KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN ,GIỚI THIỆU VỀ MODULE THÍ NGHIỆM ITF-202B

Bộ KĐTT sửdụng dễ dàng ,việc lắp đặt không phức tạp,độ ổn định lại cao nên khá được ưuchuộng.Ngoài những tác dụng trên thì bộ khuếch đại thuật toán còn có ưu điểmvượt trội là nó chỉ phụ

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp

đỡ va góp ý nhiệt tình của các thầy cô trường Đại học hành hải Việt Nam đặcbiệt là thầy Trương Thanh Bình đã giúp đỡ em rất nhiều, cùng với sự giúp đỡcủa các bạn trong lớp ĐTV52-ĐH2

Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Điện-Điện tử tàubiển về sự quan tâm , nhiệt huyết và những kiến thức quý báu mà các thầy cô đãtruyền đạt cho em trong suốt những năm qua và đặc biệt là thầy Th.S TrươngThanh Bình người đã dành thời gian và tâm huyết để hướng dẫn và giúp emhoàn thành đồ án này

Tuy nhiên trong quá trình làm đề tài em còn nhiều thiếu sót do thời gian vàvốn kiến thức của bản thân có hạn Em rất mong nhận được những đóng gópcủa thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, ngày tháng năm2015 Sinh viên thực hiện

Phạm Thùy Linh

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đồ án này hoàn toàn do em thực hiên

Các số liệu, kết luận trong đồ án được thực hiện thực trong module thínghiệm

Em xin chịu trách nghiệm với việc nghiên cứu của mình

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU……… 1

CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 2

1.1 Khái niệm và tính chất của KĐTT 2

1.2 Các tham số và tính chất cơ bản của khuếch đại thuật toán 3

1.2.1.Hệ số khuếch đại hiệu K0 3

1.2.2 Đặc tính biên độ tần số 4

1.2.3 Hệ số khuếch đại đồng pha 6

1.2.4 Hệ số nén đồng pha 6

1.2.5 Điện trở vào hiệu, điện trở vào đồng pha, và điện trở ra 7

1.2.6 Dòng điện tĩnh, Điện áp vào lệch không 7

1.3 Ảnh hưởng của dòng điện tĩnh và điện áp lệch không 8

1.3.1 Tác động của dòng điện tĩnh trong khuếch đại thuật toán 8

1.3.2 Các mạch bù lệch không 9

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ MODULE THÍ NGHIỆM ITF-202B 11

2.1 Mô tả chung về hoạt động của khuếch đại thuật toán 11

2.1.1 Thông số kỹ thuật 11

2.2 Các mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán 15

2.2.1 Mạch khuếch đại đảo 15

2.2.2 Mạch khuếch đại thuận 16

2.2.3 Mạch trừ 17

2.2.4 Mạch cộng 18

2.2.5 Mạch lọc 19

2.2.6 Mạch dao động cầu wien 22

2.2.7 Mạch vi phân 24

2.2.8 Mạch tích phân 25

CHƯƠNG III: QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 28

3.1 Mạch khuếch đại đảo 28

3.1.1.Sơ đồ thực hiện 28

3.1.2.Quy trình và kết quả thí nghiệm tín hiệu một chiều 29

3.1.3.Quy trình và kết quả thí nghiệm tín hiệu xoay chiều 30

3.1.3 Nhận xét 34

3.2 Khuếch đại thuận 35

3.2.1.Sơ đồ thực hiện 35

3.2.2.Quy trình và kết quả thí nghiệm tín hiệu một chiều 37

3.2.3.Quy trình và kết quả thí nghiệm tín hiệu vào xoay chiều 38

3.2.3.Kết luận 39

3.3 Mạch trừ 40

3.3.1.Sơ đồ mạch điện 40

3.3.3.Quy trình và kết quả thí nghiệm tín hiệu vào xoay chiều 45

3.4 Mạch cộng 47

3.4.1.Sơ đồ thực hiện 47

3.4.2:Quy trình và kết quả thí nghiệm một chiều 48

3.4.2.Quy trình và kết quả thí nghiệm xoay chiều 49

3.4.4.Kết luận 51

3.5 Mạch vi phân 51

3.5.1.Mục đích và sơ đồ thực hiện 51

3.5.2.Quy trình và kết quả thí nghiệm 52

3.5.3.Kết luận 53

3.6 Mạch tích phân 53

3.6.1.Sơ đồ thực hiện mạch tích phân 53

3.6.3 Quy trình thí nghiêm 54

3.6.3.Kết luận 57

3.7 Mạch dao động cầu wien 57

3.7.1.Sơ đồ thí nghiệm 57

3.8 Mạch lọc 59

3.8.1.Quy trình và kết quả thí nghiệm của bộ lọc thông thấp 59

3.8.2.Quy trình và kết quả thí nghiệm của bộ lọc thông cao(HPF) 62

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN

KĐTT Operational Amplifier: Khuếch đại thuật toán

LPF Low-pass filter:Mạch lọc thông thấp

HPF High-pass filter:Lọc thông cao

KĐT Noninverting amplifier circuit:Mạch khuếch đai thuận KĐĐ

Số bảng Tên bảng Trang

3.3 Điện áp vào ra khi thay điện trở hồi tiếp 33

3.5 Gía trị điện áp ra của KĐT dạng một chiều 42

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Số hình Tên hình Trang

1.1 Bộ khuếch đại thuật toán 1

2.1 Module thí nghiệm khuếch đại thuật toán ITF 122.2 Mạch tương đương của khuếch đại thuật toán 12

2.4 Khối mạch lọc,cầu Wien, tích phân-vi phân trên ITF202B 14

3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đảo 31

3.16 Đường biểu diễn mối quan hệ giữa tần số và điện áp ra 43

3.25 Tín hiệu ra khi thay R14 = 100k Ω của mạch trừ 49

3.29 Đường biểu diễn mối quan hệ giữa tín hiệu vào Uv và ra Ur 513.30 Khi điện áp ra dịch xuống dưới hai tín hiệu vào khác nhau 52

3.32 Sơ đồ nguyên lý của mạch vi phân thực hiện 54

3.34 Tín hiệu ra của mạch khi tín hiệu vào hình vuông 55

3.39 Tín hiệu ra mạch tích phân tại tần số 1KHz 583.40 Tín hiệu ra mạch tích phân tại tần số 1KHz 59

3.42 Tín hiệu ra mạch tích phân tại tần số 20KHz 60

3.49 Tín hiệu ra khi f=fc của LPF 65

LỜI MỞ ĐẦU

Trong kỹ thuật mạch điện tử ngày nay bộ khuếch đại thuật toán được sửdụng nhiều và rộng rãi đặc biệt là đối với tín hiệu biến thiên chậm Bộ KĐTT sửdụng dễ dàng ,việc lắp đặt không phức tạp,độ ổn định lại cao nên khá được ưuchuộng.Ngoài những tác dụng trên thì bộ khuếch đại thuật toán còn có ưu điểmvượt trội là nó chỉ phụ thuộc vào các linh kiện mắc bên ngoài mà không phụthuộc vào kết cấu bên trong của mạch như bộ khuếch đại thông thường

Qua đề tài vừa nghiên cứu của phòng thí nghiệm điện tử tương tự nhàtrường , em muốn đi sâu vào nghiên cứu các mạch của bộ khuếch đại thuật toán

và hiểu rõ hơn về lý thuyết đã được học

Đề tài nghiên cứu của em gồm 3 chương như sau :

CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁNCHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ MODULE THÍ NGHIỆM ITF-202B

CHƯƠNG III: QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

CHƯƠNG I: NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 1.1 Khái niệm và tính chất của KĐTT

Khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier): là bộ khuếch đại dòng 1chiều có hệ số khuếch đại khi không tải và không phản hồi lớn, có 2 đầu vào visai và 1 đầu ra chung, mạch khuếch đại này được ứng dụng trong một số mạch

cơ bản như mạch cộng, mạch trừ, mạch tích phân… Ngoài ra còn đóng vai tròlớn và được sử dụng rộng rãi trong các mạch khuếch đại , tại tín hiệu hình sin,xung và trong bộ ổn áp, bộ lọc tích cực

Về cơ bản khuếch đại thông thường và khếch đại thuật toán không khácnhau Cả 2 đều dùng để khuếch đại dòng điện, điện áp, công suất Nhưngkhuếch đại thông thường phụ thuộc vào kết cấu bên trong của mạch còn KĐTTphụ thuộc vào các linh kiện mắc ở ngoài Do đó KĐTT phải có hệ số khuếch đạirất lớn, trở kháng vào lớn và trở kháng ra rất nhỏ

KĐTT được thực hiện như sau :

Trong đó

Ud : điện áp vào hiệu

UP, IP : điện áp, dòng điện vào cửa thuận

UN, IN : điện áp, dòng điện vào cửa đảo

Ur, Ir : điện áp, dòng điện của tín hiệu ra

Bộ khuếch đại lý tưởng thường có những tính chất như sau:

+Trở kháng của đầu vào của mạch Z V=∞

+UCC

UN

UP

UdP

N

IN

IP

+ -

Ir

Hình 1.1 Bộ khuếch đại thuật toán

+Trở kháng ra của mạch Z R=0

+Hệ số khuếch đại điện áp K0 =∞

Để đánh giá khả năng khuếch đại của mạch giữa bộ khuếch đại thuật toán

lý tưởng so với bộ lý tưởng ta thường dùng những tham số đặc trưng của mạchKĐTT

Đặc tuyến quan trọng nhất của khuếch đại thuật toán là đặc tuyến truyềnđạt điện áp như hình Hình 1.2

Đặc tuyến truyền đạt của mạch khuếch đại thuật toán gồm hai đường cong.Mỗi đường cong gồm một đoạn nằm ngang và 1 đoạn dốc Tại những điểm trênđoạn ngang thì điện áp ra của bộ khuếch đại không đổi và xác định trong khoảnggiá trị Urmin đến Urmaxkhi thay đổi điện áp vào Đối với đoạn dốc biểu thị sựphụ thuộc của điện áp ra và điện áp vào, với góc nghiêng xác định hệ số khuếchđại của KĐTT(khi không có hồi tiếp ngoài)

1.2 Các tham số và tính chất cơ bản của khuếch đại thuật toán

1.2.1.Hệ số khuếch đại hiệu K 0

Hệ số khuếch đại hiệu khi không phản hồi và không tải, được xác định theobiểu thức sau:

Ở tần số thấp, K0 = K00 thường có giá trị trong khoảng 103 đến 106.Điện áp ra Ur chỉ tỷ lệ với Ud trong dải điện áp U r min÷U r max nào đó, dải

điện áp này gọi là dải biến đổi điện áp ra của bộ khuếch đại thuật toán Ngoàidải đó, điện áp ra không đổi và không phụ thuộc vào điện áp vào, tương ứng với

bộ khuếch đại điện áp làm việc ở trạng thái bão hòa

Đối với điện áp một chiều và điện áp có tần số thấp thì K0 không phụ thuộcvào tần số và K0 = K00 Khi tần số tăng đến một giá trị nào đó thì K0 giảm Ở tần

số giới hạn K0=K00/√2 Vì tần số giới hạn dưới của bộ khuếch đại thuật toán

fd = 0 nên tần số giới hạn trên đúng bằng độ rộng dải tần B khi hệ số khuếch đạiK0 giảm theo tần số thì giữa Ur và Ud cũng xuất hiện một góc lệch pha phụ thuộctần số Trong những điều kiện nhất định, góc lệch pha này sẽ ảnh hưởng đến tính

sự ổn định của bộ khuếch đại thuật toán

rẽ đặc trưng cho các điện trở và tụ điện tạp tán Trong hình hình 1.3 tam giác +1biễu diễn các khâu ghép điện không phụ thuộc vào tần số và có hệ số truyền đạtbằng 1 theo hình đó, có thể viết biểu thức biễu diến sự phụ thuộc của K0 theotần số:

4

+

Trong đó f α1 , f α 2 , f α 3 Là tần số giới hạn của ba khâu lọc thông thấp

Khi K0 giảm khi tần số tăng và K0 = 1 khi f = fT (fT là tần số giới hạn quáđộ) Đồng thời khi tần số tăng thì góc lệch pha φ giữa Ur và Ud cũng tăng về trị

số tuyệt đối Tóm lại có thể minh họa đặc tính biên độ - tần số và pha - tần sốcủa bộ khuếch đại thuật toán như hình 1.3, trong đó giả thiết f α1 <<f α2 <<f α 3 .

Hình 1.4 biễu diễn đặc tuyến biên độ tần số dưới dạng đồ thị Bode Ta thấyrằng, khi f >f α 1 thì hệ số khuếch đại giảm với độ dốc -20dB/Decade, tiếp tục

khi f >f α 2 và f >f α 3 thì K0 lần lượt giảm với độ dốc 40dB/Decade và

-60dB/Decade mặt khác khi tần số tăng thì góc lệch pha φ giảm Ta đặc biệtquan tâm tới góc pha ϕ=−1800 , vì lúc này Ur và Ud ngược pha, do đó các cửa

thuận và cửa đảo của bộ khuếch đại thuật toán thay đổi tác dụng của chúng

C2

R

R 3

Hình 1.3 Mô hình bộ khuếch đại thuật toán

1.2.3 Hệ số khuếch đại đồng pha

Nếu đặt vào cửa thuận và cửa đảo của bộ khuếch đại thuật toán các điện ápbằng nhau, nghĩa là:

Up = UN =Ucm ¿ 0

Quan hệ giữa điện áp ra và điện áp vào được thể hiện trên hình sau với hệ

số khuếch đại đồng pha được xác định theo công thức sau :

Vì K0>0, Kcm có thể nhận giá trị âm hoặc dương vậy nên G cũng có thể âmhoặc dương Theo định nghĩa về hệ số khuếch đại hiệu và hệ số khuếch đại đồngpha, ta có thể viết:

ΔU r=du r

du d¿|K cm=|const  ΔU D+ du r

du cm¿|K0=|const  ΔU cm=K0ΔU d+K cm ΔU cm¿

Cho ΔU r=0 , rút ra:

G= K0

K cm=−

ΔU cm

ΔU d ¿|U r 0=|const ¿

1.2.5 Điện trở vào hiệu, điện trở vào đồng pha, và điện trở ra

Điện trở vào hiệu rd và điện trở vào đồng pha rcm được định nghĩa lần lượttheo biểu thức :

1.2.6 Dòng điện tĩnh, Điện áp vào lệch không

Dòng điện tĩnh là giá trị trung bình của dòng điện vào cửa thuận và dòngđiện vào cửa đảo:

I t=I P+I N

2 với UP = UN = 0Dòng vào lệch không là hiệu của các dòng điện tĩnh ở hai cửa của bộkhuếch đại thuật toán:

I0=I P−I N với UP = UN = 0

Thông thường thì I0 = 0,1It

Dòng lệch không phụ thuộc vào nhiệt độ vì vậy khi nhiệt độ thay đổi, trị sốcủa dòng lệch không thay đổi theo Hiện tượng này được gọi là hiện tượng trôidòng lệch không Để đánh giá mức trôi dòng lệch không ta thường dùng hệ số

nhiệt của dòng lệch không

có thứ nguyên là nA/0C Theo như lý thuyết ta có UP = UN = 0 thì Ur vẫn khác không Lúc này điện

áp ra do điện áp lệch không ở đầu vào gây nên Điện áp lệch không U0được xácđịnh là hiệu điện áp cần phải đặt giữa hai đầu vào để cho Ur = 0

U0 = UP –UN khi Ur = 0

Điện áp lệch không cũng phụ thuộc nhiệt độ, do đó cũng có hiện tượng trôi

điện áp lệch không, được đặc trưng bởi tham số

1.3 Ảnh hưởng của dòng điện tĩnh và điện áp lệch không

1.3.1 Tác động của dòng điện tĩnh trong khuếch đại thuật toán

Trong thực tế khi tính toán khếch đại thuật toán ta thường bỏ qua sai số màlấy giá trị lý tưởng Nguyên nhân của sai số này chủ yếu là do điện áp lệchkhông ,dòng điện tĩnh và hiện tượng trôi gây ra

Thực chất dòng I P , I

N của là dòng base của transistor của KĐTT.Dòngtại cửa thuận và dòng tại cửa đảo I N gần bằng nhau Các dòng tĩnh IP , IN sẽgây ra sụt áp đối với các cửa vào Do sự khác nhau đó của các điện trở cửa P ,cửa N mà sụt áp cũng khác nhau Hiệu điện thế của chúng là điện áp lệchkhông Vì vậy để giữ cho điện áp lệch không nhỏ thì bộ khuếch đại đảo không

đấu trực tiếp cửa thuận xuống đất mà phải đấu qua một điện trở R2,khi đó R2 sẽ

có trị số bằng điện trở vào của đảo nghĩa là:

N

N

R R

R R

.

Lúc đó dòng tĩnh gây ra trên 2 đầu tới các sụt áp là IN(R1//RN) và IP(R1//RN) Thường IP = IN nên sụt áp đó có giá trị gần bằng nhau Lúc này trên đầu vào

bộ khuếch đại có thêm điện áp đồng pha Ucm = I1(R1//RN)

Thực tế I  P I N nên dòng tĩnh I0 = IP – IN còn gây ra một hiệu điện áp ở đầuvào gọi là điện áp lệch không U0.Viết phương trình dòng điện cho nút N

N

r V

R

U U R

R

R U

Sau khi đã khử ảnh hưởng của dòng tĩnh và điện áp lệch không, nguyênnhân gây sai số còn lại là hiện tượng trôi

Sai số này được xác định theo biểu thức sau

1 0

 : lượng trôi của dòng lệch không

Biến đổi cong thức trên ta có:

Trong bộ khuếch đại xoay chiều,ta không cần quan tâm đến bù lệch không

Ur +

Ur

+ - UV

b)

R 1 R 2

R 3

+

-P

Ur UV

1

+ -

R2

UV 2

+

-P R3

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ MODULE THÍ NGHIỆM ITF-202B 2.1 Mô tả chung về hoạt động của khuếch đại thuật toán.

2.1.1 Thông số kỹ thuật.

Mạch khuếch đại

Hệ thống mạch : Mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại thuận

Đầu vào tối đa của mạch : ±15V

Mạch lọc

Hệ thống mạch: Loại nguồn điện áp

Đầu vào tối đa: ±15V

Đặc điểm suy hao: -12dB/oct

Dải tần số: 1kHz đến 10kHz

Mạch dao động cầu Wien

Loại dao động: Mạch dao động cầu Wien

Đầu vào cực đại: 1kHz đến 50kHz

Biên độ dao động ở mức thấp: 5V đến 7V

Mạch biên độ ổn áp: giới hạn diode

Mạch tích phân-vi phân

Hệ thống mạch: khuếch đại nghịch và khuếch đại thuận

Điện áp vào cực đại: ±15V

Mạch tích phân với dải tần : các tần số cao hơn hoặc bằng 16Hz

Mạch vi phân với dải tần: tần số nhỏ hơn hoặc bằng 16Hz

Nguồn điện áp một chiều.

Hình 2.1 Module thí nghiệm khuếch đại thuật toán ITF

Điều kiện môi trường

Nhiệt độ hoạt động và phạm vi độ ẩm: 0 ∘ → +40 ∘ C

Đặc điểm hoạt động của mạch

Mạch hoạt động tương đương như hình

Hình 2.2.Mạch tương đương của khuếch đại thuật toán

Trở kháng vào Zi : vô cùng.

Trở kháng ra Z0: 0

Điện áp khuếch đại : vô cùng

Điện áp đầu vào mạch bù : 0

Dòng đầu vào : 0

Tần số tín hiệu : vô cùng

2.1.2 Các khối của modul thí nghiệm

Xét mạch khuếch đai thuật toán

Hình 2.3 Mạch khuếch đại và nguồn cung cấp.

Nguồn cung cấp

(1)Công tắc:Khi ấn xuống O thì nguồn cung cấp sẽ trở về trạng thái tắt.Ấncông tắc lên I thì nguồn sẽ được cấp điện và đèn ở bên trên sẽ sáng

(2)GND:Đây là thiết bị đầu cuối khung, kết nối các thiết bị với đất

Nguồn điện áp một chiều

(3)Nguồn điện áp một chiều có giá trị trong khoảng ± 3V thay đổi theonúm vặn

Mạch lọc, mạch cầu Wien, mạch tích phân vi phân

Hình 2.4 Khối mạch lọc,cầu Wien, tích phân-vi phân trên ITF-202B

Mạch lọc

(10)TB21,TP21: Đầu vào mạch lọc TP22,TB 22: Điểm nối đất

(11)CR21 đến CR24: Kết nối tụ điện và điện trở trong mạch

(12)TB23,TP23: Đầu vào mạch lọc TP24,TB24:Điểm nối đất

Mạch dao động cầu Wien

(13)R31,R32,C31, C32: Điện trở và tụ điện của mạch.

(14)TB31,TP31: Chân để kết nối tín hiệu ra.TB32,TP32: Điểm nối đất Mạch tích phân,vi phân

(15)Chân TB41,TP41: Đầu vào mạch tích phân,vi phân

(16)Chân R41,R42,C41,C42: Kết nối điện trở và tụ điện vào mạch

(17)TB43,TP43: Mạch tích phân , vi phân đầu ra TB44,TP44: Điểm nốiđất

2.2 Các m ch ng d ng khu ch đ i thu t toán ạch ứng dụng khuếch đại thuật toán ứng dụng khuếch đại thuật toán ụng khuếch đại thuật toán ếch đại thuật toán ạch ứng dụng khuếch đại thuật toán ật toán

2.2.1 Mạch khuếch đại đảo

Với mục đích thiết kế ra mạch khuếch đại thuận và tìm hiểu về ứng dụngcủa nó module thí nghiệm IWATSUITF202B đã đề cập tới mạch khuếch đạinày

Mạch khuếch đại đảo là mạch điện mà có đầu vào không đảo được nối đấthay đầu vào đảo bằng không Đầu và đảo thì được cấp điện áp dưới dạng tínhiệu một chiều và xoay chiều Khi đó mạch sẽ có thể thực hiện được hồi tiếp âmsong song khi mà tín hiệu ra được đưa qua điện trở hồi tiếp Rht Sơ đồ nguyên lýđối với mạch khuếch đại đảo

R1

+

-NUv

Ur

UN ARht

Hình 2.5.Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đảo

Các thông số kỹ thuật của mạch:

+ Điện áp vào và ra :Uv, Ur

+ Dòng điện qua điện trở R1,Rht :I1,Iht

+ Điện áp giữa đầu vào đảo và đầu vào thuận : UN

Điện áp vào sẽ được cấp áp cho Uv,UN Khi điện trở vào của mạch khuếchđại thuật toán là vô cùng , dòng điện I1 qua điện trở R1 sẽ không đi qua cửa đảocủa mạch khuếch đại thuật toán mà đi vào điện trở hồi tiếp Như vậy dòng điệnI1=Iht Từ đó ta có công thức tại nút N của mạch:

Điện áp vào của mạch Uv có thể được tính dựa vào định luận Ohm như:

Uv=I1.R1 Nếu I1=Iht và điện áp vào Uv=-I1.Rht thì hệ số khuếch đại khi đó sẽ có giátrị:

Đối với điện trở hồi tiếp có giá trị bằng điện trở vào tại cửa đảo Rht=R1 thì

hệ số khuếch đại sẽ có giá trị bằng -1

Tương tự như vậy khi Rht=10R1 thì K= -10.Vậy điện áp ra của mạch luônngược pha với điện áp vào

2.2.2 Mạch khuếch đại thuận

Sơ đồ mạch khuếch đại thuận có dạng như hình 2.6

R1

+

N

Cũng giống như mạch khuếch đại đảo thì mạch khuếch đại thuận cũng cócác thông số sau Các thông số kỹ thuật của mạch:

+ Điện áp vào và ra :Uv, Ur

+ Dòng điện qua điện trở R1,Rht :I1,Iht

+ Điện áp giữa đầu vào đảo và đầu vào thuận : UN

Xét điện áp tại điểm N ta có UN=Uv+Ur Khi điện trở vào của tụ đạt giá trị

vô cùng thì dòng điện qua điện trở hồi tiếp sẽ không đi vào đầu vào đảo củamạch mà đi tới điện áp R1.Như vậy ta có công thức:

Hệ số khuếch đại điện áp của mạch khi mà điện áp UN=0 ta có:

K=

Ur Uv

Nếu UN=0 thì

UrưUv Rht =

N R1

Ur=UP ¿ VR2 hay Ur=UP-I2 ¿

R2=UP-R 2

R 1×(Uv 1ưU N)=(Uv2-Uv1)

R2 R1

Kết quả của mạch khuếch đại trừ là sự khác biệt giữa điện áp đầu vào vàcác yếu tố như tỉ số giữa

R2 R1

Nếu hiệu (Uv2 – Uv1) nhỏ và hệ số nén tín hiệu đồng pha hữu hạn thì có sai

số đáng kể Cần chú ý rằng chỉ khi một trong hai đầu vào được nối đất thì điện

áp ở đầu vào tương ứng (Uv1 hoặc Uv2) mới bằng không

2.2.4 Mạch cộng

Sơ đồ của mạch cộng (Hình 2.8)

+ -

Rht R1

N

Ur

R2

Uv1 Uv2 Uvn

I1 I2

In Rn

Hình 2.8 Sơ đồ của mạch cộng điện áp

Thông số của mạch:

+ Điện trở hồi tiếp của mạch : Rht

+ Dòng điện mạch vào khi qua tương ứng điện trở vào : I1,I2, ,In

+ Điện trở mạch vào : R1, R2,…,RN

+ Điện áp vào : Uv1, Uv2, ,Uvn

+ Điện áp ra : Ur

Dòng điện I1 tới In khi đi qua R1 tới Rn tới điểm N của mạch sẽ chuyển qua

đi tới điện trở hồi tiếp Rht

Dòng điện hồi tiếp khi đi qua Rht sẽ bằng tổng điện áp đầu vào của mạch: Iht=I1+I2+…+In hay

Tổng giá trị dòng điện:

−Ur Rht =

Uv1 R1 +

Uv 2

R 2 +

Uvn Rn

Vậy điện áp ra của mạch khi chọn giá trị điện trở Nếu RN ¿ R1 ¿ R2 ¿

R3

a,Mạch lọc thông cao

Mạch lọc thông cao được tạo ra từ tụ điện và điện trở như hình 2.9

-20dB

-40dB

Hình 2.10 Đặc tuyến tần số cuả bộ lọc thông cao

Tần số f là tần số mà tín hiệu ra bị suy giảm bởi -3dB và được gọi là tần sốcắt của tín hiệu Công thức xác định tần số cắt: f0=

S=j ϖC và ϖC=2Πf

Q:hằng số thể hiện độ độ sắc nét của độ dốc suy giảm trong mạch cộnghưởng Nó có giá trị của mạch cộng hưởng bởi băng thông tần số -3Db dropKhi giá trị ω và ϖC0 là tương đương nhau thì phương thình sẽ được sử

dụng

Ur

Uv=−jQ

Phương trình cho thấy điện áp ra và điện áp vào cũng trễ pha nhau 90 ∘ .

Độ dốc của Q trong thời điểm độ dốc bằng -3dB và tại tần số f0 thì Q đượcxác định:

Hình 2.12 Đặc tuyến tần số của bộ lọc thông thấp

Bộ lọc thông thấp đã được nói đến ở trên có thể biến đổi thành bộ lọc thôngcao từ việc thay đổi điện trở và tụ điện với những điện trở và tụ điện khác nhauvới trở kháng tại tần số f 0 Do đó việc tính toán dưới đây có thể được thựchiện bởi phương trình và thay thế Rh thành R , Ch thành C

2.2.6 Mạch dao động cầu wien

Sơ đồ nguyên lý điển hình của mạch lọc thông cao bao gồm C1-R2 và bộlọc thông thấp gồm C2-R1

Mạch dao động cầu Wien dùng KĐTT:

Theo các đặc tuyến tần số, tại tần số f = f0 =

1

2 π√R1C1R2C2 ta có:

Góc dịch pha của cầu: φ = 00

Hệ số truyền đạt của cầu: β =

1 3

Do đó có thể sử dụng bộ KĐ không đảo dùng vi mạch KĐTT kết hợp vớicầu Wien để tạo thành mạch dao động RC kiểu cầu Wien

+ -

Rht

N

Ur U1

Khi cấp điện áp xoay chiều vào mạch vi phân thì tín hiệu vào có dạng:

u1=U sin ωt → u r=−R ht C1ωcos ωt=−U r cosωt

Do đó hệ số khuếch đại của mạch là:

K '= U r

U1=ωR ht C1

K’ tăng theo tần số và đồ thị Bode có độ dốc 6dB/Octave Vậy có thể địnhnghĩa mạch vi phân là mạch có đặc tuyến tần số tăng với độ dốc 6dB/Octave.Mạch điện trên hình hình 2.16 có những đặc điểm sau:

Vì hệ số khuếch đại của mạch tỉ lệ với tần số, nên tạp âm tần số cao ở đầu

ra mạch này rất lớn, có thể lấn át tín hiệu

Trở kháng vào của mạch Z v=

1

jωC giảm khi tần số tăng, do đó nguồn tín

hiệu có trở kháng lớn, thì chỉ một phần tín hiệu được vi phân, phần còn lại đượckhuếch đại Mặt khác ở tần số cao hệ số hồi tiếp của mạch giảm

Mạch kém ổn định, vì bản thân mạch hồi tiếp đã gây ra một góc di pha

-900 Để bù tần số đảm bảo ổn định phải tính toán sao cho lượng dự trữ về pha

=90 ∘

Thực tế ta thường hay mắc thêm điện trở R1 nối tiếp với tụ C1 để

giảm tạp âm tần cao và khắc phục được những nhược điểm trên , tụ CN coi như

hở mạch và nó cũng dùng để giảm tạp âm tần cao Ngoài ra còn có thể mắc thêmđiện trở Rht song song với tụ CN để tăng hiệu quả sử dụng mạch

Nếu chon CN để R1C1=RNCN thì tại ω>ω0 thì hệ số khuếch đại của mạch

sẽ giảm là phần tích phân ứng với phần I (hình 2.17), ω<ω0 là phần của mạch

vi phân thực tế ứng với phần II của hình 2.17

Nếu dòng qua điện trở vào I1, điện áp tại điểm a,b có giá trị:

Uv=I1 ¿ R1Dòng điện vào của mạch:

I1=

dQ dt

Gía trị của mạch tích phân khi đó:

Hình 2.18 Đặc điểm của tần số trong mạch tích phân.

Thường chọn hằng số thời gian τ =RC=1 s

Nếu u1 là điện áp xoay chiều hình sin thì: