CHƯƠNG6 : NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP-AMP) .1 Khái niệm : Bộ khuếch đại thuật toán và các bộ khuếch đại thông thường về cơ bản không có sự khác nhau. Cả hai loại này đều dùng để khuếch đại điện áp,dòng điện hoặc công suất. Trong khi tính chất của bộ khuếch đại thông thường phụ thuộc vào kết cấu bên trong của mạch thì tác dụng của bộ khuếch đại thuật toán có thể thay đổi được và chỉ phụ thuộc vào các linh kiện mắc ở mạch ngoài. Để thực hiện được điều đó, bộ khuếch đại thuật toán phải có độ khuếch đại rất lớn, trở kháng vào rất lớn và trở kháng ra rất nhỏ. H.1:Bộ khuếch đại thuật toán(BKĐTT) Bộ khuếch đại thuật toán được biểu diễn như hình vẽ H.IV.1 Trong đó: V + ,I + :điện áp và dòng điện ngõ vào không đảo V - ,I - :điện áp và dòng điện ngõ vào đảo V d :điện áp vào hiệu Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp:V d V + -V - ,với hệ số khuếch đại A o >O. Do đó, điện áp sẽ là : V o A o V d A o (V + -V - ) (IV.1) V + ,I + V 0 ,I 0 V - ,I - - + Nếu V - 0 thì V o A o V + , lúc này điện áp ra đồng pha với điện áp vào V + vì vậy người ta gọi cửa (+) là cửa vào không đảo hoặc cửa vào thuận của bộ khuếch đại thuật toán. Nếu V + =0 thì V o =-A o V - , dấu trừ thể hiện điện áp ra ngược pha với điện áp vào nên người ta gọi cửa (-) là cửa vào đảo của bộ khuếch đại thuật toán. Ngoài ra, một bộ khuếch đại thuật toán thường có 3 tính chất để trở thành một OP-AMP lý tưởng: -Độ lợi vô hạn -Trở kháng vào vô cùng lớn -Trở kháng ra bằng 0 Theo lý thuyết, nếu op-amp có độ lợi vô hạn thì một điện áp ngõ vào cực nhỏ thì ngỏ ra tương ứng phải có điện áp ra lớn vô hạn. Thực sự thì độ lợi cũng không thể nào vô hạn,ngay cả trường hợp độ lợi rất lớn cũng không thể có. Tuy nhiên, nếu nó đúng khi ngõ vào rất nhỏ sẽ tạo điện áp ngõ ra đến gần giá trò cực đại (dương hay âm). Trong thực tế, chúng ta ít khi được như vậy mà thường dùng thêm những điện trở bên ngoài nối với Op-Amp để tạo ra những độ lợi mà chúng ta mong muốn. Những độ khuếch đại như mong muốn, những điện trở tạo ra độ lợi giảm thông qua tín hiệu hồi tiếp. .2 Mạch cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán: Khi dùng bộ khuếch đại thuật toán, người ta dùng hồi tiếp âm mà không dùng hồi tiếp dương, vì hồi tiếp dương làm cho bộ khuếch đại thuật toán làm việc ở trạng thái bảo hòa. Hồi tiếp âm làm giảm độ khuếch đại nhưng làm cho bộ khuếch đại thuật toán làm việc ổn đònh. Trong một số trường hợp, người ta dùng cả hồi tiếp âm lẫn hồi tiếp dương nhưng lượng hồi tiếp âm phải lớn hơn lượng hồi tiếp dương. .2.1 Mạch khuếch đại không đảo: R I - + V 0 R F V I H.IV.2 Phửụng trỡnh Kirchoff I ụỷ ngoừ vaứo V + V I =V + Phửụng trỡnh Kirchoff I ụỷ ngoừ vaứo V - Theo tớnh chaỏt cuỷa OP-AMP 0 0 FI R VV R V I I IF IIIFI F I I I I V R RR V RVRVRV R VV R V VVV 0 0 0 0 0 2.2 Mạch khuếch đại đảo: H.IV.3 Phương trình Kirchoff I cho ngõ vào V + V + = 0 Phương trình Kirchoff II cho ngõ vào V - Theo tính chất của OP-AMP 2.3 Macïh khuếch đại đệm: H.IV.4 Phương trình Kirchoff I ở ngõ vào V + V I = V + Phương trình Kirchoff I ở ngõ vào V - 0 0 FI I R VV R VV I I F FI I V R R V R V R V VV 0 0 0 0 - + V 0 V I V 0 R F R I V I - + V -- = V 0 Theo tính chaát cuûa OP-AMP V - = V + = V I V 0 = V I 3 Các thông số của bộ khuếch đại thuật toán: Trong thực tế có bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng, để đánh giá bộ khuếch đại thuật toán thực so với bộ thuật toán lý tưởng, người ta căn cứ vào các tham số của nó. 1. Hệ số khuếch đại hiệu A 0 : A 0 là hệ số khuếch đại hiệu không tải, được xác đònh như biểu thức sau: Ở tần số thấp, A 0 =A 00 thường thấy các gía trò trong khoảng: A 00 =(10 3 -10 6 ) H.IV.4 Đặc tuyến hàm truyền đạt của BKĐTT Điện áp ra V 0 chỉ tỷ lệ với V d trong dải điện áp V omin V omax nào đó (hình.IV.4), dải điện áp này gọi là dãi biến đổi điện áp ra của bộ khuếch đại thuật toán. Ngoài dải đó, điện áp ra không đổi và 0 0 0 0 00 0 khiV V V khiV V V VV V V V A d V 0 V 0max -V 0min V 0 không phụ thuộc điện áp vào, tương đương với bộ khuếch đại làm việc ở trạng thái bão hòa. Đối với điện áp một chiều và điện áp có tần số thấp thì A 0 không phụ thuộc tần số và bằng A 00 =(10 3 10 6 ).Khi tần số tăng đến một giá trò nào đó thì A 0 giảm, ở tần số giới hạn thì A 0 = A 00 /1,414. Vì tần số giới hạn dưới của bộ khuếch đại thuật toán f d =0, nên tần số giới hạn trên của nó đúng bằng độ rộng dãi tần. Khi tần số khuếch đại A 0 giảm theo tần số giữa V 0 và V d cũng xuất hiện góc lệch pha phụ thuộc tần số. Trong những điều kiện nhất đònh, góc lệch pha này sẽ ảnh hưởng đến tính ổn đònh của bộ khuếch đại thuật toán. . + :điện áp và dòng điện ngõ vào không đảo V - ,I - :điện áp và dòng điện ngõ vào đảo V d :điện áp vào hiệu Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện. đại điện áp,dòng điện hoặc công suất. Trong khi tính chất của bộ khuếch đại thông thường phụ thuộc vào kết cấu bên trong của mạch thì tác dụng của bộ khuếch