chương 4: OPAMP và ứng dụng pptx

Kỹ thuật điện tử Kỹ thuật điện tử Nguyễn Duy Nhật Viễn Chương 4 Chương 4 OPAMP và ứng dụng OPAMP và ứng dụng Nội dung Nội dung  Khái Khái niệm niệm OPAMP OPAMP  Ứng Ứng dụng dụng  Mạch khuếch đại không đảo  Mạch khuếch đại đảo  Mạch khuếch đại đệm  Mạch cộng đảo  Mạch trừ  Mạch tích phân  Mạch vi phân Khái niệm OPAMP Khái niệm OPAMP OPAMP (Operational Amplifier) OPAMP (Operational Amplifier)  Khuếch đại: Biến đổi tín hiệu ngõ vào thành tín hiệu ngõ ra cùng dạng nhưng Khuếch đại: Biến đổi tín hiệu ngõ vào thành tín hiệu ngõ ra cùng dạng nhưng có biên độ lớn hơn. có biên độ lớn hơn.  Khuếch đại thuật toán: bộ khuếch đại được sử dụng với mục đích thực hiện Khuếch đại thuật toán: bộ khuếch đại được sử dụng với mục đích thực hiện phép tính toán học. phép tính toán học.  OPAMP là một mạch tích hợp IC (Integrated Circuit) tuyến tính (cho tín hiệu OPAMP là một mạch tích hợp IC (Integrated Circuit) tuyến tính (cho tín hiệu tương tự). tương tự).  IC tích hợp nhiều linh kiện thành một mạch thực hiện một chức năng nhất IC tích hợp nhiều linh kiện thành một mạch thực hiện một chức năng nhất định. định. OPAMP OPAMP • i (+) , i (-) : dòng vào OP-AMP ở ngõ vào không đảo và đảo. • v id : điện áp vào giữa hai ngõ vào không đảo và đảo của OPAMP. • +V S , -V S : nguồn DC cung cấp, thường là +15V và –15V • R i : điện trở vào • A : độ lợi của OPAMP. Với OPAMP lý tưởng, độ lợi bằg vô cùng. • R O : điện trở ra của OPAMP, lý tưởng bằng 0. • v O : điện áp ra; v O = A OL v id trong đó, A OL độ lợi điện áp vòng hở +V +V S S -V -V S S v v id id Inverting Inverting Noninverting Noninverting Output Output + + _ _ i i (-) (-) i i (+) (+) v v O O = A = A d d v v id id R R O O A A R R i i N N P P OPAMP OPAMP  Đặc trưng của OPAMP lý tưởng: Đặc trưng của OPAMP lý tưởng:  R i = ∞  R o = 0  A OL = ∞  Băng thông phẳng và rộng vô cùng.  Ổn định nhiệt.  Cân bằng lý tưởng Ứng dụng Ứng dụng Mạch khuếch đại không đảo Mạch khuếch đại không đảo  v v in in : điện áp vào. : điện áp vào.  v v o o : điện áp ra. : điện áp ra.  R R F F : điện trở hồi tiếp. : điện trở hồi tiếp.  R R 1 1 : điện trở lấy tín hiệu. : điện trở lấy tín hiệu.  Giả sử OPAMP là lý tưởng: Giả sử OPAMP là lý tưởng:  A OL =∞. v id = v o /A OL nên v v id id =0 =0  R in = ∞. i(+) = i(-) = i(+) = i(-) = v id /R in = 0 0  Áp dụng KVL: Áp dụng KVL:  v in =v id +v 1 =v 1.  Áp dụng KCL cho nút N: Áp dụng KCL cho nút N:  i F =i 1 +i (-) =i 1.  (v (v o o -v -v 1 1 )/R )/R F F =v =v 1 1 /R /R 1 1 . .  v v 0 0 = = v v in in + v + v in in R R F F  R R 1 1  Điện áp ra: Điện áp ra:  v v o o = v = v in in R R F F + 1 + 1  R R 1 1 + _ v in + + - v O v id i (+) i (-) i O i F R F R 1 i 1 _ v F + _ v 1 + _ i L N P ` Độ lợi điện áp vòng kín A V Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại đảo  v v in in : điện áp vào. : điện áp vào.  v v o o : điện áp ra. : điện áp ra.  R R F F : điện trở hồi tiếp. : điện trở hồi tiếp.  R R 1 1 : điện trở lấy tín hiệu. : điện trở lấy tín hiệu.  Giả sử OPAMP là lý tưởng: Giả sử OPAMP là lý tưởng:  A OL =∞. v id = v o /A OL ⇒ v v id id =0 =0  R in = ∞. i (+) = i (-) = v id /R in ⇒ i i (+) (+) = i = i (-) (-) = = 0 0  Áp dụng KCL cho nút N: Áp dụng KCL cho nút N:  I 1 =i F +i (-) =i F.  v v in in /R /R 1 1 =(v =(v id id -v -v o o )/R )/R F F . .  Điện áp ra: Điện áp ra:  v v o o = - v = - v in in R R 1 1  R R F F  Độ lợi vòng kín: Av = R Độ lợi vòng kín: Av = R F F /R /R 1 1 + + _ _ v v O O + + - - v v in in + + _ _ R R 1 1 i i 1 1 R R F F i i F F N N P P [...]... vòng kín: Av = Ai = 1 •Thường sử dụng để phối hợp trở kháng •Trở kháng vào rất lớn •Trở kháng ra rất bé •Không suy giảm tín hiệu, đặc biệt với tín hiệu nhỏ Mạch cộng không đảo v1 R1 i 1 v2 R 2 i2 vn Rn in v1-vn: các nguồn tín hiệu vào. i(+) P vid + _ i(-)N iO + vF _ + v _ RF i R   iL iF Áp dụng KCL cho nút N: +  vO -  Áp dụng KCL cho nút P:       Giả sử OPAMP là lý tưởng:   AOL=∞ vid... N vn i(+) P RF   _ + Giả sử OPAMP là lý tưởng: + vO  Áp dụng KCL cho nút N:  -   v1-vn: các nguồn tín hiệu vào -vn  AOL=∞ vid = vo/AOL⇒ vid=0 ⇒ vN=vP=0 Rin= ∞ i(+) = i(-) = vid/Rin ⇒ i(+) = i(-) = 0 i1+i2+ +in=i(-)+iF=iF v1+ v2 + + vn = -vO R1 R2 Rn RF Suy ra:   vo= -RF v1+ v2 + + vn R1 R2 Rn Mạch trừ  R1 i v2 1 v1 R3 R2 iF N i2 i(-) i(+) P i4 R4  Giả sử OPAMP là lý tưởng:      _ +... i(-) = vid/Rin ⇒ i(+) = i(-) = 0 Áp dụng KCL tại nút N:  Áp dụng KLC tại nút P: +  -  vO      i1=iF+i(-)=iF (v2-vN)/R1=(vN-vO)/R2 vO=vN(R1+R2)/R1-v2R2/R1 i2+i(+) =i4 (v1-vP)/R3=vP/R4 vP=v1R4/(R3+R4) Suy ra: vo=v1 R4 (R1+R2) - v2R2 (R3+R4) R1 R1 Nếu chọn R1=R3, R2=R4 thì R2 vo = ( v1 − v 2 ) R1 Mạch tích phân C iC i R N vin + P _       vin: điện áp vào vo: điện áp ra RF: điện trở hồi tiếp... trở lấy tín hiệu Với iC=CdUc/dt  _ + Giả sử OPAMP là lý tưởng:  + vO  - AOL=∞ vid = vo/AOL⇒ vid=0 Rin= ∞ i(+) = i(-) = vid/Rin ⇒ i(+) = i(-) = 0 Áp dụng KCL cho nút N:  I=iC +i(-)=iC      vin/R=Cd(vid-vo)/dt=Cdvo/dt  Với U0: điện áp ban đầu trên tụ C Điện áp ra: t vo= - 1 vindt +U0 RC 0 Mạch vi phân R i iC C N vin + P _       vin: điện áp vào vo: điện áp ra RF: điện trở hồi tiếp R1:... phân R i iC C N vin + P _       vin: điện áp vào vo: điện áp ra RF: điện trở hồi tiếp R1: điện trở lấy tín hiệu Với iC=CdUc/dt  _ + Giả sử OPAMP là lý tưởng:  + vO      AOL=∞ vid = vo/AOL⇒ vid=0 Rin= ∞ i(+) = i(-) = vid/Rin ⇒ i(+) = i(-) = 0 Áp dụng KCL cho nút N:  iC =i+i(-)=i Cd(vid)/dt=vo/R Điện áp ra: vo= - RCdvin dt . điện tử Nguyễn Duy Nhật Viễn Chương 4 Chương 4 OPAMP và ứng dụng OPAMP và ứng dụng Nội dung Nội dung  Khái Khái niệm niệm OPAMP OPAMP  Ứng Ứng dụng dụng  Mạch khuếch đại không. chức năng nhất định. định. OPAMP OPAMP • i (+) , i (-) : dòng vào OP-AMP ở ngõ vào không đảo và đảo. • v id : điện áp vào giữa hai ngõ vào không đảo và đảo của OPAMP. • +V S , -V S : nguồn. OPAMP OPAMP  Đặc trưng của OPAMP lý tưởng: Đặc trưng của OPAMP lý tưởng:  R i = ∞  R o = 0  A OL = ∞  Băng thông phẳng và rộng vô cùng.  Ổn định nhiệt.  Cân bằng lý tưởng Ứng dụng Ứng