dce 2016 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT Faculty of Computer Science and Engineering Department of Computer Engineering BK TP.HCM Vo Tan Phuong http://www.cse.hcmut.edu.vn/~vtphuong dce 2016 Chapter Khuếch đại thuật toán – Operational Amplifier (OpAmp) ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 dce 2016 Nội dung trình bày • Hoạt động OpAmp • Hồi tiếp cho OpAmp • Các thông số kỹ thuật OpAmp • Các mạch ứng dụng OpAmp ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 dce 2016 Định nghĩa OpAmp • OpAmp = Operational Amplifier (Khuếch đại thuật tốn) • Gồm hai ngõ vào – Ngõ vào đảo (Inverting input) – Ngõ vào khơng đảo (Noninverting input) • Một ngõ • Thông thường OpAmp sử dụng hai nguồn (dương +V, âm –V) ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 dce 2016 Mơ hình OpAmp • Mơ hình thực tế OpAmp: – Tổng trở ngõ vào Zin lớn – Tổng trở ngõ Zout nhỏ – Độ khuếch đại vòng hở Av = Vout /Vin lớn • Mơ hình lý tưởng (dùng để tính toán) – Tổng trở ngõ vào Zin = ∞ dòng điện ngõ vào Iin+ = Iin- = 0; Vin+ = Vin– Tổng trở ngõ Zout = – Độ khuếch đại vòng hở Av = Vout /Vin = ∞ ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 dce 2016 Hoạt động OpAmp • Ngõ khuếch đại có biên độ lớn – Cùng pha (không đảo) với ngõ vào không đảo – Ngược pha với ngõ vào đảo ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 dce 2016 Hoạt động OpAmp (tt) • Một cách tổng quát, hiệu điện sai khác (differental signal) hai ngõ vào khuếch đại Vd • Tín hiệu tác động giống (điện chung – common signal) vào hai ngõ vào bị triệt tiêu ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 dce 2016 Hoạt động OpAmp (tt) – – – – Tổng trở ngõ vào Zin lớn Tổng trở ngõ Zout nhỏ Độ khuếch đại vòng hở sai biệt Ad lớn Độ khuếch đại vòng hở chung Acm < ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 dce 2016 Nội dung trình bày • Hoạt động OpAmp • Hồi tiếp cho OpAmp • Các thơng số kỹ thuật OpAmp • Các mạch ứng dụng OpAmp ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 dce 2016 Hồi tiếp cho OpAmp • Khi khơng có hồi tiếp (vòng hở - khơng có liên hệ ngõ ngõ vào), độ khuếch đại vòng hở lớn (> 100000), khai biệt nhỏ ngõ vào làm ngõ bão hòa Vout = ±1mV * 100000 = ±100V bị xén +Vmax -Vmax ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 10 dce 2016 Datasheet – Sơ đồ chân • Ví dụ IC LM358: có chân, khối OpAmp sử dụng chung chân nguồn Vcc+ Vcc- ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 16 dce 2016 Datasheet – Các thơng số giới hạn • • • • Nguồn cấp tối đa ±22V (nguồn đôi) Điện ngõ vào tối đa ±15V Điện sai biệt tối đa ±30V Dòng ngõ tối đa dựa vào power dissipation 500mW ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 17 dce 2016 Datasheet – Thơng số hoạt động • Điện hoạt động đến 30 nguồn đơi ±15V • Điện ngõ vào từ (Vcc-) – 0.3 đến (Vcc+) – 1.5 • • • • AVD – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 ri – điện trở ngõ vào 2M ro – điện trở ngõ 75 CMRR – tỉ lệ hệ số khuêch đại sai biệt so với hệ số khuếch đại tín hiệu chung ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 18 dce 2016 Datasheet – Thơng số hoạt động • Điện hoạt động đến 30 nguồn đơi ±15V • Điện ngõ vào từ (Vcc-) – 0.3 đến (Vcc+) – 1.5 • • • • Icc – dòng cung cấp PD – công suất tiêu tán VICR – điện ngõ vào cho phép ±13V VOM – điện ngưỡng ngõ ±14V ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 19 dce 2016 Minh họa điện ngưỡng ngõ • Giá trị nằm ngồi bị xén điện ngưỡng ngõ ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 20 dce 2016 Datasheet – Thơng số thường bỏ qua • VIO – Điện sai biệt ngõ vào cần để điện ngõ 0V, nói cách khác điện sai biệt ngõ vào 0V điện ngõ ≠ • IIB – Dòng điện phân cực ngõ vào (tương tự dòng IB BJT) • IIO – Dòng điện sai biệt ngõ vào, khác hai dòng phân cực ngõ vào ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 21 dce 2016 Nội dung trình bày • Hoạt động OpAmp • Hồi tiếp cho OpAmp • Các thơng số kỹ thuật OpAmp • Các mạch ứng dụng OpAmp ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 22 dce 2016 Mạch so sánh • So sánh điện ngõ vào tạo ngõ hai mức: – Vout = Vmax+ V+ > V– Vout = Vmax- V+ < V- • Tính chất hệ số khuếch đại vòng hở lớn Vout bị xén ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 23 dce 2016 Mạch so sánh – bị nhiễu (tt) • Xét tín hiệu ngõ vào bị nhiễu • Sinh nhiều xung khơng mong muốn ngõ để loại bỏ? ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 24 dce 2016 Mạch so sánh – khử nhiễu với hysteresis • Hysteresis: – muốn lên 1, ngõ vào phải lớn mức β – Đang muốn 0, ngõ vào phải nhỏ mức α ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 25 dce 2016 Ứng dụng mạch so sánh • Mạch bảo vệ nhiệt (tương tự mạch cường độ sáng) ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 26 dce 2016 Ứng dụng mạch so sánh (tt) • Mạch biến đổi ADC (tương tự sang số) ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 27 dce 2016 IC 555 – Cấu tạo ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 28 dce 2016 IC555 – Mạch tự dao động ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 29 dce 2016 IC555 – Mạch trễ ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter © Spring 2016 30