nghiên cứu về việc mô phỏng và trình bày ðặt tính mạch khuyếch ðại op amp

Bởi vì ứng dụng của mạch khuyếch đại ngày càng được đưa vào công nghệ đỉnh cao như: âm ly, điện thoại và máy phát sóng....hiện nay việc áp dụng khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển hơn

Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:1 x-y Trường Đại học Cần Thơ

5

ATBSTRAC

very necessary Because of the amplification applications are gradually being put into high-end technologies such as ampli, transmitter and phone Now the applying of science and technology are growing so the research of amplifier circuit is very important and it has potential for further development During my learning process, I feel the topic

of researching about push-pull amplifier (especially op-amp) is very necessary Because

of the applications of push-pull amplifier is gradually being put into senior technology such as ampli, transmitter and phone Nowadays, applying technology and science are being developed so the research push-pull amplifier is very important and it has potential for further development With the fast growth of hardware engineering, people have used IC to apply in the disassembly and design process of push-pull amplifie a more convenient way to achieve good results during circuit operation.

Keyword: Push-pull amplifier,Transmitter,amplifier circuit

Title: Amplifier circuit Op-Amp

1

TÓM TẮT

Trong quá trình hoc tập em cảm thấy đề tài về việc nghiên cứu mạch khuyếch đại Op-Amp rất cần thiết Bởi vì ứng dụng của mạch khuyếch đại ngày càng được đưa vào công nghệ đỉnh cao như: âm ly, điện thoại và máy phát sóng hiện nay việc áp dụng khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển hơn nên việc nghiên cứu mạch khuyếch đại rất quan trọng và rất có tiềm năng phát triển cao hơn Với tốc độ phát ttriển của ngành kĩ thuật phần cứng,con người đã áp dụng IC vào trong quá trình phân giải và thiết kế mạch khuyếch đại một cách thuận tiện hơn,đạt được kết quả tốt trong quá trình vận hành mạch Nên việc nghiên cứu các mạch cơ bản của mạch khuyếch đại Op-Amp là rất cần thiết cho xã hội hiện nay.

Từ khóa : Op-Amp,IC, kĩ thuật phần cứng

1 GIỚI THIỆU

Nhu cầu đòi hỏi của xã hội ngày càng cao về nhu cầu ăn mặc, các vật dụng bên ngoài và nhất

là nhu cầu đòi hỏi về thông tin từ bạn bè, báo chí, giải trí hằng ngày Nên việc lựa chọn các vậtdụng như điện thoại di động, âm ly,các máy thu và phát tín hiệu khác Theo khảo sát thì khoảng

4 tỷ người sử dụng điện thoại di động[3] (Phạm Thế Quang Huy,2/4/2011) Không những điện

thoại di động mà còn các dụng cụ điện tử Cho nên sự nghiên cứu về đề tài này là rất cần thiết,hiện nay các hãng bắt đầu nghiên cứu các loại thiết bị dùng mạch khuyếch đại Op-Amp đơn giản

để nghiên cứu sâu hơn Và một số hãng nước ngoài Ayre Acoustics[5](Nguồn: AudioPerfectionist Journal, Dịch: Minh Châu - Hifivietnam.vn,2009) đã chế tạo thành côngAmpli 2 kênh Ayre VX-5 kế thừa hầu hết các ưu điểm từ ampli 2 kênh VX-R và nhiềuloại cộng cụ điện tử có sử dụng mạch khuyếch đại cho nên việc nghiên cứu và môphỏng mạch khuyếch đại là rất quan trọng và trong nước ta cũng có rất nhiều anh chịkhóa trước làm[4] (Báo cáo đo lường điện tử-Nhóm4/02-ĐT1,GVHD:Dư QuangBình,2002) và chúng em kế thừa và nghiên cứu tiếp về đề tài mạch khuyếch đại Op-Amp

để có thể phát triển cao hơn về đề tài này Người thực hiện đề tài này mong muốn mạchkhuyếch đại có 1 tín hiệu đúng như lí thuyết ở cả hai dòng điện để tài này cũng giúp tahiểu biết hơn về điện tử truyền thông tín hiệu

2

Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:1 x-y Trường Đại học Cần Thơ

2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

1.1 Tổng quan

1.1.1 Thành phần cấu tạo của mạch

- Mạch do nhiều thành phần cấu tạo thành như: Transistor,điện trở,tụ điện [2]

Hình 1 : Cấu tạo bên trong mạch khuyếch đại Op-Amp

- Mạch khuyếch đại cấu tạo gồm 3 lớp[1]

Hình 2: cấu tạo và hình ảnh IC

Trong đó:

• V+: Đầu vào không đảo

• V−: Đầu vào đảo

3

• Vout: Đầu ra

• VS+: Nguồn cung cấp điện dương

• VS−: Nguồn cung cấp điện âm

- Mạch khuếch đại thuật toán thực tế sẽ chỉ khuếch đại hiệu số điện thế giữa hai

đầu vào này Điện áp này gọi là điện áp vi sai [1]đầu vào Trong hầu hết các trường hợp,

điện áp đầu ra của mạch khuếch đại thuật toán sẽ được điều khiển bằng cách trích một tỷ

lệ nào đó của điện áp ra để đưa ngược về đầu vào đảo Tác động này được gọi là hồi tiếp

âm[1] Nếu tỷ lệ này bằng 0, nghĩa là không có hồi tiếp âm, mạch khuếch đại được gọi là

hoạt động ở vòng hở Và điện áp ra sẽ bằng với điện áp vi sai đầu vào nhân với độlợi tổng của mạch khuếch đại, theo công thức sau:

Trong đó V+ là điện thế tại đầu vào không đảo, V− là điện thế ở đầu vào đảo và G gọi

là độ lợi vòng hở của mạch khuếch đại.

- Đối với dòng điện một chiều: Độ lợi G vòng hở được định nghĩa là hệ số khuếchđại của mạch khuếch đại thuật toán từ đầu vào đến đầu ra khi không có hồi tiếp Tronghầu hết các tính toán thực tế, độ lợi vòng hở được xem như vô cùng lớn mặc dù thật rakhông phải như vậy Một linh kiện tiêu biểu thường có độ lợi vòng hở đối với một chiều

nằm trong khoảng từ 100.000 đến 1.000.000 [2] Trị số này đủ lớn cho các ứng dụng có

độ lợi xác định bằng lượng hồi tiếp âm Các mạch khuếch đại thuật toán có những giớihạn sử dụng mà người thiết kế cần phải nhớ rõ và đôi khi phải làm việc với chúng Khithiết kế cụ thể độ mất ổn định có thể xảy ra trong các mạch khuếch đại một chiều nếu cácthành phần xoay chiều bị bỏ qua

- Đối với dòng điện xoay chiều: Độ lợi của mạch khuếch đại thuật toán tính toán ởmột chiều sẽ không áp dụng được trong xoay chiều tần số cao Có thể xem gần đúng là

hệ số khuếch đại sẽ tỷ lệ nghịch với tần số Điều này có nghĩa là các mạch khuếch đại

thuật toán có đặc tính dựa vào tích số Độ lợi - Băng thông Thí dụ như một mạch khuếch

đại thuật toán có tích số độ lợi - băng thông = 1 MHz sẽ có độ lợi bằng 5 ở 200 kHz và

độ lợi bằng 1 ở 1 MHz Đặc tính thông hạ này được giới thiệu có chủ đích vì nó cókhuynh hướng tạo ra sự ổn định cho mạch với phương pháp bù tần số

- Các mạch khuếch đại thuật toán thông dụng rẻ tiền thường có tích số Độ lợi - Băngthông trong khoảng vài MHz Các mạch khuếch đại đặc biệt và khuếch đại thuật toán tốc

độ cao có thể có tích số độ lợi - băng thông đạt đến hàng trăm MHZ Đối với các ứngdụng tần số rất cao thường sử dụng dạng mạch khác hoàn toàn gọi là mạch khuếch đạithuật toán hồi tiếp dòng điện

4

Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:1 x-y Trường Đại học Cần Thơ

5

1.3 Tín hiệu của mạch khuyếch đại Op-Amp

Hình 3: Hình ảnh mô phỏng thử tín hiệu của mạch

6

Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:1 x-y Trường Đại học Cần Thơ

3 MÔ PHỎNG CÁC MẠCH ĐƠN GIẢN CỦA MẠCH KHUYẾCH ĐẠI OP-AMP

3.1 Mạch khuyếch đại đảo

- Mạch khuyếch đại đảo dùng để đổi dấu và khuyếch đại một điện áp

Công thức: (1)

Bảng 1: Bảng số liệu của mạch khuyếch đại đảo

7

Hình 5: Tín hiệu của mạch

Nhận xét : (1) + Tín hiệu ra đảo khoa với tín hiệu vào

+ Tín hiệu đưa vào ngỏ sẽ đảo

8

Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:1 x-y Trường Đại học Cần Thơ

3.2 Mạch khuyếch đại không đảo

- Mạch khuyếch đại không đảo không làm đổi dấu mà chỉ khuyếch đại (đông pha)

Hình 6: Mạch khuyếch đại không đảo [1]

Bảng 2: Bảng số liệu của mạch khuyếch đại không đảo

Nhận xét : +Tín hiệu ra đồng pha với tín hiệu vào

+ Tín hiệu vào ngõ không đảo

10

Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:1 x-y Trường Đại học Cần Thơ

VIN=VOUT=10v

Hình 9: Tín hiệu của mạch

11

Nhận xét : +Tín hiệu ngõ vào bằng tín hiệu ngõ ra

12

Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:1 x-y Trường Đại học Cần Thơ

3.4 Mạch khuyếch đại vi sai (mạch trừ)

- Mạch khuyếch đại vi sai dùng để tìm ra hiệu số hoặc sai số giữahai điện áp mà mỗi điện áp có thể nhân một hằng số nào đó Cáchằng số được đo bằng các điện trở

Công thức:

Hình 10: Mạch khuyếch đại vi sai [1]

Bảng 4: Bảng số liệu mạch số liệu vi sai

Hình 11: Tín hiệu của mạch

13

14

Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:1 x-y Trường Đại học Cần Thơ

Nhận xét : + điện áp vào không sai số

15

3.5 Mạch cổng đảo (mạch khuyếch đại tổng)

- Mạch khuyếch đại cổng đảo dùng để cộng một số tín hiệu điệnáp

Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:1 x-y Trường Đại học Cần Thơ

Nhận xét : + Nếu Rf=RA=RB=RC thì tín hiệu ngõ ra bằng tổng các tín hiệu ngõ vào nhưng ngượcpha

17

4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ

Trong quá trình thực hiện đã đạt được kết quả khả quan mạch chạy tốt trong 2 nguồnđiện đó la dòng điện xoay chiều và một chiều và đưa ra tín hiệu tương đối đúng với giảthiết,tuy có sai số nhưng không đáng kể Tuy nhiên chúng em chỉ có thể làm trong điềukiện lí tưởng Còn ngoài điều kiện lí tưởng thì chúng em chưa khảo xác

18

Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:1 x-y Trường Đại học Cần Thơ

5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

Trong quá trình thực hiện đề tài chúng em đã phân tích từ nguyên lí hoạt đông của ICrồi mới đưa vào mạch mà mô phỏng Chúng em đã dùng phần mềm proteus để mô tảmạch khuyếch đại đơn giản Tuy quá trình thực hiện có nhiều khó khăn nhưng chúng emcùng nhau khắc phục và đạt được kết quả rất khả quan:tín hiệu ra như mong muốn,mạchchạy trên máy rất tốt Nếu học kì sau có ai vào chủ đề này thì hãy nghiên cứu ở ngoàiđiều kiện lí tưởng

19

CẢM ƠN

Cảm ơn thầy Nguyễn Chí Ngôn và Lê Văn Tám đã giúp đỡ chúng em trong quátrình làm đề tài này Cảm ơn các bạn trong nhóm nhờ sự năng động và sáng tạo đã đưa ranhững ý kiến hay trong quá trình làm đề tài này và có thể hoàn thành đúnthời hạn và đạtđược kết quả mình mong muốn Chân thành cảm ơn!

20

Tạp chí Nghiên cứu Khoa học 2005:1 x-y Trường Đại học Cần Thơ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Giáo trình Mạch điện tử - Trương Văn Tám,12/2003,Đại học Cần Thơ, Khoa Công Nghệ[2] Giáo trình linh kiện điện tử- Trương Văn Tám,2003,Đại học Cần Thơ, Khoa Công Nghệ[3] Phạm Thế Quang Huy,2/4/2011,báo Dân Trí,diễn đàng dân trí Việt Nam

[4] Báo cáo đo lường điện tử-Nhoms4/02-ĐT1,GVHD:Dư Quang Bình,2001

[5] Nguồn: Audio Perfectionist Journal, Dịch: Minh Châu,2009,báo Thế Giới, Hifivietnam.vn

21