BÀI 3 CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI co BẢN
3.2. MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHƠNG ĐẢO
4=^.= ^+^ =1+-
Điện áp ra: 7 - J+A p l
Trong trường hợp đặc biệt
đều bằng 1.
Ớ mạch khuếch đại này tí
vào, R.2 thực hiện chức năng hồi ti
%
r
khi R2 = 0 hoặc Rị = 00, thì Av
n hiệu ra cùng pha với tín hiệu
ếp âm.
............................................
Ví dụ Phần ghi chép
Ví du: Cho mạch điện như h
Vi = lOOmV; Tính Vo ? R1 1 li = 0 Vi' Bài giải: D A 1> 1+v- K, =(1+10)2 ình vẽ. Biết R2 = 10k; R] = lk; Ri I Vo 00 = 2.2V .................. 3.3. Mạch đệm.
+Mạch này cịn gọi là mạch lặp lại điện áp, cĩ thể đặt
giữa bộ cảm biến và dụng cụ đo lường
3.4. Mạch cộng đảo.
Nguyên lý______________________________________________
Khi cĩ nhiều tín hiệu cùng tác động tới một ngõ vào đảo người ta thường dùng mạch khuyếch đại cộng đảo.
Tương tự như trong mạch khuếch đại đảo, áp dụng quy tắc dịng điện nút tại nút A ta cĩ: I = 11 + Ỉ2 + I3. (1) V, V- V, R Trong đĩ: A =-£1-; Z2 I = (2) An A12 A13 K2 K V. VK, Thay (2) vào (1) ta cĩ: -+ ~~ R2 Rn Rì2 ẩ13 Từ đĩ: ^12 ^13 7 Nêu chọn R11 = R|2 — R|3 = R1 thì: y _ _^L(y + y + y1 0 V /1 ' r /2 ' r /3 / Phân ghi chép
Các cơng thức trên cĩ thể được mở rộng đến n ngõ vào
tuỳ ý.
Hình 57: Mạch khuếch đại cộng đảo
Ví dụ__________________________________________________
Cho mạch điện như hình vẽ, biết R2 = 10k; R] I = Ik; R12 =
2k; R13 = 5k; Vi! = 500mV; vi2 = - 400mV; vi3 = 800mV. Tính
điện áp đầu ra Vo ?
Bài giải: Ta cĩ:
K = -f2Lr +—Vn +—Vn ỵ° fí n R '2 p 13 kn11 ^12 ^13 7 = -f^0,5 + -^0,4 + ^0,8Ì = -4,6K V 1 2 5 ) 3.5. Mạch cộng khơng đảo. Nguyên lý Phần ghi chép c khơng đ< c lại Vii tá điện áp I T V()2 tươnj V N
'6 hai hay nhiều tín hiệu cùng tác động đến một ngõ và
ỉo
ri là xếp chồng hai tín hiệu Vi 1 và Vi2.
ỉiả sử khi cho Vj2 = 0 (nối Vi2 với GND). Lúc này chỉ CC
c động và tạo ra dịng điện I qua R11 và R12: Ta tìm đư<
ca Voi tương ứng với Vil.
10 m íc fc ....................................................... Voi = 1+. Vi
a thấy điện áp Vị chính là điện áp trên điện trở R12.
= I.Rĩ2 = V'' Rn /ỉ11+7?12 / => roi = k 1, ^2Lí Rn L 1+_ x _ _ Kĩ 1 +-^12 7
ương tự, khi choVị] = 0 (nối Vil với GND) ta tìm đưẹ .......................................................
g ứng với vi2: r02 = l+i^ X —
V 7 k 1 + Rì2 7
ậy khi cĩ cả Vii và Vi2 và giả thiết R} ] = /?12 thì:
z R A
r0=L01 + J/02 = 1 + ^- X
k ) k 2 J .......................................................
Hình 58: Mạch khuếch đại cộng khơng đảo
Ví dụ Phần ghi chép
Ví du:
Cho mạch điện như hình vẽ. Biết R1 = 5k; R2 = 20k; R11 =
...................................................................................................
lk,; R|2 = 0,5k ;Vii = 300mV; Vi2 = 600mV. Tính điện áp đầu ...................................................................................................
ra Vo?
Bài giải:
Giả sử cho Vi2 = 0 và khi cĩ Vil tác động:
Voi = 1+Ặ Vi= 1+^ V,
V 0.3
Với: V, = I.R, = " \ = -22i-0,5 = 0,ir
12 Ru+Rì2 1 + 0,5 ■» Voi = 0,5V
Tương tự khi cho Vi2 tác động:
Po2 = í1+^xí D Ẫ"n n = +^ìxf-^-^ìo,6 = 2V
RJ [R^+R^J t 5J Ụ + 0,5j
Vậy ta tìm được Vo = Voi + V02 = 0,5 + 2 = 2,5V.
...................................................................................................
3.6. Mạch vi phân.
Nguyên lý Phần ghi chép
Coi điện thế điểm A xấp xỉ bằng khơng. Viết phương trình dịng điện nút tại nút A ta cĩ:
Ic+ Ir = 0
dv K dv C^- + ^- = O^Vo=-RC^
dt R ° dt
Điện áp ra là vi phân của điện áp vào. R ---- ----------- ....................................................... c +ĩ—~ll~^— V, k 4- Hình 59: N Mạch tích phân và vi ph và sử dụng trong các khâu hồi
thống trong kỹ thuật điều khiển
r i
đạch vi phân
ân thường được kết hợp với nhau tiếp để tăng tính ổn định của hệ tự động.
.......................................................
3.7. Mạch tích phân.
Nguyên lý Phần ghi chép Coi điện thế tại điểm A xấp xỉ bằng khơng. Viết phương
trình dịng điện nút cho nút A ta cĩ:
li + Ic = 0
Hay: K + C^. = o ; c =c^-ì
R dt t dt )
Suy ra: Kũ=__L^ơ)ư/
Khi điện áp vào là xoay chiều người ta thường tính giá trị Vo theo thời gian:
kơWí + Ko(/ = 0) KC ị
Điện áp ra là tích phân điện áp vào.
Thường chọn hằng số thời gian T = RC = 1S. Trong biểu
thức trên, Vo (t = 0) là điều kiện ban đầu.
Nếu Vi là điện áp xoay chiều hình sin thì:
T T r
c = ' sin(ứ>o<* = COS(íD/)
BÀI 4. ỨNG DỤNG CỦA OPAMP TRONG CÁC MẠCH so SÁNH.
----- ooơ----
4.1. MACH SO SÁNH:
Giời thiệu_____________________________________________
Các bộ khuếch đại thuật tốn cĩ thể dùng trong nhiều ứng dụng để điều khiển rơ le cĩ độ chính xác cao.
Trong đĩ rơ le được sử dụng để đĩng ngắt các mạch động lực bằng các tiếp điểm của nĩ.
Trong các mạch ứng dụng này các bộ khuếch đại thuật tốn cĩ thể hoạt động điều khiển theo nhiệt độ, theo ánh sáng,
theo mức chất lỏng, theo điện áp AC hay DC, hoặc theo thời gian vv...
Phần ghi chép
Mạch so sánh đảo
_______í-------------------------------------------------------------
Mạch so sánh với tín hiệu chuấn Vr (ngưỡng) đặt vào ngõ
vào khơng đảo cịn tín hiệu so sánh Vi đặt vào ngõ vào đảo.
Phần ghi chép
+Nẽu Vi < vr (hay vi+ > Vị.) thì Vo = + Vcc +Nếu Vi > vr (hay Vj+ < Vi-) thì Vo = - Vcc
Mạch so sánh khơng đảo____________________
+Nếu Vi < vr (hay vi+ < Vị.) thì Vo = -Vcc +Nếu Vi > vr (hay Vi+ > Vị.) thì Vo = +Vcc.
4.2. MACH TẮT MỠ ĐÈN THEO ÁNH SÁNG:
Nguyên lý Phân ghi chép
Ví du:
Hình 61: Mạch tắt mở đèn theo ánh sáng dùng Opamp
Giải thích nguyên lý mạch:
Điện trở R] là loại quang trở (LDR - Light Depending
Resistor) cĩ trị sơ" thay đổi theo ánh sáng. Khi cĩ ánh sáng chiếu
vào thì giá trị của LDR giảm xuống râ"t thâ"p. Khi khơng cĩ ánh sáng chiếu vào (chế độ tốì) thì giá trị của LDR râ"t lớn cĩ thể lên đến hàng trăm kQ.
Nguyên tắc hoạt động của mạch cĩ thể giải thích như sau: Trong mạch R.3, R4 là một cầu phân áp tạo ra điện áp chuẩn vr =
6V đặt vào chân 3 của OP-AMP. R|, R2 tạo ra cầu phân áp thứ
hai và điện áp so sánh Vi được lấy trên biến trở R2.
Ớ trạng thái bình thường khi khơng cĩ ánh sáng chiếu vào LDR thì giá trị của nĩ râ"t lớn và lớn hơn R2 nên Vi < vr.
Theo đặc tuyến trên hình vẽ ở ngõ ra 6 của OP - AMP cĩ điện áp
bằng Vcc = 12V. BJT ở trạng thái ngắt rơle K khơng hoạt động,
các tiếp điểm của nĩ giữ nguyên ở trạng thái ban đầu.
Khi cĩ ánh sáng chiếu vào LDR giá trị của nĩ giảm xuơng tháp hơn R2 nên Vi > vr. Ở ngõ ra 6 của OP - AMP cĩ
điện thế mức ov. Các điện trở R5, Rơ tạo điện áp phân cực cho
BJT dẫn bão hịa, rơle K hoạt động và đĩng mở các tiếp điểm trong mạch động lực như mạch đếm sản phẩm, mạch tự động tắt
mở hệ thơng chiếu sáng, mạch báo động vv... Ngưỡng tác động của mạch cĩ thể điều chỉnh bằng R2.
dàng khi ta hốn vị điện trỏ R1 và R.2, hoặc giữ nguyên vị trí của
Ri, R2 nhưng hốn vị ngõ vào 2, 3 của OP - AMP. Mạch cũng cĩ
thể đổi ngược lại khi ta giữ nguyên các vị trí của Ri, R2, các ngõ vào 2, 3 như trên hình vẽ nhưng sử dụng BJT loại NPN. cầu phân áp cho BJT sẽ được mắc giữa ngõ ra 6 với GND. Trong các
trường hợp này rơle sẽ tác động khi ở chế độ tối. Diode cĩ tác
dụng triệt tiêu sức điện động tự cảm của cuộn dây rơ le khi nĩ
ngưng hoạt động và do đĩ bảo vệ BJT khỏi hiện tượng quá áp.
.......................................................
.......................................................
BÀI TẬP CUĨI CHƯƠNG: A. TRẮC NGHIỆM:
1. Op Amp được ứng dụng trong các trường hợp sau:
a. Kỹ thuật khuếch đại, tạo sĩng sin. b. Bộ lọc tích cực, bộ so sánh.
c. Mạch tạo xung, bộ nguồn ổn áp.
d. Cả ba câu đều đúng.
2. Theo đặc tuyến truyền đạt điện áp vịng hở của Op Amp, cĩ 3 vùng làm việc là:
a. Vùng khuếch đại: AVi > vs khi đĩ vo = Avo .
b. Vùng bão hịa dương: -Vs < AVị < Vs khi đĩ vo = + Vcc
c. Vùng bão hịa âm: AVi < -Vs khi đĩ vo = - Vcc d. Cả ba câu đều đúng.
3. Gọi tên mạch điện theo hình vẽ sau:
a. Mạch khuếch đại đảo
b. Mạch khuếch đại khơng đảo c. Mạch khuếch đại đệm
4. Gọi tên mạch điện theo hình vẽ sau:
a. Mạch khuếch đại đảo
b. Mạch khuếch đại khơng đảo
c. Mạch khuếch đại đệm
d. Mạch khuếch đại cộng đảo
5. Cho mạch điều khiển tải theo ánh sáng như hình vẽ sau, nguyên lý hoạt động của
mạch cĩ các đặc điểm nào sau đây:
a. R3 và R4 là cầu phân áp tạo điện áp chuẩn Vr = v3 cĩ giá trị thay đổi theo ánh sáng
b. R] và R2 là cầu phân áp tạo điện áp so sánh Vj = v2 cĩ giá trị thay đổi theo ánh sáng
c. Khi cĩ ánh sáng chiểu vào LDR thì transistor BJT dẫn
d. Cả ba câu trên đều đúng.
a. Hình a là mạch so sánh thuận; hình b là mạch so sánh đảo.
b. Hình a là mạch so sánh đảo; hình b là mạch so sánh thuận.
c. Hình a là mạch khuếch đại đảo; hình b là mạch khuếch đại khơng đảo. d. Hình a là mạch khuếch đại khơng đảo; hình b là mạch khuếch đại đảo.
B. Tự LUẬN:
Bài 1: Cho mạch điện như hình:
Biết Rf = Rin= Rin 1 = Rin2 = Rin 3 = R=10K , nguồn cung cấp vcc= ± 15V. a/ Hãy viết biểu thức tính Vout theo Vini, vin2, và Vin 3
b/ Tính vout với Vini = 2V, vin2 = lOsincot., Vin 3 = 4V.
Bài 2: Cho mạch điện như hình:
Biết Rf = Rịn = Rin 1 = Rin2 = Rin 3 = R=10K , nguồn cung cấp Vcc= ± 15V.
a/ Hãy viết biểu thức vout theo vinl, vin2 và vin3.
b/ Tính vout với Vini = - 2V, Vin 2 = 5sincot, Vin3 = 8V .