tài liệu điện tử cơ bản chương 7

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐIỆN TỬ CƠ BẢN TS NGUYỄN LINH NAM Chương 7: KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP-AMP) VÀ MẠCH ỨNG DỤNG Mục tiêu chương: - Trình bày cấu trúc, ký hiệu, nguyên lý hoạt động tham số OPAMP - Giải thích tính tốn mạch điện tử ứng dụng dùng OP-AMP - Áp dụng kiến thức OP-AMP thực tế Chương 7: OP-AMP mạch ứng dụng 7.1 KHÁI NIỆM 7.2 MỘT SỐ MẠCH ỨNG DỤNG a Mạch khóa điện tử b Mạch khuếch đại Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại không đảo Mạch cộng Mạch trừ KHÁI NIỆM Mạch khuếch đại thuật tốn (Operational Amplifier/OP-AMP) có ngõ vào khuếch đại vi sai có độ lợi lớn, thường 100dB Một mạch OP-AMP thường có tầng: Ngõ vào đảo Vo = Ad.(v+ - v-) Ad: hệ số khuếch đại áp (~106) Ngõ vào không đảo Các tham số KĐTT là: -Trở kháng vào lớn cỡ từ hàng trăm KΩ tới hàng MΩ→dòng vào ≈0(A) -Trở kháng nhỏ cỡ từ hàng Ω tới vài chục Ω -Hệ số khuếch đại Ad từ vài trăm tới hàng triệu lần -Đáp ứng tần số có giới hạn Mạch tương đương OP-AMP Khoá điện tử (OP-AMP) Đặc điểm OP-AMP - Hệ số khuếch đại vi sai lớn (105~106) - Trở kháng ngõ vào lớn (Zin=∞) - Trở kháng ngõ nhỏ (Z0=0) → Chính dòng chảy vào đầu vào nhỏ (~0) Tuỳ thuộc điện áp hai ngõ vào không đảo (+) ngõ vào đảo (-) so với mà OP-AMP hai trạng thái sau : - Vin+ > Vin- V0=+Vcc, gọi trạng thái bão hồ dương - Vin+ < Vin- V0=-Vcc, gọi trạng thái bão hoà âm Điện áp Vin vào ngõ đảo, VR vào ngõ không đảo Điện áp Vin vào ngõ không đảo, VR vào ngõ đảo  Ứng dụng 1: Mạch cảm biến quang  R2 quang trở, giá trị R2 phụ thuộc cường độ ánh sáng chiếu vào R2, giả sử chiếu sáng R2 = 10k, lúc che tối R2 = 100k  VA = V+ thay đổi theo cường độ ánh sáng chiếu vào R2, thiết lập VB = V- cố định - Khi chiếu sáng VA < VB, Vout = -Vs = 0V - Khi che tối(chiếu sáng yếu) VA > VB, Vout = +Vs = +5V  Ứng dụng làm mạch cảm biến điều khiển ánh sáng, mạch cảm biến dò đường Rơbốt  Ứng dụng 2: Mạch cảm biến hồng ngoại(Infrared)  D1 điốt thu hồng ngoại IR, D1 phân cực ngược, điện áp rơi D1 phụ thuộc cường độ tia IR ánh sáng chiếu vào D1, có tia IR tác động rơi áp VD1 nhỏ( hay VA lớn), khơng có tia IR tác động rơi áp VD1 lớn ( hay VA nhỏ)  VA = V+ thay đổi theo tác động tia IR vào D1, thiết lập VB = V- cố định - Khi tia IR tác động VA > VB, Vout = +Vs = 5V - Khi không tác động(hay tác động yếu) VA < VB, Vout = -Vs = 0V  Ứng dụng làm mạch cảm biến điều khiển hồng ngoại, mạch báo động,chống trộm.v.v B A Mạch amli kiểu OTL 50W dùng 2N3055 http://www.eleccircuit.com/circuit-power-amplifier-otl-50w-by-2n3055/ Mạch amli kiểu OTL 50W dùng LM3900 2N3055 http://www.eleccircuit.com/circuit-power-amplifier-otl-50w-by-2n3055/ Mạch khuếch đại đảo N Mạch tương đương P i  id  i2 Vi  U N U N  Vo  Mà: i   i1  i2  d R1 R2 Ta có: Với Vo = Ad.(v+ - v-)=Ad.(UP - UN) Nếu coi KĐTT lý tưởng → Ad≈∞ → (UP - UN)≈0 → UP = UN Vì: U P = UN = R2  Vo   Vi R1 Độ lợi: Vo R2  AV   Vi R1 Mạch khuếch đại không đảo i  id  i2 Mà: i  d  i1  i2 U N U N  Vo   R1 R2 Ta có: Vì: U P = UN = Vi  R2  Vi  Vo  1   R1  Độ lợi: Vo R2  AV   1 Vi R1 N id i2 P Vi Mạch cộng Mạch cộng đảo i1  i2  i3  iF V1  U N V2  U N V3  U N U N  Vo     R1 R2 R3 RF UP = UN =  V1 V2 V3    Vo  R F     R1 R R  RF = R1 = R2 = R3  Vo  V1  V2  V3  Mạch cộng Mạch cộng không đảo Ngõ vào không đảo (+) i1  i2  i3  V1  U P V2  U P V3  U P    0 R1 R2 R3  1  V1 V2 V3      UP     R1 R R  R1 R R  Ngõ vào đảo (-) i4  iF  U N U N  Vo   0 R4 R ht  Vo      UN   R ht  R R ht  R  R ht  UN  Vo R4 UP = UN  1  R  R ht       R R R  R  V1 V2 V3 Vo    R1 R R  Rht = R1 = R2 = R3 = R4  Vo  V1  V2  V3  Mạch trừ Ngõ vào đảo V1  U N U N  Vo  R1 R2 Ngõ vào không đảo V2  U P U P R2   UP  UN  V2 R1 R2 R1  R R2 V2  V1   Vo  R1 Bài tập 1: Cho mạch điện hình vẽ Tín hiệu vào Uv có dạng hình sin biên độ 12V; R1 = 1kΩ; Rht = 2.2kΩ Phân tích, xác định vẽ tín hiệu Ur ? Tính hệ số khuếch đại mạch? Rht Uv R1 Ur + Bài tập 2: Cho mạch điện hình vẽ Tín hiệu vào Uv có dạng hình sin biên độ 12V; R1 = 1kΩ; Rht = 2.2kΩ Phân tích, xác định vẽ tín hiệu Ur ? Tính hệ số khuếch đại mạch? Rht Ur R1 + Uv Bài tập 3: Cho mạch điện hình vẽ U1 = 3V; R1 = 1kΩ; U2 = 6V; R2 = 1.5kΩ; U3 = 9V; R3 = 2kΩ; Rht = 4kΩ Phân tích xác định Ur ? R1 Rht U1 U2 U3 R2 R3 Ur + Bài tập 4: Cho mạch điện hình vẽ U1 = 6V; R1 = 1kΩ; U2 = 9V; R2 = 2kΩ; R3 = 2kΩ; Rht = 2.2kΩ Phân tích xác định Ur ? U1 R1 Rht Ur + U2 R2 R3 Bài tập nhà 1: Cho mạch điện hình vẽ U1 = 3V; R1 = 3.3kΩ; U2 = 6V; R2 = 4.7kΩ; R3 = 2R2; Rht = 1.2kΩ Phân tích xác định Ur ? U1 R1 Rht Ur + U2 R2 R3 Bài tập nhà 2: Cho mạch điện hình vẽ U1 = 3V; R1 = 1kΩ; U2 = 6V; R2 = 1.5kΩ; U3 = 9V; R3 = 2kΩ; R4 = Rht = 4kΩ Phân tích xác định Ur ? ... dụng dùng OP-AMP - Áp dụng kiến thức OP-AMP thực tế Chương 7: OP-AMP mạch ứng dụng 7. 1 KHÁI NIỆM 7. 2 MỘT SỐ MẠCH ỨNG DỤNG a Mạch khóa điện tử b Mạch khuếch đại Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch.. .Chương 7: KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP-AMP) VÀ MẠCH ỨNG DỤNG Mục tiêu chương: - Trình bày cấu trúc, ký hiệu, nguyên lý hoạt động tham số OPAMP - Giải thích tính toán mạch điện tử ứng dụng... Khoá điện tử (OP-AMP) Đặc điểm OP-AMP - Hệ số khuếch đại vi sai lớn (105~106) - Trở kháng ngõ vào lớn (Zin=∞) - Trở kháng ngõ nhỏ (Z0=0) → Chính dòng chảy vào đầu vào nhỏ (~0) Tuỳ thuộc điện