- USART đồng bộ:
CHƯƠNG 4: KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OPAMP)
4.1 KÝ HIỆU VÀ CÁC CHÂN CỦA OPAMP:
Opamp là một bộ khuếch đại điện áp có độ lợi điện áp lớn, trở kháng vào lớn, trở kháng ra nhỏ và băng thông tương đối lớn.Khi phân tích mạch, để đơn giản người ta thường xem OPAMP đạt những tính chất lý tưởng sau:
Độ lợi điện áp vô cùng lớn (AV → ∞ ).
Trở kháng vào vô cùng lớn (ZIN →∞ ).
Trở kháng ra bằng không (ZOUT = 0 ).
Băng thông vô cùng lớn (BW →∞ ).
Các chân cơ bản của OPAMP:
Ngõ vào (+) không đảo.
Ngõ vào (-) đảo.
Ngõ ra.
Hai ngõ cung cấp nguồn (V+) và (V-).
Ký hiệu của OPAMP:
Hình 4.1 Ký hiệu OPAMP
Ngoài các chân chủ yếu nói trên, IC OPAMP còn có thêm các chân phụ để chỉnh điện áp lệch và điều khiển đáp ứng tần số của nó.
Các đặc tính cơ bản của OPAMP:
Hầu hết các bộ khuếch đại thuật toán đều có đầu vào vi sai và được cấp nguồn đối xứng, điểm chung của cặp nguồn này xem như là mass. Vì vậy tín
Chương 4: Khuếch đại thuật toán (OPAMP)
hiệu ra của bộ khuếch đại thuật toán có thể biến đổi cả về phía dương hoặc âm so với mass.
OPAMP có hai ngõ vào và được nối trực tiếp (nối DC) từ ngõ vào đến ngõ ra. Nó có độ lợi điện áp khoảng 100.000, có trở kháng vào khoảng 1M mỗi đầu vào và có trở kháng ra cỡ vài trăm Ohm.
Một đầu có ký hiệu bằng dấu (-) gọi là đầu vào đảo.
Một đầu có ký hiệu bằng dấu (+) gọi là đầu vào không đảo.
Nếu đặt một điện áp dương vào đầu đảo, còn đầu kia nối mass thì đầu ra sẽ
có điện áp âm. Ngược lại, nếu đặt một điện áp dương vào đầu vào không đảo, còn đầu kia nối mass thì đầu ra sẽ có điện áp dương. Nếu cả hai đầu vào đặt cùng một điện áp thì tín hiệu ra sẽ bằng không do hai tín hiệu vào bù trừ nhau vì tác dụng vi sai của mạch khuếch đại.
Độ lợi điện áp vòng hở A0 : là số đo độ lợi điện áp xảy ra giữa đầu vào và đầu ra của OPAMP và có thể được biểu diễn bằng đơn vị dB.
Trở kháng vào ZIN : là số đo trở kháng nhìn trực tiếp từ các đầu vào của OPAMP. Thường được biểu diễn theo đơn vị điện trở .
Trở kháng ra ZOUT : là số đo trở kháng ra của OPAMP và cũng được biểu diễn theo đơn vị điện trở .
Dòng phân cực ngõ vào Ib .
Hầu hết các OPAMP ở tầng vào dùng transistor lưỡng cực. Do đó sẽ hình
thành một dòng phân cực Ib.
Tầm điện áp cung cấp VS : OPAMP hoạt động nhờ hai nguồn điện áp cung cấp. Nếu điện áp cung cấp quá cao dễ gây hư hỏng cho OPAMP. Còn nếu điện áp cung cấp quá thấp OPAMP sẽ hoạt động kém, không thực hiện đầy đủ và chính xác các chức năng của nó. Thường OPAMP được cung cấp mức điện áp từ ±3V đến ±15V.
Chương 4: Khuếch đại thuật toán (OPAMP)
Điện áp vào không được phép vượt quá điện áp cung cấp vì nó sẽ làm cho
OPAMP dễ bị hư. Điện áp vào tối đa thường nhỏ hơn 1V đến 2V so với điện áp cung cấp.
Tầm điện áp ra V0 .
Nếu tín hiệu vào quá lớn thì đầu ra sẽ ở trạng thái bão hòa (+ hoặc -). Điện
áp ra tối đa thường nhỏ hơn 1V đến 2V so với điện áp cung cấp.
Điện áp lệch đầu vào vi sai Vio.
Trong trường hợp OPAMP lý tưởng, nếu cả hai đầu vào đều nối mass thì đầu ra phải ở mức 0V. Nhưng thực tế cho thấy sự mất cân bằng giữa các đầu vào không thể tránh khỏi. Vì vậy sẽ xuất hiện điện áp lệch đầu vào.
Điện áp lệch đầu vào vi sai có giá trị khoảng vài mV, nhưng khi điện áp này được khuếch đại do có độ lợi của mạch thì nó có thể đưa đầu ra đến trạng thái bão hòa. Bởi vì vậy các OPAMP đều có các chân phụ để chỉnh điện áp lệch về 0.
Hình 4.2 Điều chỉnh OFFSET
Hệ số nén đồng pha CMRR: OPAMP lý tưởng có đầu ra tỷ lệ với hệ số giữa hai tín hiệu ở hai đầu vào. Khi tín hiệu giống nhau (hai tín hiệu đồng pha) được cấp đồng thời vào hai đầu vào thì đầu ra của OPAMP sẽ ở mức 0.
Nhưng với OPAMP thực tế không thể triệt được tín hiệu đồng pha mà vẫn còn tồn tại ở đầu ra một tín hiệu nhỏ. Khả năng triệt tín hiệu đồng pha của OPAMP thường được biểu diễn bằng tỉ số giữa hai độ lợi tín hiệu vi sai với độ lợi tín hiệu đồng pha.
Chương 4: Khuếch đại thuật toán (OPAMP)
Tần số cắt FT.
Một OPAMP điển hình có độ lợi điện áp ở tần số thấp vào khoảng 100dB. Tuy nhiên độ lợi này giảm rất nhanh khi tần số tăng. Độ lợi giảm đến đơn vị ứng với một tần số xác định gọi là tần số cắt.