Chuong 5 Khuếch đại thuật toán

Khuếch đại thuật toán và 1 nội dung rất quan trọng của bộ môn kỹ thuật điện tử. Trang bị những kiến thức quan trọng của chuyên ngành điện. Nhằm mục đích giúp bạn đọc và các bạn sinh viên nắm chắc kiến thức để phục vụ cho việc học tập và cho các kì thi.

8/30/2017 CHƯƠNG IV KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN VÀ ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG • Khuếch đại vi sai Sơ đồ nguyên lý khuếch đại vi sai Đặc tính truyền đạt khuếch đại vi sai Phân tích phổ tín hiệu khuếch đại vi sai Nguồn dòng khuếch đại vi sai Tính khuếch đại khuếch đại vi sai • Khuếch đại thuật tốn (KĐTT) Cấu tạo KĐTT Các tham số KĐTT Các sơ đồ mắc KĐTT Một số mạch tính tốn điều khiển tuyến tính KĐTT • Mạch cộng mạch trừ Mạch cho phép chọn điện áp có cực tính thay đổi Mạch biến đổi trở kháng Mạch vi phân mạch tích phân Mạch lọc tích cực 8/30/2017 KHUẾCH ĐẠI VI SAI • Khuếch đại vi sai khuếch đại mà tín hiệu khơng tỷ lệ với trị tuyệt đối tín hiệu vào mà tỷ lệ với hiệu tín hiệu vào Được sử dụng để khuếch đại tín hiệu có tần số giới hạn nhỏ (tới vài Hz) - tín hiệu biến thiên chậm hay tín hiệu chiều Nếu sử dụng KĐ RC để khuếch tín hiệu tụ nối tầng phải có trị số lớn nên bất tiện Khuếch đại vi sai thích hợp cho loại tín hiệu này, sở xây dựng KĐTT 8/30/2017 8/30/2017 Sơ đồ nguyên lý khuếch đại vi sai 8/30/2017  Là cầu cân song song: hai nhánh cầu RC1 RC2, hai nhánh hai tranzisto T1 T2  Nếu RC1 = RC2, hai T có tham số hệt cầu cân  Hai đầu vào V1 V2, tín hiệu Ura lấy hai colecto T1 T2  Tín hiệu vào đồng pha: điện áp hai colectơ biến thiên nhau, điện áp không (giống trạng thái tĩnh)  Khuếch đại vi sai lý tưởng khơng phản ứng với tín hiệu vào đồng pha  Tín hiệu vào ngược pha: dịng vào Bazo biến thiên trị tuyệt đối ngược chiều (ngược dấu) Ura xuất Điện áp hồi tiếp âm RE khơng xuất dịng emitơ tranzisto tăng dịng emitơ tranzisto giảm nhiêu  Khuếch đại vi sai phản ứng với tín hiệu vào ngược pha Đặc tính truyền đạt khuếch đại vi sai oCách đưa tín hiệu vào, lấy tín hiệu ra: oTín hiệu vào đối xứng V1 ,V2 ký hiệu Uh ,đặc tính truyền đạt phụ thuộc dòng colectơ vào tín hiệu U BE oDịng colectơ tranzistor chế độ khuếch đại I E  I E e U T UT - điện áp nhiệt ( 0,25mV) U  UBE UBE  I0  I E 01  I E 02  I E 01 e UBE1  1 e UT  Lúc này: 8/30/2017 T   8/30/2017 Đặc tính truyền đạt khuếch đại vi sai o Điện áp vào Uh = UV1 - UV2 = UBE1 - UBE2 IC ≈αIE nên IC1  α I0  1 e U h / UT α Io I C2  1 e Uh UT  8/30/2017 Phân tích phổ tín hiệu khuếch đại vi sai o Khuếch đại vi sai gây méo phi tuyến đặc biệt Uh > UT o Các thành phần hài dòng colectơ tín hiệu vào dạng hình sin: UV(t) = U0 + Umcost U0 - điện áp định thiên ( bazơ) i c ( t )   e I o U   U m cos t  UT phân tích thành chuỗi Fourier được:  a i C ( t )  I  ( o   a n cos nt )  n  2π ωω an   π i C ( t )  I ( I ic (t )  1 e o U U m cos t UT bo    b n cos nt ) n 1 π cos nωt  1 e U  U m cos ωt UT dt bn  ωω  π  cos nωt  e U   U m cos ωt UT dt sin n a n  bn  Ta thấy n n = => a0 + b0 = ; n  a0 + b0 = nên an = bn Để tăng độ tuyến tính khuếch đại vi sai (mở rộng dải thông) người ta thường gây hồi tiếp âm cách mắc vào mạch emitơ T1, T2 điện trở rE1 rE2 8/30/2017 8/30/2017 Nguồn dòng khuếch đại vi sai o T3 khuếch đại vi sai Hình 5.2a đóng vai trị nguồn dòng o Nguồn dòng I0 - dòng colectơ T3 xác định: I   R  (E   U BE )  ( U   U BE )R  R R  [R   rE   (    )(rB  ](R   R  ) R  R R5 chọn lớn UD ≈ UBE3 để bù nhiệt I0   R4 ( E02  UBE ) R5 ( R3  R4 ) I0 ổn định nguồn E02 ổn định, nguồn E01 không ảnh hưởng đến nguồn dịng I0 8/30/2017 Tính khuếch đại khuếch đại vi sai o Vào đối xứng - Ra không đối xứng K  U ra U U  U  ra ; K     U v  U v  Uh U v  U v  Uh Ura1 Ura2 điện áp lấy colectơ T1 T2 K1 = + S1R't K2 = - S2R''t S1, S2 - hỗ dẫn đặc tính truyền đạt điểm cơng tác R't, R''t - điện trở tải tổng quát T1 T2: Rt'  Rc Rv1 Rc  Rv1 Rt''  Rc Rv2 Rc  Rv2 Trường hợp không tải Rv1>>RC , Rv2>>RC R't = R''t  Rc ta có mạch đối xứng hồn tồn S1= - S2 K1 = - K2 Điện áp hai colectơ T1 T2 ngược pha 8/30/2017 8/30/2017 Tính khuếch đại khuếch đại vi sai o Vào đối xứng - đối xứng K U ra  U  U ra  U    SR  t U v  U v  Uh Trong đó: R t  R c ,Rt R c  ,Rt Rt điện trở tải mắc hai colectơ T1 vàT2 Khi Rt =  K = 2K1 = - 2K2 oVào khơng đối xứng - khơng đối xứng Tín hiệu đưa vào V1, đầu V2 nối với Rb   R1 R2 R1  R2 K11  Ura   S11 RC Uv1 tín hiệu lấy Ra1 colectơ T1 S11  dIc1  I0  dUBE1 4UT  I0 (1   ) Rb ~ Vì S11 <  S1 nên K11 <  K1 Khi Rb~  S11  S1 K11   K1 8/30/2017 Tính khuếch đại khuếch đại vi sai o Trong khuếch đại vi sai người ta đưa hệ số khuếch đại đồng pha KCm Tín hiệu vào đồng pha trung bình cộng đại số hai tín hiệu vào : UCm  Uv1  Uv2 oKhi UV1 = UV2, tức Uh = có chế độ khuếch đại tín hiệu đồng pha Hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha định nghĩa K cm  U ra U cm KCm  U U cm RE lớn Kcm nhỏ Khi RE   Kcm  Trong khuếch đại vi sai, tính đối xứng lý tưởng khơng tuyệt đối nên xảy tượng " trơi điểm khơng“ Có thể giảm bớt trôi điểm không cách chọn T1 T2 có tham số giống tốt, điện trở mạch chọn loại có độ sai số nhỏ hệ số nhiệt 8/30/2017 10 8/30/2017 Khuếch đại thuật toán (KĐTT) _ N + P Hình 5.5 Ký hiệu KĐTT KTT nh mt b khuch đại lý tưởng :  Có hệ số KĐ điện áp vô lớn K    Dải tần số làm việc từ 0   Trở kháng vào cực lớn Zv    Trở kháng cực nhỏ Zr   Có hai đầu vào đầu  Đầu vào (+) gọi đầu vào không đảo P (positive)  Đầu vào (-) gọi đầu vào đảo N (negative) đầu  KĐTT ngày chế tạo IC nằm phần IC đa chức 8/30/2017 11 Cấu tạo KĐTT  Tầng khuếch đại vi sai đối xứng có dịng tĩnh nhỏ, trở kháng vào lớn  Các tầng trung gian nhằm khuếch đại tín hiệu lên đủ lớn để kích thích cho tầng cuối  Tầng cuối phải đảm bảo có dịng lớn, điện áp lớn điện trở nhỏ thường khuếch đại đẩy kéo có bù kèm theo mạch chống tải 8/30/2017 12 8/30/2017 Cấu tạo KĐTT C1 R1 R2 R6 R7 +Ecc T7 R8 T9 T1 V1 T2 T5 T6 R8 R5 V2 T8 T3 C2 R4 R3 T4 T10 ND ND -Ecc Tầng thứ tầng KĐVS đối xứng T1 T2 Tầng thứ hai KĐVS đầu vào đối xứng, đầu không đối xứng: emitơ chúng đấu vào nguồn dòng T3 Tầng có hệ số khuếch đại điện áp lớn Tầng thứ ba tầng khuếch đại đẩy kéo T9 – T10 mắc colectơ chung, cho hệ số khuếch đại công suất lớn, trở kháng nhỏ Giữa tầng thứ hai tầng tầng đệm T7,T8 nhằm phối hợp trở kháng chúng đảm bảo dịch mức điện áp 8/30/2017 13 Các tham số KĐTT Hệ số khuếch đại hiệu Ko  Ur  U khiU N   Ur Ur  Ko    p U h U p  U N   U r khiU   p  U N Đặc tính biên độ tần số Theo lý thuyết ĐTBĐTS K0 suốt dải tần số từ   Thực tế ĐTBĐTS gục xuống tần số fC tồn điện dung ký sinh tạo thành khâu lọc RC thông thấp mắc tầng Hệ số khuếch đại đồng pha KCm Ura Nếu đặt đầu vào thuận P đầu đảo N điện áp UP = UN = UCm  Uh = Ur = K0 (UP - UN)=0 KCm  Ucm mim U cm Ucm max Ur Ucm Lý tưởng Kcm= ,thực tế KCm nhỏ K0 8/30/2017 14 8/30/2017 Các tham số KĐTT Điện trở vào hiệu, điện trở vào đồng pha:  ΔU p U   N  ΔI p U p UN rh   UN = Up = UCm rCm   ΔUN  I p I N Up   ΔI N Điện trở KĐTT đánh giá biến thiên điện áp theo tải: rr  Ur Ir Dòng vào tĩnh, điện áp vào lệch không : Ip  IN It  Dịng vào tĩnh trung bình It là: với UN = Up = Dòng vào lệch không I0: I0 = Ip - IN UN = Up = I0 = 0,1 It điện áp lệch không U0 hiệu điện áp cần phải đặt hai đầu vào để có điện áp không U0 = Up - UN Ur = 8/30/2017 15 Các sơ đồ mắc KĐTT o Các sơ đồ khuếch đại đảo Sơ đồ biến đổi điện áp - điện áp Vì K0  nên điện áp đầu vào N UN  Uh  N coi điểm đất giả Ur  URN ,Uv  UR1 U v U  0 R1 R N Từ đó: Ur   RN Uv hay R1 K RN R1 Uv biến đổi thành Ur Trở kháng vào : Uv Uv RV    R1 Iv Uv / R1 Sơ đồ biến đổi dòng điện - điện áp IV   8/30/2017 Ur RN Ur  RNIV 16 8/30/2017 Các sơ đồ mắc KĐTT RN N P UV RN N Ura R1 a) P UV Urara R1 b) RN N U K  r  UV P UV Ura R1 c) K Ur  UV o Các sơ đồ khuếch đại không đảo Sơ đồ biến đổi điện áp - điện áp Với K0  , rh nên Uh = nghĩa UN = UV dòng vào không Do vậy: U UN  r R1  R N R1  U V Từ đó: K U r R1  R N R  1 N UV R1 R1 8/30/2017 17 Các mạch bù trơi đặc tính tần số KĐTT Học viên tự đọc giáo trình 8/30/2017 18 8/30/2017 Thanks for your attention! 8/30/2017 19 10 ... K11   K1 8/30/2017 Tính khuếch đại khuếch đại vi sai o Trong khuếch đại vi sai người ta đưa hệ số khuếch đại đồng pha KCm Tín hiệu vào đồng pha trung bình cộng đại số hai tín hiệu vào : UCm... chọn loại có độ sai số nhỏ hệ số nhiệt 8/30/2017 10 8/30/2017 Khuếch đại thuật tốn (KĐTT) _ N + P H×nh 5. 5 Ký hiƯu K§TT KĐTT khuếch đại lý tưởng :  Có hệ số KĐ điện áp vơ lớn K    Dải tần số... tức Uh = có chế độ khuếch đại tín hiệu đồng pha Hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha định nghĩa K cm  U ra U cm KCm  U U cm RE lớn Kcm nhỏ Khi RE   Kcm  Trong khuếch đại vi sai, tính đối