Chương 5 Khuếch đại thuật toán | Trường đại học Điện Lực

Chương 5 Khuếch đại thuật toán | Trường đại học Điện Lực được sưu tầm và soạn thảo dưới dạng file PDF để gửi tới các bạn sinh viên cùng tham khảo, ôn tập đầy đủ kiến thức, chuẩn bị cho các buổi học thật tốt. Mời bạn đọc đón xem!

12 6 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Điện chuyên ngành

Trường: Đại học Điện lực

Thông tin:

23 trang 1 tháng trước

Tác giả:

Profile Nguyễn Vân
Chương khuếch thuật 5: Bộ đại toán
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
5.2. Các mạch khuếch đại thuật toán cơ bản
5.3. Các mạch khuếch đại thuật toán cho mục đích đặc biệt
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Khuếch đại thuật toán: Operational Amplifier (Op-amp)
Ký hiệu của Op-amp
Ký hiệu
Ký hiệu với nguồn cung cấp dc
Vì sao gọi là bộ khuếch đại?
• Khuếch đại sự sai (lệch rất nhỏ) giữa đầu 2 vào
.( )
r P N
U G U U
• Khi
0
N
U
thì
.
r P
U G U
• Khi
0
P
U
thì
.
r N
U G U
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Op-amp lý tưởng
Op
-amp lý tưởng
Op-amp thực tế
• Hệ số khuếch đại bằng vô cùng
• Băng thông cùng vô
• Trở kháng vào bằng cùng vô
• Trở kháng ra bằng không
• V
N
=V
P
và I
N
=I
P
=0 (A)
Op-amp thực tế
• Hệ số khuếch đại rất lớn
• Băng thông lớn
• Trở kháng vào rất lớn
• Trở kháng ra nhỏ
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Các chế độ đầu vào -amp Op lý tưởng
• Chế độ vi sai (Differential mode)
• Tín hiệu được đưa ở một cửa cửa, còn lại nốt đất
• Tín vào hiệu ở cửa đảo, tín hiệu ra được khuếch đại và có pha
ngược với hiệu pha tín vào
• Tín hiệu vào ở cửa không , tín đảo hiệu được khuếch đại ra và
có cùng tín vào pha pha với hiệu
• Chế độ vi sai 1 đầu vào
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Các chế độ đầu vào -amp Op lý tưởng
• Chế độ vi sai ( ) tiếp
• Hoặc hai tín là hiệu ngược được pha đưa tới đầu hai vào
• Hoặc sử dụng một tín hiệu đơn nối giữa đầu hai vào
• Chế độ vi sai 2 đầu vào
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Các chế độ đầu vào -amp Op lý tưởng
• Chế độ chung (Common mode)
• Hai tín hiệu cùng , pha tần số, điện áp được đưa tới hai vào đầu
• Chúng có xu hướng triệt lẫn tiêu nhau
• Tín hiệu đầu ra bằng không
• Ý : nghĩa
• Tín không mong hiệu muốn xuất hiện ở đầu cả 2 vào không
làm ảnh hưởng đến tín hiệu mong muốn ở đầu ra
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Các tham số của Op-amp
• Đọc giáo trình (T607-612)
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ khuếch đại không đảo (noninverting Amplifier)
• Xét tại điểm N:
out
N i
f i
V
V R
R R
• Xét tại điểm P:
P in
V V
• OP lý tưởng có:
P N
V V
nên:
• Do đó:
(1 )
f
out in
i
R
V V
R
• Hệ số khuếch đại điện áp vòng lặp kín:
( )
(1 )
f
cl NI
i
R
A
R
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ khuếch đại đảo (inverting Amplifier)
• Xét tại điểm N:
0
in N N out
i f
V V V V
R R
• Xét tại điểm P:
0 ( )
P
V V
• OP lý tưởng có:
P N
V V
• Do đó:
• Hệ số khuếch đại điện áp vòng lặp kín:
( )
f
cl I
i
R
A
R
f
out
i
R
V
R
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ cộng đảo
Trường hợp 2 đầu vào
• Xét tại điểm N:
1 2
1 2
0
IN N IN N N out
f
V V V V V V
R R R
• Xét tại điểm P:
0 ( )
P
V V
• OP lý tưởng có:
P N
V V
• Do đó:
• Khi R :
1
=R
2
=R
f
1 2
( )
out IN IN
V V V
1 2
1 2
( )
IN IN
out f
V V
V R
R R
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ cộng đảo
Trường hợp nhiều đầu vào
• Xét tại điểm N:
1
1
0
IN N N N out
n f
V V V V V V
R R R
• Xét tại điểm P:
0 ( )
P
V V
• OP lý tưởng có:
P N
V V
• Do đó:
• Khi R :
1
=R
2
=…=R =R
n f
1 2
( ... )
out IN IN INn
V V V V
1
1
(
IN
out f
n
V V
V R
R R
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ cộng không đảo
Trường hợp đầu hai vào
• Xét tại điểm N:
3
3
out
N
f
V
V R
R R
• Xét tại điểm P:
1 2
1 2
0
in P in P
V V V V
R R
• OA lý tưởng có:
P N
V V
1 2
1 2 1 2
1 1
0
in in
P
V V
V
R R R R
1 2
3
1 2 1 2 3
1 1
0
in in out
f
V V V
R
R R R R R R
1 2
1 2
3
1 2
1
1 1
in in
f
out
V V
R
R R
V
R
R R
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ cộng không đảo
Trường hợp nhiều đầu vào
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Mạch hiệu
• Xét tại điểm N:
1
1
0
IN N N out
f
V V V V
R R
• Xét tại điểm P:
2
3
2 3
IN
P
V
V R
R R
1
1 1
1 1
IN
out f N
f
V
V R V
R R R
• AO lý tưởng có:
P N
V V
• Do đó:
3 1
2
2 3 1 1
1 1
IN
out f IN
f
R V
V R V
R R R R R
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Mạch tích phân
• Điện tích trên : tụ
.
C
Q I t
.
C
Q C V
• Do đó:
C
C
I
V t
C
• Tại N:
0
in C
I I
0
in
C
i
V
I
R
in
C
i
V
I
R
.
in
C
i
V
V t
R C
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Mạch tích phân ( ) tiếp
• Tốc độ thay đổi điện áp đầu : ra
out C
V I
t C
(do V
out
là điện áp trên bản cực âm của tụ nên khi
tụ nạp điện áp giảm dần từ 0 đến -V
max
)
.
in
i
V
R C
???
out
V
t
• Điện áp đầu : ra
1
.
out in
i
V V dt
R C
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Mạch vi phân
• Từ sơ đồ mạch ta có:
C in
I I
• Điện áp đầu : ra
.
out R f
V I R
C in
V V
• Từ Công : thức
C
C
I
V t
C
• OA lý nên: tưởng
R in
I I
Do : đó
C
f
V
R C
t
.
out in f
V I R
C
C
V
I C
t
1. Khuếch đại đo lường (hai vào đầu vi sai, một đầu ra)
Đầu vào không đảo
(+)
Đầu đảo vào (-)
+Xác R : Xét vào Ađịnh
G
đầu
1
5.3. Các -Amp cho mạch Op mục đích đặc biệt
2. Bộ khuếch cách ly ghép tụ cơ bản
5.3. Các -Amp cho mạch Op mục đích đặc biệt
Điều chế rộng độ xung
5.3. Các -Amp cho mạch Op mục đích đặc biệt
3. Bộ khuếch cách ly kết hợp biến áp
Ứng dụng trong Y tế như thiết bị dò tim
thai
5.3. Các -Amp cho mạch Op mục đích đặc biệt
4. Bộ chuyển điện điện đổi dòng sang áp
5.3. Các -Amp cho mạch Op mục đích đặc biệt
5. Bộ chuyển điện điện đổi áp sang dòng
5.3. Các -Amp cho mạch Op mục đích đặc biệt
| 1/23
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

Chương 5: Bộ khuếch đại thuật toán
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
5.2. Các mạch khuếch đại thuật toán cơ bản
5.3. Các mạch khuếch đại thuật toán cho mục đích đặc biệt
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Khuếch đại thuật toán: Operational Amplifier (Op-amp)
Ký hiệu của Op-amp Ký hiệu
Ký hiệu với nguồn cung cấp d c
Vì sao gọi là b
ộ khuếch đại?
• Khuếch đại sự sai lệch (rất nhỏ) giữa 2 đầu vào U  .
G (U U ) r P N • Khi U  0 thì  U  thì   N U G .U • Khi 0 U G.U r P P r N
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Op-amp lý tưởng
Op-amp thực tế Op-amp thực t ế Op-amp lý tưởng
• Hệ số khuếch đại bằng vô cùng
• Hệ số khuếch đại rất lớn • Băng thông v ô cùng • Băng thông lớn
• Trở kháng vào bằng v ô cùng
• Trở kháng vào rất lớn
• Trở kháng ra bằng không • Trở kháng ra nh ỏ • V =V và I =I =0 (A) N P N P
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Các chế đ ộ đầu vào O -
p amp lý tưởng
• Chế độ vi sai (Differential mode)
• Chế độ vi sai 1 đầu vào
• Tín hiệu được đưa ở một cửa, cửa còn lại nốt đất
• Tín hiệu vào ở cửa đảo, tín hiệu r
a được khuếch đại và có pha
ngược pha với tín hiệu vào
• Tín hiệu vào ở cửa không đảo, tín hiệu r
a được khuếch đại và có ph a cùng ph a với tín hiệu vào
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Các chế đ ộ đầu vào O -
p amp lý tưởng
• Chế độ vi sai (tiếp)
• Chế độ vi sai 2 đầu vào • Hoặc l
à hai tín hiệu ngược pha được đưa tới hai đầu vào
• Hoặc sử dụng một tín hiệu đơn nối giữa hai đầu vào
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Các chế đ ộ đầu vào O -
p amp lý tưởng
• Chế độ chung (Common mode) • Hai tín hiệu cùng ph , a tần số, điện á
p được đưa tới hai đầu vào • Chúng có x
u hướng triệt tiêu lẫn nhau
• Tín hiệu đầu ra bằng không • Ý nghĩa:
• Tín hiệu không mong muốn xuất hiện ở cả 2 đầu vào không
làm ảnh hưởng đến tín hiệu mong muốn ở đầu ra
5.1. Tổng quan về khuếch đại thuật toán
Các tham số của Op-amp
• Đọc giáo trình (T607-612)
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ khuếch đại không đảo (noninverting Amplifier) V • Xét tại điểm N: out V  R N i R R f i
• Xét tại điểm P: V V P in
• OP lý tưởng có: V V P N V nên: out V V   R P in i R R f i R • Do đó: V  (1 f  ) V out in Ri R
• Hệ số khuếch đại điện áp vòng lặp kín: A  (1 f  ) cl( NI ) Ri
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ khuếch đại đảo (inverting Amplifier)  
• Xét tại điểm N: V V V V in N N out   0 R R i f
• Xét tại điểm P: V  0 (V ) P
• OP lý tưởng có: V V P N R f • Do đó: V   o u t R i R
• Hệ số khuếch đại điện áp vòng lặp kín: f A   cl( I ) Ri
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ cộng đảo
Trường hợp 2 đầu vào • Xét tại điểm N: VV VV V V IN1 N IN 2 N N out    0 R R R 1 2 f
• Xét tại điểm P: V  0 (V ) P
• OP lý tưởng có: V V P N V V • Do đó: IN 1 IN 2 V  R (  ) out f R R 1 2 • Khi R =R =R :    1 2 f V (V V ) out IN 1 IN 2
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ cộng đảo
Trường hợp nhiều đầu vào • Xét tại điểm N: VV VV V V IN1 N N N out    0 R R R 1 n f
• Xét tại điểm P: V  0 (V ) P
• OP lý tưởng có: V V P N V V • Do đó: 1 V
 R ( IN out f R R 1 n • Khi R =R =…=R =R :      1 2 n f V (V V ... V ) out IN 1 IN 2 INn
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ cộng không đảo
Trường hợp hai đầu vào Vout   • Xét tại điểm N: V R N 3 R R 3 f   • Xét tại điểm P: V V V V i 1 n P in2 P   0 R R 1 2  V V   1 1  in1 in 2     V      0 PR R   R R  1 2 1 2      
• OA lý tưởng có: V V V V 1 1 V i 1 n in2 out              P N R 0 3 R R R RR R       1 2 1 2  3 fV V in 1 in 2     Rf R R 1 2 V  1   outR 1 1  3  R R 1 2
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Bộ cộng không đảo
Trường hợp nhiều đầu vào
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng Mạch hiệu  
• Xét tại điểm N: V V V V I 1 N N N out   0 R R 1 f   1 1  VIN1
V R V       out f N R R   R     1 f 1  • Xét tại điểm P: VIN 2 V   R P 3 R R 2 3
• AO lý tưởng có: V V P N     • Do đó: R 1 1 V 3 IN 1 VR     V    out f IN 2   R   R R R R     2 3 1 f 1 
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng Mạch tích phân • Điện tích trên t :
ụ Q I .t C Q  . C VCI  • Do đó: C V     t CC V V • Tại N: I I  0 in    inI in C I 0 C C R R i i VinV  t C R .C i
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng
Mạch tích phân (tiếp) V
• Tốc độ thay đổi điện áp đầu r : a out  ??? tVI V out C   in   tC R .C i (do V l
à điện áp trên bản cực â m của tụ nên khi out tụ nạp điện á
p giảm dần từ 0 đến -V ) max 1 • Điện áp đầu r : a V   V dt out in R .C i
5.2. Các bộ khuếch đại thuật toán thông dụng Mạch vi phân
• Từ sơ đồ mạch ta có: I I V V C in C inI  V  • Từ Công thức: C V     t CI     C CC Ct  • Điện áp đầu r : a V  I .R out R f   • OA lý tưởng nên: I I VC R in Do đó: V
 I .R    out in f   R C ft
5.3. Các mạch O -
p Amp cho mục đích đặc biệt
1. Khuếch đại đo lường (hai đầu vào vi sai, mộ t đầu ra)
+Xác định R : Xét đầu vào A G 1
Đầu vào không đảo Đầu vào đảo (-) (+)
5.3. Các mạch O -
p Amp cho mục đích đặc biệt
2. Bộ khuếch cách ly ghép tụ cơ bản
5.3. Các mạch O -
p Amp cho mục đích đặc biệt
Điều chế độ rộng xung
5.3. Các mạch O -
p Amp cho mục đích đặc biệt
3. Bộ khuếch cách ly kết hợp biến áp
Ứng dụng trong Y tế như thiết bị dò tim thai
5.3. Các mạch O -
p Amp cho mục đích đặc biệt
4. Bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp
5.3. Các mạch O -
p Amp cho mục đích đặc biệt
5. Bộ chuyển đổi điện áp sang dòng điện