OP-AMP_-LÊ-QUAN-MINH-HIỀN_Tuần-5

Chương MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN  Mục tiêu học:  Xuyên suốt học, học sinh có thể:  - Giải thích Op - amp  - Ba đặc tính hoạt động Op-amp thực tế  - Ba đặc tính hoạt động Op-amp lý tưởng  - Đặc tính Op-amp mạch ghép trực tiếp  - Nhận biết mạch điện áp dụng Op-amp  - Tính toán điện áp ngõ cho ứng dụng Op-amp 3.1 Giới thiệu Op-Amp :  Khuyếch đại thuật toán (Op-amp) nguyên thủy tạo từ nhiều mạch gián đoạn  Nó thiết kế để giải phương trình tốn học điện tử cách mô hoạt động bổ sung cho nhau, ứng dụng thiết bị điện tử  Ngày người ta đóng gói gọi IC, quan trọng tính ổn định độ lợi điện áp chiều cao khuyếch đại điện áp xoay chiều  Một Op-amp đặc trưng bao gồm khoảng 20 transistor tương ứng với tụ điện trở nhỏ  Đặc tính Op-amp thực tế (i) AV cao : độ lợi điện áp vòng hở cao, khoảng 200,000 lần dòng điện chiều dòng điện xoay chiều tần số thấp, tần số cao Av = vô cực (ii) Zi lớn: tổng trở ngõ vào lớn, khoảng 2MΩ, thường dịng điện nguồn tín hiệu ngõ vào nhỏ điện áp ngõ vào thông qua Opamp bị suy giảm (lý tưởng Zi = vơ cực ) (iii) Zo nhỏ: tổng trở ngõ thường nhỏ khoảng 75ohm, đồng nghĩa với việc hầu hết điện áp ngõ cấp cho tải lớn khoảng vài KΩ (lý tưởng Zo = 0Ω)       Các Op-amp có hai ngõ vào Ngõ vào không đảo đánh dấu +, ngõ vào đảo đánh dấu - Op-amp có ngõ Phải cấp nguồn chiều cân đối xứng với nguồn dương nguồn âm( +Vs, 0V - Vs) Điểm trung tính nguồn 0V, 0v điểm chung ngõ vào ngõ lấy từ điểm cân nguồn mass Lưu ý: không nên nhầm lẫn phân cực ngõ vào tín hiệu với điện áp nguồn, chúng thường không sơ đồ Vỏ chân  Op-amp 741 Op-amp phổ biến Với cấu trúc bên lắp ráp 20 transistor 11 điện trở tụ điện Nó có nhiều dạng vỏ hộp chân khác biểu diễn hình  Lớp vỏ phổ biến làm nhựa DIP Nó chứa Op-amp Chân chân ngõ vào cộng, chân ngõ vào trừ, chân ngõ ra, chân nguồn +Vs, chân chân –Vs, chân 1&5 chân bù điện áp mức 0v 3.2 ỨNG DỤNG CỦA KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN Các ứng dụng điển hình op-amp sau:  1.  Khuyếch đại đảo  2.  Khuyếch đại không đảo  3.  Mạch KĐ cộng (Adder)  4.  Mạch KĐ trừ (Subtractor)  Mạch đệm  6.  Mạch so sánh  Một Op-amp trạng thái lý tưởng phân tích sau: Độ lợi điện áp ngõ lớn (Ao = ∞) Tổng trở ngõ vào lớn (Zi = ∞ ohm) Tổng trở ngõ ohm (Zo= ohm) 3.2.1 Bộ khuyếch đại đảo:  Mạch điện trình bày hình Điện áp ngõ vào Vi (AC DC) cấp điện qua điện trở ngõ vào Ri ngõ vào đảo Op-amp Ngõ vào không đảo nối trực tiếp xuống mass Một điện trở hồi tiếp Rf nối V0 ngõ vào đảo, hồi tiếp phần điện áp đầu ngõ vào âm Phần lớn V0 hồi tiếp, phần nhỏ khuếch đại điện áp V0 khuếch đại đảo pha so với Vi Hình Bộ khuếch đại đảo   Hệ số khuếch đại điện áp độ lợi điện áp AV cho mạch khuếch đại đảo pha là:      Ghi chú: Độ lợi mạch khuếch đại phụ thuộc vào giá trị hai điện trở ( cho giá trị xác) khơng cho đặc tính Op-amp  Ví dụ Nếu Rf = 100 kohm, Ri = 10 kohm, Thì AV = -Rf / Ri = -10 xác đầu vào 0,1v cho ngõ – 1v (xem hình 5) Hình Điện áp AC hay DC khuếch đại 3.2.2 Bộ khuếch đại không đảo  Điện áp ngõ vào Vi (AC hay DC) cấp vào ngõ vào không đảo (+) Op-amp Điện trở hồi tiếp RF mắc ngõ Vo với ngõ vào đảo, điện trở ngõ vào (Ri) mắc ngõ vào đảo với mass, đưa phần điện áp ngõ ngõ vào âm Phần lớn Vo hồi tiếp, phần nhỏ khuếch đại điện áp Vo khuếch đại pha so với ngõ vào Vi   Hình Mạch khuếch đại khơng đảo Hệ số khuếch đại điện áp hay độ lợi (Av) mạch khuếch đại không đảo là: Lưu ý: Độ lợi mạch khuếch đại xác định giá trị điện trở RF Ri ( phải làm giá trị xác) độ lợi điện áp mạch Av không phụ thuộc vào đặc điểm loại Op-amp Ví dụ   Nếu Rf = 100 Kohm Ri = 10 Kohm, Thì Av = + (100 kΩ / 10 kΩ ) = 11  R f   100k  Av =  +  =  +   Ri  10k   = + 10 = 11 Vo = Av × Vi = 11 × 01 = 11 V Hình Điện áp AC hay DC khuếch đại Bộ đệm Hình Bộ đệm    Mạch đệm mạch đặc biệt mạch khuếch đại không đảo điện trở ngõ vào Ri = ∞ (tương đương hở mạch ) Rf = 0Ω (tương đương ngắn mạch) AV = + ( Rf / Ri ) = + ( / ∞) = Chọn Op-amp lý tưởng , tổng trở ngõ vào (Zi) đệm ∞Ω trở kháng ngõ (Zo) 0Ω Đặc tính đệm lý tưởng sau: A V =  AV = Zi = ∞ Ω Zo = 0Ω 5.2.3 Bộ khuếch đại cộng Op-amp : Hình Bộ Khuếch đại cộng Có thể gọi cộng hay tổng Khi ta nối nhiều ngõ vào vào ngõ vào đảo mạch khuếch đại đảo, Op-amp dùng cộng hai hay nhiều điện áp ngõ vào (DC AC) Ứng dụng mạch điện để làm trộn sóng để kết hợp cho ngõ microphones, guitars điện, hiệu ứng âm đặc biệt v.v.v 5.2.4 Bộ Khuếch đại vi phân (Bộ Trừ)  Điện áp ngọ tỉ lệ tương ứng với khác biệt điện áp đầu vào điểm chuẩn (mass) Hình 10 Bộ Khuếch đại vi phân  Điện áp ngõ Vo khuếch đại cho bởi: Vo =   Rf ( V2 − V1 ) volts Ri Hệ số khuếch đại mạch A V =  R f / R i Mạch khuếch đại vi phân tăng đặc tính giảm nhiễu so với mạch khuếch đại đảo mạch khuếch đại không đảo Đây điều mà người ta hay dùng mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, cảm biến, tỉ lệ mà cần khuếch đại xác 5.3 MẠCH SO SÁNH ĐIỆN ÁP  Một so sánh cần thiết để so hai tín hiệu điện áp ngõ vào lớn (tức dương hơn) điện áp ngõ  Lưu ý: Ở khơng có điện trở hồi tiếp (Rf) Hình 11: Mạch so sánh      Khi V > V , V O = +Vs Nếu Vs = 15 V, Vo = 15V (trong thực tế khoảng 14V) Khi V 1> V 2, V = O - Vs Nếu -Vs = -15V, VO = -15V (trong thực tế khoảng-14V) Một thay đổi nhỏ (V 2-V 1) nguyên nhân để Vo tác động chuyển đổi +Vs -Vs, điều cho phép Op-amp liệu V2 lớn nhỏ V1 Chức gọi so sánh Bài tập Cho mạch điện: