Chương 5: Cơ bản về khuếch đại thuật toán doc

32 V D V i R R 2 V o V + + V - - a V D V N =V - V D a I N =0 aV d V o V p =V + Chương 5 : CƠ BẢN VỀ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN I) KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN LÝ TƯỞNG : I p=0 II) CÁC CẤU HÌNH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN CƠ BẢN :    Khuếch đại không đảo : v - V + I I 1 2 < < Vo + - Vi R2 R1    =⇒=⇒∞= ==⇒∞= −+ )2(0 )1( 21 IIiZ VVVA di iOL I 2 = 22 0 R VV R VV io − = − − (3) ; I 1 = 11 R V R V i = − (4) Từ 2 : 12 R V R VV iio = − (5) ⇒ ) 11 ( 122 RR V R V i o += (6) Vi Vo + - i V R R )1( 1 2 + A OL = a = ∞ = d o V V (1) ⇒ V d = V + - V - = 0 ⇒ V + = V - (2) Z i = r d = ∞ = d d i V (3) ⇒ i d = i N =i P = 0 (4) Z o = r 0 = 0 (5) 33 V L 21 0 0 IIiZ VVA di oL =⇒=⇒∞= ==⇒∞= −+ (1) (2) )4()3( 2121 R V R V R VV R VV oioi −=⇒ − = − − − ⇒ io V R R V )1( 1 2 += (7) ⇒ 1 2 1 R R V V A i o vf +== (8) L V V + - + - Vs R Rs Hay từ (8) cho R 2 =0 ta có A vf =1; khi mạch KDTT không lý tưởng ta có : ) 1 (1 1 )1( 1 2 1 2 a R R R R A vf + + += (9) 2. Bộ khuếch đại đảo : I 1 I 2 V V - M =R1//R 2 Vo + - Vi R R1 R2 A vf+= 1 2 R R V V i o −= (5) R M =R 1 //R 2 (6) để cân bằng một chiều Khi bộ KDTT không lý tưởng ta có :             + + −= a R R R R A vf 1 2 1 1 1 . 1 2 (7) 3.Bộ khuếch đại tổng : A oL = ⇒ ∞ V + =V - (1) Mặt khác : V + =V s (20 V - = V L (3) Do đó V s =V L 1==⇒ s L vf V V A (4) 34 A oL = 0==⇒∞ −+ VV (1) Z i = fd IIIIi =++⇒=⇒∞ 321 0 (2) f o R V R V R V R V −=++ 3 3 2 2 1 1 (3)         ++=− 3 3 2 2 1 1 R V R V R V RV fo (4) I f =R1//R2//R3// Rf M I1 I2 I3 > > > Rf R Vo R2 R1 R3 V3 V2 V1 +Nếu R 1 =R 2 =R 3 =3R f từ 4 ta có : 3 321 VVV Vo ++ =− (6) : Bộ khuếch đại lấy trung bình 4. Khuếch đại vi sai (khuếch đại trừ) : I 4 > > > I1 I2 I 3 Vo V2 V1 R4 R3 R2 R1         ++−=⇒         ++−= −− 1 2 1 1 2 211 1 2 1 11 R R VV R R V RR V R V R V o o (5) 2 34 4 433 2 43 2 V RR R V R V R V R V R V R VV + =⇒+=⇒= − + +++ + (6) Từ(1 thay 6 vào 5 ta được : 2 21 1 43 4 1 1 2 . V RR R RR R V R R Vo ++ +−= (7) Nếu R 1 =R 2 =R 3 =R 4 hoặc R 1 =R 2 ;R 3 =R 4 ta có V o =V 2 -V 1 (8)-> gọi là mạch vi sai hay là bộ trừ. )4(:)2( )3( )2( 0 )1( 21 1 43 21 R VV R VV II II iZ VVA o di oL − = −         = = →=→∞= =⇒∞= − − −+ 35 )4( 0 )3( )()0( )2(0 )1(0 R V R V R VV I dt tdV C dt Vd C dt dV CI IIiZ VVA ooo c iic c Rcdi oL −= − = − = = − == =⇒=→∞= ==→∞= − −+ )4( )3( )0( )2(0 )1(0 R V VV R VV I dt dV C dt Vd C dt dV CI IIidZi VVA i i i R ooc C cR oL =−= − = −= − == =⇒=→∞= ==→∞= − − −+ Bộ khuếch đại trừ có thể có nhiều đầu vào, phương pháp tìm V o theo các điện áp đầu vào tương tự như trên. 5.Bộ vi phân : > I R > I c > i d V V+ - C Vi Vo R (2) )6( )( )5( )( dt tdV RCV R V dt tdVi C i o o −=⇒−=⇒ Nếu RC=1 ta có : )7( )( dt tdV V i o −= 6.Bộ tích phân : c R - +V V d i > I > I > R Vo Vi C (2) ⇒−=⇒−=⇒ )6()5( RC V dt dV dt dV C R V iooi tích phân cả 2 vế ∫ t 0 ta có dtV RC Vo i ∫ −= 1 (7); Nếu RC=1 ∫ −=⇒ dtVV io (8) 36 A oL = ⇒ ∞ V + =V - =0 (1) Z i = Rid Iii =⇒=⇒∞ 0 (2) R V R V R VV I ooo R −= − = − = − 0 (3) 2 RiV R V i io o i −=⇒−−=⇒ )4( (5) Hình 6_1 Bộ biến đổi I_V cơ bản 0==⇒∞= −+ VVA oL (1)    += = ⇒=⇒∞= )3( )2( 0 21 III ii iZ R Ri di 1,2 )4( 11 R V R VV Ii Ri −= − −==⇒ − Chương 6 : Mạch Khuếch Đại Thuật Toán Với Hối Tiếp Điện Trở I. Bộ biến đổi từ dòng sang áp : i i R V V - + i d > Vo i R V 1 i i R V V - + d > > 1 2 I I I R2 R1 Vo i R ⇒ V 1 =-i i .R(5) Từ 3 : 2 1 1 11 R VV R V R V o − +=− (6) ⇒         ++=⇒++= 1)7( 1 22 1 2 1 1 11 2 R R R R VV R V R V R V R V o o (8) ⇒ V o =-kRi i (8) với R R R R k 2 1 2 1 ++= (9) Bộ biến đổi dòng sang áp được dùng làm bộ tách sóng quang 37 Tải )3(2,1 )2(0 )1( R V R V Ii IiiZ VVVA i o odi ioL ===⇒ =⇒=⇒∞= ==⇒∞= − −+ )4()3( V 1,2 )2(0 )1(0 i o i o odi oL i R V i R V iIiZ VVA =⇒= −− → =⇒=⇒∞= ==⇒∞= −+ )5)( 11 ( )4( )3( )2( 0 )1( 2121 21 21 243 RR V R V R V i i R VV R VV iII III iZ VVA oi o o oi o di oL +−+= = − + −    =+ ≈= ⇒=→∞= =⇒∞= + −+ −+ II. Bộ biến đổi áp sang dòng: V + i V - d I < < i o + - Vi Vo R tải i V V - + d I i > o > + - Vi Vo R ⊗ Các bộ biến đổi tải nối đất : tải V L + - i V V - + d I I I 1 i > o > 3 4 2 I > R2 R4 R1 + - Vi Vo R3 Mặt khác từ (2) : )7)( 11 ()6( 43443 RR V R V R VV R V oo +=⇒ − =− − − − 38 Khuếch đại thuật toán có đặc tính truyền đạt của khuếch đại dòng : L o io V R Aii 1 −= Tải )7( 43 4 o V RR R V + =⇒ − Thay vào (5) do V + =V - : 21 21 43 4 21 . . . RR RR RR RV R V R V i ooi o + + −+= Khi các điện trở tạo thành mạch cầu : )9( 4 2 3 1 R R R R = ta có ; R V RR R R R V R V R V i iooi o =         +         + −+= 21 2 3 4 2 1 1 1 (10) Nghóa là mạch trở thành nguồn dòng có ngõ ra độc lập với V o III. Khuếch đại dòng : I 1 V o > I 2 > o i + - V V i i R1 R2 Để i o độc lập với V L thì R o ∞ → Khuếch đại dòng thả nổi )2( )1(0 12 IiIiZ VVA oii oL +==⇒∞= ==⇒∞= −+ 39 )4( )3( )2( 0 )1( 1 2 s L s Rs L Rss di LoL R V R V i ii iii iZ VVVA ==    = += ⇒=⇒∞= ==⇒∞= − −+ Một mặt : )4();3( 1 1 2 2 R V I R V R VV Ii o c oo i =−= − == − )5(1 1 2 1 2 12         +=+=−=⇒ R R i R Ri iIIi i i io Hệ số khuếch đại dòng ;         +== 1 2 1 R R i i A i o i (6) (Khi R o = ∞ ) V L Khuếch đại dòng tải nối đất tải s V oA > > i 2 i d > i 1 > i O R2 R1 Rs i 2,3 : i 2 = i s - i Rs = i s - s L R V (5) Mặt khác : V oA =V - - R 2 i 2 = V L - R 2 (i s - s L R V ) (6) Từ 3 : i 1 =i o = )8()7( 1 1 LooA LoA VRiV R VV +=⇒ − Từ 6,8 ta có : V L -R 2 (i s - s L R V )= i o R 1 +V L (9) )10( 1 2 1 2 o L sL S so R V AiV RR R i R R i +=+−= 40 Do khuếch đại thuật toán lý tưởng ta có : ∞=∞= ioL ZA ,      == == ⇒ −+ −+ )2( )1( 222 111 VVV VVV do đó : )3( 21 G G R VV I − = Với )12(&)11( 2 1 1 2 sO R R R R R R A =−= IV. Khuếch đại instrumentation(KĐIA) Là bộ khuếch đại có các đặc điểm sau :  Trở kháng vào rất lớn (Z i ∞ → )  Trở kháng ra rất bé ( 0→ o Z )  Độ lợi chính xác ổn đònh, tiêu biểucho các tầm từù 1V/V đến 10 3 V/V  Tỉ số nén đồng pha rất cao 1. KĐIA 3 opamp + - > > >> I I I I V V + - V V + - 1 2 1 2 1 2 '' 2 1 V o 1 2 V V V 1 2 o OA1 OA2 OA3 Vo + - V1 + - V2 R2 R1 R2R1 R3 RG R3 V o1 -V o2ø =(R 3 + R G + R 3 ). )4( )( 21 G R VV − )5)()( 2 1( 21 3 201 VV R R VV G o −+=−⇒ )6(21 3 21 21 G Oo I R R VV VV A += − − =⇒ Do : )7( 333 −+ =⇒∞= VVA oL    = = ⇒⇒∞= = )9( )8( 0 ' 2 ' 1 21 3 II II iZ di 41 Vì OA 1 là khuếch đại không đảo nên )1()1( 1 4 3 3 V R R V +=  OA 2 lý tưởng nên      =⇒=⇒∞= ==⇒∞= −+ )3(0 )2( 212 2222 IIiZ VVVA dì oL TừØ (8) : )11()10( 2 3 1 3 1 21 2 3 1 31 R V R V R RV V R VV R VV o o Oo −−−− ++−=⇒ − = − Từ (9) : )13()12( 2 3 1 3 1 2 2 3 1 32 R V R V R V R V R VV oo ++++ +=⇒= − )14( 2 21 2 3 O V RR R V + = + Thay vào (11) ta có : )15)(( 12 1 2 21 21 2 12 2 1 1 2 ooooo VV R R RR RR V RR R V R R V −= + + +−= )16( 1 2 12 R R VV V A oo o = − =⇒ ΙΙ 1 2 3 1212 12 12 )21( R R R R AA VV V VV VV VV V A Goo oooo +== −− − = − = ΙΙΙ (17) 2. KD IA 2 OP-AMP =R1 =R2 OA2 OA1 > I1 I2 > V3 + - V1 R4 R3 R2 + - V2 R1 Vo Từ 3 : )5()4( 2 2 1 2 1 3 22 12 1 23 R V R V R V R V R VV R VV oo ++−= − = − −− 2 1 2 1 4 3 1 2 )1()1( V R R V R R R R V o +++−=⇒ )6)( 1 1 )(1( 1 2 1 4 3 2 1 2 V R R R R V R R + + −+= [...]... R2  R  Vo = 1 + 2 (V2 − V1 )(8)  R1    Để điều chỉnh độ lợi An thêm vào RG vào mạch trên : RG R2 I1 > R1 I2 R2 > R1 V3 OA1 OA2 + A = 1+ Vo R2 R2 + (1) R1 RG với Vo=A(V2-V1) (2) + V2 V1 - - V Khuếch đại cầu cảm biến : VREF R1 V1 R(1+σ) R1 sense V2 R RG vo Reference Từ hình vẽ ta có : V1 = = R (1 + σ ) V REF = R1 + R (1 + σ ) R VREF + R1 + R σV REF R  R + 1 + σ 2+  R  R1  1 42 (1) V2 = . V p =V + Chương 5 : CƠ BẢN VỀ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN I) KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN LÝ TƯỞNG : I p=0 II) CÁC CẤU HÌNH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN CƠ BẢN :    Khuếch đại không. Bộ biến đổi I_V cơ bản 0==⇒∞= −+ VVA oL (1)    += = ⇒=⇒∞= )3( )2( 0 21 III ii iZ R Ri di 1,2 )4( 11 R V R VV Ii Ri −= − −==⇒ − Chương 6 : Mạch Khuếch Đại Thuật Toán Với Hối. +Nếu R 1 =R 2 =R 3 =3R f từ 4 ta có : 3 321 VVV Vo ++ =− (6) : Bộ khuếch đại lấy trung bình 4. Khuếch đại vi sai (khuếch đại trừ) : I 4 > > > I1 I2 I 3 Vo V2 V1 R4 R3 R2 R1         ++−=⇒         ++−= −− 1 2 1 1 2 211 1 2 1 11 R R VV R R V RR V R V R V o o