ỨNG DỤNG TUYẾN TÍNH CỦA OP AMP

ỨNG DỤNG TUYẾN TÍNH CỦA OP–AMP VO I Tổng quan: +Vcc -VS +VS Vid Vùng bão hòa âm -Vcc Vùng bão hòa dư Kí hiệu op-amp: có ngõ vào nhận tín hiệu Vùng khuếch đại V : kí hiệu VB gọi ngõ vào không đảo V _ : kí hiệu làV A gọi ngõ vào đảo Và ngõ VO , có độ lợi điện áp vi sai điện trở ngõ vào lớn Ở chương trước ta dùng kí hiệu AD độ lợi điện áp vi sai, từ sau gọi chúng hệ số KĐ vòng hở kí hiệu AVOL (open loop) hay A Ta có vid  v B  v A  v  v vO  AvB  v A   A vid vO vid  A VO ****OP_AMP lý tưởng: +Vcc -VS +VS Vid Vùng bão hòa âm AD hay AVOL hay A∞ R i ∞ -Vcc Vùng bão hòa dư Vùng khuếch đại Vậy trường hợp op-amp lý tưởng ta có giả đònh: Về áp: AVOL -> ∞ nên vO vid  0 AVOL Vậy Hay vid  vB  v A  v  v  v  v Về dòng: Ri ->∞ nên vid vid iid   0 Ri  i  i  Ví dụ 1: Một op-amp có A  100000 , điện áp vi sai ngõ vào vid  10 V (rms), tìm điện áp Giải: Ta có vO  AvB  vA   A vid  100000  (10 V )  1V (rms) Vậy với điện áp vào vi sai vid  10V điện áp ngõ vào có là: v A  10 V , v B  0V v A  1.000010 V , v B  1.000000 V v A  1.999990 V , v B  2.000000 V Nhận xét: chênh lệch nhỏ ngõ vào op-amp KĐ lên lớn ngõ Hay nói cách khác cần biến động bé ngõ vào ảnh hưởng lớn ngõ Vì để op-amp hoạt động chế độ tuyến tính (vùng khuếch đại) phải sử dụng cấu hình hồi tiếp âm để đạt độ lợi cần thiết VO +Vcc -VS +VS Vid Vùng bão hòa âm -Vcc Vùng bão hòa dư Vùng khuếch đại II MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO: Tính gần đúng: trường hợp xét opamp lý tưởng thì: Theo giả đònh áp, ta có v  v  vi Theo giả đònh dòng, ta có vi RI  vo RI  RF Hay: AVCL vO R I  R F RF   1 vi RI RI Tính xác: Ta có:  RI vO  Av id  vi  v A A  A vi  vO RI  RF  Av i vO  RI 1 A RI  RF AVCL vO   vi A RI 1 A RI  RF    Đối với op-amp lý tưởng độ lợi vòng hở AVOL  AV  A   (rất lớn ) hệ số kđ vòng kín là: : AVCL vO R I  R F RF   1 vi RI RI Xác đònh tổng trở vào Vi Zi  Ii Vì mạch hồi tiếp nối tiếp: Với: zi  Rid (1  A) RI  RI  RF Các mạch KĐ vi sai sử dụng thiết bò đo lường: a Mạch KĐ vi sai dùng op-amp: VA VB RF vO  vB  v A  RI vO  v2  v1  RF RI b Mạch KĐ vi sai dùng op-amp: vx  RF RF  RI  v1 RI +Vcc v1 RI  RF RF vo  v2   vX  RI RI -Vcc RF1 vx RI +Vcc -Vcc vo RI1 v2  RF RF RF  RI  RF  RF  RI  RF RI  RF     v1 vo  v2     v1   v2     RI RI  RI  RI  RI RI RI  • Nếu RF1  RI RI  RF vo  v2  v1  RF  RI RI IX Mạch KĐ vi sai có độ lợi thay đổi: RA  RC  R / v1  v1 v2  v / Op-amp có tín hiệu v1 v 2/ , điện áp ngõ  RA   RA  / RA RA / v1    v2  v1  v A  1  v1  v2 RB RB  RB   RB  Op-amp có tín hiệu v v1/ , điện áp ngõ  RC   RC  / v2    v1 vC  1   RB   RB  RC RC /  v2  v2  v1 RB RB Op-amp có R1  R2  RI  RF  RA  RC  R điện áp xuất ngõ  2R  vO  vC  v A  v2  v1  1   R B   X MẠCH KHUẾCH ĐẠI OP-AMP DÙNG MẠNG CỔNG: Nhắc lại phương trình tham số y mạng cửa: i1  y11v1  y12 v2 i2  y 21v1  y 22 v2 i2 y 21  v1 v  y12  i1 v2 v1  •Phân tích mạng cửa hình T: y12  y12  i1 i  F v2 v1  vO vi  RI ii   vO  y12  R1 R2  R2 R3  R1 R3   vi RI R3 RI R3 i1  v2 v1  R1 R2  R2 R3  R1 R3   vO  y12  R1 R2  R2 R3  R1 R3   vi RI R3 RI y12 R3   R1 R2  R2 R3  R1 R3 RF y12 vO  vi RI Nếu điện trở R3 nhỏ điện trở R1 R2 chúng tạo điện trở RF có giá trò lớn Vậy mạch KĐ có độ lợi lớn mạch dùng phần tử phản hồi mạng cửa hình T Ví dụ: Cần thiết kế mạch KĐ có hệ số KĐ 100 Điện trở ngõ vào 10K để tránh rút dòng tầng KĐ trước Hãy tính thông số điện trở mạng cửa hình T có R1 R2 10k Giải: Nếu không dùng cầu T phải dùng điện trở RF có giá trò 1M Nếu dùng cầu T vO R1 R2  R2 R3  R1 R3 10 10  10 R3  10 R3  100    vi R3 RI 10 R3 Suy R3  102 Vậy dùng cầu T điện trở cầu T có giá trò nhỏ **Mạch KĐ có độ lợi lớn thay đổi được: Khi điều chỉnh biến trở R3 xảy trường hợp: Khi R3 = ∞ xem hở mạch phương trình điện áp vO R1  R2  vi RI Khi R3 = phương trình điện áp vO  AVOL vi Vậy để ngăn chặn trường hợp xảy ta thêm vào điện trở mắc nối tiếp với biến trở R3 Các mạch KĐ có độ lợi lớn thay đổi thường sử dụng thiết bò đo lường: XI MẠCH TÍCH PHÂN: v A  v  v  0V t vO    iC dt  VC 0 C0 Trong VC 0 : điện áp ban đầu tụ thời điểm t  Ta có VO 0  VC 0 vi iC  R Nên ta có phương trình điện áp ra: t vO (t )   vi dt  VC 0  RC Mạch tích phân mạch lọc thông thấp với điểm cực vO A A   vi  1  ARj 2fC  ARj 2fC fp  A2CR Ví dụ1: Trường hợp tín hiệu vào mạch tín hiệu hữu hạn: VO    Vi  t CR Ví dụ 2: Trường hợp tín hiệu vào mạch tín hiệu tuần hoàn: Giả sử điện áp vào mạch tích phân có dạng Vp vO (t )   V p cos tdt   sin(t )  RC RC Tín hiệu tín hiệu vào bò lệch pha vi  VP cos t  XII MẠCH VI PHÂN: Theo giả đònh ta có: v  v  0V vC D  vi   ii dt C dvi ii  C dt Mạch vi phân mạch lọc thông cao vO ii  i R   R dvi vO (t )   Rii   RC dt vO A A   Z vi  1  A C  A j 2RfC R A fp  2RC Ta thấy mạch vi phân có băng thông rộng, độ lợi mạch lớn tần số lớn làm cho mạch không ổn đònh dễ gây dao động, dễ bò nhiễu tác động, cần phải giới hạn băng thông mạch Để tránh vấn đề ta phải giới hạn băng thông cách gắn thêm vào mạch vi phân mạch tích phân để giới hạn tần số cao mạch vi phân hình bên ... chênh lệch nhỏ ngõ vào op- amp KĐ lên lớn ngõ Hay nói cách khác cần biến động bé ngõ vào ảnh hưởng lớn ngõ Vì để op- amp hoạt động chế độ tuyến tính (vùng khuếch đại) phải sử dụng cấu hình hồi tiếp... ARI Vì hệ số kđ vòng hở op- amp lý tưởng lớn nên xem 1  A  A AR I  RF nên hệ số kđ ACL vO RF   vi RI Ví dụ: Một op- amp làm việc mạch kđ đảo có RI =1K; RF = 2k Hãy tính độ lợi vòng kín trường... thấp 2 Các mạch KĐ vi sai sử dụng thiết bò đo lường: a Mạch KĐ vi sai dùng op- amp: VA VB RF vO  vB  v A  RI vO  v2  v1  RF RI b Mạch KĐ vi sai dùng op- amp: vx  RF RF  RI  v1 RI +Vcc