Vi mạch tích hợp

Maïch khueách ñaïi thuaät toaùn, coøn goïi laø Op-Amp laø loaïi vi maïch ñöôïc cheá taïo theo coâng ngheä maøng moûng döôùi daïng tích hôïp IC neân coøn goïi IC thuaät toaùn.. IC thuaät[r]

Phần II: Lý Thuyết Bán Dẫn C8: Vi Mạch Tích hợp (IC) Bài 8: VI MẠCH TÍCH HỢP

(IC: INTERGRATED CIRCUIT) I. Khái Niệm

1 Định Nghóa:

Vi mạch mạch điện gồm nhiều linh kiện Transistor, diode, điện trở… chê tạo đồng loạt kích thước nhỏ, linh kiện liên kết với thực số chức định bọc bên vỏ plastic kim loại, nên gọi mạch điện tích hợp (gọi tích IC)

2 Phân Loại Vi Mạch:

Vi mạch có hai loại vi mạch số vi mạch tương tự ( tuyến tính) - IC số (digital): là vi mạch dùng để xử lý tín hiệu số Thường ký hiệu cõ D

- IC tương tự (Analog): vi mạch dùng để xử lý tín hiệu Analog, thường có ký hiệu chữ A thêm ký hiệu hãng sản xuất

VD: TA: IC Analog hãng TOSHIBA

Các hệ thống số làm việc vận dụng cổng logic AND, OR, NOT, NOR… Flip Flop Các dụng cụ chứa cổng số Các dụng cụ giao tiếp đệm thiết kế chủ yếu cho ứng dụng số xem IC số Các mạch vi xử lý linh kiện liên hệ, chip tính tốn đồng hồ dụng cụ số Ta xem xét chuyển đổi analog digital IC số

Phần lớn dụng cụ khác coi IC tuyến tính Chúng bao gồm mạch khuếch đại, so sánh, ổn áp, dao động vo mạch thông tin, audio video (như thu AM, FM, tách sóng FM, giải điều chế stereo, điều khiển âm thanh, equalizer, khếch đại video TV, tách đồng bộ…

3 Đóng Gói Các Vi Mạch:

Có nhiều dạng đóng gói : TO-5, DIP-8, TO-3, SIP-9, TO-220… Dạng vỏ kim loại TO-5: 8,10, 12 chân

Dạng DIP (Dual inline Package): có cấu hình 8, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 28 40 chân Đối với loại DIP-8, 14, 16, 18, 20 chân hàng chân cách 0.3 in, chân kề 0.1 in

Những năm gần người ta chế tạo loại vỏ gắn bề mặt (surface mount package) dùng để gắn IC lên bề mặt vi mạch in khơng cần khoang lỗ Ví dụ SO-8 SO-4 (SO Small Outline)

Dạng gắn bề mặt PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier)

Các mạch xử lý công suất ổn áp khuếch đại công suất thường dùng kiểu đóng gói khác

- Đối với loại công suất tiêu tán từ 20W trở lên, người ta dùng dạng TO-3 Oån áp đơn giản có hai chân với chân thứ vỏ

- Đối với loại công suất tiêu tán nhỏ 15W dạng TO-220 chủ yếu - TO-39 cho ổn áp nhỏ 2W

- Các vi mạch khuếch đại công suất dạng đường SIP (Single In – line Package) SIP-9

Phần II: Lý Thuyết Bán Dẫn C8: Vi Mạch Tích hợp (IC) II. Vi Mạch Khuếch Đại Thuật Tốn (Op-Amp: Operational

Amplifier) 1 Khái Niệm:

Mạch khuếch đại thuật tốn, cịn gọi Op-Amp loại vi mạch chế tạo theo công nghệ màng mỏng dạng tích hợp IC nên cịn gọi IC thuật toán

IC thuật toán thường sử dụng mạch làm tốn cộng, trừ, nhân, chia, tích phân, vi phân… lĩnh vực khác tạo sóng (sin, vng, tam giác), tạo hàm, so sánh, khuếch đại v.v…

Ký hiệu opamp: Hình

Bộ khuếch đại thuật tốn có ngõ vào ngõ ra, hai ngõ vào thiết kế dạng vi sai

( )

Vout=A Vin+ −Vin−

với A: hệ số khuếch đại Vout: điện áp

Vin+: Điện áp vào không đảo.

Vin-: Điện áp vào đảo.

2 Đặc tính kỹ thuật OP-AMP: • Độ lợi điện áp lớn (lý tưởng AV = ) • Tổng trở vào lớn (lý tưởng Zin = ) • Tổng trở bé (lý tưởng Zout = 0) 3 Các dạng mạch Op-Amp

a Mạch so sánh: Do Op-amp có hệ số khuếch đại lớn, nên tín hiệu vào Vin nhỏ IC bảo hoà:

Nếu Vin+ > Vin- : Vout = Vcc, gọi vùng bảo hoà dương.

Nếu Vin+ < Vin- : Vout = -Vcc, gọi vùng bảo hoà âm.

Đặc tuyến truyền đạt Opamp:

b Mạch khuếch đại đảo: mạch dùng hồi tiếp âm từ ngõ đến ngõ vào đảo

Mạch khuếch đại đảo có hệ số tính theo cơng thức:

Rf Av

Ri = −

Với : Ri: điện trở ngõ vào Rf: điện trở hồi tiếp

R3: cân nhiệt cho Op-amp

Muốn thay đổi độ khuếch đại vi sai vịng kín Av, cần chọn giá trị Ri, Rf

thích hợp Khi thay đổi Ri tổng trở vào thay đổi Cịn thay đổi Rf

thì có Av thay đổi tổng trở vào không thay đổi, song giá trị Rf chọn tùy ý

80

-VCC

-+

Vo

+VCC

Vi

R3

Phần II: Lý Thuyết Bán Dẫn C8: Vi Mạch Tích hợp (IC)

- Nếu Rf nhỏ, dòng Op-Amp vượt q giá trị cực

đại cho phép, dịng bao gồm dòng if dòng qua tải

- Nếu Rf lớn, mạch điện dễ bị nhiễu làm việc thiếu ổn

định Thông thường chọn Rf từ 2k đến 2M

Bộ khuếch đại đảo có trở kháng vào lớn nên dịng vào Op-Amp nhỏ Do dịng tín hiệu vào Ri dònmg qua Rf:

i f

i ≅i Nếu đầu vào không đảo (3) Op-Amp nối mass, dịng phân cực ib cho ngõ vào đảo tạo áp lệch ngõ vào

bản thân dòng phân cực lại thay đổi theo nhiệt độ nên làm việc thiếu ổn định

Để giảm nhỏ ảnh hưởng này, cần mắc điện trở R3 vào đầu

vào không đảo với mass Điều kiện cân tốt nên chọn

3 1//

R =R R

c Mạch khuếch đại khơng đảo:

Mạch có hệ số khuếch đại tính theo cơng thức:

1 Rf

Av

Ri = +

Điện trở R3 đầu vào không đảo để ổn định nhiệt, không cho ngõ trơi đến trạng thái bảo hịa

d Mạch đệm.

Mạch có hệ số khuếch đại : Av =

Zin lớn (≅ ) Zout bé ( )≅0

e Mạch cộng (Summer)

81

-VCC

-+

Vo

+VCC

Rf R1

V1

R4

R2

V2

R3

V3

-VCC

-+

Vo

+VCC

R1

V1

R4

R2

V2

R3

V3

R5

-VCC

-+

Vo

Ri

+VCC

Rf

R3

Vin

-VCC

-+

Vo

+VCC

Phần II: Lý Thuyết Bán Dẫn C8: Vi Mạch Tích hợp (IC)

1 ( 3)

out

R

V V V V

R

� �

= +� � + +

� �

1

1

V V V

Vout Rf

R R R

� �

= − � + + �

� �

f Mạch trừ (Subtracter)

Mạch có điện áp vi sai ngõ tỉ lệ với hiệu điện ngõ vào nên kết phép trừ Điện áp tính công thức:

1 4

2

2 3

R R R R

Vo V V

R R R R

+

� �

=� � −

+

� �

Có thể chọn giá trị R tùy ý, phải theo tỉ lệ

2

R R

R = R

82

-VCC

-+

Vo

R1

+VCC

R2

Vi

Vi