Bài tập lớn vi điện tử Bộ khuếch đại và so sánh

Bộ khuếch đại và so sánh Tóm tắt: Trong hơn 2 thập kỷ qua, Motorola đã lien tục cải tiến và cập nhật công nghệ mạch tích hợp (IC), kỹ thuật thiết kế mạch tương tự và quy trình đáp ứng nhu cầu của thị trường. Nâng cao hiệu suất của bộ khuếch đại và so sánh phiên bản mới thông qua ứng dụng sang tạo của công nghệ, thiết kế, quy trình này. Một số thiết kế ban đầu vẫn được sử dụng nhưng các thiết kế mới vẫn được đưa ra, nâng cao hiệu suất hoạt động của bộ khuếch đại và mạch so sánh. Motorola đã đi tiên phong trong đầu vào JFET, hệ số nhiệt độ đầu vào thấp, vòng lặp bù trừ Miller, tất cả trạng thái đầu ra NPN, bù trừ tần số kép và “trong gói” tương tự cắt giảm điện trở để sản xuất bộ khuếch đại và so sánh có hiệu suất hoạt động cao hơn, hoạt động trong nhiều trường hợp từ nguồn đơn với điện áp bù đầu vào thấp, tiếng ồn thấp, công suất thấp, dao động đầu ra cao, tốc độ quay cao, độ khuếch đại bang tần cao với chi phí hợp lý cho khách hang. Bộ khuếch đại vào so sánh ngày nay được tìm thấy trong các ứng dụng trong tất cả bộ phận trên thị trường bao gồm điều khiển động cơ, thiết bị, hàng không vũ trụ, máy tự động, viễn thông, y tế và các sản phẩm tiêu dung. Hoạt động của bộ khuếch đại: Motorola cung cấp một phần khá lớn cho bộ khuếch đại hoạt động lưỡng cực để đáp ứng một loạt các ứng dụng. Từ chi phí thấp, tiêu chuẩn công nghiệp các loại mạch có độ chính xác cao, bao gồm một phạm vi rộng lớn của khả năng thực hiện. Các mạch tích hợp tương tự được sử dụng như bộ đơn, bộ đôi và bộ bốn nguyên khối các thiết bị trong phạm vi thay đổi nhiệt độ và kiểu cách gói. Hầu hết các thiết bị có thể đạt được trong hình thức “chip” là tốt nhất. Đối với giá cả và thông tin cung cấp trên than chip, xin vui lòng liên hệ với đại diện bán hàng hoặc nhà phân phối của Motorola Bảng 1 :Bộ khuếch đại hoạt động đơn Bảng 2: Bộ khuếch đại hoạt động kép

Trang 1

Bộ khuếch đại và so sánh Tóm tắt:

Trong hơn 2 thập kỷ qua, Motorola đã lien tục cải tiến và cập nhật côngnghệ mạch tích hợp (IC), kỹ thuật thiết kế mạch tương tự và quy trìnhđáp ứng nhu cầu của thị trường Nâng cao hiệu suất của bộ khuếch đại

và so sánh phiên bản mới thông qua ứng dụng sang tạo của công nghệ,thiết kế, quy trình này Một số thiết kế ban đầu vẫn được sử dụng nhưngcác thiết kế mới vẫn được đưa ra, nâng cao hiệu suất hoạt động của bộkhuếch đại và mạch so sánh Motorola đã đi tiên phong trong đầu vàoJFET, hệ số nhiệt độ đầu vào thấp, vòng lặp bù trừ Miller, tất cả trạngthái đầu ra NPN, bù trừ tần số kép và “trong gói” tương tự cắt giảm điệntrở để sản xuất bộ khuếch đại và so sánh có hiệu suất hoạt động cao hơn,hoạt động trong nhiều trường hợp từ nguồn đơn với điện áp bù đầu vàothấp, tiếng ồn thấp, công suất thấp, dao động đầu ra cao, tốc độ quaycao, độ khuếch đại bang tần cao với chi phí hợp lý cho khách hang

Bộ khuếch đại vào so sánh ngày nay được tìm thấy trong các ứng dụngtrong tất cả bộ phận trên thị trường bao gồm điều khiển động cơ, thiết bị,hàng không vũ trụ, máy tự động, viễn thông, y tế và các sản phẩm tiêudung

Hoạt động của bộ khuếch đại:

Motorola cung cấp một phần khá lớn cho bộ khuếch đại hoạt động lưỡngcực để đáp ứng một loạt các ứng dụng Từ chi phí thấp, tiêu chuẩn côngnghiệp các loại mạch có độ chính xác cao, bao gồm một phạm vi rộnglớn của khả năng thực hiện Các mạch tích hợp tương tự được sử dụngnhư bộ đơn, bộ đôi và bộ bốn nguyên khối các thiết bị trong phạm vithay đổi nhiệt độ và kiểu cách gói Hầu hết các thiết bị có thể đạt đượctrong hình thức “chip” là tốt nhất Đối với giá cả và thông tin cung cấp

1

Trang 2

trên than chip, xin vui lòng liên hệ với đại diện bán hàng hoặc nhà phânphối của Motorola

Bảng 1 :Bộ khuếch đại hoạt động đơn

Trang 3

Bảng 2: Bộ khuếch đại hoạt động kép

3

Trang 4

Bảng 3: Bộ khuếch đại hoạt động bốn

Trang 5

Một volt SMARTMOS TM (rail to rail)

Bộ khuếch đại hoạt động đôi

MC33502D, P

TA=-400 đến +1050C, case 751, 626

Bộ khuếch đại MC35502 cung cấp chế độ hoạt động ray đến ray trên cảhai đầu vào và đầu ra Đầu ra có thể xoay trong vòng 50 mV của mỗiray Hoạt động ray đến ray cho phép người sử dụng để sử dụng đầy đủtoàn bộ điện áp cung cấp có sẵn Nó được thiết kế để làm việc ở điện ápcung cấp rất thấp (1.0V và nối đất), nhưng có thể hoạt động với mộtnguồn cấp lên đến 7.0V và nối đất Kỹ thuật tăng áp dòng điện đầu racung cấp dòng điện đầu ra cao trong khi vẫn giữ các dòng hiện hành của

bộ khuếch đại ở mức tối thiểu

5

Trang 6

• Điện áp thấp, nguồn đơn (1.0V và nối đất đến 7.0V và nối đất)

• Trở kháng đầu vào cao : ít hơn 40 fA dòng điện vào

• Đặc biệt tăng băng thông duy nhất @5.0V=5.0MHz, @1.0V = 4.0MHz

• Dòng điện ra cao (ISC = 50 mA @ 5.0V, 10mA @ 1.0V)

• Điện áp đầu ra dao động trong khoảng 50 mV của hai ray nguồn

• Dải điện áp ra bao gồm hai ray nguồn

• Tăng điện áp cao thế: 100dB

• Không đảo pha trên đầu ra cho tín hiệu đầu vào lan truyền

• Pin đơn NiCd/Ni MH cấp năng lượng hệ thống

• Pin đơn Lithium cấp năng lượng hệ thống

• Thiết bị truyền thông di động

• Bộ lọc hoạt động với điện áp thấp

• Pin nguồn cho hệ thống chung

Trang 7

Khuyếch đại tần số cao

Một loạt các mạch tần số cao với các tính năng khác nhau, đơngiản từ việc giảm chi phí đến tính linh hoạt đa chức năng là dấu ấncủa bộ khuếch đại tích hợp Motorola Thiết bị mô tả ở đây đượcdành cho các ứng dụng công nghiệp và truyền thông.Đối với cácthiết bị đặc biệt dành riêng cho sản phẩm tiêu dung, như là truyềnhình và đài phát thanh giải trí (xem phần mạch điện tử tiêu dung)

Bộ khuếch đại AGC

Họ băng tần rộng MC1490/MC1350

7

Trang 8

Bộ khuếch đại với mục đích chung

Họ MC1490 và MC 1350 là các khối cơ bản cấu thành-AGC (kiểmsoát tăng cường tự động) RF/ khuếch đại video Những phần nàyđược khuyến cáo cho các ứng dụng dùng tần số 70 MHz Hiệu suấtcao tần tốt nhất có thể thu được bằng cách sử dụng phiên bản vật lýnhỏ hơn SOIC (dây dẫn ngắn hơn)-MC1350D Hiện nay không có

RF, IC khác như thế này, bởi vì các nhà sản xuất đã giảm bản saocủa họ Ứng dụng bao gồm video được thay đổi và các công cụkhuếch đại, các bộ khuếch đại IF( tần số trung gian) cho đài phátthanh và bộ thu TV, và kiểm soát công suất ra máy biến áp Được

sử dụng nhiều trong các thiết bị y tế, giám sát từ xa, sử lý đồ họa/video, và một loạt các thiết bị thông tin liên lạc Họ các bộ phận sửdụng cùng với sự hư hỏng cơ bản (mạch giống hệt nhau với cácthông số thử nghiệm khác nhau) được liệt kê trong bảng sau

Bảng 4: Thông số khuếch đại tần số cao

Trang 9

Khuếch đại hoạt động đôi và điện áp so sánh kép

Thiết bị có chứa hai bộ khuếch đại đầu vào vi sai và hai bộ sosánh, mỗi bộ có khả năng hoạt động riêng lẻ Mạch khuếch đại sosánh sẽ tìm kiếm các ứng dụng như sản phẩm với mục đích chungcho các mạch tự động và như “cấu trúc khối” công nghiệp

Trang 10

Bảng 6: CMOS

Bảng 7 : Bộ so sánh đơn chế độ

Bảng 8: Bộ so sánh hai chế độ

Trang 11

Bảng 9: Bộ so sánh đa chế độ

Tổng quan về bộ khuếch đại và so sánh

MC1410

11

Trang 12

MC1510 Thông tin sản phẩm

Bộ khuếch đại video băng tần rộng:

Trang 13

Sử dụng các thiết kế như bộ khuếch đại sai biệt tấn số cao với các đặctính hoạt động cung cấp tần số phẳng đáp ứng từ dc đến 40 MHz

- Đặc tính tăng cường cao : AV = 93 typ

- Băng tần rộng - dc đến 40 MHz typ

- Phạm vi điện áp đầu ra lớn : 4.5 Vp-p typ @ ± 6.0 V nguồn

- Biến dạng đầu ra thấp : THD ≤ 1.5 % typ

13

Trang 14

Tỷ lệ tối đa: (T A = 25 0 C trừ các trường hợp khác)

Đặc tính điện (V CC = 6 Vdc, V EE = - 6 Vdc, R L = 5.0 kΩ, T A =25 0 C loại trừ các trường hợp khác)

Trang 15

Đặc tính điển hình ( V CC = 6 Vdc, V EE = -6Vdc, T A =25 0 C trừ các

trường hợp khác)

15

Trang 17

Ứng dụng điển hình:

17

Trang 19

Khác biệt giữa các bộ khuếch đại Khuếch đại video và băng tần rộng

Trang 20

o Tăng cường sai khác điện áp tại 1.75 MHz : 16 dB min

o Băng tần (-3dB đơn vị) : 16 MHz min

o Dải AGC tại 1.75 MHz : 55 dB min

o Trở kháng đầu vào : 50 kΩ Typ

o Trở kháng đầu ra: 70 Ω max

Khác biệt giữa các bộ khuếch đại kép độc lập

Trang 21

- Ứng dụng và tính năng:

o khuếch đại cascade cân bằng (đây-kéo)

o bộ dò vuông góc cân bằng

o giới hạn cascade

o bộ tách sóng và bộ điều biến cân bằng đôi

o kích hoạt dual Schmitt

o bộ khuếch đại dò đọc đôi

o bộ khuếch đại IF (khác biệt và/ hoặc cascade)

o bộ kết hợp đa chức năng : rf/ trộn/ dao động/ chuyển đổi/ if

o cặp máy trộn cân bằng

o bộ dò đồng bộ

o máy trộn tổng hợp

- Đặc tính điện tại T A =25 0 C

o điện áp bù đầu vào : 5mV max

o dòng điện bù đầu vào: 2 µA max

o điện áp tăng cường (đầu ra kết thúc chế độ đôi sang trạng thái đơn) : 32bB Typ

o tỷ lệ loại bỏ chế độ thường (mỗi khuếch đại ) : 100dB Typ

Khác biệt giữa các bộ khuếch đại RF/ IF kép độc lập CA3049,

CA 3102

21

Trang 22

o bộ tách sóng và bộ điều biến cân bằng đôi

o kích hoạt dual Schmitt

o bộ khuếch đại dò đọc đôi

o đầu vào và đầu ra truy cập độc lập

o bộ khuếch đại IF (khác biệt và/ hoặc cascode)

o điện áp bù đầu ra : 5mV max

o dòng điện bù đầu ra : 3 µA max

o dòng cắt collector : 100 nA max

Trang 23

o điện áp đánh thủng collector-to-emitter : 15V min

o tăng công suất tại 200 MHZ : 23dB typ

o hệ số tiếng ồn tại 200 MHZ: 4.6 dB typ

LM148/ LM248/ LM348 bốn bộ khuếch đại 741

Thông tin chung:

Seri LM148 sự thật là bộ của 741,nó bao gồm 4 thành phần độclập,có hiệu quả cao,có sự cân bằng bên trong,có nguồn vàothấp,được thiết kế để cung cấp chức năng đặc tinhsxacs định cho

họ 741 có chức năng khuếch đại,hơn nữa dòng nguồn cho 4 bộkhuếch đại được so sánh với dòng nguồn của 741 đơn của bộkhuếch đại,1 vài tính năng khác bao gồm:dòng đầu vào được đền

bù và dòng chênh lệch đầu vào thấp hơn nhiều so với kiểu 741 tiêuchuẩn,và sự cô lập giữa các bộ khuếch đại được lưu trữ bởi mỗi bộkhuếch đại độc lập sử dụng công nghệ layout mà làm giảmnhiệt.seri LM 149 có những tính năng giống LM148 ,tăng băngthông tạo ra tần số 4MHZ,tang 5 hoặc nhiều hơn

LM 148 có thể được sử dụng ở nhiều vị trí như 741 hoặc bộkhuếch đại 1558 và được sử dụng và trong các ứng dụng mà bộkhuếch đại đầu vào và mật độ gói cao được đòi hỏi

Các tính năng:

- Đặc tính hoạt động của bộ khuếch đại 741

- Khả năng xả dòng điện nguồn thấp 0.6 mA/ Amplifier

- Trạng thái đầu ra lớp AB-không có biến dạng chéo

23

Trang 24

- Pin tương thích với LM124

- Điện áp bù đầu vào thấp 1mV

- Dòng điện bù đầu vào thấp 4nA

- Dòng điện lệch đầu vào thấp 30nA

- Tăng cường băng thông : LM148 (đạt được sự thống nhất)1.0 MHz, LM149 (AV ≥ 5)

- Mức độ cách ly giữa các bộ khuếch đại cao 120 dB

- Bảo vệ quá tải cho đầu vào và đầu ra

Sơ đồ phác thảo:

Trang 26

Tỷ lệ tuyệt đối tối đa :

Nếu yêu cầu các thiết bị quân sự/ thiết bị không gian vũ trụ, xin vuilòng liên hệ với đại lý đại diện tại các quốc gia

Trang 27

Các đặc tính điện (chú ý 3) :

Chú ý 1: bất kỳ đầu ra bộ khuếch đại có thể đoản mạch bằng việc

nối đất, tuy nhiên không nên đồng thời ngắn mạch như tối đa chứcnăng nhiệt độ sẽ vượt quá mức cho phép

27

Trang 28

Chú ý 2: việc tiêu hao công suất tối đa cho các thiết bị này phải

được giảm ở nhiệt độ cao và được dicated TjMAX , ΦjA, và nhiệt độmôi trường xung quanh, TA Công suất sử dụng tối đa ở bất kỳnhiệt độ nào là

Pd= (TjMAX – TA)/ ΦjA hoặc 25ºC PdMAX, mức thấp hơn

Chú ý 3: những đặc điểm này được áp dụng cho VS= ±15V và trêntrị tuyệt đối dải nhiệt độ hoạt động tối đa (TL ≤ TA ≤ TH) trừ khi cóghi chú khác

Chú ý 4: tham khảo RETS 148X cho LM148 chi tiết quân sự và

tham khảo RETS 149X cho LM149 chi tiết kỹ thuật quân sự

Chú ý 5: mô hình cơ thể người, 1.5 kΩ trong series với 100pF Mạch kiểm tra nhiễu xuyên âm:

Gợi ý ứng dụng:

Dòng LM 148 gồm 4 bộ khuếch đại công xuất thấp 741 Trong sựtăng nhanh về số lượng của các bộ khuếch đại, ưu tiên hàng đầu làdành cho sự thích hợp với thói quen , dễ dàng sử dụng các đặc tínhhoạt động của bộ khuếch đại 741 Trong các ứng dụng sử dụngkhuếch đại 741 dòng LM 148 có thể được sử dụng trực tiếp màkhông cần thay đổi dòng điện

Trang 29

Gói pin-outs có đầu ra tiếp giáp với đầu vào của mỗi bộ khuếchđại Ngoài ra, các đầu ra bộ khuếch đại được đặt tại các góc củagói, chúng đơn giản hóa việc bố trí bảng PC và giảm thiểu gói liênquan đến khớp nối điện dung giữa các bộ khuếch đại

Các đặc tính đầu vào của bộ khuếch đại cho phép sự sai khác điện

áp đầu vào có thể vượt quá điện áp nguồn Ngoài ra, nếu một tronghai điện áp đầu vào nằm trong phạm vi chế độ hoạt động chung, thìpha của đầu ra vẫn đúng Nếu giới hạn âm của dải chế độ hoạtđộng chung vượt quá hai yếu tố đầu vào, điện áp đầu ra sẽ dương.Đối với điện áp đầu vào vượt quá nhiều so với điện áp nguồn, hoặcsai khác hoặc chế độ chung, các điện trở nên được nối tiếp với cácđầu vào để hạn chế dòng điện

Giống như LM741, các bộ khuếch đại có thể dễ dàng điều khiển tảiđiện dung 100 pF thông qua dải dòng điện và điện áp đầu ra Tuynhiên, nếu tải điện dung quá lớn có thể điều khiển bởi một bộkhuếch đaih không đảo, điện trở nên đặt giữa đầu ra, ( và kết nốicổng đảo) và điện dung để làm giảm sự thay đổi pha từ tải điệndung

Dòng điện đầu ra của mỗi bộ khuếch đại trong gói được hạn chế.Ngắn mạch từ đầu ra bằng cách nối đất hoặc nguồn cấp sẽ phá hủythiết bị Tuy nhiên, nếu làm ngắn mạch nhiều đầu ra đồng thời,thời gian tiến hành nên ngắn để ngăn chặn các thiết bị bị phá hủynhư việc làm tản công suất vượt mức trên các chip IC

Như với hầu hết các bộ khuếch đại, cẩn thẩn nên được thực hiệntốt, vị trí linh kiện và tách cung cấp để đảm bảo sự ổn định Ví dụ,điện trở từ đầu ra đến đầu vào nên được đặt gần các đầu vào đểgiảm thiểu “pickup” và tần số tối đa của cực đảo có dung khángđược tạo ra từ đầu vào đến nối đất

29

Trang 30

Một cực đảo được tạo ra khi các thông tin phản hồi xung quanh bất

kỳ bộ khuếch đại là thuần trở Nối song song trở kháng và dungkháng từ đầu vào của thiết bị( thường đầu vào đảo) đến nối đất ACthiết lập tần số của cực Trong nhiều trường hợp các tần số cực lớnhơn nhiều so với tần số dự kiến 3 dB của vòng khép kín và kết quả

là ảnh hưởng không đáng kể đến tính ổn định mạch Tuy nhiên,nếu cực đảo bé hơn khoảng 6 lần so với tần số dự kiến 3 dB thì nênđặt một tụ điện từ đầu ra đến đầu vào của bộ khuếch đại Giá trịcủa các tụ điện được thêm vào nên như hằng số RC của tụ điện đó

và nối song song với trở kháng thì sẽ có giá trị lớn hơn hoặc bằnghằng số cực đảo ban đầu

Đặc tính hiệu suất điển hình :

Trang 33

ứng dụng điển hình LM148 :

33

Trang 39

Mô phỏng:

39

Trang 40

Sơ đồ kết nối:

Trang 41

Kích thước vật lý: inches(mm)

41

Trang 43

Chính sách hỗ trợ: sản phẩm của Fairchild không được ủy quyền

sử dụng như là các linh kiên quan trọng trong thiết bị hỗ trợ hoặc

hệ thống mà không có sự đồng ý của chủ tịch của liên đoàn bándẫn

1 Thiết bị hỗ trợ hoặc hệ thống là thiết bị hoặc hệ thống đượcdành để cấy ghép vào thân thể, hoặc hỗ trợ hoặc duy trì sựsống, và việc không thực hiện đúng hướng dẫn ghi trên nhãn

có thể gây ra chấn thương đáng kể cho người sử dụng

2 Một phần quan trọng trong bất kỳ thiết bị hoặc hệ thống hỗtrợ, mà không được thực hiện hợp lý sẽ gây ra sự thất bại củacác thiết bị hoặc hệ thống hỗ trợ, hoặc gây ảnh hưởng đến antoàn và hiệu quả của nó

Seri LM148/LM149/ bốn bộ khuếch đại 741

LM148/ LM248/ LM348 bốn bộ khuếch đại 741

LM149/ LM349 bù băng thông rộng (A V(MIN) = 5)

Thông tin chung:

Series LM148 chính là bộ bốn 741 Nó bao gồm bốn bộ độc lập,tăng cường cao, đền bù nội bộ, bộ khuếch đại công suất thấp, nóđược thiết kế để cung cấp các đặc tính chức năng giống hệt nhưnhững bộ khuếch đại quen thuộc 741 Ngoài ra, tổng dòng nguồncho tất cả bốn bộ khuếch đại có thể so sánh với dòng điện nguồncủa một 741 loại Op Amp Các tính năng khác bao gồm dòngđiện bù đầu vào và dòng điện lệch đầu vào ít hơn so với những tiêuchuẩn của 741 Ngoài ra, chức năng cách ly tuyệt vời ở mỗi bộkhuếch đại và sử dụng các kỹ thuật bố trí giảm thiểu các khớp nối

43

Trang 44

nhiệt Series LM149 có các tính năng tương tự như LM148 cộngvới băng thông 4MHz tăng lên 5 hoặc lớn hơn.

LM148 có thể được sử dụng bất kỳ nơi nào với bộ khuếch đại loại

741 hoặc 1558, nó đang được sử dụng trong các ứng dụng nơi màkết hợp bộ khuếch đại hoặc đóng gói mật độ cao là cấn thiết