Opamp Mạch điện tử cơ bản

Liên tầng Mạch điện tử cơ bản FET Mạch điện tử cơ bản Đáp ứng tần số Mạch điện cơ bản Opamp Mạch điện tử cơ bản

Chöông 6:

Op-Amp

Chương 6-4

Tên gọi Op-Amp

Vi mạch khuếch đại thuật tốn (Operational Amplifier) –

ký hiệu là OpAmp đầu tiên được dùng để nĩi về các

mạch khuếch đại cĩ khả năng thay đổi theo mạch ghép

nối bên ngồi để thực hiện các phép biển đổi tốn học

như cộng trừ, biến đổi tỷ lệ, vi tích phân trong các máy

tính tương tự

Nhờ sự phát triển của cơng nghệ bán dẫn, Op-Amp ngày càng

trở nên tin cậy, kích thước nhỏ, ổn định nhiệt, vì vậy, ngày

nay opamp được sử dụng như là thành phần cơ bản của các

ứng dụng khuếch đại, biến đổi tín hiệu, các bộ lọc tích cực,

tạo hàm và chuyển đổi.

Chương 6-5

Cấu tạo Op-Amp

Cơ sở của vi mạch khuếch đại thuật tốn là các tầng khuếch đại vi sai.

Các vi mạch khuếch đại thuật tốn bao gồm ba phần:

 Khuếch đại vi sai:

Dùng khuếch đại tín hiệu vào, cĩ đặc điểm là khuếch đại nhiễu thấp,

trở kháng vào cao, thường đầu ra vi sai.

 Khuếch đại điện áp:

Tạo ra hệ số khuếch đại điện áp cao, thường đầu ra đơn cực.

 Khuếch đại đầu ra:

Dùng với tín hiệu ra, cho phép khả năng tải dịng lớn, trở kháng ra

thấp, cĩ các mạch chống ngắn mạch và hạn chế dịng điện.

Chương 6-6

Kyù hieäu Op-Amp

 Vi+: ngõ vào không đảo

 Vo: ngõ ra

 Vi-: ngõ vào đảo

 +/-VS cung cấp nguồn

Chương 6-7

Đặc tính Op-Amp

 Một bộ vi mạch khuếch đại thuật tốn khuếch đại vi sai điện áp

vd= v1 – v2 giữa 2 tín hiệu vào Hệ số khuếch đại điện áp hở

mạch được tính theo cơng thức:

Chương 6-8

Đặc tuyến Op-Amp

+/- Vs ngưỡng điện thế ngõ vào (rất bé vài

trăm micro vol)

+/-V0max giá trị cực đại ngõ ra

ΔVi < -Vs: vùng bão hịa âm

ΔVi > -Vs: vùng bão hịa dương

-Vs< ΔVi<+Vs: Vùng khuếch đại tuyến tính

 Để tín hiệu vào lớn và tín hiệu ra không bị bão

hoà ( không bị xén) khuếch đại hồi tiếp ( cho

1 phần tín hiệu ra vào lại ngõ vào)

Chương 6-10

Mạch so sánh dùng Op-Amp

 So sánh khơng đảo:

 Điện thế chuẩn Vref > 0V đặt ở ngõ vào (-)

 Điện thế so sánh Ei đưa vào ngõ vào (+)

 Khi Ei > Vref thì V0 = +Vsat

 Khi Ei < Vref thì V0 = -Vsat

Chương 6-11

Mạch so sánh dùng Op-Amp (tt)

Mạch so sánh đảo:

 Điện thế chuẩn Vref > 0V đặt ở ngõ vào (+)

 Điện thế so sánh Ei đưa vào ngõ vào (-)

 Khi Ei > Vref thì V0 = -Vsat

 Khi Ei < Vref thì V0 = +Vsat

Chương 6-12

Mạch so sánh dùng Op-Amp (tt)

Mạch khuếch đại cĩ hồi tiếp:

Lúc này do vin so sánh với tín hiệu ngõ vào v+ là điện thế trên mạch phân áp

R4-R2, nên theo sự biến thiên giữa hai mức điện áp của vout, mạch hồi tiếp cũng

cĩ hai ngưỡng so sánh là VH và VL.

Chương 6-13

Một số Op-Amp thông dụng

Chương 6-14

Một số Op-Amp thông dụng (tt)

 LM381: low noise dual amp., audio

Voltage gain= 112dB; BW = 75KHz; Rin= 100K; Rout= 150

 LM380: audio power amp

Voltage gain= 34dB; BW= 100KHz; out-put power = 2W

 MC1553: Video amp

Voltage gain= 52dB; BW=20MHz

 LM703: RF/IF amp

Chương 6-15

Op-Amp ñôn

Chương 6-16

Op-Amp keùp

Chương 6-17

Op-Amp 4

Chương 6-18

6.2 Mạch Op-Amp cơ bản

 Mạch khuếch đại không đảo

 Mạch khuếch đại đảo

 Mạch khuếch đại tổng

 Mạch khuếch đại vi sai

 Mạch tích phân

 Mạch vi phân

 Mạch tạo hàm mũ

 Mạch tạo hàm logarith

Ngõ ra Vo cùng pha với ngõ vào Vi được gọi là ngõ vào không đảo

R2 đóng vai trò hồi tiếp âm để tăng độ khuếch đại AV.

Khi R2 =0, ta có: A=1 => Vo =Vi hoặc R1=∞ ta cũng có A=1 và Vo= Vi Lúc này mạch được gọi là mạch “voltage follower” thường được dùng

làm mạch đệm (buffer) vì có tổng trở vào lớn và tổng trở ra nhỏ như mạch cực thu chung ở BJT.

Vo và Vi sẽ lệch pha 180 độ (nên được gọi là mạch khuếch đại đảo và

ngõ vào ( - ) được gọi là ngõ vào đảo).

R2 đóng vai trò mạch hồi tiếp âm R2 càng lớn (hồi tiếp âm càng nhỏ)

độ khuếch đại của mạch càng lớn

Mạch có khả năng khuếch đại điện áp DC lẫn AC

•Nếu Rf=R thì Vo là tổng của tất cả các ngỏ vào Vi (Tổng này phải

nhỏ hơn Vsat của op-amp)

R

  

Nên mạch tích phân chỉ hoạt động đúng ở một dãy tần số nhất định.

Ngoài ra chúng ra còn có thể lấy tích phân của một tổng.

Chương 6-25

Mạch vi phân

0

i o

V

f

V  

Chương 6-26

Mạch tạo hàm mũ

: điện áp rơi trên hai đầu diode

: dịng ngược bão hịa

Chương 6-27

Mạch tạo hàm logarith

: điện áp rơi trên hai đầu diode

: dịng ngược bão hịa

Chương 6-28

6.3 Mạch Op-Amp nâng cao

 Mạch chuyển đổi dòng sang áp

 Mạch chuyển đổi áp sang dòng

 Mạch khuếch đại dòng

 Mạch khuếch đại instrumentation

Chương 6-29

Mạch chuyển đổi dòng sang áp

Cịn gọi là bộ khuếch đại biến đổi điện trở, cĩ đầu vào là ii

và đầu ra là: vo =Aii trong đĩ: A là độ lợi của mạch.

Xem hình trên ta cĩ: ii +(vo -0)/R=0 hay vo = -Rii

Chương 6-30

Mạch chuyển đổi áp sang dòng

) 3 ( 2

, 1

) 2 ( 0

) 1 (

R

V R

V I

i

I i

i Z

V V

V A

i o

o d

i

i oL

Chương 6-32

Mạch khuếch đại instrumentation

Vo = A(v2 – v1)

A = A1 A2 = (1+2R3/RG).(R2/R1)

Chương 6-33

Mạch khuếch đại instrumentation (tt)

vo = -R2v3 /R1 +(1+R2)v2 /R1

Chương 6-35

BÀI TẬP 1

Hãy tìm V+, V- và Vo trong mạch điện hình sau cũng như cơng

suất phát ra từ nguồn 4V Hãy tìm ra 1 phương pháp để kiểm trakết quả

Chương 6-36

BÀI TẬP 2

a) Hãy tìm V+ và Vo trong mạch điện ở hình sau

b) Làm lại câu (a) với điện trở 5kΩ được nối giữa A và B

Chương 6-37

BÀI TẬP 3

a) Hãy tìm V-, V+, Vo cho mạch điện sau nếu vs = 9V

b) Hãy tìm điện trở R sao cho khi nĩ được nối giữa 2 chân ngõ vàođảo của KĐTT với đất thì làm cho Vo tăng lên gấp đơi

Chương 6-38

BÀI TẬP 4

a) Tìm vn, vp, vo trong mạch điện sau nếu is = 1mA.

b) Làm lại câu (a) với điện trở 3kΩ mắc nối tiếp với nguồn.

Chương 6-39

BÀI TẬP 5



Chương 6-40

BÀI TẬP 6

Một mạch âm tần cho trong

hình B14.25 được sử dụng để

thay đổi vị trí của tín hiệu

giữa các kênh stereo trái và

được kéo xuống hồn tồn VR

/ Vi=-1V/V khi xoay nút được

kéo lên tối đa và VL/Vi= -1/√2

khi nút xoay ở vị trí giữa

Chương 6-42

BÀI TẬP 8

Cho 1 bộ biến đổi V-I cĩ tải thả nổi như hình

a) Tính i0=vi/(R1/k), k=1+R2/R3

b) Chỉ ra gái trị điện trở chuẩn 5% cho độ nhạy 1mA/V và

Ri = 1MΩ, trong đĩ Ri là điện trở nhìn bởi nguồn

c) Nếu ± Vsat = ±13V ,tìm điện áp cho phép của mạch

Chương 6-44

BÀI TẬP 10

Tìm độ lợi cũng như trở kháng ra của mạch

  v p 1k  ( 1 )m  1V

Chương 6-50

ĐÁP ÁN 5



Chương 6-51

ĐÁP ÁN 6

a Nghiên cứu hoạt động của mạch: mỗi opamp là một mạch

khuếch đại đảo, điều chỉnh biến trở là điều chỉnh các điện áp

V1,V2 Nếu biến trở nằm chính giữa thì V1=V2, nếu lên trên thìV1 nhỏ hơn, xuống dưới thì V1 lớn hơn Do đĩ kéo theo sự sailệch giữa VL và VR ở ngõ ra 2 opamp

 V1 (khuếch đại đảo )

Chương 6-53

ĐÁP ÁN 6 (tt)

*Khi nút kéo lên hồn tồn ,tương tự như trên vì mạch đối xứng

*Khi nút xoay nằm chính giữa :

Chương 6-56

ĐÁP ÁN 8

2 0

R R

v v KCL i