TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA.KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ.CHƢƠNG 4 Mạch khuếch đại thuật toán

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ CHƢƠNG Mạch khuếch đại thuật toán Bùi Minh Thành Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - ĐHBK Tp HCM Tài liệu tham khảo [1] Theodore F.Bogart, JR, Electronic devices and Circuits,2nd Ed , Macmillan 1991 [2] Lê Phi Yến, Nguyễn Nhƣ Anh, Lƣu Phú, Kỹ thuật điện tử, NXB Khoa học kỹ thuật [3] Allan R Hambley, Electrical Engineering: Principles and Applications, Prentice Hall,4 edition (2007) [4] Slide giảng môn Kỹ thuật điện tử cô Lê Thị Kim Anh Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Nội dung 1) Giới thiệu 2) Đặc tính thông số KĐTT lý tưởng 3) Các mạch ứng dụng 3.1) Mạch khuếch đại đảo 3.2) Mạch khuếch đại không đảo 3.3) Mạch đệm 3.4) Mạch cộng đảo dấu 3.5) Mạch cộng không đảo dấu 4) Các mạch ứng dụng tạo hàm 4.1) Mạch tích phân 4.2) Mạch vi phân Bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1) Giới thiệu Khuếch đại q trình biến đổi đại lƣợng (dịng điện điện áp) từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà khơng làm thay đổi dạng - Khuếch đại thuật toán (OPAMP – Operational Amplifier) khuếch đại DC có hệ số khuếch đại Av cao thƣờng đƣợc chế tạo dƣới dạng tích hợp Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1) Giới thiệu V+ V- KĐ Vi sai KĐ Trung gian Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Dịch mức DC Đệm ngõ VO 2) Đặc tính thơng số v i v -  i + vo  i : Ngõ vào đảo  i : Ngõ vào không đảo v v vo : Ngõ Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Đặc tính truyền đạt vịng hỡ VO Bão hòa dương -VS O +VS Bão hòa âm Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Vi  Vi   Vi  Vùng khuếch đại Đặc tính truyền đạt có hồi tiếp âm (vịng kín) VO Bão hòa dương AVO A Vf -VSf -VS O +VS Bão hịa âm Bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK +VSf Vi  Vi   Vi  Opamp lý tưởng • Hệ số khuếch đại vịng hỡ AVO  • Tổng trở vào Rin  • Tổng trở Rout     Vi  Vi I    I 0 Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 3) Các mạch ứng dụng Opamp 3.1) Mạch khuếch đại đảo 3.2) Mạch khuếch đại không đảo 3.3) Mạch đệm 3.4) Mạch cộng đảo dấu không đảo dấu 3.5) Mạch vi sai (mạch trừ) Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 3.1 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO (NGƢỢC PHA) Rf Xét mạch OPAMP lý tƣởng: Ri = , Ii = nên:  i R1  i v v 0 Dòng qua R1: vo vi I  R1 Rf I vi Hệ số khuếch đại vòng kín: vo Rf Av   vi R1 Rf  vo   vi R1 Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Tổng trở vào: v  i  i v 0 vo vi Zi   R1 ii 3.2) MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO (ĐỒNG PHA) Xét mạch OPAMP lý tƣởng: Ri = , Ii = nên: v Dòng qua R1: vo v i I  R1 R  R f Mặt khác, coi :  i  i v 0 v  i v  v  vi Ta có hệ số khuếch đại vòng kín: vo R1  R f Rf Av    1 vi R1 R1  Rf   vo   1  R   vi   Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK I  i R1  i v i vi Rf vo 3.3) MẠCH ĐỆM (MẠCH THEO ĐIỆN ÁP) Đây là trƣờng hợp đặc biệt mạch khuếch đại không đảo, với: Rf = và R1 =  Áp dụng công thức: v o R1  R f Rf Av    1 vi R1 R1  Av  Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK vi vo 3.4) MẠCH CỘNG * Mạch cộng đảo dấu vi1 vi2 vi3 R1 i1 R2 i2 R3 i3 Dùng phƣơng pháp xếp chồng: v o1 Rf  v i1 R1 Rf vo2   vi2 R2 Rf v o3   vi3 R3 Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK i Rf vo Điện áp ngõ ra:  Rf  Rf Rf  v o   v i1  vi2  v i  R2 R3  R1  Nếu chọn R1 = R2 = R3 = R, ta có: Rf v i1  v i  v i3  vo   R Và Rf = R, ta có: vo  v i1  v i  v i  Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK * Mạch cộng không đảo dấu Rg vi1 vi2 Rf R1 R2 Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK v  i vo Dùng phương pháp xếp chồng Khi vi2 = 0, mạch trở thành: Rg Rf Áp dụng công thức của mạch khuếch đại không đảo: : R1 vi1    R f  vi v o1      R g      R2 R f  v o1     R R R g      v i1     R1 R f  v o  1   R R R Bộ môn Kỹ Thuật  Điện Tửg- ĐHBK    v i   R2   v i1 v i   R  R   Tương tự: v  i R2 vo Điện áp ngõ ra: vo  vo1  vo  Rf   R  R    vo  1  v  v i i   R R R R  R g  2   Nếu chọn R1 = R2 = R, ta có:  R f   v i1  v i  v o  1    R    Và Rf = R, ta có: vo  v i1  v i  Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 3.5) MẠCH TRỪ (MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI) * Khi vi2 = vi2 R v R3  i R2 v  v i1 R1  R  i v i vi1  R4   R2   v i1  v o1  1     R   R1  R  * Khi vi1 = vo2 R4  vi2 R3 Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK R1 R2 vo Điện áp ngõ ra: vo  v i1  v i  R4   R2  R4    v i1   v o    vi2 R   R1  R  R3  Vo có dạng: Hay : Vo = a1 vi1 – a2 vi2 , với:  R4   R2   a1    R   R1  R   R2   a1  1  a    R1  R     ; a2  ; a2  R4 R3 R4 R3  Điều kiện để thực đƣợc mạch này: (1 + a2)> a1 Nếu chọn R1 = R2=R3 = R4, ta có: v o  v i1  v i Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 4) Các mạch ứng dụng tạo hàm 4.1) Mạch tích phân 4.2) Mạch vi phân Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 4.1) MẠCH TÍCH PHÂN Dịng qua tụ đƣợc tính: dv iC  C dt vi dVo  i  C dt  dv o   idt C  v o    i dt C Vi Mặt khác: i  R  vo   v i dt  RC Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK C R i v  i v  i vo 4.2) MẠCH VI PHÂN i Dòng qua tụ: dVi iC dt R v  i Mặt khác: Vo i R vi Vo dVi C  dt R dVi  v o   RC dt Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK C vo ... R4, ta có: v o  v i1  v i Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 4) Các mạch ứng dụng tạo hàm 4. 1) Mạch tích phân 4. 2) Mạch vi phân Bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 4. 1) MẠCH TÍCH PHÂN Dòng qua tụ đƣợc... 3.5) Mạch cộng không đảo dấu 4) Các mạch ứng dụng tạo hàm 4. 1) Mạch tích phân 4. 2) Mạch vi phân Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK 1) Giới thiệu Khuếch đại trình biến đổi đại lƣợng (dịng điện điện... Anh Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK Nội dung 1) Giới thiệu 2) Đặc tính thông số KĐTT lý tưởng 3) Các mạch ứng dụng 3.1) Mạch khuếch đại đảo 3.2) Mạch khuếch đại không đảo 3.3) Mạch đệm 3 .4) Mạch