Maïch khueách ñaïi thuaät toaùn, coøn goïi laø Op-Amp laø loaïi vi maïch ñöôïc cheá taïo theo coâng ngheä maøng moûng döôùi daïng tích hôïp IC neân coøn goïi IC thuaät toaùn.. IC thuaät[r]
Trang 1Bài 8: VI MẠCH TÍCH HỢP (IC: INTERGRATED CIRCUIT)
I Khái Niệm
1 Định Nghĩa:
Vi mạch là mạch điện gồm nhiều linh kiện Transistor, diode, điện trở… được chê tạo đồng loạt trên một kích thước rất nhỏ, các linh kiện này liên kết với nhau thực hiện một số chức năng đã định và được bọc bên ngoài bằng vỏ plastic hoặc kim loại, nên còn được gọi là mạch điện tích hợp (gọi tích là IC)
2 Phân Loại Vi Mạch:
Vi mạch có hai loại chính đó là vi mạch số và vi mạch tương tự ( tuyến tính)
- IC số (digital): là vi mạch dùng để xử lý tín hiệu số Thường ký hiệu bằng
cõ D
- IC tương tự (Analog): là vi mạch dùng để xử lý tín hiệu Analog, thường có ký
hiệu bằng chữ A và thêm ký hiệu của hãng sản xuất
VD: TA: IC Analog của hãng TOSHIBA
Các hệ thống số làm việc bằng vận dụng các cổng logic AND, OR, NOT, NOR… và các Flip Flop Các dụng cụ chứa các cổng này là số Các dụng cụ giao tiếp như các bộ đệm được thiết kế chủ yếu cho các ứng dụng số cũng được xem là IC số Các mạch vi xử lý và các linh kiện liên hệ, các chip tính toán và đồng hồ là các dụng cụ số Ta cũng sẽ xem xét các bộ chuyển đổi analog và digital là các IC số
Phần lớn các dụng cụ khác được coi là IC tuyến tính Chúng bao gồm các mạch khuếch đại, bộ so sánh, ổn áp, dao động và các vo mạch thông tin, audio và video (như bộ thu AM, FM, tách sóng FM, giải điều chế stereo, điều khiển âm thanh, equalizer, khếch đại video TV, tách đồng bộ…
3 Đóng Gói Các Vi Mạch:
Có nhiều dạng đóng gói như : TO-5, DIP-8, TO-3, SIP-9, TO-220…
Dạng vỏ kim loại TO-5: 8,10, 12 chân
Dạng DIP (Dual inline Package): có các cấu hình 8, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 28 và 40 chân Đối với các loại DIP-8, 14, 16, 18, 20 chân thì các hàng chân cách nhau 0.3 in, các chân kề nhau 0.1 in
Những năm gần đây người ta chế tạo các loại vỏ gắn trên bề mặt (surface mount package) dùng để gắn IC lên bề mặt của vi mạch in không cần khoang lỗ Ví dụ như SO-8 và SO-4 (SO là Small Outline)
Dạng gắn bề mặt PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier)
Các mạch xử lý công suất như ổn áp và khuếch đại công suất thường dùng kiểu đóng gói khác
- Đối với loại công suất tiêu tán từ 20W trở lên, người ta dùng dạng TO-3 Oån áp đơn giản chỉ có hai chân với chân thứ 3 là vỏ
- Đối với loại công suất tiêu tán nhỏ hơn 15W thì dạng TO-220 là chủ yếu
- TO-39 cho ổn áp nhỏ hơn 2W
- Các vi mạch khuếch đại công suất đôi khi ở dạng 1 đường ra SIP (Single In – line Package) SIP-9
Trang 2II Vi Mạch Khuếch Đại Thuật Toán (Op-Amp: Operational
Amplifier)
1 Khái Niệm:
Mạch khuếch đại thuật toán, còn gọi là Op-Amp là loại vi mạch được chế tạo theo
công nghệ màng mỏng dưới dạng tích hợp IC nên còn gọi IC thuật toán
IC thuật toán thường được sử dụng trong các mạch làm toán như cộng, trừ, nhân,
chia, tích phân, vi phân… hoặc trong các lĩnh vực khác như tạo sóng (sin, vuông, tam
giác), tạo hàm, so sánh, khuếch đại v.v…
Ký hiệu của opamp:
Hình
Bộ khuếch đại thuật toán có 2 ngõ vào và một ngõ ra, hai ngõ vào được thiết kế
dưới dạng vi sai
Vout=A Vin+ −Vin−
với A: là hệ số khuếch đại
Vout: điện áp ra
Vin+: Điện áp vào không đảo
Vin-: Điện áp vào đảo
2 Đặc tính kỹ thuật của OP-AMP:
• Độ lợi điện áp lớn (lý tưởng AV = )
• Tổng trở vào lớn (lý tưởng Zin = )
• Tổng trở ra bé (lý tưởng Zout = 0)
3 Các dạng mạch cơ bản của Op-Amp
a Mạch so sánh: Do Op-amp có hệ số khuếch đại rất lớn, nên tín hiệu vào Vin
rất nhỏ là IC đã bảo hoà:
Nếu Vin+ > Vin- : Vout = Vcc, được gọi là vùng bảo hoà dương
Nếu Vin+ < Vin- : Vout = -Vcc, được gọi là vùng bảo hoà âm
Đặc tuyến truyền đạt của Opamp:
b Mạch khuếch đại đảo: là mạch dùng hồi tiếp âm từ ngõ ra đến ngõ vào
đảo
Mạch khuếch đại đảo có hệ số được tính theo công thức:
Rf
Av
Ri
= −
Với : Ri: điện trở ngõ vào
Rf: điện trở hồi tiếp
R3: cân bằng nhiệt cho Op-amp
Muốn thay đổi độ khuếch đại vi sai vòng kín Av, thì cần chọn các giá trị Ri, Rf
thích hợp Khi thay đổi Ri thì tổng trở vào sẽ thay đổi Còn thay đổi Rf
thì chỉ có Av thay đổi nhưng tổng trở vào không thay đổi, song giá
trị Rf không phải chọn tùy ý
-VCC
-+
Vo
+VCC
Vi
R3
Trang 3- Nếu Rf quá nhỏ, dòng ra của Op-Amp sẽ vượt quá giá trị cực đại cho phép, vì dòng ra bao gồm dòng if và dòng qua tải
- Nếu Rf quá lớn, mạch điện dễ bị nhiễu và làm việc thiếu ổn định Thông thường chọn Rf từ 2k đến 2M
Bộ khuếch đại đảo có trở kháng vào rất lớn nên dòng vào Op-Amp rất nhỏ Do vậy dòng tín hiệu vào Ri sẽ bằng dònmg qua Rf:
i ≅i Nếu đầu vào không đảo (3) của Op-Amp nối mass, thì dòng
phân cực ib cho ngõ vào đảo sẽ tạo ra áp lệch giữa 2 ngõ vào và bản thân dòng phân cực lại thay đổi theo nhiệt độ nên làm việc thiếu ổn định
Để giảm nhỏ ảnh hưởng này, cần mắc điện trở R3 vào đầu vào không đảo với mass Điều kiện cân bằng tốt nhất nên chọn
R =R R
c Mạch khuếch đại không đảo:
Mạch có hệ số khuếch đại được tính theo công thức:
1 Rf
Av
Ri
= +
Điện trở R3 được ở đầu vào không đảo để ổn định nhiệt, không cho ngõ ra trôi đến trạng thái bảo hòa
d Mạch đệm.
Mạch có hệ số khuếch đại :
Av = 1
Zin rất lớn (≅ )
Zout rất bé ( )≅0
e Mạch cộng (Summer)
-VCC
-+
Vo
+VCC
Rf R1
V1
R4
R2
V2
R3
V3
-VCC
-+
Vo
+VCC
R1
V1
R4
R2
V2
R3
V3
R5
-VCC
-+
Vo
Ri
+VCC
Rf
R3
Vin
-VCC
-+
Vo
+VCC Vin
Trang 41 1 ( 1 2 3)
3
out
R
R
= +� � + +
Vout Rf
f Mạch trừ (Subtracter)
Mạch có điện áp vi sai ngõ ra tỉ lệ với hiệu điện thế ngõ vào nên ra kết quả phép trừ Điện áp ra được tính bởi công thức:
+
+
Có thể chọn các giá trị R tùy ý, nhưng phải theo tỉ lệ 1 4
R = R
-VCC
-+
Vo
R1
+VCC
R2
Vi
Vi
R4 R3