Tiểu luận môn Kỹ thuật mạch tích hợp IC khuếch đại thuật toán LM339 Nguyên lý và ứng dụng

Tiểu luận môn Kỹ thuật mạch tích hợp IC khuếch đại thuật toán LM339 Nguyên lý và ứng dụng. LM339 gồm 4 bộ so sánh điện áp độc lập, với điện áp offset thấp cỡ 2mV cho cả 4 bộ so sánh. Chúng được thiết kế để hoạt động từ một nguồn đơn có vùng điện áp rộng nhưng cũng có thể hoạt động từ nguồn kép. Nguồn cấp cho cực máng thấp và độc lập với biên độ điện áp cung cấp. Bộ so sánh này có điểm nổi bật là vùng điện áp mode chung đầu vào bao gồm cả đất, ngay cả khi hoạt động từ nguồn đơn.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

Đại học Công Nghệ

Tiểu luận môn Kỹ thuật mạch tích hợp

IC khuếch đại thuật toán LM339

Nguyên lý và ứng dụng

Giáo viên hướng dẫn:

PGS Bạch Gia Dương

Nhóm 1- K17Đ:

Nguyễn Trung Dũng

Đỗ Văn Mạnh

MỤC LỤC

Phần 1: Mô tả 2

I Mô tả chung 2

II Ưu điểm 3

III Đặc trưng 3

Phần 2: Nguyên lí hoạt động 6

I Khối tạo dòng điện chuẩn 7

II Khối khuếch đại vi sai 8

III Khối khuếch đại và chuyển mức đầu ra 9

Phần 3: Ứng dụng 10

I Mạch so sánh cơ bản 10

II Mạch dò điểm không 11

III Mạch so sánh có trễ 12

Phần 1: Mô tả

I Mô tả chung

LM339 gồm 4 bộ so sánh điện áp độc lập, với điện áp offset thấp cỡ 2mV cho cả 4 bộ

so sánh Chúng được thiết kế để hoạt động từ một nguồn đơn có vùng điện áp rộng nhưng cũng có thể hoạt động từ nguồn kép Nguồn cấp cho cực máng thấp và độc lập với biên độ điện áp cung cấp Bộ so sánh này có điểm nổi bật là vùng điện áp mode chung đầu vào bao gồm cả đất, ngay cả khi hoạt động từ nguồn đơn

Ứng dụng của LM339 bao gồm các bộ so sánh, các bộ chuyển đổi tương tự sang số đơn giản, máy phát xung vuông, các bộ đa rung và cổng logic số điện áp cao LM339 được thiết kế với giao diện trực tiếp TTL và CMOS Khi hoạt động từ nguồn cộng trừ,

nó sẽ được thiết kế với giao diện trực tiếp MOS, trong đó nguồn cực máng thấp của LM339 là một lợi thế so với các bộ so sánh chuẩn

II Ưu điểm

- Bộ so sánh có độ chính xác cao

- Có thể dùng nguồn đơn hay nguồn kép

- Tương thích với tất cả các loại logic

- Nguồn cực máng thích hợp cho việc dùng pin

III Đặc trưng

- Vùng điện áp cung cấp rộng: 2 VDC - 36 VDC hoặc ±1 VDC - ±18 VDC

- Dòng cực máng rất nhỏ ( cỡ 0.8 mA) và độc lập với nguồn cung cấp

- Dòng phân cực lối vào nhỏ: 25nA

- Độ lệch dòng lối vào nhỏ: ±5nA

- Độ lệch thế lối vào nhỏ : ±3mV

- Vùng điện áp mode chung lối vào chứa GND

- Điện áp vi phân lối vào tương đương với điện áp cung cấp.

- Điện áp lối ra bão hòa thấp: 250mV ở 4mA

- Điện áp lối ra tương thích với các hệ thống logic TTL, DTL, ECL, MOS và

CMOS

Các giá trị danh định cực đại của LM 339

Điện áp vi phân lối vào VI(DIFF) 36 V

Nhiệt độ hoạt động TOPR 0 ~ +70 0C

Nhiệt độ bảo quản TSTG -65 ~ +150 0C

Các đặc trưng về điện (VCC = 5V, TA=250C)

hiệu

Tối thiểu

Thông thường Tối đa

Đơn vị

Điện áp chênh lệch lối vào

VCC = 5V ÷ 30V,

VIC = VICR min,

VO = 1.4V

Dòng điện chênh lệch lối

nA

Dòng bias lối vào VO = 1.4V IIB - -25 -100 nA Vùng điện áp lối vào mode

0 tới

Khuếch đại điện áp vi phân

tín hiệu lớn

V CC = 15V, V O

= 1.4V ÷ 11.4V, RL

>= 15kΩ tới VCC

Dòng điện lối ra mức cao VID = 1V,

Điện áp đầu ra mức thấp VID = -1V, IOL

Dòng điện đầu ra mức thấp VID = -1V,

Nguồn cung cấp VO = 2.5V,

không tải

ICC

Phần 2: Nguyên lí hoạt động

LM339 gồm 4 bộ so sánh Một bộ so sánh tương đương với một bộ khuếch đại thuật toán và hai transistor NPN thêm vào ở đầu ra

Đầu ra của bộ so sánh, khi được kéo lên bởi một điện trở, sẽ thay đổi trạng thái giữa ĐÓNG (ON) và MỞ (OFF) khi điện áp giữa hai lối vào thay đổi từ âm sang dương Cấu trúc của LM339 có thể được chi thành 3 khối cơ bản:

- Khối tạo dòng điện chuẩn (Reference Current)

- Khối khuếch đại vi sai (Differential Amplifier)

- Khối khuếch đại và chuyển mức đầu ra (Output Amplifier and Logic Level Shifter)

I Khối tạo dòng điện chuẩn.

Khối tạo dòng điện chuẩn có tác dụng tạo ra dòng điện không đổi để cung cấp cho các khối khác trong mạch Giá trị của dòng điện chuẩn không phụ thuộc vào điện áp nguồn VCC

Phân tích hoạt động:

Điện áp tại điểm N1 có giá trị không đổi, bằng điện áp rơi trên hai diode D5 và D6

VN1=2*Vdiode=2*0.62=1.24 (V)

Ở đây ta lấy điện áp rơi trên 1 diode bằng 0.62V theo mô hình sử dụng để mô phỏng Transistor Q13 được thiên áp để hoạt động trong miền bão hòa VBE13=0.62V không đổi

Do đó điện áp tại đểm N2 không đổi:

VN2=VN1-VBE13=1.24-0.62=0.62 (V)

Dòng điện qua cực E của Q13 sẽ không đổi:

Coi IC13 =IE13: IC13=3.1uA

Như vậy mạch đã tạo ra dòng điện không đổi IC13 không phụ thuộc vào VCC

II Khối khuếch đại vi sai

Q2, Q3; Cặp khuếch đại vi sai

Q1, Q4: Tăng hệ số khuếch đại và trở kháng lối vào

Cặp Q1-Q2, Q4-Q3 mắc kiểu Darlington

Q5, Q6: tải động

D1, D4: bảo vệ B-E của Q1, Q4

D2, D3: ngăn dòng ngược

Sự chênh lệch điện áp trên Q1 và Q4 sẽ được khuếch đại bởi Q2, Q3 và điều khiển trạng thái ON hay OFF của Q6

III Khối khuếch đại và chuyển mức đầu ra

Q7: Transistor khuếch đại đầu ra, mắc kiểu E chung

Q8: Transistor chuyển mức đầu ra

Tầng khuếch đại đầu ra gồm hai transistor NPN, với cực C của Q8 được mắc hở, cho phép LM339 có tính ứng dụng cao

Phần 3: Ứng dụng

I Mạch so sánh cơ bản

- Sơ đồ nguyên lí:

- Kết quả mô phỏng:

II Mạch dò điểm không

- Tìm điểm tín hiệu vào đi qua điểm không

- R8, R9: tạo điện áp chuẩn ở đầu vào

R8=R10, R5+R6=R9 nên điểm chuyển trạng thái là điểm tín hiệu vào bằng 0

III Mạch so sánh có trễ

-Mạch nguyên lí:

- Kết quả mô phỏng:

Tài liệu tham khảo:

LM339 datasheet, National Semiconductor LM339 datasheet, Fairchild Semiconductor