nối với đầu vào đảo, V1 kết nối với đầu vào đảo, Vref kết nối với đầu vào không đảo	Rf kết nối với đầu vào không đảo, V1 kết nối với đầu vào không đảo, Vref kết nối với đầu vào đảo
Cách thức hoạt động	So sánh V1 với Vref qua đầu vào đảo	So sánh V1 với Vref qua đầu vào không đảo
Ứng dụng	Tín hiệu biên độ nhỏ, tạo dao động, lọc, so sánh điện áp - dòng điện	Tín hiệu biên độ lớn, theo dõi điện áp, đệm, so sánh điện áp - tần số

Luyện tập

Luyện tập 1 trang 99 Công nghệ 12:Trong một mạch khuếch đại đảo, tín hiệu U_vào là sóng hình sin có biên độ 4 V, R₂ = 1 kΩ và R₁ = 200 Ω. Hãy vẽ dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu ra trên cùng một đồ thị.

Lời giải:

Áp dụng công thức tính điện áp ra:

$U_{r a} = - \frac{1000}{200} .4 = - 20 (V)$

Trong một mạch khuếch đại đảo, tín hiệu Uvào là sóng hình sin có biên độ 4 V

Luyện tập 2 trang 99 Công nghệ 12: Trong một mạch khuếch đại không đảo, tín hiệu U_vào là sóng hình sin có biên độ 4 V, R₂ = 500 Ω và R₁ = 200 Ω. Hãy vẽ dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu ra trên cùng một đồ thị.

Lời giải:

Ta có: U_vào= 4V

Áp dụng công thức tính U_ra:

$U_{r a} = (1 + \frac{R_{2}}{R_{1}}) . U_{v a o} = (1 + \frac{500}{200}) .4 = 14 V$

Trong một mạch khuếch đại không đảo, tín hiệu Uvào là sóng hình sin có biên độ 4 V

Luyện tập 3 trang 99 Công nghệ 12: Mạch cộng không đảo 3 đầu vào có các điện áp vào U₁ = 3 V, U₂ = 6 V, U₃ = 2 V. Các điện trở R₁ = R₂ = R₃ = 100 Ω và R = R_ht = 200 Ω. Hãy xác định điện áp ở đầu ra.

Lời giải:

Áp dụng công thức ta có:

$U_{r a} = (1 + \frac{R_{h t}}{R}) . (\frac{U_{1} + U_{2} + U_{3}}{3})$

$= (1 + \frac{200}{100}) (\frac{3 + 2 + 6}{3})$

= 11 (V)

Vậy điện áp ở đầu ra là: 11 V.

Luyện tập 4 trang 99 Công nghệ 12: Với một mạch trừ dùng khuếch đại thuật toán, nếu R₁ =R₂ = 100 Ω và R₃ = R₄ = 200 Ω, tín hiệu vào U₁ = 3 V và U₂ = 5 V thì điện áp ra có giá trị bao nhiêu?

Lời giải:

Áp dụng công thức ta có:

$U_{r a} = U_{2} (\frac{R_{4}}{R_{2} + R_{4}}) . (1 + \frac{R_{3}}{R_{1}}) - \frac{R_{3}}{R_{1}} U_{1}$

$= 5 (\frac{200}{100 + 200}) (1 + \frac{200}{100})$

= 10 (V)

Vậy điện áp ở đầu ra là: 10 V.

Luyện tập 5 trang 99 Công nghệ 12: : Một mạch so sánh đảo dùng khuếch đại thuật toán có nguồn cấp là +9 V và –9 V, nếu đặt điện áp ngưỡng ở đầu không đảo là 2 V, điện áp vào ở đầu vào đảo có giá trị là 1 V. Hỏi giá trị điện áp ra là bao nhiêu?

Lời giải:

Theo bài ra ta có: U_vào = 1V

Mà U_n = 2V nên:

U_n > U_vào

U_ra= +E = +9V

Vận dụng

Vận dụng trang 99 Công nghệ 12: Tìm hiểu các ứng dụng của mạch khuếch đại thuật toán trong thực tế và chia sẻ hiểu biết của em với các bạn trong lớp.

Lời giải:

Ứng dụng của mạch khuếch đại thuật toán trong thực tế:

Các loại ứng dụng

Ứng dụng thực tế

Ứng dụng cơ bản

- Khuếch đại âm thanh: Op-amp được sử dụng rộng rãi trong các bộ khuếch đại âm thanh, giúp tăng cường tín hiệu âm thanh từ micro, guitar, hay các nguồn âm khác để phát ra loa với âm lượng lớn.

- Bộ lọc tín hiệu: Nhờ khả năng xử lý tín hiệu hiệu quả, Op-amp được dùng để chế tạo các bộ lọc, loại bỏ tạp âm và nhiễu, giúp tín hiệu trở nên rõ ràng hơn.

- Mạch dao động: Op-amp đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các tín hiệu dao động với tần số mong muốn, ứng dụng trong các bộ tạo xung, đồng hồ, và các thiết bị điện tử khác.

- So sánh điện áp: Op-amp được sử dụng để so sánh hai điện áp, đưa ra tín hiệu báo hiệu khi có sự chênh lệch, ứng dụng trong các mạch điều khiển, bảo vệ thiết bị.

Ứng dụng nâng cao

- Máy trợ thính: Op-amp khuếch đại âm thanh phù hợp với mức độ thính lực của người khiếm thính, giúp họ nghe rõ hơn.

- Máy đo điện tim (ECG): Op-amp thu nhận và khuếch đại tín hiệu điện tim yếu ớt từ cơ thể, giúp chẩn đoán các bệnh tim mạch.

- Bộ chuyển đổi tín hiệu: Op-amp có thể chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số và ngược lại, đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống thu thập dữ liệu, điều khiển tự động.

- Hệ thống xử lý ảnh: Op-amp được sử dụng để tăng cường độ sáng, độ tương phản, và xử lý các chi tiết hình ảnh trong các thiết bị chụp ảnh, camera.

Xem thêm các bài giải bài tập Công nghệ lớp 12 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 18: Mạch xử lí tín hiệu tương tự

Bài 19: Khuếch đại thuật toán

Bài 20: Thực hành: Lắp ráp mạch so sánh

Ôn tập chủ đề 6 và chủ đề 7

Bài 21: Khái niệm về điện tử số và các cổng logic cơ bản

Bài 22: Mạch xử lí tín hiệu trong điện tử số