Chương 6 opamp (môn mạch điện tử)

• Vi mạch khuếch đại thuật toán Operational Amplifier• Nhờ sự phát triển của công nghệ bán dẫn, • OpAmp ngày càng trở nên tin cậy, kích thước nhỏ, ổn định nhiệt • OpAmp được sử dụng như

• Giới thiệu Op-Amp

• Mạch Op-Amp cơ bản

• Mạch Op-Amp nâng cao

• Vi mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier)

• Nhờ sự phát triển của công nghệ bán dẫn,

• OpAmp ngày càng trở nên tin cậy, kích thước nhỏ, ổn định nhiệt

• OpAmp được sử dụng như là thành phần cơ bản của các ứng dụng khuếch đại, biến đổi tín hiệu, các bộ lọc tích cực, tạo hàm và chuyển đổi.

• Cơ sở của vi mạch khuếch đại thuật toán là các tầng khuếch đại vi sai.

• Các vi mạch khuếch đại thuật toán bao gồm ba phần:

• Khuếch đại vi sai Khuếch đại vi sai:::: Dùng khuếch đại tín hiệu vào, có đặc điểm là khuếch đại nhiễu thấp, trở kháng vào cao, thường đầu ra vi sai.

Khuếch đại điện áp

Khuếch đại điện áp:::: Tạo ra hệ số khuếch đại điện áp cao, thường đầu

ra đơn cực.

Các vi mạch khuếch đại thuật toán bao gồm ba phần:

Khuếch đại vi sai

Khuếch đại vi sai:::: Dùng khuếch đại tín hiệu vào, có đặc điểm là khuếch đại nhiễu thấp, trở kháng vào cao, thường đầu ra vi sai.

• Khuếch đại điện áp Khuếch đại điện áp:::: Tạo ra hệ số khuếch đại điện áp cao, thường đầu

ra đơn cực.

• Khuếch đại đầu ra Khuếch đại đầu ra:::: Dùng với tín hiệu ra, cho phép khả năng tải dòng lớn, trở kháng ra thấp, có các mạch chống ngắn mạch và hạn chế dòng điện.

• Vi+: ngõ vào không đảo

• Vo: ngõ ra

• Vi-: ngõ vào đảo

• +/-VS cung cấp nguồn

• Một bộ vi mạch khuếch đại thuật toán khuếch đại vi sai điện

áp vd= v1 – v2 giữa 2 tín hiệu vào Hệ số khuếch đại điện áp

hở mạch được tính theo công thức:

• +/- Vs ngưỡng ñiện thế ngõ vào (rất bé vài trăm micro vol)

• +/-V0max giá trị cực ñại ngõ ra

• ∆Vi < -Vs: vùng bão hòa âm

• ∆Vi > -Vs: vùng bão hòa dương

• -Vs< ∆Vi<+Vs: Vùng khuếch ñại tuyến tính

• Op-Amp lý tưởng

Để tránh tín hiệu ra bảo hòa khi tín hiệu vào quá nhỏ, không

0

V i o

A R R

Mạch so sánh không ñảo:

ðiện thế chuẩn Vref > 0V ñặt ở ngõ vào (-)

ðiện thế so sánh Ei ñưa vào ngõ vào (+)

Khi Ei > Vref thì V0 = +Vsat

Khi Ei < Vref thì V0 = -Vsat

Mạch so sánh ñảo:

• ðiện thế chuẩn Vref > 0V ñặt ở ngõ vào (+)

• ðiện thế so sánh Ei ñưa vào ngõ vào (-)

• Khi Ei > Vref thì V0 = -Vsat

• Khi Ei < Vref thì V0 = +Vsat

Mạch khuếch đại có hồi tiếp:

• Lúc này do vin so sánh với tín hiệu ngõ vào v+ là điện thế trên mạch phân áp R4-R2, nên theo sự biến thiên giữa hai mức

điện áp của vout, mạch hồi tiếp cũng có hai ngưỡng so sánh là

VH và VL

mạch phân áp R -R , nên theo sự biến thiên giữa hai mức

điện áp của vout, mạch hồi tiếp cũng có hai ngưỡng so sánh là

VH và VL

• LM381: low noise dual amp., audio.

• Voltage gain= 112dB; BW = 75KHz; Rin= 100K; Rout= 150.

• LM380: audio power amp

• Voltage gain= 34dB; BW= 100KHz; out-put power = 2W

• MC1553: Video amp

Voltage gain= 52dB; BW=20MHz

LM703: RF/IF amp

LM380: audio power amp

Voltage gain= 34dB; BW= 100KHz; out-put power = 2W

• MC1553: Video amp

• Voltage gain= 52dB; BW=20MHz

• LM703: RF/IF amp

• Mạch khuếch đại không đảo

• Mạch khuếch đại đảo

• R2 ñóng vai trò hồi tiếp âm ñể tăng ñộ khuếch ñại AV.

• Khi R2 =0, ta có: A=1 => Vo =Vi hoặc R1=∞ ta cũng có A=1 và Vo= Vi Lúc này mạch ñược gọi là mạch “voltage follower”

thường ñược dùng làm mạch ñệm (buffer) vì có tổng trở vào lớn và tổng trở ra nhỏ như mạch cực thu chung ở BJT.

R

• Nên mạch tích phân chỉ hoạt động đúng ở một dãy tần số nhất định.

• Ngoài ra chúng ra còn có thể lấy tích phân của một tổng.

i o

V

f

V = ω

.

i T

V mV

k = − R I e γ

: ñiện áp rơi trên hai ñầu diode: dòng ngược bão hòa

• Mạch chuyển đổi dòng sang áp

• Mạch chuyển đổi áp sang dòng

• Mạch khuếch đại dòng

• Mạch khuếch đại instrumentation

• Còn gọi là bộ khuếch ñại biến ñổi ñiện trở, có ñầu vào là ii

) 2 ( 0

) 1 (

V V

I i

i Z

V V

V A

o d

i

i oL

) 3 ( 2

,

1

R

V R

V I

⇒

−

i A

i o i

Vo = A(v2 – v1)

A = A1 .A2 = (1+2R3/RG).(R2/R1)

vo = -(R2/R1)v3 +(1+R2/R1)v2

v3 = (1+R1/R2)v1

• Điện trở của phần tử cảm biến dạng:

• Trong đó: R là điện trở trong điều kiện chuẩn ở không độ , khoảng thay đổi so với điện trở chuẩn

• Giữa và R có thể biểu diễn dạng:

(1 ),

R +δ

khoảng thay đổi so với điện trở chuẩn

Giữa và R có thể biểu diễn dạng:

• Điện trở tại t0C: Rt = R(1+δ ), R

( )

1

1

1 1

1

ref ref

V R

δ

δ

= − =

+ + + +

( )( )

2 0