CẤU TRÚC MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN OPAMP

GIỚI THIỆU:• Một mạch khuếch đại thuật toán tiêu biểu gồm có 3 tầng phân biệt: – Tầng khuếch đại vi sai ngõ vào.. Một mạch khuếch đại thuật toán op-amp cơ bản dựa trênmạch khuếch đại vi

CẤU TRÚC MẠCH KHUẾCH

ĐẠI THUẬT TOÁN (OP-AMP: OPERATIONAL

AMPLIFIER)

I GIỚI THIỆU:

• Một mạch khuếch đại thuật toán tiêu biểu gồm có 3 tầng phân biệt:

– Tầng khuếch đại vi sai ngõ vào

– Tầng khuếch đại dời mức

– Tầng lấy tín hiệu ngõ ra

Tầng KĐVS

Tầng

KĐ dời mức

Tầng lấy tín hiệu ngõ ra.

V+

V

-Tín hiệu ngõ ra

Một mạch khuếch đại thuật toán (op-amp) cơ bản dựa trên

mạch khuếch đại vi sai và các mạch điện để cải tiến các thôngsố của nó Những đặc điểm quan trọng của op-amp là:

1) Mạch khuếch đại ghép trực tiếp

2) Có độ lợi áp lớn, một op-amp lý tưởng thì độ lợi bằng vô

cùng

3) Tổng trở ngõ vào lớn, lý tưởng là bằng vô cùng

4) Tổng trở ra bé, trường hợp lý tưởng là bằng 0

5) Lý tưởng là điện áp ngõ ra bằng 0 khi điện áp vào bằng 0.6) CMRR lớn, lý tưởng bằng vô cùng

II MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI:

1 Mạch khuếch đại vi sai:

Tin hiệu vào là tín hiệu cách chung Tín hiệu vào là tín hiệu vi sai

2 Gương dòng điện:

• Chức năng của gương dòng điện:

• Nhằm tạo ra 1 nguồn dòng ổn định tại cực thu củatransistor

• Có điện trở ngõ ra rất lớn vì:

- Nguồn dòng thường có giá trị dòng rất bé từ

10-100µA

- BJT ở ngõ ra của gương dòng điện theo dạng CB nên có điện trở ngõ ra lớn

a Gương dòng điện cơ bản:

• Hoạt động của gương dòng điện:

– IR là dòng điện chuẩn

– Q1 có cực B và C nối chung lại, nên Q1 đượcnối thành diode

– Giả sử Q1, Q2 được chế tạo trên cùng mộtchip có các thông số giống hệt nhau

2 1

2 1

1 2

) 2 )(

1 (

) 1 (

I

R

V V

V

I R CC  ( EE)  BE1



oe O

Z   1

Do rất lớn nên

Do đó IC2 = IR Vậy dòng điện IR gần bằng dòng IC2 của Q2 nênđược gọi là gương dòng điện

Đối với gương dòng điện cơ bản dòng IR là:

Tổng trở ngõ ra là:

R T

BE

I

I V

2 2

BE

I

I V

O

R T

S

O T

S

R T

BE BE

E O

I

I V

I

I V

I

I V

V V

R

Do Q1 là transistor mắc theo kiểu diode, nên

Trong đó IS là dòng bảo hòa ngược của

transistor

Và do có một phần điện áp rơi trên điện trở

RE nên VBE2 nhỏ hơn VBE1 Vì vậy dòng IB giảm

nhỏ làm IO giảm nhỏ theo

Khi đó ta có:

• Gương dòng điện Widlar: có thể tạo ra một dòng điện nhỏkhông cần phải dùng các giá trị điện trở lớn.

• Gương dòng điện Wilson: có điện trở ngõ ra lớn.

chuong 4 tt.pptx

2 Bus phân cực:

a Bus phân cực gương dòng điện:

Các ký hiệu trong bus phân cực gương dòng điện:

•Transistor Q2 không có ký hiệu gì nghĩa là Q2 có kích thước bằng

transistor chuẩn Q1.

•Ký hiệu x2 ở transistor Q3 có nghĩa là kích thước của Q3 gấp đôi Q1.

•Q4 có hai collector, mỗi collector tiêu biểu cho 1 BJT riêng lẻ giống như

Q2.

•Transistor Q5 có 4 cực collector nên I5 = 4IR.

b Bus phân cực dùng gương dòng điện Widlar:

R

c Bus phân cực dùng điện trở tỉ lệ:

Mạch hoạt động dựa trên 2 nguyêntắc:

• Các VBE của các BJT đều bằngnhau

• Điện áp rơi trên các điện trở củacác transistor phải bằng nhau

1 1

1 1

R

R I

I

R

R I

I

R R

R R

I I

I  

đóng vai trò là nguồndòng, là gương dòng điện cơbản

là 2 transistor tạothành mạch khuếch đại vi sai

Q1 và Q2 có các thông số giống nhau nên:

Q5 và Q6 :

Q1 và Q2

3 4

1 3

I I

để tạo thành tải tích cực

cho mạch KĐ vi sai

Q3 là transistor điều

khiển tạo nguồn dòng

id

O VD

r R

Z v

v A









Tổng trở ngõ ra của mạch khuếch đại vi sai là:

Do dòng điện cực C rất bé nên tổng trở ra của Q2 và Q4 lớn,

điện trở tải RL càng lớn sẽ làm cho độ lợi lớn

Hệ số khuếch đại vi sai:

Vậy đối với điện áp vào cách chung trong trường hợp lý tưởng sẽkhông có tín hiệu ở ngõ ra, tuy nhiên do 2 BJT không thể giống

nhau về thông số nên vẫn có điện áp cách chung ở ngõ ra

Tỉ số nén tín hiệu cách chung:

VC

VD

A

A CMRR 

Thông số CMRR dùng để đánh giá mạch KĐ vi sai về khả năng

KĐ sự sai biệt điện áp ở hai ngõ vào CMRR càng lớn mạch KĐ vi saicàng tốt

II TẦNG KHUẾCH ĐẠI DỜI MỨC:

Tầng dời mức có chức năng là dịch mức điện áp DC tại cực C của tầng KĐ vi sai xuống mức điện áp thấp để ngõ ra của op-amp có mức điện áp 0VDC khi ngõ vào vin = 0VDC

III MẠCH XUẤT TÍN HIỆU NGÕ RA:

Có nhiệm vụ khuếch đại dòng, có tổng trở ngõ ra nhỏ, có khảnăng cho tín hiệu ac ra lớn vẫn không bị méo Các mạch xuấttín hiệu ngõ ra thường có dạng là mạch KĐ công suất dạngđẩy kéo

Đây là mạch nhân áp VBE gồm Q3và R1, R2 có chức năng tạo ra điện áp2VBE để phân cực cho Q1 và Q2.

Ta có:

) 1

(

1

2 3

3

R

R V

Điện áp VCE của transistor Q3

được chỉnh sao cho bằng 2VBE R3

và R4 phân cực cho Q3 hoạt động

Q6, Q7, R2 là mạch gương

dòng điện để mạch ngõ rahoạt động ổn định

Q3 là transistor mắc kiểu

diode cùng với R1 và Q5 vànguồn dòng để phân cực Q4, tạo thành mạch nhân áp saocho VCE4 = 2VBE

Hoạt động của mạch:

Q7, Q8 làm thành nguồndòng ổn định cùng vớicác điện áp phân cực đểcấp dòng cho 2 tầngkhuếch đại vi sai

Q1, Q2 với các điện trở25k và 50 thành lập tầngkhuếch đại vi sai ở ngõvào Điện trở 50 nằm ởcực E của Q1, Q2 dùng đểtăng tổng trở vào chomạch khuếch đại và làmgiảm bớt độ nhạy khi rethay đổi (ổn định nhiệt)

Q3, Q4 thành lập tầng khuếch đại vi sai không cân bằng để tăng độ lợi điện áp.

Q5 dùng làm mạch dịch mức điện áp.

Q6 là mạch CC dùng để xuất tín hiệu ra tải.

Vậy Vi1 chính là ngõ vào không đảo hay còn gọi là ngõ vào v+

Vậy Vi2 chính là ngõ vào đảo hay còn gọi là ngõ vào v

id v v v v