BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN MC1436

BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN MC1436 MC 1436 là bộ khuếch đại thuật toán bù nội bộ, được dùng cho các ứng dụng điện áp cao. MC 1436 được thiết kế làm bộ khuếch đại cộng, bộ tích phân hoặc khuếch đại thuật toán với các đặc tính điều khiển như một chức năng của những thiết bị phản hồi ngoài.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO

BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

MC1436

Lớp cao học : K17DTVT Nhóm báo cáo : Nhóm 5

1.Hoàng Minh Hải 2.Bùi Thế Khang 3.Nguyễn Anh Đức

Hà Nội, tháng 03 năm 2011

MỤC LỤC

  

I Giới thiệu vi mạch MC 1436

1 Đặc tính cơ bản

2 Hình dạng vi mạch MC 1436

3 Sơ đồ chân vi mạch MC 1436

II Thông số kỹ thuật của MC 1436

1 Thông số chung

2 Đặc tính điện

3 Các giản đồ đặc trưng

III Phân tích vi mạch

1 Sơ đồ nguyên lý

2 Sơ đồ tương đương

3 Sơ đồ rút gọn

4 Nguyên lý hoạt động

IV Ứng dụng MC 1436 và mô phỏng

1.Mạch khuếch đại vi sai

2.Mạch khuếch đại không đảo

I Giới thiệu vi mạch MC 1436

MC 1436 là bộ khuếch đại thuật toán bù nội bộ, được dùng cho các ứng dụng điện áp cao

MC 1436 được thiết kế làm bộ khuếch đại cộng, bộ tích phân hoặc khuếch đại thuật toán với các đặc tính điều khiển như một chức năng của những thiết bị phản hồi ngoài

1 Đặc tính cơ bản

+ Tốc độ nhảy xung: 2V/s

+ Bù nội

+ Có khả năng điều chỉnh điện áp Offset

+ Bảo vệ quá áp đầu ra

+ Hệ số khuếch đại vòng mở rộng: AVOL = 500.000 Typ

+ Nguồn nuôi độc lập từ 5V DC đến 36V DC

2 Hình dạng vi mạch MC 1436

3.Sơ đồ chân vi mạch MC 1436

II.Thông số kỹ thuật của MC 1436

1.Thông số chung

hiệu MC1436 MC1436C Đơn vị

V EE

+34 -34

+30

Dải điện áp vi sai đầu vào V IDR V input < V CC ,V EE +3V V Dải điện áp đầu đồng pha đầu vào V ICR

Một hoặc cả hai điện áp vào không được vượt quá biên

độ của V dc hoặc V EE +3V

V

Ngắn mạch đầu ra

Công suất tiêu thụ ở T A = +25 o C P D 680

4.6

mW mW/

0 C

Khoảng nhiệt độ bảo quản Tstg -65 đến +150 0 C

2.Đặc tính điện

hiệu

vị

Dòng phân cực đầu vào

T A = +25 o C

T A = T thấp tới +25 o C

I IB

-40 55

-25

-90

-nAdc

Dòng Offset đầu vào

T A = +25 o C

T A = +25 o C tới T Cao

T A = T thấp tới T Cao

I IO

-15

-10 14 14

-10

-25

-nAdc

Điện áp Offset đầu vào

T A = +25 o C

T A = T thấp tới T Cao

VIO

- 1014 - 5- 12- nAdc Trở kháng vào vi sai

Điện trở song song lối

vào

Điện dung song song lối

vào

rp

Cp -- 1020 -- -- 102 -- MpF

Trở kháng vào chung

ic - 250 - -250 - M Khoảng điện áp lối vào V ICR 22 25 - 18 20 - Vpk Điện áp nhiễu đầu vào e n - 50 - - 50 - nV/

tương đương (A V = 100,

R s = 10k, f = 1.0kHz,

BW = 1.0Hz)

(Hz) 1/2

Triệt tín hiệu cùng pha

Hệ số KĐ điện áp hở

vòng tín hiệu 1 chiều

(V 0 = 10V, R L = 5k)

T A = +25 o C

T A = T thấp tới T Cao

(V 0 = 10V, R L = 5k,

T A = +25 o C)

A VO L

70.00 0 50.00 0

-500.0 00 -200.0 00

-50.00 0

-500.0 00 -200.0 00

-V/V

Độ rộng dải công suất

(A V = 1, R L = 5k,

THD  5%, V O = 40Vpp)

BW

Khoảng điện áp ra

(R L = 5.0k)

V CC = +28Vdc,

V EE = -28Vdc

V CC = +36c,

V EE = -36Vdc

V O

20

-22

-20

-22

-Vpk

Hệ số mất mát nguồn

nuôi

V EE = Const, R s  10k

V CC = Const, R s  10k

PS

R +

PS

R

-35 35

200 200

-50 50

-V/V

Dòng cung cấp (*) I CC

I EE

2.62.6 5.05.0 -- 2.62.6 5.05.0 mAdc Công suất tiêu thụ khi

không hoạt động

(điện áp = 0)

3.Các giản đồ đặc trưng

a) Mối quan hệ giữa điện áp lối ra với điện áp nguồn nuôi

b) Đáp ứng tần số vòng hở

Nhìn vào giản đồ ta thấy, hệ số vòng hở là hằng số khi tần số tín hiệu trong khoảng từ 0 Hz đến 8 Hz Sau đó giảm tuyến tính cho tới khoảng hơn 1 Mhz thì

hệ số khuếch đại chỉ còn là 1 Nó tiếp tục giảm mạnh còn -15dB khi tần số là 5MHz Như vậy ta thấy dải truyền của vi mạch MC1436 rất hẹp

c) Mối quan hệ giữa dòng ngắn mạch lối ra với nhiệt độ.

Nhiệt độ càng cao thì dòng ngắn mạch lối ra (ISC) càng giảm.

d) Mối quan hệ giữa dòng điện phân cực lối vào với nhiệt độ

độ trôi của dòng phân cực lối vào theo nhiệt độ là rất nhỏ Đặc tính dòng giảm theo sự tăng của nhiệt độ là đặc tính rất tốt của vi mạch này

III.Phân tích vi mạch

1.Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ nguyên lý của vi mạch MC1436 như trong hình vẽ dưới đây

D1 D2

Q1 NJFET

Q2 PNP

Q3 PNP

D3 DIODE DIODED4

Q4 PNP

D5 DIODE

Q5 NPN

Q6 NPN Q7 NPN

Q8

NPN

D6

DIODE

Q9

NPN

Q10

Q12 NPN

D7 DIODE

Q13 PNP

Q14 NPN

Q15 NPN D8 DIODE

Q16 NPN

Q17 PNP

D9 DIODE

Q18 NPN

Q19 PNP

Q20 NPN

D10 DIODE D11 DIODE

Q21 NPN

Q22 NPN

Q23 PNP Q24 PNP +

C1 35pF

Q25 NPN

D12 DIODE

D13 DIODE

Q26 NPN

Q27 NPN

Q28 NPN Q29

PNP

V1 +28V

V2 -28V

Q30 NPN

R1 6.0K

R2 1.5k

R3 500

R4 500 R5 1.5k

R6 1k 39kR8 R71k

R9 1.5k

R10 4.7k

R11 1.0k

R12 39k

R13 12k

R14 39k

R15 28k

R16 26 R17 22

R18 500

R19 50

R20 200

R21 28k

R22 15k

R23 5.0k

R24 3.5k

R25 1.2k

R26

77k

R27 7.7k

2.Sơ đồ tương đương

3.Sơ đồ rút gọn

Thay các transistor Q4, Q13, Q17, Q19, Q29 bằng các nguồn dòng không đổi tương đương ta có sơ đồ rút gọn của vi mạch MC 1436

Is5 Is4 Is3

Is2 Is1

D1 D2

Q1 NJFET

Q2 PNP

Q3 PNP

D3 DIODE DIODED4

D5 DIODE

Q5 NPN

Q6 NPN Q7 NPN

Q8

NPN

D6

DIODE

Q9

NPN

Q10

Q12 NPN

D7 DIODE

Q14 NPN

Q15 NPN D8 DIODE

Q16 NPN

D9 DIODE

Q18 NPN

Q20 NPN

D10 DIODE D11 DIODE

Q21 NPN

Q22 NPN

Q23 PNP Q24 PNP +

C1 35pF

Q25 NPN

D12 DIODE

D13 DIODE

Q26 NPN

Q27 NPN

Q28 NPN

V1 +28V

Q30 NPN

R2 1.5k

R3 500 R4

500 R5 1.5k

R6 1k 39kR8 R71k

R10 4.7k

R12

39k

R15 28k

R16 26 R17 22

R18 500

R19 50

R20 200

R21 28k

R22 15k

R23 5.0k

R24 3.5k

R26

77k

R27 7.7k

Vi mạch khuếch đại MC 1436 được chia làm ba tầng chính:

thường có đầu ra vi sai

tần số đơn cực, và thường có ngõ ra đơn

có giới hạn dòng và bảo vệ ngắn mạch

a) Tầng khuếch đại vi sai :

Ở tầng này Transistor Q8 và Q30 được mắc dưới dạng lặp lại Emitơ và được nối tầng với Q2 và Q3 làm tầng đệm lối vào, vì thế điện trở lối vào lớn Q8 và Q30 được nuôi bởi nguồn dòng phân áp ổn định từ nguồn dòng Q5 và Q7 Hai Diode D5, D6 mắc ngược với tiếp giáp Bazơ - Emitơ của Q8 và Q30 có tác dụng bảo vệ quá tải điện áp lối vào

b) Tầng khuếch đại điện áp :

Tín hiệu qua tầng đệm lối vào được đưa vào bộ khuếch đại vi sai Q2 và Q3 được phân cực cùng nhau bởi nguồn dòng không đổi Q4 và hai nguồn dòng Q5 và Q7 đóng vai trò làm tải động

Q2 và Q3 tạo thành mạch khuếch đại vi sai đầu vào nhằm tạo cân bằng, ổn định chế độ làm việc của vi mạch khi nhiệt độ thay đổi Bộ khuếch đại vi sai Q2 và Q3 sẽ loại bỏ những tín hiệu cùng pha khá cao (từ 90dB đến 110dB) Lối ra của bộ khuếch đại vi sai được đưa qua bộ đệm Q20 đấu theo kiểu lặp lại Emitơ Q6 được đấu thêm vào nhằm tạo ra tính đối xứng của bộ khuếch đại

vi sai Bộ đệm Q20 ngoài tác dụng phối hợp trở kháng nó còn làm bộ chuyển đổi hai lối ra của bộ khuếch đại thành một lối ra

c) Tầng khuếch đại đầu ra :

Q21 và Q23 được mắc theo kiểu khuếch đại đẩy kéo tạo dải điện áp rộng với dòng điện lối ra vừa phải và dòng nghỉ nhỏ

Hai Diode mắc giữa Emitơ của Q26 và Colectơ của Q22 tạo dịch mức điện áp một chiều (khoảng 0,7V x 2 = 1,4V) cho Q21 và Q23 làm giảm méo tín hiệu lối ra Việc sử dụng 2 điện trở R16 22 và R17 26 nhằm bảo vệ quá tải lối

ra; kết hợp với hai Diode D12 và D13 mắc ngược làm hạn chế biên độ lối ra Q27 và Q28 tạo nên mạch ổn áp điều khiển mạch phản hồi lối ra

IV.Ứng dụng MC 1436 và mô phỏng

Vi mạch MC 1436 được ứng dụng trong nhiều mạch điện, điển hình là các mạch khuếch đại vi sai, khuếch đại đảo/không đảo, lấy mẫu, khuếch đại âm tần

1.Mạch khuếch đại vi sai

Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại vi sai sử dụng MC 1436 như trong hình dưới đây:

Mô phỏng bằng Circuit Maker 2000Pro :

Kết quả chạy mô phỏng hoạt động của mạch :

- Tín hiệu đầu vào dạng sin biên độ 20mV

- Tín hiệu đầu ra là điện áp dao động với giá trị trung bình ở mức -19,575V biên

độ 200mV (=10 x 20mV)

2.Mạch khuếch đại không đảo

Sơ đồ nguyên lý :

Kết quả mô phỏng:

- Tín hiệu đầu vào dạng sin biên độ 20mV

- Tín hiệu điện áp tại đầu ra cùng pha, biên độ 200mV

3.Mạch khuếch đại đảo

Sơ đồ nguyên lý :

1kHz

V3 -100m/100mV

+V -10VV2

+V

V1 10V

+ MC1436

R2 10k R1

1k

Kết quả mô phỏng:

- Tín hiệu đầu vào dạng sin biên độ 100mV

- Tín hiệu điện áp tại đầu ra ngược pha, biên độ 1V

1.000 V

0.750 V

0.500 V

0.250 V

0.000 V

-0.250 V

-0.500 V

-0.750 V

-1.000 V

A: v3_1

B: r2_2

4.Mạch khuếch đại cộng

Sơ đồ nguyên lý :

1kHz

V3 -100m/100mV

+V -10VV2

+V

V1 10V

+

U2 TL072

R5 1000k

R4 1k

R3 9k

R2 9k R1

1k

Kết quả mô phỏng:

- Tín hiệu đầu vào dạng sin biên độ 100mV

- Tín hiệu điện áp tại đầu ra cùng pha, biên độ 1V

1.000 V

0.750 V

0.500 V

0.250 V

0.000 V

-0.250 V

-0.500 V

-0.750 V

A: v3_1

B: u2_1

Sơ đồ nguyên lý :

1kHz

V4 -200m/200mV 1kHz

V3 -100m/100mV

+V -10VV2

+V

V1 10V

+ MC1436

R5 1k R3 9k

R2 9k R1

1k A

Kết quả mô phỏng:

- Tín hiệu đầu vào dạng sin biên độ 100mV và 200mV

- Tín hiệu điện áp tại đầu ra cùng pha, biên độ 1.0987V

1.250 V

0.750 V

0.250 V

-0.250 V

-0.750 V

-1.250 V

A: v3_1

B: v4_1

C: mc1436_1

6.Mạch khuếch đại vi phân

Sơ đồ nguyên lý :

C1 100uF 1kHz

V3 -100m/100mV

+V -10VV2

+V

V1 10V

+ MC1436

R5 1000k

R2 100

Kết quả mô phỏng:

- Tín hiệu đầu vào dạng sin biên độ 100mV

- Tín hiệu điện áp tại đầu ra có dạng xung vuông , biên độ 2.5V.

0.000ms 0.500ms 1.000ms 1.500ms 2.000ms 2.500ms 3.000ms 3.500ms 4.000ms 4.500ms 5.000ms

3.000 V 2.000 V 1.000 V 0.000 V -1.000 V -2.000 V -3.000 V

A: v3_1

B: mc1436_1

V.Kết luận

MC 1436 là vi mạch khuếch đại thuật toán khá phổ thông, được sử dụng nhiều trong thực tế

Trong quá trình mô phỏng, cần chú ý tới điện áp đỉnh đầu ra tối đa là 22V (trên lý thuyết) để có thể lựa chọn giá trị điện áp đầu vào hợp lý Bên cạnh đó, ta thấy MC

1436 là vi mạch có dải truyền hẹp, không nên sử dụng cho các ứng dụng có tần số cao hơn 1MHz

Khi thực hiện mô phỏng, có thể lựa chọn nhiều loại Diode Zener để tạo mạch