BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN MC1436

BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN MC1436 MC 1436 là bộ khuếch đại thuật toán bù nội bộ, được dùng cho các ứng dụng điện áp cao. MC 1436 được thiết kế làm bộ khuếch đại cộng, bộ tích phân hoặc khuếch đại thuật toán với các đặc tính điều khiển như một chức năng của những thiết bị phản hồi ngoài.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN MC1436 Lớp cao học : K17DTVT Nhóm báo cáo : Nhóm 5 1.Hoàng Minh Hải 2.Bùi Thế Khang 3.Nguyễn Anh Đức Hà Nội, tháng 03 năm 2011 MỤC LỤC    I. Giới thiệu vi mạch MC 1436 1. Đặc tính cơ bản 2. Hình dạng vi mạch MC 1436 3. Sơ đồ chân vi mạch MC 1436 II. Thông số kỹ thuật của MC 1436 1. Thông số chung 2. Đặc tính điện 3. Các giản đồ đặc trưng III. Phân tích vi mạch 1. Sơ đồ nguyên lý 2. Sơ đồ tương đương 3. Sơ đồ rút gọn 4. Nguyên lý hoạt động IV. Ứng dụng MC 1436 và mô phỏng 1.Mạch khuếch đại vi sai 2.Mạch khuếch đại không đảo V. Kết luận 2 I. Giới thiệu vi mạch MC 1436 MC 1436 là bộ khuếch đại thuật toán bù nội bộ, được dùng cho các ứng dụng điện áp cao. MC 1436 được thiết kế làm bộ khuếch đại cộng, bộ tích phân hoặc khuếch đại thuật toán với các đặc tính điều khiển như một chức năng của những thiết bị phản hồi ngoài. 1. Đặc tính cơ bản + Điệp áp đầu ra thăng giáng : ± 22Vpk(min) (V CC = +28V, V EE = -28V) + Tốc độ nhảy xung: 2V/µs. + Bù nội . + Có khả năng điều chỉnh điện áp Offset. + Bảo vệ quá áp đầu ra. + Hệ số khuếch đại vòng mở rộng: AVOL = 500.000 Typ + Nguồn nuôi độc lập từ ±5V DC đến ±36V DC. 2. Hình dạng vi mạch MC 1436 3.Sơ đồ chân vi mạch MC 1436 3 II.Thông số kỹ thuật của MC 1436 1.Thông số chung Thông số Kí hiệu MC1436 MC1436C Đơn vị Nguồn nuôi V CC V EE +34 -34 +30 -30 Vdc Dải điện áp vi sai đầu vào V IDR V input < V CC ,V EE +3V V Dải điện áp đầu đồng pha đầu vào V ICR Một hoặc cả hai điện áp vào không được vượt quá biên độ của V dc hoặc V EE +3V V Ngắn mạch đầu ra V cc = V EE = 28V dc , V 0 = 0 t SC 5.0 sec Công suất tiêu thụ ở T A = +25 o C P D 680 4.6 mW mW/ 0 C Khoảng nhiệt độ hoạt động T A 0 tới 70 0 C Khoảng nhiệt độ bảo quản T stg -65 đến +150 0 C 2.Đặc tính điện Đặc tính Ký hiệu MC 1436 MC1436C Đơn vị Min TYP Max Min TYP Max Dòng phân cực đầu vào T A = +25 o C T A = T thấp tới +25 o C I IB - - 15 - 40 55 - - 25 - 90 - nAdc Dòng Offset đầu vào T A = +25 o C T A = +25 o C tới T Cao T A = T thấp tới T Cao I IO - - - 15 - - 10 14 14 - - - 10 - - 25 - - nAdc Điện áp Offset đầu vào T A = +25 o C T A = T thấp tới T Cao VIO - - 5 - 10 14 - 5 - 12 - nAdc Trở kháng vào vi sai Điện trở song song lối rp - 10 - - 10 - MΩ 4 vào Điện dung song song lối vào Cp - 20 - - 2 - pF Trở kháng vào chung (f ≤ 50Hz) Z ic - 250 - -250 - MΩ Khoảng điện áp lối vào V ICR ±22 ±25 - ±18 ±20 - Vpk Điện áp nhiễu đầu vào tương đương (A V = 100, R s = 10kΩ, f = 1.0kHz, BW = 1.0Hz) e n - 50 - - 50 - nV/ (Hz) 1/2 Triệt tín hiệu cùng pha (DC) CM R 70 110 - 50 90 - dB Hệ số KĐ điện áp hở vòng tín hiệu 1 chiều (V 0 = ±10V, R L = 5k) T A = +25 o C T A = T thấp tới T Cao (V 0 = ±10V, R L = 5k, T A = +25 o C) A VO L 70.00 0 50.00 0 - 500.0 00 - 200.0 00 - - - 50.00 0 - - 500.0 00 - 200.0 00 - - - V/V Độ rộng dải công suất (A V = 1, R L = 5k, THD ≤ 5%, V O = 40Vpp) BW p - 23 - - 23 - kHz Tần số cắt có hệ số KĐ=1 fc - 1.0 - - 1.0 - MHz Độ lệch pha φm - 50 - - 50 - độ Độ khuếch đại A M - 18 - - 18 - dB Tốc độ nhảy SR - 2.0 - - 2.0 - V/µs Trở kháng ra z O - 1.0- - - 1.0 - kΩ Dòng ra ngắn mạch I SC - ±17 - - ±17 - mAdc Khoảng điện áp ra (R L = 5.0k) V CC = +28Vdc, V EE = -28Vdc V CC = +36c, V EE = -36Vdc V O ±20 - ±22 - - - ±20 - ±22 - - - Vpk Hệ số mất mát nguồn nuôi V EE = Const, R s ≤ 10k V CC = Const, R s ≤ 10k PS R + PS R - - - 35 35 200 200 - - 50 50 - - µV/V Dòng cung cấp (*) I CC I EE - - 2.6 2.6 5.0 5.0 - - 2.6 2.6 5.0 5.0 mAdc Công suất tiêu thụ khi không hoạt động (điện áp = 0) P C - 146 280 - 146 280 mW 5 (*): V CC = V EE = 5.0 Vdc đến 30 Vdc đối với MC1436 V CC = V EE = 5.0 Vdc đến 28 Vdc đối với MC1436C 3.Các giản đồ đặc trưng a) Mối quan hệ giữa điện áp lối ra với điện áp nguồn nuôi b) Đáp ứng tần số vòng hở Nhìn vào giản đồ ta thấy, hệ số vòng hở là hằng số khi tần số tín hiệu trong khoảng từ 0 Hz đến 8 Hz. Sau đó giảm tuyến tính cho tới khoảng hơn 1 Mhz thì hệ số khuếch đại chỉ còn là 1. Nó tiếp tục giảm mạnh còn -15dB khi tần số là 5MHz. Như vậy ta thấy dải truyền của vi mạch MC1436 rất hẹp. c) Mối quan hệ giữa dòng ngắn mạch lối ra với nhiệt độ. 6 Nhiệt độ càng cao thì dòng ngắn mạch lối ra (I SC ) càng giảm. d) Mối quan hệ giữa dòng điện phân cực lối vào với nhiệt độ Dòng phân cực lối vào I IB giảm nhanh theo sự tăng nhiệt độ cho tới 25 o C và tiếp tục giảm từ từ cho tới 80 0 C sau đó giảm nhẹ cho tới khoảng 125 o C. Như đã thấy độ trôi của dòng phân cực lối vào theo nhiệt độ là rất nhỏ. Đặc tính dòng giảm theo sự tăng của nhiệt độ là đặc tính rất tốt của vi mạch này. 7 III.Phân tích vi mạch 1.Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ nguyên lý của vi mạch MC1436 như trong hình vẽ dưới đây. D1 D2 Q1 NJFET Q2 PNP Q3 PNP D3 DIODE D4 DIODE Q4 PNP D5 DIODE Q5 NPN Q6 NPN Q7 NPN Q8 NPN D6 DIODE Q9 NPN Q10 NPN Q11 NPN Q12 NPN D7 DIODE Q13 PNP Q14 NPN Q15 NPN D8 DIODE Q16 NPN Q17 PNP D9 DIODE Q18 NPN Q19 PNP Q20 NPN D10 DIODE D11 DIODE Q21 NPN Q22 NPN Q23 PNP Q24 PNP + C1 35pF Q25 NPN D12 DIODE D13 DIODE Q26 NPN Q27 NPN Q28 NPN Q29 PNP V1 +28V V2 -28V Q30 NPN R1 6.0K R2 1.5k R3 500 R4 500 R5 1.5k R6 1k R7 1k R8 39k R9 1.5k R10 4.7k R11 1.0k R12 39k R13 12k R14 39k R15 28k R16 26 R17 22 R18 500 R19 50 R20 200 R21 28k R22 15k R23 5.0k R24 3.5k R25 1.2k R26 77k R27 7.7k 2.Sơ đồ tương đương 8 3.Sơ đồ rút gọn Thay các transistor Q4, Q13, Q17, Q19, Q29 bằng các nguồn dòng không đổi tương đương ta có sơ đồ rút gọn của vi mạch MC 1436. Is5Is4 Is3 Is2 Is1 D1 D2 Q1 NJFET Q2 PNP Q3 PNP D3 DIODE D4 DIODE D5 DIODE Q5 NPN Q6 NPN Q7 NPN Q8 NPN D6 DIODE Q9 NPN Q10 NPN Q11 NPN Q12 NPN D7 DIODE Q14 NPN Q15 NPN D8 DIODE Q16 NPN D9 DIODE Q18 NPN Q20 NPN D10 DIODE D11 DIODE Q21 NPN Q22 NPN Q23 PNP Q24 PNP + C1 35pF Q25 NPN D12 DIODE D13 DIODE Q26 NPN Q27 NPN Q28 NPN V1 +28V V2 -28V Q30 NPN R2 1.5k R3 500 R4 500 R5 1.5k R6 1k R7 1k R8 39k R10 4.7k R12 39k R14 39k R15 28k R16 26 R17 22 R18 500 R19 50 R20 200 R21 28k R22 15k R23 5.0k R24 3.5k R26 77k R27 7.7k 4.Nguyên lý hoạt động 9 Vi mạch khuếch đại MC 1436 được chia làm ba tầng chính: • Tầng khuếch đại vi sai : Tạo ra độ khuếch đại tạp âm thấp, tổng trở vào cao, thường có đầu ra vi sai • Tầng khuếch đại điện áp : Tạo ra hệ số khuếch đại điện áp lớn, độ suy giảm tần số đơn cực, và thường có ngõ ra đơn • Tầng khuếch đại đầu ra : Tạo ra khả năng tải dòng lớn, tổng trở đầu ra thấp, có giới hạn dòng và bảo vệ ngắn mạch. a) Tầng khuếch đại vi sai : Ở tầng này Transistor Q8 và Q30 được mắc dưới dạng lặp lại Emitơ và được nối tầng với Q2 và Q3 làm tầng đệm lối vào, vì thế điện trở lối vào lớn. Q8 và Q30 được nuôi bởi nguồn dòng phân áp ổn định từ nguồn dòng Q5 và Q7. Hai Diode D5, D6 mắc ngược với tiếp giáp Bazơ - Emitơ của Q8 và Q30 có tác dụng bảo vệ quá tải điện áp lối vào. b) Tầng khuếch đại điện áp : Tín hiệu qua tầng đệm lối vào được đưa vào bộ khuếch đại vi sai Q2 và Q3 được phân cực cùng nhau bởi nguồn dòng không đổi Q4 và hai nguồn dòng Q5 và Q7 đóng vai trò làm tải động. Q2 và Q3 tạo thành mạch khuếch đại vi sai đầu vào nhằm tạo cân bằng, ổn định chế độ làm việc của vi mạch khi nhiệt độ thay đổi. Bộ khuếch đại vi sai Q2 và Q3 sẽ loại bỏ những tín hiệu cùng pha khá cao (từ 90dB đến 110dB). Lối ra của bộ khuếch đại vi sai được đưa qua bộ đệm Q20 đấu theo kiểu lặp lại Emitơ. Q6 được đấu thêm vào nhằm tạo ra tính đối xứng của bộ khuếch đại vi sai. Bộ đệm Q20 ngoài tác dụng phối hợp trở kháng nó còn làm bộ chuyển đổi hai lối ra của bộ khuếch đại thành một lối ra. c) Tầng khuếch đại đầu ra : Q21 và Q23 được mắc theo kiểu khuếch đại đẩy kéo tạo dải điện áp rộng với dòng điện lối ra vừa phải và dòng nghỉ nhỏ. Hai Diode mắc giữa Emitơ của Q26 và Colectơ của Q22 tạo dịch mức điện áp một chiều (khoảng 0,7V x 2 = 1,4V) cho Q21 và Q23 làm giảm méo tín hiệu lối ra. Việc sử dụng 2 điện trở R16 22Ω và R17 26Ω nhằm bảo vệ quá tải lối 10 [...]... điều khiển mạch phản hồi lối ra IV.Ứng dụng MC 1436 và mô phỏng Vi mạch MC 1436 được ứng dụng trong nhiều mạch điện, điển hình là các mạch khuếch đại vi sai, khuếch đại đảo/không đảo, lấy mẫu, khuếch đại âm tần 1.Mạch khuếch đại vi sai Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại vi sai sử dụng MC 1436 như trong hình dưới đây: Mô phỏng bằng Circuit Maker 2000Pro : Kết quả chạy mô phỏng hoạt động của mạch : - Tín... dao động với giá trị trung bình ở mức -19,575V biên độ 200mV (=10 x 20mV) 11 2.Mạch khuếch đại không đảo Sơ đồ nguyên lý : Kết quả mô phỏng: - Tín hiệu đầu vào dạng sin biên độ 20mV - Tín hiệu điện áp tại đầu ra cùng pha, biên độ 200mV 3.Mạch khuếch đại đảo Sơ đồ nguyên lý : V1 10V +V V3 -100m/100mV A R1 1k R2 10k + MC1436 1kHz V2 -10V +V Kết quả mô phỏng: 12 B - Tín hiệu đầu vào dạng sin biên độ 100mV... -200m/200mV B + MC1436 C R3 9k 1kHz R5 1k V2 -10V +V Kết quả mô phỏng: - Tín hiệu đầu vào dạng sin biên độ 100mV và 200mV - Tín hiệu điện áp tại đầu ra cùng pha, biên độ 1.0987V A: v3_1 B: v4_1 C: mc1436_ 1 1.250 V 0.750 V 0.250 V -0.250 V -0.750 V -1.250 V 0.000ms 0.500ms 1.000ms 1.500ms 2.000ms 2.500ms 3.000ms 6.Mạch khuếch đại vi phân Sơ đồ nguyên lý : V1 10V +V R2 100 V3 -100m/100mV C1 100uF A + MC1436 B... 4.000ms 4.500ms 5.000ms - Tín hiệu điện áp tại đầu ra có dạng xung vuông , biên độ 2.5V A: v3_1 B: mc1436_ 1 3.000 V 2.000 V 1.000 V 0.000 V -1.000 V -2.000 V -3.000 V 0.000ms 0.500ms 1.000ms 1.500ms 2.000ms 2.500ms 3.000ms 3.500ms 4.000ms 4.500ms 5.000ms V.Kết luận MC 1436 là vi mạch khuếch đại thuật toán khá phổ thông, được sử dụng nhiều trong thực tế Trong quá trình mô phỏng, cần chú ý tới điện áp... 5.000ms 4.Mạch khuếch đại cộng Sơ đồ nguyên lý : V1 10V +V R2 9k R1 1k V3 -100m/100mV A 1kHz + U2 TL072 R3 9k R4 1k R5 1000k B V2 -10V +V Kết quả mô phỏng: - Tín hiệu đầu vào dạng sin biên độ 100mV - Tín hiệu điện áp tại đầu ra cùng pha, biên độ 1V A: v3_1 B: u2_1 1.000 V 0.750 V 0.500 V 0.250 V 0.000 V -0.250 V -0.500 V -0.750 V -1.000 V 0.000ms 0.500ms 1.000ms 1.500ms 2.000ms 5.Mạch khuếch đại trừ 13 . dụng MC 1436 và mô phỏng 1.Mạch khuếch đại vi sai 2.Mạch khuếch đại không đảo V. Kết luận 2 I. Giới thiệu vi mạch MC 1436 MC 1436 là bộ khuếch đại thuật toán bù nội bộ, được dùng cho các ứng dụng. mạch điện, điển hình là các mạch khuếch đại vi sai, khuếch đại đảo/không đảo, lấy mẫu, khuếch đại âm tần 1.Mạch khuếch đại vi sai Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại vi sai sử dụng MC 1436 như. được dùng cho các ứng dụng điện áp cao. MC 1436 được thiết kế làm bộ khuếch đại cộng, bộ tích phân hoặc khuếch đại thuật toán với các đặc tính điều khiển như một chức năng của những thiết bị