Bài giảng khuếch đại cùng vi mạch khuếch đại thuật toán | Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng
Bài giảng khuếch đại cùng vi mạch khuếch đại thuật toán | Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng. Tài liệu gồm 28 trang, giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!
Tài liệu liên quan:
Preview text:
KHUYẾCH Đ I DÙNG VI M CH KHUẾCH Đ I THUẬT TOÁN (OPAMP) GI I THI U CHUNG
Vi m ch khuếch đ i thuật toán (Operational Amplifier) –
ký hi u là OpAmp đầu tiên được dùng để nói về các
m ch khuếch đ i có kh năng thay đổi theo m ch ghép
nối bên ngoài để thực hi n các phép biển đổi toán học
như c ng trừ, biến đổi tỷ l , vi tích phân... trong các máy
tính tương tự. Nhờ sự phát triển của công ngh bán dẫn,
opamp ngày càng trở nên tin cậy, kích thư c nhỏ, ổn
định nhi t, vì vậy, ngày nay opamp được sử dụng như là
thành phần cơ b n của các ứng dụng khuếch đ i, biến đổi
tín hi u, các b lọc tích cực, t o hàm và chuyển đổi. C U T O
Cấu tạo cơ sở của vi m ch khuếch đ i thuật toán là các tầng
khuếch đ i vi sai. Các vi m ch khuếch đ i thuật toán bao gồm ba phần: Khuếch đ i vi sai.
Dùng khuếch đ i tín hi u vào, có đặc điểm là khuếch đ i
nhi u th p, trở kháng vào cao, thường đầu ra vi sai. Khuếch đ i đi n áp.
T o ra h số khuếch đ i đi n áp cao, thường đầu ra đơn cực. Khuếch đ i đầu ra.
Dùng v i tín hi u ra, cho phép kh năng t i dòng l n, trở kháng
ra th p, có các m ch chống ngắn m ch và h n chế dòng đi n.
M t vi m ch khuếch đ i thuật toán phổ dụng là 741. Sơ đồ
m ch bên trong của vi m ch khuếch đ i thuật toán 741được
trình bày như trong hình vẽ: OPAMP LÝ T NG VÀ THỰC TẾ:
Vi m ch khuếch đ i thuật toán (KĐTT) được ký hi u như hình vẽ: Hai đầu vào:
Đầu vào 1 (đầu được ký hi u d u ‘-‘ trong vi m ch KĐTT) gọi là
đầu vào đ o. Đi n áp v đặt vào đầu vào đ o sẽ được khuếch đ i về 1
biên đ và đ o pha ở đầu ra.
Đầu vào 2 (đầu được ký hi u d u ‘+‘ trong vi m ch KĐTT) gọi là
đầu vào không đ o. Đi n áp v đặt vào đầu vào không đ o sẽ được 2
khuếch đ i về biên đ và không đ o pha ở đầu ra.
M t đầu ra, đi n áp ra ký hi u là v . 0- OPAMP LÝ T NG VÀ THỰC TẾ:
Mạch tương đương đơn giản của vi m ch khuếch đ i
thuật toán ở tần số th p được mô t như hình vẽ: OPAMP LÝ T NG VÀ THỰC TẾ:
M t b vi m ch KĐTT khuếch đ i vi sai đi n áp v =v - d 1
v giữa hai tín hi u vào. H số khuếch đ i đi n áp hở 2
m ch được tính theo công thức: v A 0 OL vd
Về biên đ , h số khuếch đ i hở m ch A đ t giá trị từ OL
104 t i 107. Biên đ l n nh t của đi n áp ra được gọi là
đi n áp bão hòa. Đi n áp này thường x p xỉ nhỏ hơn đi n
áp nguồn c p là 2V. Như vậy:
- (Vcc - 2) < v < Vcc - 2 0 OPAMP LÝ T NG VÀ THỰC TẾ: Vi m ch KĐTT lý t
ng có 3 đặc điểm như sau:
1. H số khuếch đ i đi n áp hở m ch là -∞.
2. Trở kháng vào Rd giữa hai cực 1 và 2 là vô cùng l n, vì vậy, dòng vào bằng 0.
3. Trở kháng ra bằng 0, nhờ vậy, đi n áp ra không phụ thu c vào t i.
Sơ đồ m ch tương đương của vi m ch KĐTT lý tưởng được trình bày như sau: OPAMP LÝ T NG VÀ THỰC TẾ:
Từ ba đặc điểm trên, v i vi m ch KĐTT lý tưởng ta luôn có: U U
I I 0 M CH KHUẾCH Đ I Đ O
M ch khuếch đ i đ o (hình vẽ) có đầu vào không đ o nối đ t, tín
hi u U được đưa vào đầu vào đ o qua đi n trở R , m ch thực hi n 1 1
hồi tiếp âm qua đi n trở R . Đầu ra U đ o cực so v i đầu vào U . 2 2 1 Tính toán đầu ra U : 2
U U 0
I I 0 M CH KHUẾCH Đ I Đ O Xét t i nút A, ta có:
I I I 0 1 2 U U U U 1 0 2 0 R R 1 2 Thay U vào 0 ta có R2 U .U 2 1 R1 Nhận xét: R
Đi n áp vào được khuếch đ i lên tỷ l lầ 2 n. R
Đi n áp ra ngược pha v i đi n áp vào. 1
M CH KHUẾCH Đ I KHÔNG Đ O
M ch khuếch đ i không đ o có tín hi u vào được đưa t i đầu vào
không đ o, đầu vào đ o được nối đ t qua đi n trở R như hình vẽ. 1 Tính toán đầu ra U :
U U U 2 1
I I 0
I I I 0 Xét t i nút A, ta có: 1 2 0 U U U 0 2 0 R R 1 2
M CH KHUẾCH Đ I KHÔNG Đ O Thay U U vào ta có: 1 U U U 1 1 2 0 R R 1 2 R2 U U 1 2 1 R1 Nhận xét: R2
Đi n áp vào được khuếch đ i lên tỷ l 1 R lần. Như vậy, đi n 1
áp ra luôn l n hơn đi n áp vào về biên đ .
Đi n áp ra cùng pha v i đi n áp vào. M CH C NG TR a. M ch c ng:
Phép c ng là m t trong những thao tác cơ b n nh t của toán
học. Có hai lo i m ch c ng thực hi n sử dụng vi m ch
khuếch đ i thuật toán mà ta sẽ nghiên cứu là m ch c ng đ o và m ch c ng không đ o.. M ch c ng đ o:
M ch c ng đ o hai số sử dụng vi m ch KĐTT được thực hi n như hình vẽ sau: M CH C NG TR
M ch có 2 tín hi u vào U và U được đưa song song t i 1 2
đầu vào đ o của vi m ch KĐTT. Tính toán đầu ra U :
U U r 0
I I 0 Xét t i nút A, ta có:
I I I Iht 0 1 2
U U U U U U 1 2 0 r 0 R R R 1 1 1 Thay U vào ta có: - U U U 1 2 r 0 R R R 1 1 1 U r U U 1 2
Đi n áp ra sẽ là tổng các đi n áp vào, l y đ o d u. M CH C NG TR
Tổng quát: đối v i trường hợp nhiều đầu vào, m ch
c ng đ o được thực hi n như sau: N U U . r i i i1 M CH C NG TR
M ch c ng không đ o:
U U U A UB
I I 0 M CH C NG TR
Xét t i nút A, ta có: I I I 0 0 ht 0 U U U A A r 0 R R 2 2 U r U A 2
Xét t i nút B, ta có: I I I 0 1 2 U U U U 1 B 2 B 0 R R 1 1 U U 1 2 U B 2 Thay vào t U U A B a có: U r U U 1 2 M CH C NG TR
Tổng quát: đối v i trường hợp nhiều đầu vào, m ch
c ng không đ o được thực hi n như sau: N U U . r i i i1 M CH C NG TR b. M ch tr :
Để thực hi n trừ hai đi n áp, người ta thường sử dụng m ch như hình vẽ sau:
U U U A UB
I I 0