Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Điện tử cơ bản): Phần 2 - CĐ Kỹ Thuật Cao Thắng

Tiếp nối phần 1, phần 2 của Giáo trình Kỹ thuật điện tử (Điện tử cơ bản) trình bày transistor hiệu ứng trường-fet, mạch khuếch đại thuật toán, thysistor, linh kiện quang. Mời các bạn cùng tham khảo phần 2 của giáo trình.

CHƯƠNG 4 TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG – FET

4.1 KHÁI NIỆM

Transistor hiệu ứng trường - FET (Field Effect Transistor) là một dạng linh kiện bán dẫn tích

cực Khác với BJT là loại linh kiện được điều khiển bằng dòng điện, FET là linh kiện được điều khiển bằng điện áp

FET có ba chân cực là cực nguồn (S-Source), cực cổng (G- Gate) và cực máng (D- Drain) FET có các ưu điểm nổi bật sau đây:

 FET có trở kháng vào rất cao

 Nhiễu trong FET ít hơn nhiều so với BJT

 FET không bù điện áp tại dòng I = 0, do đó nó là linh kiện chuyển mạch tuyệt vời

 FET có độ ổn định về nhiệt cao

 FET có tần số làm việc cao

 Kích thước của FET nhỏ hơn của BJT nên có nhiều ưu điểm trong vi mạch

Tuy nhiên, nhược điểm chính là hệ số khuếch đại điện áp của FET thấp hơn nhiều so với BJT

4.2 TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG LOẠI MỐI NỐI – JFET (JUNCTION FET) 4.2.1 Cấu tạo

JFET là loại linh kiện bán dẫn tích cực, có 3 cực, có hai loại là JFET kênh N và JFET kênh P, cấu tạo của JFET được trình bày trong hình 4.1

(a) Cấu tạo của JFET kênh N và kênh P

(b) Kí hiệu của JFET kênh N và kênh P

(c) Hình dạng Hình 4.1 Cấu tạo, kí hiệu và hình dạng của JFET kênh N và JFET kênh P

4.2.2 Nguyên lý hoạt động và đặc tuyến Volt-Ampe

Để JFET hoạt động thì ta cần phân cực hai mối nối D-S và G-S

D

S

4.2.2.1 Xét trường hợp VGS = 0 (ngắn mạch G-S), VDS>0:

Hình 4.2 Mạch phân cực cho JFET kênh N với VGS = 0

Với chiều điện áp VDD phân cực như hình 4.2, các điện tử sẽ di chuyển từ cực nguồn S đến cực máng D và bị hút về phía cực dương của nguồn VDD tạo nên dòng điện ID ngược chiều với chiều chuyển động của hạt dẫn Dòng điện này chạy vào cực D chạy dọc theo kênh dẫn và chạy ra khỏi cực S nên ta luôn có:

Hình 4.3 Đặc tuyến ngõ ra của JFET kênh N khi VGS= 0 và thay đổi VDS> 0

V GS =0

điện trở kênh dẫn

V DS

V P 0

Hình 4.4 Hiện tượng thắt kênh dẫn

Khi VDS tăng vượt qua giá trị của VP, điện áp phân cực ngược tăng nên điểm thắt sẽ lan rộng ra

về phía cực S Bề rộng vùng ngèo giảm nhưng lực hút hạt dẫn từ nguồn VDD tăng tạo nên một vùng đặc biệt có dòng ID không đổi được gọi là vùng thắt kênh hay vùng bão hòa, tương đương với đoạn AB trên hình 4.3 Do đó có thể nói khi điện áp VDS> VP thì JFET có đặc tính như một

là nguồn dòng ID = IDSS có giá trị không phụ thuộc vào VDS, còn giá trị điện áp VDS phụ thuộc vào tải

Nếu VDS tiếp tục quá lớn thì mối nối P-N của JFET sẽ bị đánh thủng, dòng điện ID tăng vọt được thể hiện bằng đoạn BC trên hình 4.3

Kí hiệu IDSS chính là dòng điện cực máng (ID) cực đại trong trường hợp ngắn mạch G-S và

mở rộng và hoàn toàn choán hết chỗ của kênh dẫn

Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ngõ ra của JFET được trình bày trong hình 4.5

a Đặc tuyến truyền đạt b Đặc tuyến ngõ ra Hình 4.5 Đặc tuyến Vôn-Ampe của JFET

4.2.2.3 Vùng thắt kênh – Vùng bão hòa:

Ta thấy rằng, trong vùng bão hòa này giá trị dòng điện ID không phụ thuộc vào VDS mà phụ thuộc vào VGS theo phương trình Shockley Hay nói cách khác ID bị điều khiển bởi VGS

Tương tự, đặc tuyến truyền đạt của JFET kênh P ngược lại với JFET kênh N

4.2.3 Phân cực cho JFET

4.2.3.1 Mạch phân cực cố định (fixed bias):

Mạch phân cực cố định sử dụng JFET kênh N như hình 4.6 Trong đó tụ C1 và tụ C2 là các tụ liên lạc đối với tín hiệu vào và tín hiệu ra Giống như mạch phân cực dùng BJT, các tụ này có chức năng ngăn dòng DC từ nguồn một chiều VDD chạy về nguồn tín hiệu Vi (tụ C1), ngăn dòng

DC từ nguồn một chiều VDD chạy về tải (tụ C2), khi phân tích ở chế độ DC thì các các tụ điện này xem như hở mạch

Hình 4.6 Mạch phân cực cố định cho JFET

Áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng (1) đi qua hai cực G-S ta được:

C 2

V o G

V DD

Hình 4.7 Đường tải DC của mạch phân cực cố định cho JFET Việc xác định điểm làm việc tĩnh Q của JFET cũng có thể thực hiện bằng cách khác, cụ thể hình 4.8 minh họa việc xác định điểm làm việc tĩnh Q bằng phương pháp đồ thị

Hình 4.8 Tìm điểm làm việc tĩnh Q bằng phương pháp đồ thị

Bước 1: Viết phương trình phân cực dựa vào vòng (1):

Bước 2: Từ phương trình DCLL (4.7b) Vẽ đường tải DCLL này trên đồ thị đặc tuyến ngõ ra

và giao điểm của DCLL với đặc tuyến ngõ ra của JFET cho ta giá trị VDSQ cần tìm như hình 4.8

Qua phân tích mạch phân cực trên ta thấy vì IG= 0 nên rõ ràng điện trở RG không có tác dụng đối với tín hiệu DC Tuy nhiên RG có tác dụng rất quan trọng đối với mạch khuếch đại, vấn đề này sẽ được đề cập chi tiết trong việc phân tích mạch khuếch đại dùng JFET

Ví dụ 4.1 Cho mạch điện như hình 4.9 Tìm các thông số :

V GS (V) 0

I DSS đường đặc tính của linh kiện

I D (mA)

-2 -4 -6 -8 Vp

V DD /R D

Mạch tự phân cực cho JFET được trình bày trong hình 4.12 Mạch không sử dụng nguồn VGG

Hình 4.12 Mạch tự phân cực cho JFET

Áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng đi qua hai cực G-S (vòng 1) như hình 4.12 ta được:

0

R D D

Đây chính là phương trình đường tải DC (DCLL) của mạch và được biểu diễn trên hình 4.13

Hình 4.13 Đường tải DC của mạch tự phân cực cho JFET Phương pháp vừa trình bày ở trên là phương pháp toán học, sau đây sẽ trình bày phương pháp

Bước 2: Từ phương trình DCLL (4.11) Vẽ đường tải DCLL này trên đồ thị đặc tuyến ngõ ra

và giao điểm của DCLL với đặc tuyến ngõ ra của JFET cho ta giá trị VDSQ cần tìm như hình 4.14

Hình 4.14 Tìm điểm làm việc tĩnh Q của mạch tự phân cực bằng phương pháp đồ thị

Ví dụ 4.3: Sử dụng phương pháp đại số và phương pháp đồ thị để tìm điểm làm việc tĩnh Q(VDS,

ID) của mạch như hình sau, biết IDSS= 4mA, Vp = -6V

Hình 4.15

Giải ví dụ dùng phương pháp đại số:

Áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng đi qua mối nối G-S với IG= 0 và ID= IS ta được:

I DSS

I D (mA)

-2 -4 -6 -8 Vp

Ví dụ 4.5: Tìm điểm tĩnh Q cho mạch điện hình sau nếu:

4.2.3.3 Phân cực dùng cầu phân áp:

Mạch phân cực cho JFET dùng cầu phân áp cũng giống như mạch đã áp dụng đối với BJT có dạng như hình 4.20

Hình 4.20 Mạch phân cực dùng cầu phân áp Hình 4.21 Mạch tương đương tính phân cực

Giải phương trình trên được hai nghiệm ID và chọn nghiệm dựa vào đặc tính của JFET kênh N:

Tiếp theo áp dụng định luật Kirchhoff cho vòng (2) đi qua hai cực D-S ta tính được VDS và viết được phương trình DCLL:

Đây chính là phương trình đường tải DC (DCLL) của mạch

Hoặc giải bằng đồ thị như hình 4.19

Bước 1: Dựa vào mạch vòng (1), phương trình (4.14), ta có phương trình đường phân cực:

Bước 2: Từ phương trình DCLL (4.16) Vẽ đường tải DCLL này trên đồ thị đặc tuyến ngõ ra

và giao điểm của DCLL với đặc tuyến ngõ ra của JFET cho ta giá trị VDSQ cần tìm như hình 4.22

Hình 4.22 Tìm điểm làm việc tĩnh Q của mạch phân cực dùng cầu phân áp bằng phương pháp

đồ thị

Giải:

a Theo đặc tuyến của FET, nếu ID = IDSS /4 = 8 mA/4 = 2 mA, ta có VGS = VP /2 = -4 V/2 = -2

V Kết quả đồ thị của phương trình Shockley như hình 4.23

I DSS

I D (mA)

-2 -4

-6 Vp

Q

I D (mA)

V GSQ Q

10

V DD /(R D +R S )

I DQ

V GSQ đường phân cực

I D =-(V GS -V GG )/R S

4.3 TRANSISTOR HIỆU ỨNG TRƯỜNG LOẠI CỰC CỔNG CÁCH LY – MOSFET

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) là loại transistor trường có cực cửa cách điện với kênh dẫn điện bằng một lớp cách điện mỏng Lớp cách điện thường dùng là chất oxit nên ta thường gọi tắt là transistor trường loại MOS Tên gọi MOS được viết tắt từ ba từ tiếng Anh là: Metal - Oxide - Semiconductor MOSFET có 2 loại là D-MOSFET (MOSFET kênh có sẵn hay kênh liên tục) và E-MOSFET (MOSFET kênh cảm ứng hay kênh gián đoạn)

4.3.1 MOSFET kênh có sẵn D-MOSFET (Deleption MOSFET)

4.3.1.1 Cấu tạo:

Cấu tạo và kí hiệu của MOSFET kênh có sẵn kênh N và kênh P được trình bày như hình 4.24

(a) Cấu tạo D-MOSFET kênh P

(b) Kí hiệu

(c) Hình dạng Hình 4.24 Cấu tạo, kí hiệu và hình dạng của D-MOSFET kênh N và kênh P

4.3.1.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản và các đặc tuyến Vôn-Ampe:

Khi transistor làm việc, thông thường cực nguồn S được nối với đế và nối đất nên VS=0 Các điện áp đặt vào các chân cực cửa G và cực máng D là so với chân cực S

Nguyên tắc cung cấp nguồn điện cho các chân cực sao cho hạt dẫn đa số chạy từ cực nguồn S qua kênh về cực máng D để tạo nên dòng điện ID trong mạch cực máng

Còn điện áp đặt trên cực cửa có chiều sao cho MOSFET làm việc ở chế độ giàu hạt dẫn hoặc ở chế độ nghèo hạt dẫn

Hình 4.25 Nguyên lý làm việc của D-MOSFET kênh N (a) và kênh P (b)

Nguyên lý làm việc của hai loại transistor kênh P và kênh N giống nhau chỉ có cực tính của nguồn điện cung cấp cho các chân cực là trái dấu nhau

Tương tự như JFET, dòng điện ID của D-MOSFET bị điều khiển bởi điện áp VGS theo phương

Hình 4.26 Đặc tuyến truyền đạt và đặc tuyến ngõ ra của D-MOSFET

Bằng cách thay đổi các giá trị khác nhau của VGS ta được một họ đặc tuyến như hình 4.26 Trên đặc tuyến ngõ ra của D-MOSFET có 3 vùng làm việc: vùng ngắt, vùng bão hòa, vùng khuếch đại (với Vp là điện áp nghẽn, điện áp âm tối thiểu mà tồn tại dòng ID)

Tương tự ta có đặc tuyến của D-MOSFET kênh P ngược lại với D-MOSFET kênh N

Tóm lại D-MOSFET là loại MOSFET kênh có sẵn có hai chế độ là nghèo và giàu hạt dẫn tuỳ thuộc vào điện áp VGS

4.3.1.3 Phân cực D-MOSFET:

 Phân cực dùng cầu phân áp:

Mạch phân cực dùng cầu phân áp của D-MOSFET thì cũng giống như mạch đã áp dụng đối với JFET có cấu hình mạch như hình 4.27

V DS

(a) Mạch phân cực (b) Đường tải DC Hình 4.27 Phân cực D-MOSFET dùng cầu phân áp

Đây chính là phương trình đường tải DC (DCLL) của mạch

 Phân cực dùng hồi tiếp điện áp:

Hình 4.28 Mạch phân cực D-MOSFET dùng hồi tiếp điện áp

Vậy là điểm Q(VDSQ, IDQ) được xác định

Ví dụ 4.6: Cho D-MOSFET kênh N như hình 4.29, hãy tính:

Hình 4.29

a IDQ và VGSQ

b VDS

Giải:

a Đối với đặc tuyến chuyển đổi của FET, một điểm để vẽ đồ thị thì được định nghĩa bởi ID =

IDSS/4 = 6 mA/4 = 1.5 mA và VGS = VP/2 = -3 V/2 = -1.5 V Xét giá trị của VP và đồ thị của phương trình Shockley thực tế định nghĩa rằng khi giá trị VGS càng tăng nhanh sẽ càng dương, một điểm để vẽ sẽ được định nghĩa tại VGS = + 1 V Thay thế vào phương trình Shockley ta có:

Q Q

V

R

Hình 4.31

Đường phân cực được thể hiện ở hình trên Chú ý rằng trong trường hợp này điểm tĩnh có dòng điện ở cực máng lớn hơn IDSS với trường hơp giá trị của VGS dương Kết quả là:

7.60.35

Q Q

DSS D

P GS

Q Q

Ví dụ 4.9: Hãy tính giá trị VDS của mạch điện hình 4.34:

Hình 4.34

Giải:

Do cực cổng kết nối trực tiếp đến cực nguồn nên ta có:

VGS = 0 V Khi VGS được cố định là 0 V, dòng điện ở cực máng phải là IDSS (theo định nghĩa) Nói cách khác:

100

Q Q

Hình 4.35 Cấu tạo của E-MOSFET kênh P

Hình 4.36 Kí hịêu của E-MOSFET

4.3.2.2 Đặc tuyến Vôn–Ampe:

Để E-MOSFET có thể hoạt động được thì điều kiện cần và đủ là phải thiết lập kênh dẫn nối giữa cực D và S Do hiệu ứng tụ điện để hình thành kênh dẫn N cho E-MOSFET hoạt động thì

VGS> 0 và VDS> 0

Sau khi hình thành kênh dẫn thì hoạt động của E-MOSFET giống như IGFET cũng có hiện tượng nghẽn kênh (điểm A trên đặc tuyến), đánh thủng chuyển tiếp miền D (điểm B trên đặc tuyến) như hình 4.37 Ta có:

( ) 2

D on

I k



Tương tự, đặc tuyến của E-MOSFET kênh P ngược lại với kênh N

4.3.2.3 Phân cực cho E-MOSFET:

Giống như phân cực cho D-MOSFET, mạch phân cực cho E-MOSFET và cách xác định điểm làm việc tĩnh của mạch được trình bày trong hình 4.38

(a) Phân cực dùng cầu phân áp

IDQ

V DS

(b) Phân cực dùng hồi tiếp điện áp Hình 4.38 Phân cực cho E-MOSFET kênh N

Ví dụ 4.10: Hãy tính IDQ và VDSQ cho mạch E-MOSFET ở hình 4.39:

Giải bài toán để tìm k, ta thu được:

Ví dụ 4.11: Hãy tính IDQ, VGSQ, và VDS cho mạch điện hình 4.42:

 

2 ( ) (Th)

Q Q

4.4 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU NHỎ SỬ DỤNG TRANSISTOR TRƯỜNG FET

Cũng tương tự như BJT, để thực hiện việc phân tích ac của mạch dùng FET, cần phải xây dựng

mô hình tương đương của FET Các mạch khuếch đại dùng FET (CS, CD và CG) có thể coi tương đương như một mạng hai cửa và khi FET hoạt động với tín hiệu nhỏ sẽ tương đương mạng hai cửa tuyến tính như hình 4.44

Hình 4.44 Mô hình tương đương của FET

V

Hình 4.45 Xác định gm trên đặc tuyến truyền đạt

Và gọi rd là điện trở máng nguồn

Thường rd nằm trong khoảng 30÷100kΩ

Hình 4.47 Xác định gm trên đặc tuyến truyền đạt

 Các chỉ tiêu của bộ khuếch đại dùng FET

Các mạch khuếch đại dùng FET có các thông số sau:

 Tổng trở vào Zi:

Tổng trở vào Zi được xác định bởi định luật Ohm có phương trình

i i

4.4.1 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ mắc CS

Xét mạch như hình 4.48a, và sơ đồ mạch tương đương hình 4.48b

Hình 4.48 Mạch khuếch đại S chung

- Mạch được phân cực theo khung (1): Transitor ở chế độ khuếch đại

- Khi có tín hiệu xoay chiều, tín hiệu ac theo khung (2) không qu RS

Ví dụ 4.12: Cho mạch như hình 4.49 có điểm làm việc được xác định bởi VGSQ=-2 V và

IDQ=5.625mA, với IDSS=10mA và VP=-8V Giá trị yos=40µS

4.4.2 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ mắc CD

Xét mạch khuếch đại và sơ đồ mạch tương đương như hình 4.50

Độ lợi áp

Hình 4.50 Mạch khuếch đại D chung và mạch tương đương

g R A

d Tính Zo trong trường hợp có hay không có rd

e Tính Av trong trường hợp có hay không có rd

v

g R A

g R



4.4.3 Mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ mắc CG

Xét sơ đồ mạch điện hình 4.52 và sơ đồ tương đương như hình 4.53

Hình 4.52 Mạch khuếch đại G chung

Hình 4.53 Mạch tương đương Tổng trở ngõ vào Zi:

Trước tiên ta tìm '

i

Z ; mạch được vẽ lại như hình 4.54

I R V

1

11

D

i

m d m

d

R

V Z

g r

d

i r

Vậy mạch CG có thông số như mạch CB của BJT: độ lợi áp lớn, tín hiệu vào và ra cùng pha

Ví dụ 4.14: Cho mạch điện như hình 4.55, biết IDQ=2.03mA và VGSQ=-2.2V

a Xác định gm

b Tìm rd

c Xác đinh Zi trong trường hợp có hay không có rd

d Tính Zo trong trường hợp có hay không có rd

e Tính Av trong trường hợp có hay không có rd

Hình 4.55

10

d V

D d

R

g R

r A

R r

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 4

4.1 Trình bày cấu tạo, kí hiệu, nguyên lý hoạt động, đặc tính khuếch đại của JFET kênh N 4.2 Trình bày cấu tạo, kí hiệu, nguyên lý hoạt động, đặc tính khuếch đại của JFET kênh P 4.3 Trình bày cấu tạo, kí hiệu, nguyên lý hoạt động và đặc tính khuếch đại MOSFET cảm ứng

Hình BT4.7 4.8 Xác định dòng điện cực máng ID và điện áp cực máng – nguồn VDS của mạch điện ở hình BT4.8

Hình BT4.8 4.9 Sử dụng giá trị nào của RD để có điện áp cực máng là +8V trong mạch điện ở hình BT4.9

Hình BT4.9 4.10 Xác định giá trị VGG cần để có dòng ID = 5mA trong mạch điện ở hình BT4.10

Hình BT4.10 4.11 Xác định điểm làm việc tĩnh Q, viết và vẽ phương trình đường tải DC cho mạch điện ở

hình BT4.11

9V1.2kΩ

I DSS = 10mA

R G 1MΩ

V P = -4.5V

3V

D

S G

16V

R D

I DSS = 10mA

R G 1MΩ

V P = -4.5V

3V

D

S G

16V

2.2kΩ

I DSS = 8mA

R G 1MΩ

V P = -4V

V GG

D

S G

Hình BT4.11 4.12 Giá trị của RS bằng bao nhiêu trong mạch điện ở hình BT4.12 để dời điểm phân cực tới

VGS =  2V

Hình BT4.12 4.13 Tìm điểm làm việc tĩnh Q, viết và vẽ phương trình đường tải DC trong mạch điện ở hình

BT4.13

Hình BT4.13 4.14 Xác định VGS và ID cho mạch điện ở hình BT4.14

Hình BT4.14

20V 1.5kΩ

I DSS = 8mA

R G 1MΩ

V P = -6V D

S G

750Ω

20V 1.5kΩ

I DSS = 8mA

R G 1MΩ

V P = -6V D

S G

R S

30V2.4kΩ

IDSS = 16mA

RG1MΩ

VP = -3VD

SG

330Ω

20V2.2kΩ

IDSS = 10mA

110kΩ

VP = -3.5VD

SG

1.1kΩ910kΩ

4.15 Tìm giá trị của RS cần để đặt điểm phân áp của mạch điện ở hình BT4.15 tới VGS =  2V

Hình BT4.15 4.16 Cho mạch phân cực E-MOSFET như hình BT4.16 Biết IDSS = 4mA; VGSoff = 4V Tìm điểm làm việc tĩnh Q(VDS,ID)

S G

R S 910kΩ

RiD D = 2KD

SG

CHƯƠNG 5 MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN5.1 GIỚI THIỆU OP-AMP

Vi mạch tuyến tính còn có tên gọi khác là mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier, thường được viết tắt là Op-Amp) Để thống nhất trong việc sử dụng tên gọi, trong giáo trình này tên Op-Amp được dùng để thay thế cho tên gọi vi mạch tuyến tính

Op-Amp là một mạch điện tử được chế tạo dưới dạng vi mạch (Integrated Circuit: IC) được sử dụng để khuếch đại tín hiệu và thực hiện các phép toán về điện áp như cộng, trừ, vi phân, tích phân, so sánh, …

5.1.1 Ký kiệu và đặc tính của Op-Amp

Ký hiệu: Hình 5.1(a) trình bày kí hiệu của một Op-Amp Op-Amp có hai ngõ vào để nhận tín hiệu; ngõ vào không đảo (non-inverting input) được kí hiệu là V+, ngõ vào đảo (inverting input) được kí hiệu là V-; có một hoặc nhiều ngõ ra được kí hiệu là Vo Op-Amp có thể hoạt động trên một tầm rộng của điện áp nguồn cung cấp, có thể nguồn đơn (+VCC) hoặc nguồn đôi (±VCC)

(a) Kí hiệu

(b) Mạch tương đương Hình 5.1 Kí hiệu và mạch tương đương của Op-Amp Hình 5.1(b) trình bày mạch tương đương của Op-Amp Trong đó, Vid là điện áp vào vi sai; A

là hệ số khuếch đại điện áp vòng hở (không có hồi tiếp) của Op-Amp, thông thường A có giá trị rất lớn; Ri và Ro lần lượt là tổng trở vào và tổng trở ra của Op-Amp

 Tỷ số triệt cách chung CMRR (common mode rejection ratio) rất cao

 Tỷ số tín hiệu trên nhiễu S/N (signal to noise ratio) rất lớn

VoNgõ vào đảo

+Vcc

-Vcc

+

-V+

V-Ngõ vào không đảo

Ngõ ra

 Băng thông (band width) rất rộng

5.1.2 Đặc tuyến truyền đạt của Op-Amp

Hình 5.2 Đặc tuyến truyền đạt của Op-Amp thực tế Hình 5.2 biểu diễn đặc tuyến truyền đạt của một Op-Amp thực tế Trong đó:

 Vid = ΔVi = V+ - V-: Hiệu số điện áp hai ngõ vào

 Vo: Điện áp ngõ ra

 Vsat (saturation voltage): Điện áp bão hòa của Op-Amp, thông thường Vsat rất nhỏ, được tính bằng μV

Dựa vào đặc tuyến truyền đạt, ta dễ dàng nhận thấy ba vùng làm việc của Op-Amp, đó là:

 Vùng bão hòa dương: Op-Amp hoạt động ở vùng bão hòa dương khi ΔVi ˃ Vsat, khi đó điện áp ngõ ra Vo = +VCC

 Vùng bão hòa âm: Op-Amp hoạt động ở vùng bão hòa âm khi ΔVi < -Vsat, khi đó điện

áp ngõ ra Vo = -VCC

 Vùng khuếch đại: Op-Amp hoạt động ở vùng khuếch đại khi –Vsat ≤ ΔVi ≤ Vsat, khi đó điện áp ngõ ra Vo phụ thuộc vào trị số các linh kiện được mắc thêm vào mạch, nhưng chắc chắn –VCC < Vo < +VCC

Như vậy, Op-Amp có thể xem như là một linh kiện bán dẫn tích cực được sử dụng như là một phần tử khuếch đại trong các mạch khuếch đại hoặc sử dụng như là một phần tử so sánh trong các mạch tạo xung, kích khởi (trigger) …

Vì giá trị của điện áp bão hòa Vsat rất nhỏ và để thuận tiện trong việc giải tích và thiết kế các mạch điện sử dụng Op-Amp, người ta thường bỏ qua Vsat Trường hợp này được gọi là Op-Amp lý tưởng

Hình 5.3 Đặc tuyến truyền đạt của Op-Amp lý tưởng

Trong phạm vi giáo trình này chỉ đề cập đến Op-Amp lý tưởng Vì vậy, khi phân tích các mạch điện sử dụng Op-Amp thì tính chất của Op-Amp lý tưởng sẽ được áp dụng để đơn giản hóa bài toán nhưng kết quả vẫn chấp nhận được

d Hệ số khuếch đại điện áp cao

Câu 2: Năm điện cực cơ bản của op-amp là điện cực nào?

a Hai đầu ra tín hiệu, hai đầu nguồn cung cấp, và một đầu vào tín hiệu

b Hai đầu vào tín hiệu, hai đầu ra tín hiệu, và một đầu nguồn cung cấp

c Hai đầu vào tín hiệu, hai đầu nguồn cung cấp, và một đầu ra tín hiệu

d Một đầu vào tín hiệu, ba đầu nguồn cung cấp, và một đầu ra tín hiệu

5.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI SỬ DỤNG OP-AMP

5.2.1 Mạch khuếch đại không đảo

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 5.4 Mạch khuếch đại không đảo dùng Op-Amp

Để nhận dạng được mạch khuếch đại không đảo ta cần căn cứ vào hai yếu tố:

 Tín hiệu vào (Vi) được đưa vào ngõ vào không đảo của Op-Amp

 Hồi tiếp âm được thực hiện trong mạch: Trong sơ đồ nguyên lý này, hồi tiếp âm được thực hiện thông qua RF

Phân tích mạch:

Xác định độ lợi điện áp của mạch:

 Do có hồi tiếp âm nên V+ = V- = Vi

 Dòng điện thực sự vào Op-Amp rất nhỏ (do Op-Amp lý tưởng có tổng trở vào vô cùng lớn) nên có thể bỏ qua Do đó xem như dòng điện chạy qua RI và RF là như nhau

Ta có:

 Dòng qua RI là: 0 i

V V

V+

I

I