Khuếch đại thuật toán

Các khái niệm chung a, Khái niệm chung Khuếch đại thuật toán operational amplifier-OA vừa có khả năng khuếch đại tín hiệu vừa có khả năng thực hiện được một số phép toán với tín hiệu t

2.6 Khuếch đại dùng vi mạch thuật toán (IC)

2.6.1 Các khái niệm chung

a, Khái niệm chung

Khuếch đại thuật toán (operational amplifier-OA) vừa có khả năng

khuếch đại tín hiệu vừa có khả năng thực hiện được một số phép toán với tín

hiệu tương tự như (cộng, trừ, tích phân )

Ký hiệu:

Khuếch đại thuật toán thuộc về loại khuếch đại dòng một chiều có hệ số

khuếch đại khá lớn, có hai đầu vào vi sai và đầu ra chung

Khuếch đại thuật toán có 2 đầu vào:

Uv+: Đầu vào không đảo pha

Uv-: Đầu vào đảo pha

Ura cung pha với Uv+ và ngược pha với Uv-

Đặc điểm của Khuếch đại thuật toán:

• Hệ số khuếch đại lớn Ku = 10 đến 10 Khi cần giảm hệ số khuếch

đại đúng yêu cầu, ta có thể thực hiện hồi tiếp âm bằng mạch phân áp điện trở

từ đầu ra về đầu vào đảo (Uv-) Làm tăng tính ổn định của mạch

• Zv lớn, Zr nhỏ

• Khuếch đại được tín hiệu từ 0Hz trở lên Tùy theo từng loại IC cho

phép làm việc với các mạch khuếch đại dải rộng với độ méo nhỏ

• Độ ổn định và độ tin cây cao vì trong IC chu yêu là mạch khuếch

đại vi sai

b, Đặc tuyến

Đường đặc tuyến truyền đạt điện áp Ura = f(Uv) Đặc tuyến khuếch đại

thuận, và khuếch đại đảo đối xứng nhau qua trục tung

Nhận xét: Đoạn giữa của đặc tuyến là thẳng Æ K = const Æ không bị

méo Tại đoạn cuối đặc tuyến, khi Uv đủ lớn Ura = +Uramax (hoặc

-Uramax) ~ E Æ méo tín hiệu nghiêm trọng

Đặc tuyến tần số-đặc tuyến pha

ϕ

2.6.2 Các ứng dụng khuếch đại dùng dùng vi mạch thuật toán

1 Mạch khuếch đại đảo

Khuếch đại lý tưởng: Rv = ∞, Rr rất nhỏ (vài chục ,vài trăm ohm), Io =

0

Tại N: Iv = Iht

Ù (Uv - Uo)/R = (Uo - Ura)/Rht

Khi K = thì Uo = Ura /K = 0 ∞

Uv/R = - Ura/Rht Æ Ku = Ura/Uv = -Rht/R

Nếu chọn Rht = R thì Ku = -1 mạch đảo lặp lại điện áp (đảo tín hiệu)

Nếu R = 0 thì Iv = Iht = -Ura/Rht Æ Ura = -Iv.Rht Æ mạch trở thành

mạch biến đổi dòng thành áp (điện áp ra tỉ lệ với dòng điện vào)

Ví dụ : Rht = 100k, R=1k, Uv =100mA, E=15v Tính Ura = ?

Nếu Uv=200mA; -200mV, Ura =?

2 Mạch khuếch đại không đảo

Do Uo = 0 Æ UN = Uv(Up) = Ura.R /(R + Rht)

Æ Ku = Ur/Uv = (R + Rht)/R = 1 + Rht/R

Khi Rht = 0, R = Æ mạch lặp điện áp (Ku = 1) ∞

3 Mạch cộng đảo

Iht = I1 + I2 + …+ In

Ù Ura/Rht = -(U1/R1 + U2/R2 + … +Un/Rn)

Æ Ura = -Rht.(U1/R1 + U2/R2 + … +Un/Rn)

Khi R1 = R2 = …= Rn

Æ Ura = -(U1 + U2 + +Un)

4 Mạch cộng không đảo

Khi Uo = 0 Æ UN = UP = Ur.R /(R+Rht)

Từ Io = 0 Æ (U1 -UP)/R1 + (U2 -UP)/R2 + …+(Un -UP)/Rn = 0

Æ U1/R1 + U2/R2 + + Un/Rn = (1/R1 + 1/R2 + + 1/Rn)UP

Æ U1/R1 + U2/R2 + + Un/Rn =(1/R1 + 1/R2 + + 1/Rn).Ur.R /(R+Rht)

Nếu R1 = R2 = …= Rn

Thì Ur = (U1 + U2 + +Un).(R+Rht)/nR

5 Mạch trừ

Ur = K1.U1 + K2.U2 Tìm K1, K2 ?

+ Cho U2 = 0 Æ Mạch khuếch đại đảo

Ura1 = -U1.Ra/R1 Æ K1 = -Ra/R1

+ Cho U1 = 0 Æ mạch khuếch đại không đảo có phân áp R2, Rb

Ura2 = U2.((Ra +R1)/R1)(Rb/(Rb + R2))

Æ K2 = (Rb/(Rb + R2)).((Ra +R1)/R1)

Vậy Ura = Ura1 + Ura2

Nếu Ra = αR1, Rb = αR2, khi đó K1 = -α ; K2 = α

Æ Ura = α (U1 - U2)

6 Mạch tích phân

- Tại N : iC = iV Ù -C.dur/dt =UV/R Æ U dt Uo

RC Ur

t

0 1

Uo: điện áp trên tụ C tại t = 0 (Uo = 0)

- τ = RC: hằng số tích phân của mạch

∫

Ur

0

1

τ

- Khi tín hiệu vào thay đổi từng nấc, tốc độ thay đổi điện áp ra :

Ur/ t = - Uv/RC Æ đầu ra bộ tích phân sẽ có điện áp tăng hay

giảm tuyến tính theo thời gian

Δ Δ

7 Mạch vi phân

Tại N: iC = iR Ù C.dUV /dt = -Ur/R ÆUr = -RC.dUv/dt

τ = RC: hằng số vi phân của mạch

8.Mạch logarit:

Ur = -mUTln(Uv/ISR) [mV]

Ur =-m60lg(Uv/ISR) [mV] với UT =26 mV tại nhiệt độ phòng 27oC

h, Mạch hàm mũ exp (đối logarit) :Ur = α.exp(β.Uv)