Giáo trình điện tử tương tự lê trần công (chủ biên)

Bộ khuếch đại đảo- Hệ số khuếch đại hở mạch của một bộ khuếch đại thuật toán rất lớn điển hình khoảng 100 000 lần hay 100dB.. - Chú ý: Với bộ khuếch đại thực, trở kháng vào và hệ số khuế

Tuyên b  b n quy n ố ả ề

Tài li u này là lo i giáo trình n i b  dùng trong nhà trệ ạ ộ ộ ường v i ớ

m c đích làm tài li u gi ng d y cho giáo viên và h c sinh, sinh viên nên ụ ệ ả ạ ọcác ngu n thông tin có th  đồ ể ược tham kh o.ả

Tài li u ph i do trệ ả ường Cao đ ng ngh  Công nghi p Hà N i in  n ẳ ề ệ ộ ấ

và phát hành. 

Vi c s  d ng tài li u này v i m c đích thệ ử ụ ệ ớ ụ ương m i ho c khác v i ạ ặ ớ

m c đích trên đ u b  nghiêm c m và b  coi là vi ph m b n quy n.ụ ề ị ấ ị ạ ả ề

Trường Cao đ ng ngh  Công nghi p Hà N i xin chân thành c m ẳ ề ệ ộ ả

n các thông tin giúp cho nhà tr ng b o v  b n quy n c a mình

L I NÓI Đ UỜ Ầ  

Trong chương trình đào t o c a các trạ ủ ường trung c p ngh , caoấ ề  

đ ng ngh  Đi n t  công nghi p th c hành ngh  gi  m t v  trí r t quanẳ ề ệ ử ệ ự ề ữ ộ ị ấ  

tr ng: rèn luy n tay ngh  cho h c sinh. Vi c d y th c hành đòi h i nhi uọ ệ ề ọ ệ ạ ự ỏ ề  

y u t : v t t  thi t b  đ y đ  đ ng th i c n m t giáo trình n i b , mangế ố ậ ư ế ị ầ ủ ồ ờ ầ ộ ộ ộ  tính khoa h c và đáp  ng v i yêu c u th c t ọ ứ ớ ầ ự ế

N i dung c a giáo trình “Đi n t  tộ ủ ệ ử ương t ” đã đự ược xây d ng trênự  

c  s  k  th a nh ng n i dung gi ng d y c a các trơ ở ế ừ ữ ộ ả ạ ủ ường, k t h p v iế ợ ớ  

nh ng n i dung m i nh m đáp  ng yêu c u nâng cao ch t lữ ộ ớ ằ ứ ầ ấ ượng đào t oạ  

ph c v  s  nghi p công nghi p hóa, hi n đ i hóa đ t nụ ụ ự ệ ệ ệ ạ ấ ước,. 

Giáo trình được biên so n ng n g n, d  hi u, b  sung nhi u ki nạ ắ ọ ễ ể ổ ề ế  

th c m i và biên so n theo quan đi m m , nghĩa là, đ  c p nh ng n iứ ớ ạ ể ở ề ậ ữ ộ  dung c  b n, c t y u đ  tùy theo tính ch t c a các ngành ngh  đào t oơ ả ố ế ể ấ ủ ề ạ  

mà nhà trường t  đi u ch nh cho thích h p và không trái v i quy đ nh c aự ề ỉ ợ ớ ị ủ  

chương trình khung đào t o cao đ ng ngh ạ ẳ ề

Tuy các tác gi  đã có nhi u c  g ng khi biên so n, nh ng giáo trìnhả ề ố ắ ạ ư  

ch c ch n không tránh kh i nh ng thi u sót, r t mong nh n đắ ắ ỏ ữ ế ấ ậ ược sự tham gia đóng góp ý ki n c a các b n đ ng nghi p và các chuyên gia kế ủ ạ ồ ệ ỹ thu t đ u ngành.ậ ầ

Xin trân tr ng c m  n! ọ ả ơ

      CHƯƠNG TRÌNH MÔN H C ĐI N T  TỌ Ệ Ử ƯƠNG TỰ

* Tính ch t c a môn h c: Là môn h c b t bu c.ấ ủ ọ ọ ắ ộ

II. M C TIÊU C A MÔN H CỤ Ủ Ọ :  

Sau khi h c xong mô đun này h c viên có năng l cọ ọ ự

* V  ki n th c: ề ế ứ

­ Trình bày được nguyên lý ho t đ ng, công d ng c a các m chạ ộ ụ ủ ạ  

đi n dùng vi m ch tệ ạ ương t ự

­ Gi i thích đả ược các s  đ   ng d ng vi m ch tơ ồ ứ ụ ạ ương t  trongự  

th c tự ế

* V  k  năng: ề ỹ

­ Phân tích được các nguyên nhân h  h ng trên m ch  ng d ngư ỏ ạ ứ ụ  dùng vi m ch tạ ương t ự

­ Ki m tra, thay th  để ế ược các linh ki n h  h ng trên các m chệ ư ỏ ạ  

đi n t  dùng vi m ch tệ ử ạ ương t ự

* V  thái đ : ề ộ

­ Rèn luy n cho h c sinh thái đ  nghiêm túc, t  m , chính xácệ ọ ộ ỉ ỉ  trong th c hi n công vi c. ự ệ ệ

III. N I DUNG C A MÔN H C: Ộ Ủ Ọ

1. N i dung t ng quát và phân b  th i gian: ộ ổ ổ ờ

­ Vi m ch công su t âmạ ấ  

* Ghi chú:  Th i gian ki m tra lý thuy t đ ờ ể ế ượ c tính vào gi  lý thuy t, ờ ế  

ki m tra th c hành đ ể ự ượ c tính vào gi  th c hành ờ ự

       ­ Phân tích được nguyên lý ho t đ ng c a các m ch khu ch đ iạ ộ ủ ạ ế ạ  

đ o, m ch khu ch đ i không đ o, m ch c ng, m ch tr , m ch nhân,ả ạ ế ạ ả ạ ộ ạ ừ ạ  

m ch nhân, m ch chia, m ch khu ch đ i vi sai, m ch vi phân, m chạ ạ ạ ế ạ ạ ạ  tích phân, m ch logarit dùng khu ch đ i thu t toánạ ế ạ ậ

      ­ Tính toán được các thông s  ho t đ ng c a các m ch khu ch đ iố ạ ộ ủ ạ ế ạ  thông d ng trênụ

      ­ Thi t k  đế ế ược các m ch  ng d ng cho m t s  m ch thông d ngạ ứ ụ ộ ố ạ ụ  trên

       ­ Ki m tra, thay th  để ế ược các linh ki n h  h ng trên m ch  ngệ ư ỏ ạ ứ  

d ng trênụ

      ­ Ch  đ ng và tích c c trong h c t p và rèn luy nủ ộ ự ọ ậ ệ

N i dung:      Th i gian:20gi  (LT:6gi ;  ộ ờ ờ ờ

TH:13gi ) ờ

2.1. M ch khu ch đ i đ oạ ế ạ ả Th i gian: 3 gi    ờ ờ

2.2. M ch khu ch đ i không đ oạ ế ạ ả Th i gian: 3 gi    ờ ờ

­ Th c hi n các m ch dao đ ng đúng yêu c u k  thu tự ệ ạ ộ ầ ỹ ậ

­ Rèn luy n tính t  m , chính xác, an toàn và v  sinh công nghi pệ ỷ ỉ ệ ệ

N i dung:      Th i gian: 10 gi  (LT: 4 gi ; TH: ộ ờ ờ ờ  

6 gi ) ờ

3.1. M ch dao đ ng sinạ ộ Th i gian: 2 gi    ờ ờ

3.2. M ch dao đ ng không sinạ ộ Th i gian: 3 gi    ờ ờ

3.3. Các m ch t o sóng đ c bi tạ ạ ặ ệ Th i gian: 5 gi    ờ ờ

­ Rèn luy n tính t  m , chính xác, an toàn và v  sinh công nghi pệ ỷ ỉ ệ ệ

N i dung:      Th igian: 10 gi  (LT: 3 gi ; TH: 7 ộ ờ ờ ờ  

gi ) ờ

4.1. M ch ngu n dùng IC  n ápạ ồ ổ Th i gian: 4 gi    ờ ờ

1.1. H  78xx/79xxọ1.2. H  78Lxx/79Lxxọ

4.2. Các m ch  ng d ngạ ứ ụ Th i gian: 6 gi    ờ ờ

      Chương 5: Các vi m ch tạ ương t  thông d ng ự ụ

5.2. Vi m ch công su t âm t nạ ấ ầ Th i gian: 5 gi ờ ờ

5.4. Vi m ch ghi ­ phát âm t nạ ầ Th i gian:5 gi ờ ờ

IV. ĐI U KI N TH C HI N CHỀ Ệ Ự Ệ ƯƠNG TRÌNH:

* V t li u:ậ ệ

­ Vi m ch tạ ương t  các lo i ự ạ

­ Linh ki n đi n t  các lo i.ệ ệ ử ạ

­ Máy hi n sóng 2 tia có b  nh  (memory).ệ ộ ớ

­ Ngu n  n áp thay đ i đồ ổ ổ ược

­ Vi m ch khu ch đ i công su t.ạ ế ạ ấ

­ Gi i thích đả ược s  đ  m ch.ơ ồ ạ

*  V  k  năng: Đánh giá k  năng th c hành theo nh ng n i dung sau:ề ỹ ỹ ự ữ ộ

­ Ki m tra k  năng th c hành l p ráp, m ch đi n theo yêu c u c a bàiể ỹ ự ắ ạ ệ ầ ủ  

được đánh giá theo các tiêu chu n:ẩ

+ Đ  chính xác.ộ

+ Tính th m m ẩ ỹ

+ Ch t lấ ượng làm vi c ệ

+ Th i gian th c hi n công vi cờ ự ệ ệ

* Thái đ : Đánh giá phong cách h c t p th  hi n  : T  m , c n th n,ộ ọ ậ ể ệ ở ỉ ỉ ẩ ậ  chính xác, ngăn n p trong công vi c.ắ ệ

VI. HƯỚNG D N CHẪ ƯƠNG TRÌNH:

1. Ph m vi áp d ng ch ạ ụ ươ ng trình: 

­   Chương trình môn h c đọ ược s  d ng đ  gi ng d y cho trình đử ụ ể ả ạ ộ trung c p và cao đ ng ngh  ấ ẳ ề

­  Chương trình có th  dùng đ  d y h c sinh ng n h n (s  c p ngh )ể ể ạ ọ ắ ạ ơ ấ ề  

có trình đ  văn hóa t t nghi p ph  thông c  s  có nhu c u chuy n đ iộ ố ệ ổ ơ ở ầ ể ổ  ngh ề

2. H ướ ng d n m t s   đi m chính v  ph ẫ ộ ố ể ề ươ ng pháp gi ng d y môn ả ạ  

h c:  ọ

N i dung độ ược biên so n theo c u trúc môn h c nên c n l u ý m t sạ ấ ọ ầ ư ộ ố 

­  V  phân b  th i gian: Căn c  vào th c t  c a n i đào t o, giáo viênề ổ ờ ứ ự ế ủ ơ ạ  

có th  thay đ i n i dung, nh ng v n ph i đ m b o s  gi  qui đ nh.ể ổ ộ ư ẫ ả ả ả ố ờ ị

­  V   n i dung chi ti t trong chề ộ ế ương trình: Căn c  vào th c t  trangứ ự ế  

b  c a nhà trị ủ ường ho c nhu c u đào t o t i đ a phặ ầ ạ ạ ị ương, nhà trườ  ng

có th  thay th  các h  OP­AMP tể ế ọ ương thích v i nhu c u đào t o vàớ ầ ạ  thi t b  hi n có, nh ng v n ph i đ m b o m c tiêu c a môn hoc.ế ị ệ ư ẫ ả ả ả ụ ủ

4. Tài li u c n tham kh o: ệ ầ ả

[1] Đ  cề ương môđun/môn h c ngh  S a ch a thi t b  đi n t  côngọ ề ử ữ ế ị ệ ử  nghi pệ ”, D  án Giáo d c k  thu t và D y ngh  (VTEP), T ng ự ụ ỹ ậ ạ ề ổ  

BÀI 1:  KHU CH Đ I THU T TOÁN (OP­AMP)Ế Ạ Ậ

H c xong bài này h c viên s  có kh  năng:ọ ọ ẽ ả

- Trình bày chính xác đ nh nghĩa, kí hi u, các tính ch t c  b n và cácị ệ ấ ơ ả  tham s  c  b n c a vi m ch khu ch đ i thu t toán.ố ơ ả ủ ạ ế ạ ậ

-  Trình bày đúng kí mã hi u và các tham s  đ c tr ng c a m t s  việ ố ặ ư ủ ộ ố  

m ch khu ch đ i thu t toán (OP­AMP) thông d ng.  ạ ế ạ ậ ụ

N i dung:ộ

NÔI DUNG CHÍNH

18.1 Đ nh nghĩa và kí hi u c a vi m ch thu t toánị ệ ủ ạ ậ

M c tiêu ụ : Bi t đế ược đ nh nghĩa,  ị Kí hi u, hình d ng, đ c tính c a Op­ệ ạ ặ ủ  Amp

18.1.1 Đ nh nghĩa ị

- Vi m ch khu ch đ i thu t toán (Operational Amplifier) goi t t  ạ ế ạ ậ ắ là Op­ có kh  năngả  th c hi n cácự ệ  phép bi n đ i toán h c nh  c ng tr , bi nể ổ ọ ư ộ ừ ế  

đ i t  l , viổ ỷ ệ  tích phân, khu ch đ i, bi n đ i tín hi u, các b  l c tích c c,ế ạ ế ổ ệ ộ ọ ự  

t o hàm trong các tín hi u tạ ệ ương t ự

- Vi m ch khu ch đ iạ ế ạ  thu t toán bên trong g m các t ng khu ch đ iậ ồ ầ ế ạ  

vi sai, dùng khu ch đ i tín hi u vào, khu ch đ i đ u ra. cho phép khế ạ ệ ế ạ ầ ả năng t i dòng l n, có các m ch ch ng ng nả ớ ạ ố ắ  m ch và h n ch  dòngạ ạ ế  

đi n.Vi m ch khu ch đ i thu t toán ph  d ng là 741.ệ ạ ế ạ ậ ổ ụ  

18.1.2 Kí hi u ệ

 Hình 18.1 Kí hi u và hình d ng c a vi m ch thu t toán (Op­ệ ạ ủ ạ ậAmp)

Vin­  là đi n áp ngõ vào t i (­)  g i la  ngõ vào đ o.ệ ạ ọ ̀ ả

Vin+  là đi n áp t i ngõ vào (+)  g i la  ngõ vào không đ o.ệ ạ ọ ̀ ả Iin­  là dòng đi n ngõ vào t i (­).ệ ạ

 Iin+  là dòng đi n t i ngõ vào (+).  ệ ạ

 Hình 18.2 S  đ  bên trong c a m ch khu ch đ i thu t toán 741:ơ ồ ủ ạ ế ạ ậ

 Hình 18.3 S  đ  chân c a vi m ch thu t toán (Op­Amp)ơ ồ ủ ạ ậ

- Op­amp thường được đóng gói dướ ại d ng linh ki n tích h p 8 chânệ ợ  hay 16 chân, tùy lo i mà bên trong nó ch a 1(Single Op­amp), 2 (Dual Op­ạ ứamp) hay 4 Op­amp (Quad Op­amp). Tính năng c a t ng chân IC đủ ừ ượ  ctiêu chu n hóa nên ta có th  thay th  các IC Op­amp tẩ ể ế ương đương

- Cách xác đ nh chân s  1 trên IC Op­ampị ố  xoay IC v  hề ướng mình, làm sao cho b n có th  đ c đạ ể ọ ược ký hi u và mã linh ki n. Chân đ u tiênệ ệ ầ  

t  bên trái qua,   hàng chân phía dừ ở ướ ượi đ c đánh b ng m t d u tròn đ nhằ ộ ấ ị  

v  âm trên l ng IC – đó là chân s  1, b t đ u t  chân này s  chân s  đị ư ố ắ ầ ừ ố ẽ ượ  cđánh d u tu n t  theo chi u ngấ ầ ự ề ược kim đ ng h , do v y đ i di n chânồ ồ ậ ố ệ  

s  1 s  là chân s  8 (v i lo i IC có 8 chân).ố ẽ ố ớ ạ

18.2 Các tính ch t c  b n c a OP­AMPấ ơ ả ủ

M c tiêu:Bi t đụ ế ượccác tính ch t c  b n c a OP­AMP.ấ ơ ả ủ

Tr  khang vao rât l n c  t  hang trăm Kở ́ ̀ ́ ớ ơ ữ ̀ ̀  t i hang Mớ ̀  

Tr  khang ra rât nho c  t  hang ở ́ ́ ̉ ơ ữ ̀ ̀  t i vai chuc ớ ̀ ̣

Hê sô khuêch đai Kd t  vai trăm t i hang triêu lân.̣ ́ ́ ̣ ừ ̀ ớ ̀ ̣ ̀

Đap  ng tân sô co gi i han.́ ứ ̀ ́ ́ ớ ̣

Khi xét tr ng thái lý tạ ưởng:

Tr  khang vao la vô cung, Zở ́ ̀ ̀ ̀ v

Tr  khang ra băng không, Zở ́ ̀ r = 0.

Hê sô khuêch đai Ḳ ́ ́ ̣ d 

Đap  ng tân sô la nh  nhau   moi tân sô.́ ứ ̀ ́ ̀ ư ở ̣ ̀ ́

T  tính ch t trên đ i v i Op­Amp lý từ ấ ố ớ ưởng ta có đ c đi m quan tr ng:ặ ể ọ

Đi n áp ngõ vào Vệ in+ = Vin­ 

Dòng đi n ngõ vào Iệ in+ = Iin­

18.3 Các tham s  c  b n c a b  KDTTố ơ ả ủ ộ

M c tiêu:Bi t đụ ế ược hê sô khuêch đai tín hiêu, đ c tuy n truy n đ t, Ḥ ́ ́ ̣ ̣ ặ ế ề ạ ệ 

s  khu ch đ i đ ng pha, ty sô nen tin hiêu đông pha, dong vao tinh va điênố ế ạ ồ ̉ ́ ́ ́ ̣ ̀ ̀ ̀ ̃ ̀ ̣  

Nêu V́ in­ = 0  thi V̀ ra = Kd. Vin + nên Vra đông pha v i tin hiêu vao. ̀ ớ ́ ̣ ̀

Vây đi n áp Ṿ ệ in+ t i ngõ vào (+)  g i la  ngõ vào không đ o.ạ ọ ̀ ả

18.3.2 Đ c tuy n truy n đ t ặ ế ề ạ

Đ i v i Op­ Amp đi n áp ngõ ra không nh ng ph  thu c vào đi nố ớ ệ ữ ụ ộ ệ  

áp ngõ vào mà còn ph  thu c vào ngu n cung c p. ụ ộ ồ ấ

Đi n áp Vệ ra ch  đ t môt dai điên ap nhât đinh t  Vỉ ạ ̣ ̉ ̣ ́ ́ ̣ ừ rmin t i Vớ rmax. 

Giá tr  Vị rmin thường l n h n –Vớ ơ SS t  1V đ n 3V.ừ ế

Giá tr  Vị rmax thường nh  h n +Vỏ ơ SS t  1V đ n 3V.ừ ế

 Hình 18.4 Đ c tuy n hàm truy n đ t ngõ ra c a Op­Amp.ặ ế ề ạ ủ

V y Op­Amp ho t đ ng theo 3 vùng riêng bi t:ậ ạ ộ ệ

 Đi n áp Vệ ra= Vrmin g i là vùng bão hòa âm.ọ

Đi n áp Vệ ra= Vrmax g i là vùng bão hòa dọ ương

18.3.3 H  s  khu ch đ i đ ng pha ệ ố ế ạ ồ

H  s  khu ch đ i đ ng pha đệ ố ế ạ ồ ược đ nh nghĩa: ị

 g i là s  thay đ i m c đi n áp ngõ ra.ọ ự ổ ứ ệ

 g i là s  thay đ i m c đi n áp ngõ vào.ọ ự ổ ứ ệ

Kcm có giá tr  luôn nh  h n Kị ỏ ơ d. ph  thu c vào đi n áp ngõ vào đ ngụ ộ ệ ồ  pha

18.3.4. Ty sô nen tin hiêu đông phả ́ ́ ́ ̣ ̀ CMRR(common mode rejection ratio)

- Đ a đi n áp Vư ệ in+ = Vin­  theo ly thuyêt V́ ́ ra = Kd.(Vin + ­ Vin­) = 0. 

- Nh ng th c tê  Vư ự ́ ra  0 nh  vây ta tính Vư ̣ ra = Kcm.Vcm

Vcm = Vin+ = Vin­   g i là đi n áp đ ng pha.ọ ệ ồ

Kcm g i là h  s  khu ch đ i đ ng pha.ọ ệ ố ế ạ ồ

- Đê đanh gia kha năng lam viêc cua Op­ Amp th c so v i Op­ Amp̉ ́ ́ ̉ ̀ ̣ ̉ ự ớ  

ly t́ưởng ngươi ta đ a ra hê sô CMRR đê so sanh.̀ ư ̣ ́ ̉ ́

 Hình 18.5 Trình bày tín hi u ngõ ra th c và lý tệ ự ưởng khi Vin+  = Vin­ 

 Giá tr  ị    kho ng  10ả 3 đ n 10ế 5

Chu y:́ ́ Ty sô nen tin hiêu đông pha th̉ ́ ́ ́ ̣ ̀ ương đ̀ ược tinh theo đ n vi decibeĺ ơ ̣

c

d K

K dB

CMRR( ) 20 lg (khoang 76dB – 100dB)̉

18.3.5 Dong vao tinh va điên ap lêch không̀ ̀ ̃ ̀ ̣ ́ ̣

- Dong vao tinh la gia tri trung binh c a dòng đi n ngõ vào Ì ̀ ̃ ̀ ́ ̣ ̀ ủ ệ in­ , Iin+

Ta có    v i Vớ in+ = Vin­  = 0

- Dong vao lêch không la hiêu dòng đi n ngõ vào Ì ̀ ̣ ̀ ̣ ệ in­ , Iin+

Ta có Io = Iin+ ­ Iin­   Thông thương Ì o = 0,1It. Hai thông sô nay chó ̀  thây tinh không ly t́ ́ ́ưởng cua bô Op­ Amp chung phu thuôc vao nhiêt đô.̉ ̣ ́ ̣ ̣ ̀ ̣ ̣

- Dong vao lêch không la nguyên nhân gây ra V̀ ̀ ̣ ̀ r 0 khi Vin+  = Vin­  . 

Ngươi ta goi điên ap V̀ ̣ ̣ ́ r0 la điên ap lêch không. ̀ ̣ ́ ̣

- V y cân đăt gi a hai đâu ngõ vao m t đi n áp b ng Vậ ̀ ̣ ữ ̀ ̀ ộ ệ ằ r0 đê điên aṕ̉ ̣  

ra băng 0 V. Noi cach khac, điên ap lêch không la điên ap đê cân băng điêǹ ́ ́ ́ ̣ ́ ̣ ̀ ̣ ́ ̉ ̀ ̣  

ap rât nho tôn tai   đâu vao. ́ ́ ̉ ̀ ̣ ở ̀ ̀

+ -

-  Đ  cho đi n áp ngõ ra b ng 0 thì ta ph i bù đi n áp Vể ệ ằ ả ệ r0  gi a haiữ  

đ u đi n áp ngõ vào Vầ ệ in+ , Vin­. 

18.4 Gi i thi u m t s  vi m ch khu ch đ i thu t toán thông d ngớ ệ ộ ố ạ ế ạ ậ ụ

M c tiêu: Bi t đụ ế ượ  m t s  vi m ch khu ch đ i thu t toán thông d ng:c ộ ố ạ ế ạ ậ ụ  

h   Op­Amp LM 101và LM 741.ọ

18.4.1 Op­Amp LM 101

Kí hi u mã ệ

- Op­Amp LM101AJ ; LM101J/ 883; LM201AN;  LM301AN có cùng 

m t s  đ c đi m chung đ c đi m nên có th  thay th  nhau độ ố ặ ể ặ ể ể ế ược

- Op­Amp LM101AH ; LM101AH/ 883; LM201AH;   LM301AH có cùng m t s  đ c đi m chung đ c đi m nên có th  thay th  nhauộ ố ặ ể ặ ể ể ế  

được

18.4.2 Op­Amp LM 741

Kí hiêu mã

 Hình 18.10 S  đ  chân h  LM 741H; LM741J; LM741Wơ ồ ọ

- Op­Amp   LM741H;   LM741H/883;   LM741AH/883;   LM741CH   có cùng m t s  đ c đi m chung nên có th  thay th  nhau độ ố ặ ể ể ế ược

- Op­Amp LM741J;  LM741J/883;  LM741CN có cùng m t s   đ cộ ố ặ  

đi m chung nên có th  thay th  nhau để ể ế ược

Các Thông s  k  thu t h  LM741 ố ỹ ậ ọ

  BÀI 2.    Ứ ng d ng c a khu ch đ i thu t toỏn ụ ủ ế ạ ậ

I Các sơ đồ cơ bản của bộ KĐTT

- 1 Bộ khuếch đại đảo

- Hệ số khuếch đại hở mạch của một bộ khuếch đại thuật toán rất lớn (điển hình khoảng 100 000 lần hay 100dB) Hệ số này quá lớn nên sẽ gây mất ổn định cho mạch, do đó không đợc sử dụng trên thực tế

điểm “đất ảo”

- Dòng chảy qua R1 đợc cho bởi:

- Chú ý: Với bộ khuếch đại thực, trở kháng vào và hệ số khuếch

đại không phải là vô cùng nhng cũng rất lớn do đó công thức trên có thể chấp nhận đợc

2 Mạch khuếch đại không đảo

- Một mạch khuếch đại không đảo đơn giản đợc chỉ ra nh ở hình dới đây

- Để ổn định mạch khuếch đại, một phần tín hiệu ra đợc lấy quay trở về đầu vào đảo (hồi tiếp âm)

sẽ tạo thành mạch phân áp đối với điện áp ra Vr

- Từ đó, suy ra hệ số khuếch đại:

2 1

R

R Vv

Vr

K

- Các công thức trên đúng cho mạch KĐTT thực tế có hệ số khuếch đại lớn và trở kháng vào cao

- Chú ý: Từ công thức trên thấy rằng hệ số khuếch đại của mạch không đảo không thể nhỏ hơn 1, hệ số này chỉ bằng 1 khi R2=0 hoặc R1 =

- Mỗi đầu vào sẽ tạo tác động trên đầu ra độc lập với nhau Bởi thế, điện áp ra đợc xác định bằng tổng kết quả tính với mỗi

đầu vào

3

* 2 1

3

* 1

R

R V R

R V

V r

Dấu “ “ biểu thị đầu ra sẽ ngợc pha với tín hiệu vào

- Từ công thức trên, nếu yêu cầu đầu ra là tổng của các đầu vào thì tỷ số R3/R1= R3/R2 = 1 Lúc này:

- Mạch khuếch đại tổng sẽ làm việc với cả tín hiệu dc lẫn tín hiệu ac

4 Mạch khuếch đại hiệu

- Mạch khuếch đại hiệu sẽ cho ta điện áp ra bằng hiệu của 2 (hay nhiều) điện áp vào Mạch điển hình sử dụng bộ KĐTT

để tính hiệu hai điện áp đợc chỉ ra trong hình dới

- Ta có thể tìm các công thức tính toán đối với mạch khuếch

đại hiệu, giả thiết rằng bộ KĐTT là lý tởng Vì trở kháng vào, trong trờng hợp này song song với R4, theo lý thuyết là vô cùng, nên điện áp vào cực không đảo sẽ là:

4

2

'

2

R R

R V

V

Vr

Vr

- Vì mạch KĐTT lý tởng có hệ số khuếch đại vô cùng nên điện

áp V1’=V2’ Do vậy, dòng I qua R1 là:

4

* 2 1 1

' 1 1

R

R R

R V V R

V V

2 1 ( 1 1

R R

R R

R V

R

R Vr

điện áp 0 V (điểm đất ảo) Bởi thế, dòng chảy qua điện trở

R sẽ đợc tính bởi tỷ số Vv chia cho R Toàn bộ dòng điện này

sẽ nạp cho tụ Nói cách khác, ta có:

dVr C

- Biến có thể đợc định nghĩa nh là thời gian cần thiết cho

điện áp Vr đạt tới biên độ bằng với điện áp vào, bắt đầu từ

điều kiện 0 và với điện áp vào là hằng số

- Xét với bộ KĐTT thực, ta có thể tìm đợc điện áp lệch không, xuất hiện nh là điện áp dc tại đầu vào và khi đợc tích phân sẽ xuất hiện tại đầu ra nh là một điện áp tăng tuyến tính Tơng

tự, một phần của dòng thiên áp cũng đợc tích phân, tạo nên sự thay đổi của điện áp ra

- Hai nguyên nhân gây lỗi trên thực tế sẽ đa bộ KĐTT đến trạng thái bão hoà Đây chính

điện áp vào

- Giả sử bộ KĐTT lý tởng, đầu vào

đảo sẽ có mức điện áp 0 (điểm đất

ảo), bởi thế, dòng chảy qua R đợc cho bởi:

cũng nh hệ số khuếch đại cũng tăng từ công thức trên ta thấy:

Vr tỷ lệ với (dựa vào đây ngời ta xây dựng mạch biến đổi tần số-điện áp)

- Theo lý thuyết, nếu tần số bằng vô cùng, tụ điện sẽ có dung kháng bằng 0, tức là hệ số khuếch đại bằng vô cùng với mạch vi phân Tuy nhiên, hệ số khuếch đại cao khiến mạch không ổn định Ngoài ra, vì hệ số khuếch đại gia tăng theo tần số, nên nhiễu giao thoa tại tần số cao sẽ đợc khuếch đại gây biến dạng tín hiệu ban đầu Do vậy điện trở R1 sẽ đợc mắc nối tiếp với tụ

C nh hình trên để giới hạn hệ số khuếch đại của mạch vi phân, với tỷ số R/R1 tại tần số cao khi dung kháng của tụ là rất nhỏ (nói cách khác là mở rộng dải tần hoạt động của mạch)

7 Mạch so sánh

- Mạch so sánh là mạch mà so sánh tín hiệu vào Vv và tín hiệu chuẩn Vref Điện áp ra của bộ so sánh Vr có thể nhận một trong hai giá trị: Vmin hay Vmax

- Trong ứng dụng này, mạch khuếch đại hoạt động trong miền không tuyến tính

- Xét mạch trong hình bên, giả thiết KĐTT là lý tởng, khi Vv>Vref thì đầu ra của bộ so sánh sẽ đạt tới mức điện áp d-

ơng max (bão hoà dơng); ngợc lại nếu Vv<Vref thì đầu ra đạt mức giá trị âm max (bão hoà âm)

- Hoạt động của mạch có đợc do hệ số khuếch đại rất cao, bởi vì một điện áp hiệu rất nhỏ cũng đủ để đa mạch vào trạng thái bão hoà

- Ta có thể thấy rằng mạch điện rất đơn giản không cần

có thêm các linh kiện ngoài ứng dụng chủ yếu của mạch là bộ phát hiện qua mức 0 và mạch tạo xung vuông

- 8 Mạch khuếch đại logarit

Vr Vr

Vv

Vref

Vr

- Mạch khuếch đại logarit có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu ra có quan hệ logarit với tín hiệu vào Sơ đồ mạch cho bộ khuếch

đại này đợc chỉ ra nh hình bên trong đó nhánh hồi tiếp gồm 1 Transistor

- Bộ KĐTT có hệ số khuếch đại rất cao, chỉ cần một điện áp lệch nhỏ cũng đủ để đa đầu ra tới trạng thái bão hoà Vì base của T nối đất

và Emitter nối đầu ra nên điện áp

ra bằng điện áp base-emitter nhng trái dấu

- Khi vBE tăng, dòng collector cũng tăng Do trở kháng vào rất cao (vì thế dòng đi vào đầu vào đảo có thể bỏ qua), dòng collector của T sẽ bằng dòng qua R Điều này khiến điện áp lệch giảm và do đó điện áp ra cũng giảm Để tránh bão hoà

điện áp lệch sẽ nằm trong dải V (do hệ số khuếch đại khoảng 100000)

- Trong chế độ hoạt động thông thờng, điện áp vBE của T là khoảng 0,5 – 1V; có nghĩa điện áp lệch sẽ rất nhỏ nên có thể coi đầu vào đảo nh là điểm đất ảo Dòng ic đa vào collector của T là:

- vBE = VT * h Io

ic

FE * ln

- Thay giá trị của ic trong (1) vào ta có:

Vv V

v

FE T

BE *ln * *

vin V

v

Vr

FE T

BE

*

* ln

- Viết phơng trình KCL cho nút N để tìm VN theo các nguồn

đầu vào đảo

Ur

Q1

+ U1 R1

Uv

Ln

Ln

Tổng(hiệu)

exp

Y=K.X1.X2X1

2)

- Viết phơng trình KCL cho nút P để tìm VP theo các nguồn

đầu vào thuận

- Cho VP = VN để tìm dạng điện áp đầu ra theo các điện áp

Rb

Ra

Rf

U1 IDEAL

- áp dụng KCL cho nút P ta có:

- ( 1// 2// // )( 1 2 )

0

2 1

2 1

2 1

Rn

V R

V R

V Rn R

R

V

Rn

V V R

V V R

V

V

n P

n P P

P

- Tơng tự, áp dụng dòng điện nút cho nút N ta có:

- ( 1// 2// // )( ) ( 1// 2// // // )

0

Rf Rn R

R Rf

V Rm

V Rb

V Ra

V Rn R

R

V

Rf

V V Rm

V V Rb

V V Ra

V

V

out m

b a N

out N m N b

N a

//

2 //

1 )(

2 1

Rm

V Rb

V Ra

V

Rf

Rf Rx Rb

Ra

Rf Rn

R R Rn

V R

V R

V

V

m b

a

n out

Bài tập mẫu:

- Cho mạch điện nh hình vẽ Tìm biểu thức của điện áp đầu

ra theo các đầu vào

012

43

2 1

Vout V

V V

V Vout V

V V

V

N

N N

4

0 4 6

3 3

3

V V

V

V V

V

P

P P

- Theo tính chất của bộ khuếch đại thuật toán điện áp tại cửa

đảo bằng điện áp tại cửa thuận nên ta có: VN = VP

- Do vậy :

3 2

1

5

16 3

4

5

2 8

8

3 2

V V

V Vout

V V

Vout V

- Vrut = X1.V1 + …+XnVn – Y1Va - … - YmVm

- Trong đó X1, X2, Xn là hệ số khuếch đại của các đầu vào không đảo

- Y1, Y2 …Ym là hệ số khuếch đại của các đầu vào đảo

- Giả sử mạch cần thiết kế có dạng sau:

- Tõ ph©n tÝch lý thuyÕt ngêi ta ®a ra c¸ch lµm nh sau:

R

k

k X

Rf

R

k

k X

Rf

R

30 4

120 3

3

20 6

120 2

2

12 10

120 1

1

k

k Z

Rf Ry

k

k Yb

Rf Rb

k

k Ya

Rf Ra

10 12

120

60 2

120

24 5

60k

30k

20k 12k 10k

U2 IDEAL Vb

3 ThiÕt kÕ mét m¹ch K§TT cã ph¬ng tr×nh cña ®iÖn ¸p ®Çu

ra chøa c¶ biÓu thøc tÝnh tæng, hiÖu, vi ph©n vµ tÝch ph©n.-

- Ta thùc hiÖn nh sau:

- Bíc 1: ThiÕt kÕ m¹ch dïng bé K§TT 1 thùc hiÖn phÐp tÝnh tæng, hiÖu

- Bíc 2: ThiÕt kÕ m¹ch dïng bé K§TT 2 thùc hiÖn phÐp tÝnh vi ph©n

- Bớc 3: Thiết kế mạch dùng bộ KĐTT 3 thực hiện phép tính tích phân

- Bớc 4: Dùng một bộ tổng với các hệ số bằng 1 để cộng các kết quả trên

IDEAL d

y2

y 10k

5k

10k

IDEAL a

1M

0.5u b

IDEAL

­ Khi ngõ vào   0 volt, ngõ ra luôn   0 volt ở ở

Ð ươ ng nhiên m t op­amp th c t  không th  đ t đ ộ ự ế ể ạ ượ c các tr ng thái lý ạ  

t ưở ng nh  trên ư

T  các đ c tính trên ta th y: ừ ặ ấ

.

­ Zi →  ∞  nên không có dòng đi n ch y vào op­amp t  các ngõ vào ệ ạ ừ

­ Z0 →  0Ω nên ngõ ra v0 không b   nh h ị ả ưở ng khi m c t i ắ ả

­ Vì A r t l n nên ph i dùng op­amp v i h i ti p âm. V i h i ti p âm, ta có hai d ng m ch khu ch đ i căn  ấ ớ ả ớ ồ ế ớ ồ ế ạ ạ ế ạ

b n sau: ả

7.2.1 M ch khu ch đ i đ o: (Inverting Amplifier)ạ ế ạ ả

D ng m ch căn b n ạ ạ ả

    (7.2)

Nh n xét: ậ

­ Khi Z f  và Z i  là đi n tr  thu n thì v ệ ở ầ 0  và v i  s  l ch pha 180 ẽ ệ 0  (nên đ ượ   c

g i là m ch khu ch đ i đ o và ngõ vào ( ­ )  đ ọ ạ ế ạ ả ượ c g i là ngõ vào đ o) ọ ả

­ Z f  đóng vai trò m ch h i ti p âm. Z ạ ồ ế f  càng l n (h i ti p âm càng nh ) ớ ồ ế ỏ  

đ  khu ch đ i c a m ch càng l n ộ ế ạ ủ ạ ớ

­ Khi Z f  và Z i  là đi n tr  thu n thì op­amp có tính khu ch đ i c  đi n ệ ở ầ ế ạ ả ệ  

th  m t chi u ế ộ ề

7.2.2 M ch khu ch đ i không đ o: (Non_inverting Amplifier)ạ ế ạ ả

D ng m ch căn b n ạ ạ ả

Suy ra:

Nh n xét: ậ

 ­ Z f , Z i  có th  có b t k  d ng nào ể ấ ỳ ạ  ­ v 0  và vi cũng có th  có b t k  d ng nào ể ấ ỳ ạ

­ Khi Z f , Z i  là đi n tr  thu n thì ngõ ra v ệ ở ầ 0  s  có cùng pha v i ngõ vào vi ẽ ớ   (nên m ch đ ạ ượ c g i là m ch khu ch đ i không đ o và ngõ vào ( + ) đ ọ ạ ế ạ ả ượ c g i là ngõ ọ   vào không đ o) ả

 ­ Z f  cũng đóng vai trò h i ti p âm. Ð  tăng đ  khu ch đ i A ồ ế ể ộ ế ạ V , ta có thể  tăng Z f  ho c gi m Z ặ ả i

­ M ch khu ch đ i c  tín hi u m t chi u khi Z ạ ế ạ ả ệ ộ ề f và Z i  là đi n tr  thu n ệ ở ầ  

M ch cũng gi  nguyên tính ch t không đ o và có cùng công th c v i tr ạ ữ ấ ả ứ ớ ườ ng h p c a ợ ủ   tín hi u xoay chi u ệ ề

­ Khi Z f =0, ta có: A V =1  ⇒   v 0 =v i   ho c Z ặ i =∞  ta cũng có A V =1 và v 0 =v i 

(hình 7.10). Lúc này m ch đ ạ ượ c g i là m ch “voltage follower” th ọ ạ ườ ng đ ượ c dùng   làm m ch đ m (buffer) vì có t ng tr  vào l n và t ng tr  ra nh  nh  m ch c c thu ạ ệ ổ ở ớ ổ ở ỏ ư ạ ự   chung   BJT ở