Điện Tử - Kỹ Thuật Số Professional Books part 50 pps

Mạch so sánh tận dụng tối đa hệ số khuếch đại vòng hở trong op-amps (tối thiểu khoảng 100 000 lần) và được chế tạo thành những vi mạch chuyên dụng (comparators) như LM339, LM306, LM311, LM393, NE527, TLC372 Các VI MẠCH NÀY ĐƯỢC THIẾT KẾ ĐỂ ĐÁP ỨNG RẤT NHANH THEO SỰ THAY ĐỔI CỦA TÍN HIỆU VÀO (Slew rate khoảng vài ngàn volt/microsecond). Tuy nhiên với đáp ứng cực nhanh như vậy đôi lúc dẫn đến những phiền toái, ví dụ trong mạch điện sau Rõ ràng tín hiệu ngõ ra bị dao động mỗi khi chuyển trạng thái, điều này rất nguy hiểm cho các mạch phía sau. Để khắc phụ nhược điểm trên người ta sử dụng mạch Schmitt Trigger. b. Mạch Schmitt Trigger Mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh có phản hồi như hình sau Lúc này do v in so sánh với tín hiệu ngõ vào v + là điện thế trên mạch phân áp R 4 -R 2 , nên theo sự biến thiên giữa hai mức điện áp của v out , mạch Schmitt Trigger cũng có hai ngưỡng so sánh là V H và V L . Qua hình trên ta nhận thấy, mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh v in theo hai ngưỡng V H và V L . Khi điện áp v in vượt qua V H thì giá trị của v out là 0V và khi v in thấp hơn V L thì vout sẽ ở +V cc (nghĩa là có sự đảo pha). Để minh hoạ trực quan cho dạng mạch này người ta thường sử dụng ký hiệu Mạch Schmitt Trigger còn có một dạng ký hiệu khác ngược chiều với ký hiệu trên khi ta thay đổi cực tính ngõ vào v in , lúc này v in và v out sẽ đồng pha. Kỹ Thuật Số Blogthongtin.info Biên tập: Nguyễn Trọng Hòa BÀI 3: PHẢN HỒI VÀ ỔN ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC 1. Phản hồi Như đã trình bày trong phần nguyên lý làm việc, khi dùng mạch khuếch đại vòng hở chỉ cần trôi nhiệt, nguồn cung cấp không ổn định, hay nhiễu biên độ điện áp ngõ vào rất bé cũng đủ đưa ngõ ra ở trạng thái bão hoà. Minh họa qua mạch điện sau Với ±V cc =±15 VDC, chì cần V + −V - khoảng 1 miliVolt cũng đủ đưa V o ở bão hoà (vùng làm việc phi tuyến). Điều này dẫn đến mạch khuếch đại sai dạng: bất ổn. Để giảm thiểu sự bất ổn này người ta thực hiện phản hồi. Thông thường, OP-AMP sử dụng phản hồi theo 2 dạng: - §Phản hồi dương - §Phản hồi âm Thoạt nhìn có vẻ phản hồi dương là tốt (làm tăng độ lợi), nhưng thật ra phản hồi âm mới thật sự làm hệ thống ổn định. Ví dụ, ngay sau khi dùng xong một món có nhiều đường làm cho nồng độ đường trong máu sẽ tăng lên. Để xử lý hiện tượng này người ta tiêm vào máu một liều INSULIN kích thích sự tích tụ đường trong máu làm nồng độ đường trong máu giảm xuống. Hiện tượng này gọi là phản hồi âm? Như vậy nhờ vào phản hồi âm ta có thể lựa chọn được hệ số khuếch đại của mạch thông qua việc hiệu chỉnh các giá trị điện trở xung quanh Op-Amps. Tuỳ vào tính chất mạch, người ta sẽ chỉnh định lại các thông số của các linh kiện để đưa Op- Amps vào vùng làm việc tương ứng. Điều này tương tự như khi phân cực transistor. 2. Bổ chính điện áp lệch a. Điện áp lệch không Trong Op-Amps lý tưởng khi ΔV in =0 thì V out =0. Nhưng với Op-Amps thực tế thì không được như vậy. Do các linh kiện bện trong mạch không hoàn toàn đối xứng, ảnh hưởng lớn nhất trong op-amps đó là mạch khuếch đại vi sai ở ngõ vào nên lúc này ngõ ra vẫn xuất hiện một điện áp khác 0, gọi là điện áp lệch không ngõ ra V offset (output offset voltage). b. Bổ chính điện áp lệch không Để điều chỉnh lại điện áp ngõ ra giống như Op-Amps lý tưởng, người ta đặt một điện áp nhỏ giữa hai ngõ vào sao cho khi ΔV in =0 thì V out =0. Đối với một số vi mạch có sẵn chân hai chân đưa ra để hiệu chỉnh (thường là Null hay Offset) cho phép mắc thêm vào một biến trở để hiệu chỉnh điện áp lệch ngõ vào. Minh hoạ trên hình sau Với các vi mạch không có hai chân trên, ta có thể mắc thêm mạch chỉnh bên ngoài như hình R 1 phải lớn hơn nhiều lần so với R 2 nhằm tránh sự phân dòng qua R 1 . 3. Bổ chính dòng lệch a. Dòng phân cực ngõ vào và dòng lệch không Trong Op-Amps lý tưởng, do tổng trở ngõ vào vô cùng lớn do đó dòng phân cực ngõ vào bằng 0. Nhưng với Op-Amps thực tế thì không được như vậy, dòng điện ngõ vào vẫn tồn tại khá nhỏ (hàng trăm nA). Mặt khác do các linh kiện bện trong mạch không hoàn toàn đối xứng nên giá trị hai dòng này cũng không bằng nhau và lượng chênh lệch giữa chúng được gọi là dòng chênh lệch ngõ vào (input offset current). Minh hoạ qua hình sau Hình a Hình b Hình a trình bày áp lệch ngõ ra do I ib - gây ra và hình b đưa thêm dòng I ib + nhằm bù lại áp lệch 0 do I ib - gây ra. b. Biện pháp bổ chính Khi lắp vào đầu vào không đảo một điện trở R, dòng phân cực I ib + tạo ra một sụt áp là V R =R.I ib + . Chọn R sao cho điện áp này bù được áp lệch ngõ ra do I ib - gây ra. Tính toán theo điều kiện I ib - = I ib + , ta được: R = R F // R in 4. Bổ chính common Mode Với op-amps lý tưởng điện áp common mode (V cm ) bằng không do mạch chỉ khuếch đại sự sai lệch giữa hai tín hiệu ngõ vào. Nhưng op-amps thực tế thì không như vậy, ta có thể kiểm tra điện áp common mode qua mạch điện sau . được hệ số khuếch đại của mạch thông qua việc hiệu chỉnh các giá trị điện trở xung quanh Op-Amps. Tuỳ vào tính chất mạch, người ta sẽ chỉnh định lại các thông số của các linh kiện để đưa Op- Amps. sao cho điện áp này bù được áp lệch ngõ ra do I ib - gây ra. Tính toán theo điều kiện I ib - = I ib + , ta được: R = R F // R in 4. Bổ chính common Mode Với op-amps lý tưởng điện áp common. trong op-amps đó là mạch khuếch đại vi sai ở ngõ vào nên lúc này ngõ ra vẫn xuất hiện một điện áp khác 0, gọi là điện áp lệch không ngõ ra V offset (output offset voltage). b. Bổ chính điện