Các thông số của Op amp pdf

Các thông số Op amp Nguyễn Quốc Cường – 3I Giới thiệu Giới thiệu Điện áp lệch khơng đầu vào • Điện áp lệch khơng (input offset voltage): không cân mạch điện tử op amp, điện áp đầu vào khơng điện áp đầu khác khơng • Điện áp offset điện áp cần đặt vào đầu vào đầu Ký hiệu VIO • Thường op amp đầu vào bipolar có thơng số điện áp offset đầu vào tốt op amp đầu vào JFET CMOS M ch ki m tra i n áp offset u vào VIO = VOUT 1000 Ảnh hưởng VIO Vi Z1 Z2 I1 I2 VIO - Vo ideal op-amp + I1 = I Vi − VIO VIO − Vo = Z1 Z2 → Vo = −  Z  Z2 Vi + 1 +  VIO Z1  Z1  Hiệu chỉnh VIO 10K - + offset 10M Vi R3 R2 Vo - + R1 IC op amp có s n m ch hi u ch nh VIO M c m ch hi u ch nh VIO bên Dịng vào • Theo mơ hình op amp lý tưởng dịng vào chân đảo vả khơng đảo Tuy nhiên thực tế mạch đầu vào op amp tồn dịng điện • Dịng bias trung bình đầu vào (input bias current) tính I +I I IB = N P – Với IN IP dòng bias vào đầu đảo khơng đảo • Hiệu dịng điện vào đầu khơng đảo đầu đảo gọi dòng điện offset (input offset current) I IO = I P − I N Dòng vào Ảnh hưởng dịng vào • Xem xét mạch khuếch đại đảo hình vẽ • Dịng định thiên IN gây điện áp  Z  − I N ( Z1 // Z ) 1 +   Z1  Vi Z1 Z2 I1 V− = V+ = I2 − IN - Vo Vi = + IN Z Z1 Vo ideal op-amp + I = I1 + I N → Vo = − Z2 Z ZZ  Z  Vi − Z I N = − Vi − I N 1 +  Z1 Z1 Z1 + Z  Z1  Bù dòng vào Vi R1 R2 I1 I2 IN - Vo IP ideal op-amp + R3 10 Dải điện áp đồng pha đầu vào • Điện áp đồng pha đầu vào (Input Common Mode Voltage Range) định nghĩa điện áp trung bình điện áp đầu vào đảo đầu vào khơng đảo, ký hiệu VICR • Nếu điện áp đồng pha lớn nhỏ đầu vào op amp bị cắt op amp hoạt động khơng cịn • VICR quy định vùng điện áp op amp hoạt động Vd=0 - Vo + VCM 11 Điện áp đầu cực đại 12 Các phần tử ký sinh đầu vào • Cả hai đầu vào có trở kháng ký sinh • Thường đầu vào mơ hình phần tử tụ điện (ảnh hưởng điện cảm ký sinh nhỏ op amp làm việc tần số thấp) • Các trở kháng ký sinh sử dụng mà nguồn áp tín hiệu có điện trở lớn, ảnh hưởng trở kháng vào đáng kể • Cd Rd: tụ điện điện trở vi sai hai nối vào • Cn, Cp, Rn, Rp tụ điện điện trở nối vào (so với đất) Mơ hình ơn gi n cho tr kháng vào c a op amp 13 Tụ điện trở đầu vào • Tụ đầu vào (input capacitance) Ci đo đầu vào, Ci thường cỡ vài pF – Nếu đầu khơng đảo nối đất Ci = Cd // Cn – Tụ đầu vào chế độ đồng pha Cic (commom mode input capacitance): Nếu VN VP có điện áp Cic = Cn//Cp • Điện trở: Điện trở đo hai nối vào op amp – Nếu đầu không đảo nối đất ri = Rd // Rp, tuỳ thuộc vào kiểu vào op amp ri từ 107 đến 1012 ohm – Nếu điện áp Vp = Vn điện trở vào điện trở đồng pha ric = Rn//Rp 14 Trở kháng đầu • Trở kháng đầu ZO định nghĩa trở kháng tín hiệu nhỏ đầu đất • Giá trị ZO thường từ 50 đến 200 ohm • Ảnh hưởng trở kháng rr nh hư ng t i i n tr nh hư ng t i i n dung 15 Ảnh hưởng trở kháng vào Z1 Z2 S d ng phương pháp dòng vòng Vi = I1 ( Z + Z d ) + I Z d K 0V d = I Z d + I ( Z o + Z + Z d ) I2 I1 K0Vd Zo Vi V o = − I Z + K 0V d Zd Vo + N u b qua anh hư ng c a Z0 (≈0) : Vo Z =− Vi Z1  Z2 Z2  + 1+ 1 +  K0  Z1 Z d  16 Khuếch đại đồng pha CMRR • Khi Vd = mà VCM ≠ VO khác khơng • Hệ số nén đồng pha (common-mode rejection ratio, CMRR) định nghĩa tỉ số ADIF : hệ số khuếch đại tín hiệu vi sai ACOM: hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha A CMRR = DIF ACOM • Một cách lý tưởng hệ số CMRR vô lớn tức hệ số khuếch đại đồng pha vô nhỏ so với hệ số khuếch đại tín hiệu vi sai Vd=0 - Vo + VCM 17 Ảnh hưởng ACM R2 Vo VN = R1 R1 + R2 i2 • Xét ảnh hưởng ACM khuếch đại không đảo (mạch khuếch đại đảo VCM ≈ nên ảnh hưởng khơng đáng kể) R1 - Vin and VP = Vi Vd = VP − VN = Vi − Vout i1 + R1 Vo R1 + R2 VCM ≈ Vi 1/K0 ≈ Vd + Vo   R1 V o = K 0V d + K C M V C M = K  V i − Vo  + K C M Vi R1 + R   VC M Vi +  R  C M RR Vo =  +  R1   R   1+ 1+   K0  R1  VCM  R  V  Vo = 1 +  Vi + CM  CMRR   R1   CMRR l n nh hư ng c a tín hi u ng pha nh 18 Tỉ số nén điện áp nguồn - PSRR • Tỉ số nén điện áp nguồn (PSRR: Power Supply Voltage Rejection Ratio) tỉ số nén điện áp cung cấp(kSVR: supply voltage rejection ratio) định nghĩa tỉ số sự biến thiên điện áp nguồn cung cấp và sự biến thiên điện áp đầu – Cho op-amp có nguồn hai dấu +VCC –VCC: ∆V k SVR = CC ± ∆VOS • Dấu cộng trừ muốn nói nguồn âm dương thay đối đối xứng – Cho nguồn cung cấp dấu k SVR = ∆VCC ∆VOS • Nếu giá trị kSVR lớn ảnh hưởng nhiễu nguồn nhỏ • Khi tần số tăng kSVR giảm • Khi sử dụng nguồn cung cấp switching tần số nhiễu nguồn thường từ 50kHz đến 500kHz Tại tần số kSVR giảm đến Do cần phải có chống nhiễu nguồn 19 Slew rate hệ số khuếch đại = • Slew rate (SR) tốc độ biến thiên tín hiệu đầu (V/ms V/μs) đầu vào tín hiệu bước nhảy SR = dV dt • Thường dịng bias tăng slew rate tăng 20 Bandwith • Trong mạch op-amp thực, hệ số khuếch đại vi sai mạch hàm phụ thuộc tần số – f = hệ số hệ số khuếch đại đạt – Khi tần số tăng hệ số khuếch đại giảm • Dải thơng hệ số K = (Unity Gain Bandwith): tần số mà hệ số khuếch đại • Tích hệ số khuếch đại dải thơng (Gain Bandwith Product): 21 ... mạch op- amp thực, hệ số khuếch đại vi sai mạch hàm phụ thuộc tần số – f = hệ số hệ số khuếch đại đạt – Khi tần số tăng hệ số khuếch đại giảm • Dải thơng hệ số K = (Unity Gain Bandwith): tần số. .. điện áp đồng pha lớn nhỏ đầu vào op amp bị cắt op amp hoạt động khơng cịn • VICR quy định vùng điện áp op amp hoạt động Vd=0 - Vo + VCM 11 Điện áp đầu cực đại 12 Các phần tử ký sinh đầu vào • Cả... tử op amp, điện áp đầu vào không điện áp đầu khác khơng • Điện áp offset điện áp cần đặt vào đầu vào đầu Ký hiệu VIO • Thường op amp đầu vào bipolar có thơng số điện áp offset đầu vào tốt op amp