IV. PHẦN THIẾT KẾ BỘ ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN
a.KHUYẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN:
s* Giới thiệu op_amp và các đặc tính:
Óp_Amp là một bộ khuyếch đại điện áp lớn, có trở kháng vào lớn, trổ kháng ra nhỏ và băng thông tương đối rộng, khi phẩ¡ phân tích mạch ta có thể áp dụng một Op_Amp lý tưởng để phân tích, một Op_Amp lý tưởng có các
tính chất sau:
> Độ lợi điện áp vô cùng lớn
>_ Trở kháng vào vô cùnglớn > Băng thông vô cùng lớn
GVHD: Nguyễn Kỳ Tài. 27 SVTH: Nguyễn Duy Phương.
Một vài Op_Amp chuyên dùng có độ lợi rất lớn(10000000) và trở kháng vào vô cùng lớn (1000000Mohm), trở kháng ra là lohm và băng thông
độ lợi đơn vị lên đến 1GHz.
Zin là trở kháng vào tại đầu vào khi đầu kia nối đất.
Zout là trở kháng ra.
Vì Op_Amp có trở kháng vào lớn, trở kháng ra nhỏ, do đó ta có thể ghép nối hoặc làm bộ đệm giữa các mạch.
s* Sơ đồ khối về op_amp:
- Vin(+) Av(VI-V2) Vin(-)
Av(V1-V2): là nguồn điện áp lý tưởng
V2: điện áp vào không đảo
Vị: điện áp vào đảo
Av: độ lợi
> Như vậy Op_Amp không khuyếch đại riêng từng điện áp tại mỗi đầu
vào mà chỉ khuyếch đại hiệu số của hai điện áp vào, do đó mà Op_Amp được
gọi làbộ khuyếch đại tín hiệu vi sai, và điện áp ra được tính bởi cộn thức:
Vọ=Av(V2-VI1)
»> Nếu nối mass đầu vào âm, và cho tín hiệu đầu vào dương thì ta có
công thức sau: Vọ =Av*V2
> Một điều cần chú ý là Op_Amp chỉ khuyếch đại điện áp vi sai (V2-
V1) trong vùng làm việc tuyến tính của nó. Khi điện áp ra Vọ đạt đến một giá trị
giới hạn nào đó ở chiều dươnghay chiều âm thì hệ thức trên không còn đúng
nữa. Điều này được minh họa bằng đặc tuyến vào ra của Op_Amp ở hình bên
dưới:
GVHD: Nguyễn Kỳ Tài. 28 SVTH: Nguyễn Duy Phương. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vọ A M V2-VỊ —> 4———> 4+———-> Vùng bảo Vùng bảo
hòa âm hòa dương
V0(min)
< >
Vùng khuyếch đại
> Các điện áp giới hạn ở chiều dương và chiều âm được gọi là điện áp
bảo hòa dương Vạ/„„; và điện áp bào hòa âm Vominy. Thông thường độ lớn điện
áp bão hoà nhỏ hơn điện áp nguồn cùng cấp khoảng vài volt.
> Một điều cần lưu ý nữa là khi sử dụng Op_Amp chủ yếu được dùng trong các cấu hình hồi tiếp, mà thông thường là hồi tiếp âm, hổi tiếp(feedback), nói một cách tổng quát, là đưa các đại lượng đầu ra trong một hệ thống trở lại để
tác động các đại lượng đầu vào, hồi tiếp là hồi tiếp sao cho tín hiệu ra được trở
về để làm suy giảm mức tác động tín hiệu vào. Dĩ nhiên điều này sẽ làm giầm độ lợi của mạch, nhưng bù lại chúng ta sẽ ổn định, mà chủ yếu là sự ổn định về
độ lợi. Vì hầu hết các ứng dụngthực tế không đòi hỏi một độ lợi thật lớn nhưng lại đòi hỏi một độ lơi thật chính xác và ổn định. Người ta thường tạo ra hồi tiếp
âm hồi tiếp bằng cách nối một linh kiện (thường là điện trở) từ đâu ra trở về đầu về đảo.
s* Sơ lược về cấu trúc bên trong của Op_Amp:
> Op_Amp là một bộ khuyếch đại gồm nhiều tầng, được tích hợp hóa trên một chip, các tầng bên trong ghép nối trực tiếp DC, nghĩa là ghép nối không dùng tụ liên lạc. Cách ghép nối như vậy cho phép Op_Amp khuyếch đại được
cả tín hiệu một chiều. Hình bên dưới mô tả sơ đổ khối bên trong của Op_Amp.
Tầng đầu tiên là tầng khuyếch đại vi sai
> Tầng này sẽ khuyếch đại nhiều lần tín hiệu vi sai ( tức V2-V1) mà
không quan tâm cụ thể đến từng điện áp đặt ở mỗi đầu vào. Như vậy trong
trường hợp lý tưởng, nếu đưa đến cả 2 đầu vào cùng một tín hiệu hoặc đặt ở hai
đầu vào hai tín hiệu bằng nhau cả về pha và biên độ (gọi là tín hiệu cách chung:
V2=V]) thì tín hiệu ra ở tần khuyếch đại vi sai bằng không. Tuy nhiên, trong thực tế do giới hạn của kỹ thuật tích hợp, tín hiệu ra trong trường hợp này vẫn có tuy khá nhỏ. Tầng khuyếch đại vi sai cũng tạo ra trở kháng vào rất lớn của
Ớp_Amp.
> Sau tầng khuyếch đại vi sai này làmột hay nhiều tầng khuyếch đại trung gian. Các tầng này có nhiệm vụ dời mức điên áp tĩnh đến 0 và khuyếch đại cả áp lẫn dòng, khuyếch đại áp để độ lợi Av của Op_Amp rất lớn như mong muốn. Khuyếch đại dòng để đủ dòng lái tầng ra.
> Tầng ra phải có trở 'kháng ra nhỏ và cung cấp dòng ra đủ để lái tải.
Thôngthường người ta dùng cấu hình theo emitfer hoặc khuyếch đại bổ
phụ(complementary) để thiết kế tÂng này.
+V
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
DAU VAO DAO
ac tang trung gian ang ra bo phụ
. vao KDVS 9 g9 9 p
Ì ñguon dong
»> Hình trên mô tả sơ đồ một Op_Amp đơn giản. Có một vài vấn để chúng ta cần lưu ý ở mạch đầu vào. Các điện trở R12,R13 có nhiệm vụ làm tăng trở kháng vào ở đầu vào. Các đòng collector ở tầng vào thường có giá trị thấp sao cho trở kháng của các diode emitter - base ở Q1 và Q2 khá lớn. Do đó,
mạch chỉ cần các dòng vào nhỏ là đủ hoạt động. Tất nhiên điểu này sẽ làm giảm độ lơi ở tầng đầu tiên nhưng độ lợi Av của Op_Amp vẫn lớn nhờ các khuyếch
đại trung gian. Nguồn dòng Q3 dùng để cung cấp đòng emitter cho Q1 và Q2.
người ta sử dụng nguồn dòng ở đây còn có mục đích làm giảm độ lợi của mạch
đối với tín hiệu cách chung( Ký hiệu là Ac) rất thấp.
> Để làm giảm giá trị dòng vào cần phải cung cấp cho mạch khuyếch
đại vi sai cũng như tăng trở kháng vào, các transistor Q1 và Q2 có thể được thay
thế bằng các cặp darlington hay transistor thường. Việc dùng Fet (Ajfet hoặc
MosfeÐ ở vị trí Q1 và Q2 sẽ khiến Op_Amp có trở kháng vào lớn. Điện áp lệch đầu vào (Vọs) và sự thay đổi của Vọs theo nhiệt độ sẽ lớn hơn khi dùng transistor
thường hay BỊT. Tuy nhiên, điều này có thể giảm thiểu bằng cách dùng các
đường hồi tiếp bên trong Op_Amp. Việc dùng các cặp darlington ở vị trí Q1 và Q2 cũng có hiệu ứng tương tự.
> Nếu độ lợi điện áp của tầng đầu tiên là 10, của tầng thứ hai là 100, tầng thứ 3 là 200 thi độlợi toàn bộ của IC Op_Amp là:Av=10*100*200=200000
Như vậy Av khá lớn và thường gặp ở các IC Op _Amp đa dụng.
s* Các thông số kỷ thuật phụ:
> Khi sử dụng IC Op_Amp, ngoài các thông số cơ bản như: độ lợi tín hiệu vi sai Av, trở kháng vào Zin, trở kháng ra Zout, băng thông BW chúng ta
cần phải để ý đến một thông số kỷ thuật khác như sau:
> Điện áp lệch đầu vào (input offset voltage Vọs): điện áp nhỏ không
mong muốn phát sinh bên trong Op_Amp. Vọ; khiến đâu ra của Op_Amp # 0V
dù cả hai đầu vào đã được nối đến 0V, thông thường Vọs vỡ vài HV, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
> Dòng phân cực (Iạ): dòng bắt buộc phải có để cung cấp cho tâng vào
Op_amp hoạt động, cũng chính là dòng Base của hai transistor Q† và Q2 thường