Bài báo cáo Op-Amp

 Khi op-amp hoạt động với tín hiệu 1 chiều, ở ngõ ra ngoài thành phần tín hiệu một chiều ở ngõ vào được khuếch đại còn có các thành phần sai số. TRẠNG THÁI THỰC TẾ CỦA OP-AMP.[r]

(1)

EE-CTU

Department Of Electrical Engineering Can Tho University

K41

CAN THO

UNIVERSITY KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

BÀI BÁO CÁO

KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

(OPERATIONAL AMPLIFIER – OP-AMP)

1 Bùi Văn Cường Nguyễn Phúc Vinh Lâm Việt Khái Trịnh Quốc Cường Võ Phạm Quốc Hải

Tên thành viên:

(2)

EE-CTU

NỘI DUNG

1 Giới thiệu Op-Amp

2 Mạch khuếch đại Op-Amp bản 3 Một số ứng dụng Op-Amp

- Mạch làm toán - Mạch so sánh

- Mạch lọc tích cực

4 Trạng thái thực tế Op-Amp

(3)

EE-CTU

K41

GIỚI THIỆU OP-AMP

Khuếch đại trình biến đổi đại lượng từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm thay đổi dạng

Khuếch đại thuật tốn có tính chất mạch khuếch đại

(4)

EE-CTU

(5)

EE-CTU

K41

GIỚI THIỆU OP-AMP

Mạch tương đương Op-Amp

(6)

EE-CTU

MẠCH KHUẾCH ĐẠI OP-AMP CĂN BẢN 1 Mạch khuếch đại đảo (Inverting Amplifier)

Tại nút 1: 𝒊𝟏 = 𝒊𝟐

(7)

EE-CTU

K41

MẠCH KHUẾCH ĐẠI OP-AMP CĂN BẢN 2 Mạch khuếch đại không đảo (Non_inverting Amplifier)

⇔ − 𝒗𝑰 𝑹𝟏 =

𝒗𝑰 − 𝒗𝑶

𝑹𝟐 𝒗𝟏 = 𝒗𝟐 = 𝒗𝑰

𝑨𝒗 = 𝒗𝑶

𝒗𝑰 = 𝟏 (𝒗𝑶 = 𝒗𝟏 = 𝒗𝟐 = 𝒗𝑰) ⇒ 𝑨𝒗 = 𝒗𝑶

(8)

EE-CTU

MẠCH KHUẾCH ĐẠI OP-AMP CĂN BẢN 3 Op-Amp phân cực nguồn đơn

(9)

EE-CTU

K41

1.1 Mạch làm toán – mạch cộng

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP

Áp dụng Kirchhoff: 𝒊𝒇 = −

𝒌=𝟏 𝒏 𝒊𝒌 ⇔ 𝒗𝑶 𝑹𝒇 = − 𝒌=𝟏 𝒏 𝒗𝒌 𝑹𝒌 ⇒ 𝒗𝑶 = − 𝒌=𝟏 𝒏 𝑹𝒇 𝑹𝒌 𝒗𝒌 Nếu: 𝑹𝒇 = 𝑹𝟏 = 𝑹𝟐 = = 𝑹𝒏

⇒ 𝒗𝑶 = −

𝒌=𝟏 𝒏

(10)

EE-CTU

1.2.1 Mạch làm toán – mạch trừ phương pháp đổi dấu MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP

Đầu tiên v2 làm đảo sau cộng với v1, theo mạch ta có:

𝒗𝑶 = − 𝑹𝒇

𝑹𝟏 𝒗𝟏 + 𝑹𝒇

𝑹𝟐 −𝒗𝟐 Nếu chọn: 𝑹𝒇 = 𝑹𝟏 = 𝑹𝟐

(11)

EE-CTU

K41

1.2.2 Mạch làm toán – mạch trừ phương pháp vi sai MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP

𝒗𝟏 = 𝒗𝟐 = 𝑹𝟒

𝑹𝟑 + 𝑹𝟒 𝒗𝑰𝟐

Tại nút 2:

(12)

EE-CTU

1.3 Mạch tích phân

Áp dụng Kirchhoff: 𝑰 =

𝒌=𝟏 𝒏

𝒗𝒌 𝑹𝒌 Dòng nạp vào tụ C tạo v0: 𝒗𝑶 = − 𝟏 𝑪 𝟎 𝒕 𝑰𝒅𝒕 = − 𝟏 𝑪 𝟎 𝒕 𝒌=𝟏 𝒏 𝒗𝒌 𝑹𝒌 𝒅𝒕 = − 𝟎 𝒕 𝒌=𝟏 𝒏 𝒑𝒌𝒗𝒌𝒅𝒕

Với pk độ lợi ngõ vào: 𝒑𝒌 =

(13)

EE-CTU

K41

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP 1.4 Mạch vi phân

Tín hiệu vI nạp vào tụ C dòng điện

𝑰 = 𝑪 𝒅𝒗𝑰 𝒅𝒕

Đây dòng chạy qua R nên:

(14)

EE-CTU

2.1 Mạch so sánh – điện ngõ bão hòa

Ta có: v0=A(v1-v2)=A.Ed

- Vì A lớn nên v0 lớn Ed nhỏ v0 xác định - Khi Ed vượt trị v0 đạt giá trị bão hịa VSat - Trị số Ed tùy thuộc vào loại Op-Amp

- Khi Ed âm, mạch đảo pha nên v0=-VSat

(15)

EE-CTU

K41

2.2.1 Mạch so sánh mức (tách mức zero)-so sánh mức zero không đảo.

- Điện ngõ vào (-) dùng làm điện chuẩn Ei điện muốn đem so sánh đưa vào (+)

+ Khi Ei > Vref =0 v0=+VSat

+ Khi Ei < Vref =0 v0=-VSat Vd: Ei có dạng

(16)

EE-CTU

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP 2.2.2 Mạch so sánh mức (tách mức zero)-so sánh mức zero đảo.

- Điện ngõ vào (+) dùng làm điện chuẩn Ei điện muốn đem so sánh đưa vào (-)

+ Khi Ei > Vref =0 v0=-VSat

+ Khi Ei < Vref =0 v0=+VSat Vd: Ei có dạng

(17)

EE-CTU

K41

2.3.1 Mạch so sánh với hai ngõ vào có điện – so sánh mức dương

A So sánh mức dương không đảo.

- Điện chuẩn Vref > đặt (-) Ei điện muốn đem so sánh đưa vào (+) + Khi Ei > Vref v0=+VSat

+ Khi Ei < Vref v0=-VSat

(18)

EE-CTU

2.3.1 Mạch so sánh với hai ngõ vào có điện – so sánh mức dương

B So sánh mức dương đảo.

- Điện chuẩn Vref > đặt (+) Ei điện muốn đem so sánh đưa vào (-)

+ Khi Ei > Vref v0=-VSat

+ Khi Ei < Vref v0=+VSat

(19)

EE-CTU

K41

2.3.2 Mạch so sánh với hai ngõ vào có điện – so sánh mức âm

A So sánh mức âm không đảo.

- Điện chuẩn Vref < đặt (-) Ei điện muốn đem so sánh đưa vào (+) + Khi Ei > Vref v0=+VSat

+ Khi Ei < Vref v0=-VSat

(20)

EE-CTU

2.3.2 Mạch so sánh với hai ngõ vào có điện – so sánh mức âm

B So sánh mức âm đảo.

- Điện chuẩn Vref < đặt (+) Ei điện muốn đem so sánh đưa vào (-)

+ Khi Ei > Vref v0=-VSat

+ Khi Ei < Vref v0=+VSat

(21)

EE-CTU

K41

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP 2.4.1 Mạch so sánh với hồi tiếp dương – mạch đảo

Tín hiệu so sánh Ei đưa vào (-), điện chuẩn Vref

được lấy từ phần ngõ v0 , dó đó:

𝑽𝒓𝒆𝒇 = 𝑹𝟐

𝑹𝟐 + 𝑹𝟏 𝒗𝑶 =

𝑹𝟐

𝑹𝟐 + 𝑹𝟏 𝑽𝑺𝒂𝒕 = 𝜷 𝑽𝑺𝒂𝒕

Với: 𝜷 = 𝑹𝟐

𝑹𝟐 + 𝑹𝟏 gọi tỉ số hồi tiếp dương

Nếu tăng Ei từ từ thì:

- Khi Ei < Vref v0=+VSat

- Khi Ei < Vref v0=-VSat

Chỉ số 𝑽𝑼𝑻𝑷 = 𝑬𝒊 = 𝑽𝒓𝒆𝒇 = 𝜷 (+𝑽𝑺𝒂𝒕

(22)

EE-CTU

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP 2.4.1 Mạch so sánh với hồi tiếp dương – mạch đảo

Chỉ số 𝑽𝑳𝑻𝑷 = 𝑬𝒊 = 𝑽𝒓𝒆𝒇 = 𝜷 (−𝑽𝑺𝒂𝒕

được gọi điểm nảy (Lower Trigger Point)

(23)

EE-CTU

K41

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP 2.4.2 Mạch so sánh với hồi tiếp dương – mạch không đảo

𝑽𝑼𝑻𝑷 = −𝑹𝟏

𝑹𝟐 −𝑽𝑺𝒂𝒕 > 𝟎 𝑽𝑼𝑻𝑷 = − 𝑹𝟏

𝑹𝟐 +𝑽𝑺𝒂𝒕 < 𝟎 𝑽𝑯 = 𝑽𝑼𝑻𝑷 − 𝑽𝑳𝑻𝑷 = 𝑹𝟏

𝑹𝟐 +𝑽𝑺𝒂𝒕 − −𝑽𝑺𝒂𝒕

(24)

EE-CTU

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP 2.5 Mạch so sánh trường hợp ngõ vào có

điện với hồi tiếp dương.

(25)

EE-CTU

K41

3.1 Mạch lọc tích cực (Active) – mạch lọc hạ thông (Low Pass Filter - LPF).

A Mạch lọc hạ thông bản.

𝒗𝑶 = 𝒗𝟏 = 𝟏 𝒋𝝎𝑪 𝑹 + 𝟏𝒋𝝎𝑪 𝒗𝒊 = 𝟏 𝟏 + 𝒋𝝎𝑹𝑪 𝒗𝒊 ⇔ 𝑨𝒗 = 𝒗𝒐 𝒗𝒊 = 𝟏 𝟏 + 𝒋𝝎𝑹𝑪

Tại tần số cắt có: 𝝎𝑪𝑹𝑪 = 𝟏 ⇒ 𝒇𝑪 =

𝟏 𝟐𝝅𝑹𝑪

(26)

EE-CTU

B Mạch lọc hạ thông -40dB/dec 𝑨

𝒗 =

𝒗𝑶 𝒗𝒊 =

𝟏 𝟏 − 𝟐𝝎𝟐𝑹𝟐𝑪

𝟏

𝟐 + 𝒋 𝟐𝝎𝑹𝑪 𝟏

Tại tần số cắt có: 𝟏 − 𝟐𝝎𝟐𝑹𝟐𝑪𝟏𝟐 𝟐 + 𝟐𝝎𝑹𝑪𝟏 𝟐 = 𝟐

⇒ 𝝎𝑹𝑪𝟏 = 𝟏

𝟐 = 𝟎 𝟕𝟎𝟕 ⇔ 𝑹 = 𝟎 𝟕𝟎𝟕

𝝎𝑪𝟏

(27)

EE-CTU

K41

C Mạch lọc hạ thông -60dB/dec

Để đạt độ dốc lý tưởng ta dùng mạch lọc -20dB/dec mắc nối tiếp với -40dB/dec để mạch lọc -60dB/dec

𝑨𝒗 = 𝟏 𝟏 − 𝟐𝝎𝟐𝑪

𝟑

𝟐𝑹𝟐 + 𝒋 𝟐𝝎𝑹𝑪

𝟑 − 𝝎𝟑𝑹𝟑𝑪𝟑𝟑

Tại tần số cắt có:

𝟏 − 𝟐𝝎𝟐𝑪𝟑𝟐𝑹𝟐 𝟐 + 𝟐𝝎𝑹𝑪𝟑 − 𝝎𝟑𝑹𝟑𝑪𝟑𝟑 𝟐 = 𝟐 ⇒ 𝝎𝑹𝑪𝟑 = 𝟏 ⇒ 𝑹 = 𝟏

𝑹𝑪𝟑

(28)

EE-CTU

3.2 Mạch lọc tích cực (Active) – mạch lọc thượng thơng (High-Pass-Filter)

A Mạch lọc thượng thông 20dB/dec

𝑨𝒗 = 𝒗𝒐 𝒗𝒊 =

𝟏

𝟏 − 𝒋 𝟏𝝎𝑹𝑪 𝟏

𝝎𝑹𝑪 = 𝟏 ⇔ 𝝎𝑹𝑪 = 𝟏 ⇒ 𝝎 = 𝟏 𝑹𝑪 Tại tần số cắt:

(29)

EE-CTU

K41

3.2 Mạch lọc tích cực (Active) – mạch lọc thượng thông (High-Pass-Filter)

B Mạch lọc thượng thông 40dB/dec

(30)

EE-CTU

3.2 Mạch lọc tích cực (Active) – mạch lọc thượng thông (High-Pass-Filter)

C Mạch lọc thượng thông 60dB/dec.

(31)

EE-CTU

K41

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP 3.3 Mạch lọc dải thông (Band Pass Filter)

1. Mạch lọc dải thông băng tần hẹp.

(32)

EE-CTU

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP 3.4 Mạch lọc loại trừ - (Dải triệt-Notch Filter)

Đây mạch lọc dải tần số toàn dải tần

(33)

EE-CTU

K41

TRẠNG THÁI THỰC TẾ CỦA OP-AMP

Thực tế op-amp khơng có đặc tính lý tưởng khảo sát

Các đặc tính thực tế thấy:

 Độ lợi vòng hở A: Thường từ 103 đến 106.  Băng tần vô hạn

(34)

EE-CTU

 Tổng trở 𝑍0: Từ khoảng 200Ω trở xuống, thay đổi theo nhiệt độ, tần số điều kiện phân cực

 Phân cực nguồn đôi ngõ vào 0V ngõ khác 0V

 Khi op-amp hoạt động với tín hiệu chiều, ngõ ngồi thành phần tín hiệu chiều ngõ vào khuếch đại cịn có thành phần sai số

(35)

EE-CTU

K41

Các tác nhân chính:

Dịng điện phân cực ngõ vào (Input Bias Currents)

Dòng điện offset ngõ vào

Điện offset ngõ vào

Sự trôi (Drift)

Đáp ứng tần số Op-Amp

Vận tốc tăng (Slew Rate)

Nhiễu điện ngõ

(36)

EE-CTU

(37)

EE-CTU

K41

Định dạng
Số trang	37
Dung lượng	74,03 MB