Mạch khuếch đại thuật toán

Mạch khuếch đại thuật toán Mạch khuếch đại thuật toán Bởi: Lê Sắc CÁC TÍNH CHẤT CHUNG CỦA IC THUẬT TỐN Bộ khuếch đại thuật tốn ký hiệu hình 3-1 Trong Ut , It điện áp, dòng điện vào cửa thuận Uđ , Iđ điện áp, dòng điện vào cửa đảo, Ur , Irlà điện áp dòng điện U0 điện áp vào hai cửa Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp U0 = Ut- Uđ với hệ số khuếch đại K0 > Do điện áp ra: Ur =K0.U0= K0(Ut-Uđ) Nếu Uđ = Ur = K0.Ut lúc điện áp pha với điện áp vào Vì cửa T gọi cửa thuận khuyếch đại thuật toán ký hiệu dấu “+” Tương tự Ut = Ur = ? K0.Uđ, lúc điện áp ngược pha với điện áp vào nên cửa Đ gọi cửa đảo khuếch đại thuật toán ký hiệu dấu “-” Ngồi khuếch đại có hai cửa đấu với nguồn nuôi đối xứng ±EC cửa để chỉnh lệch bù tần Một khuếch đại thuật tốn lý tưởng có tính chất sau: + Trở kháng vào ZV= ∞ + Trở kháng Zra = 1/34 Mạch khuếch đại thuật toán + Hệ số khuếch đại K0 = ∞ Thực tế khuếch đại thuật tốn có K0 = 104 ? 106 vùng tần số thấp Lên vùng tần số cao hệ số khuếch đại giảm xuống Nguyên nhân phụ thuộc tham số tranzito điện dung ký sinh sơ đồ Đặc tuyến truyền đạt, đặc tuyến biên độ đăc tuyến pha hình 3-2 3-3 Một khuếch đại thuật tốn thường có tầng ghép trực tiếp với Tầng vào tầng khuếch đại vi sai, tầng khuyếch đại trung gian (có thể tầng đệm hay khuếch đại vi sai thứ hai), đến tầng dịch mức tầng khuếch đại CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN Do vi mạch khuếch đại thuật tốn có hai cửa vào Khi đưa tín hiệu vào cửa đảo ta có mạch khuếch đại đảo, đưa tín hiệu vào cửa thuận ta có mạch khuếch đại thuận Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại đảo cho hình 3-4 có thực hồi tiếp âm điện áp qua Rht Đầu vào thuận nối đất Tín hiệu qua R1 đưa tới đầu vào đảo Nếu coi IC có trở kháng vào vơ lớn tức ZV → ∞ dịng vào IC vơ bé I0 = 0, nút N có phương trình dòng nút áp dụng định luật Kirchhoff 1: 2/34 Mạch khuếch đại thuật tốn Từ có: Khi K→∞ điện áp đầu vào U =U K → đó: U R V = − U R ht Do hệ số khuếch đại điện áp mạch khuếch đại đảo Ku có hồi tiếp âm song song xác định phần tử thụ động sơ đồ: Nếu chọn Rht=R1 Kđ =-1, sơ đồ có tính chất tầng đảo lặp lại điện áp (đảo tín hiệu) Nếu R1 = từ phương trình Iv=Iht ta có I = − V U R hay Ura = -IV.Rht tức điện ht áp tỷ lệ với dòng điện vào Mạch trở thành biến đổi dịng thành áp Vì U0= nên Rv= R1, K→∞ Rra= Mạch khuếch đại thuận Mạch khuếch đại thuận có hình 3-5 gồm mạch hồi tiếp âm điện áp đặt vào đầu đảo cịn tín hiệu đặt vào cửa thuận 3/34 Mạch khuếch đại thuật tốn Vì điện áp đặt vào hai cửa bé, xem U0= nên quan hệ Uv Ura xác định U =U R R R V r + ht Hệ số khuếch đại điện áp mạch khuếch đại thuận Vì Rv= ∞nên IV = Được dùng cần mạch khuếch đại có trở kháng vào lớn Khi Rht=0 R1=∞, ta có sơ đồ lặp lại điện áp với Kt= (hình 3-6) Điện trở vào mạch khuếch đại thuận lớn, điện trở vào IC, điện trở Rra→ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG TRÔI VÀ BÙ ĐIỂM KHÔNG Khi dùng khuếch đại thuật tốn để khuếch đại tín hiệu chiều có trị số nhỏ sai số chủ yếu dòng điện tĩnh, điện áp lệch tượng trơi gây 4/34 Mạch khuếch đại thuật tốn Các dòng điện tĩnh It, Iđ đầu vào khuếch đại thuật tốn thực chất dịng cực gốc tranzito tầng vào mạch khuếch đại vi sai Dòng tĩnh cửa thuận It dòng tĩnh cửa đảo gần Các dòng tĩnh It Iđ gây sụt áp cửa vào Do khác trị số điện trở cửa thuận T cửa đảo Đ nên sụt áp khác Hiệu điện chúng điện áp lệch Để giữ cho điện áp lệch nhỏ, mạch khuếch đại đảo, cửa thuận không đấu trực tiếp xuống đất mà đấu qua điện trở RC hình 3-7 RC có trị số điện trở vào cửa đảo, nghĩa là: Lúc dịng tĩnh gây hai đầu vào sụt áp It.RC Iđ.(R1//Rht) Thường It≈Iđ nên sụt áp gần Thực tế It ≠ Iđ nên dòng tĩnh I0= It - Iđ gây hiệu điện áp đầu vào, gọi điện áp lệch U0 Khi điện áp sai số U r0 = (1 + R ).U R ht Để khử sai số dùng mạch bù điển hình hình 3-8 Việc bù điện áp lệch thực theo nguyên tắc: hai đầu vào khuếch đại thuật toán với nguồn điện áp biến đổi để có điện áp ngược với điện áp lệch 5/34 Mạch khuếch đại thuật toán Khi cần phải để trống hai cửa vào mắc mạch bù vào cửa khác có liên quan đến cửa vào Cần phải chọn linh kiện mạch bù cho khuếch đại thuật tốn làm việc bình thường Ngồi cịn có tượng trơi điện áp đầu lượng trôi điện áp đầu vào ΔU0 lượng trơi dịng tĩnh vào ΔI0 Lượng trơi điện áp đầu xác định: Trong đó: ΔU0 lượng trôi điện áp lệch đầu vào ΔI0 lượng trơi dịng lệch đầu vào Biến đổi cơng thức ta có: Tóm lại: - Nếu nguồn tín hiệu có trở kháng lớn (R1 // Rht lớn) điện áp sai số đầu chủ yếu trôi dòng lệch đầu vào sinh Ngược lại nguồn tín hiệu có trở kháng nhỏ (R1 nhỏ) sai số đầu chủ yếu điện áp lệch đầu vào sinh Do cần khuếch đại dịng chiều nhỏ chọn R1 // Rht nhỏ, cần khuếch đại điện áp chiều nhỏ chọn R1 lớn Trong khuếch đại tín hiệu xoay chiều không cần quan tâm đến vấn đề bù lệch 6/34 Mạch khuếch đại thuật toán MẠCH CỘNG Mạch cộng thực cộng hai nhiều tín hiệu tương tự thành tín hiệu đầu Tuy nhiên, tín hiệu tổng lớn nguồn cung cấp cho khuếch đại tín hiệu giữ mức bão hòa ±Umax Mạch cộng đảo Mạch cộng tín hiệu vào đưa tới cửa đảo Sơ đồ hình 3-9 Coi điện trở vào Khi IV = (vì RV IC xem = ∞) Iht= I1 + I2 +…+In hay Tổng quát R1 ≠ … ≠ R2 có: với α=R R ht i i 7/34 Mạch khuếch đại thuật toán Mạch cộng thuận Sơ đồ mạch điện hình 3-10, tín hiệu vào đưa tới cửa thuận Khi U0=0 điện áp hai đầu vào bằng: Khi dịng vào đầu thuận khơng (RV = ∞) ta có: Hay từ Chọn tham số mạch thích hợp để có thừa số vế phải công thức 1: R R R n + ht đó: 8/34 Mạch khuếch đại thuật toán MẠCH TRỪ Khi cần trừ hai điện áp người ta thực theo sơ đồ hình 3-11 Khi điện áp đầu tính: Có thể tìm K1, K2 theo phương pháp cho điện áp vào cửa không Cho U2 = mạch làm việc khuếch đại đảo Ta có: Ura= - αα.U1 K1 = ?αa Khi U1 = mạch trở thành mạch khuếch đại thuận có phân áp vào Khi đó: Hệ số phân áp: α α b 1+ b 9/34 Mạch khuếch đại thuật tốn Khi Hệ số khuếch đại nên Ura có U1, U2 : Nếu điện trở hai lối vào tức là: αa= αb= α K2= α; K1 = - α Vậy : Ura = α(U2- U1) Tổng quát sơ đồ vạn đồng thời dùng để lấy tổng lấy hiệu số điện áp vào thực mạch hình 3-12 10/34 Mạch khuếch đại thuật toán Kd0 = 1; a1 = ωC.RC Biết a1, ωC; chọn R ta có C = a ω R C Mạch b) ta có: Ở Kd0= -1 a1 = ωC.RC Khi biết a1, ωC chọn R ta có: • Mạch lọc tích cực thơng cao bậc Đổi chỗ R C cho nhau, mạch thông thấp ta có mạch lọc tích cực thơng cao Mạch hình 3-26 Mạch a) có: Ở đây: Kd0 = ; a = ω Khi biết a1, ωC chọn C ta tính được: R.C C 20/34 Mạch khuếch đại thuật toán Mạch b: Ở đây: Kd0 = -1 biết a1,ωC, chọn C ta tính Mạch lọc tích cực bậc hai • Mạch lọc thơng thấp bậc hai Mạch lọc tích cực thơng thấp bậc hai có dạng hồi tiếp âm vịng, hồi tiếp âm nhiều vòng, hồi tiếp dương vòng hình 3-27 + Xét mạch hình 3-27a ta có hàm truyền đạt (dùng phương trình điện nút): Dựa vào loại lọc xác định a1, b1, chọn trước C1 theo giá trị chuẩn tính R, C2 theo cơng thức: 21/34 Mạch khuếch đại thuật tốn + Với mạch 4-27b: Từ xác định: Cho trước ωC, Kd0, chọn C1 C2 tính được: Để R2 có giá trị thực: 22/34 Mạch khuếch đại thuật tốn + Với mạch 3-27c có hàm truyền đạt: Để đơn giản chọn K=1 (1-K)= Biểu thức viết lại: Nếu cho trước ωC, C1, C2 ta tính Kdo, R1, R2 K = Để R1,2 số thực cần: • Mạch lọc thơng cao bậc hai Mạch lọc thơng cao bậc hai dùng dạng thơng thấp hình 3-27 Trong phải đổi chỗ C R cho Ví dụ mạch lọc thông cao bậc hai hồi tiếp dương vịng hình 3-28 Thay p =1/p, C R R C ta có hàm truyền đạt Cho K= C1=C2=C ta có: 23/34 Mạch khuếch đại thuật tốn Ở Kđ0 = • Mạch lọc tích cực bậc hai thơng dải Nếu mắc nối tiếp mắt lọc thông thấp mắt lọc thông cao ta nhận lọc thông dải Đặc tính tần số tích tần số hai khâu lọc riêng rẽ K = K đ1 K đ2 Mạch lọc tích cực thơng dải bậc hai hình 3-29 24/34 Mạch khuếch đại thuật tốn Mạch lọc tích cực bậc cao Khi cần đặc tính biên độ, tần số lọc vng góc người ta phải thực lọc bậc cao Muốn mắc nối tiếp lọc bậc hai biết Lúc đặc tính tần số mạch tích đặc tính tần số mạch riêng rẽ BÀI TẬP CHƯƠNG Sơ đồ mạch hình 3-30 Biết IC lý tưởng, nguồn cung cấp cho IC Vẽ dạng điện áp vào điện áp điện áp vào là: Giải Đây mạch so sánh điện áp điện áp vào so sánh với điện áp chuẩn Uch=3V Khi uv>Uch điện áp bão hòa âm Khi uv