Kĩ thuật điện tử - Chương 05: Các mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán (operational amplifier – op amp)

Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 1 Chương 5 CÁC MẠCH ỨNG DỤNG KHUẾCH ðẠI THUẬT TOÁN (OPERATIONAL AMPLIFIER – OP AMP) I. ðỊNH NGHĨA VÀ KÝ HIỆU - Khuếch ñại là quá trình biến ñổi một ñại lượng (dòng ñiện hoặc ñiện áp) từ biên ñộ nhỏ thành biên ñộ lớn mà không làm thay ñổi dạng của nó. Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 2 Khuếch ñại thuật toán (OP-AMP) cũng có những tính chất của một mạch khuếch ñại. OP-AMP có 2 ngoP vào – ñảo vaS không ñảo – vaS một ngoP ra, một OP-AMP lyU tưởng sẽ có những tính chất sau: + Hê[ sôU khuếch ñại (vòng hơ]) là vô cùng. + Trơ] kháng ngoP vào là vô cùng. + Trơ] kháng ngoP ra là 0. Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 3 KyU hiệu + iv : Ngõ vào không ñảo − iv : Ngõ vào ñảo ov : Ngõ ra vo - + − iv + iv Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 4 II. MẠCH KHUẾCH ðẠI ðẢO (NGƯỢC PHA) vo0=+iv − iv vi R1 Rf I Xét mạch OPAMP lyU tưởng: Ri = ∞, Ii = 0 nên: 0≈= +− ii vv Dòng qua R1: f oi R v R v I −== 1 Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 5 i f o vR R v 1 −=⇒ Tổng trơ] vào: 1 i i i Ri v Z == Hê[ sôU khuếch ñại vòng kín: 1 R R v v A f i o v −== Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 6 III. MẠCH KHUẾCH ðẠI KHÔNG ðẢO (ðỒNG PHA) Xét mạch OPAMP lyU tưởng: Ri = ∞, Ii = 0 nên: 0≈= +− ii vv Dòng qua R1: f oi RR v R v I + == − 11 vo − iv vi R1 Rf + iv I Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 7 Ta có hê[ sôU khuếch ñại vòng kín: i f o vR R v       +=⇒ 1 1 11 1 1 R R R RR v v A ff i o v += + == Mặt khác, coi : iii vvv ≈= +− Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 8 vi vo * MẠCH ðỆM (MẠCH THEO ðIỆN ÁP) ðây là trường hợp ñặc biệt của mạch khuếch ñại không ñảo, với: Rf = 0 vaS R1 = ∞ 11 1 1 R R R RR v v A ff i o v += + == Áp dụng công thức: 1=⇒ vA Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 9 IV. MẠCH CỘNG vo vi1 vi2 vi3 Rf R1 R2 R3 i1 i2 i3 i * Mạch cộng ñảo dấu Dùng phương pháp xếp chồng: 1 1 1 i f o vR R v −= 2 2 2 i f o vR R v −= 3 3 3 i f o vR R v −= Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 10 ðiện áp ở ngoP ra: 321 oooo vvvv ++=       ++−=⇒ 3 3 2 2 1 1 i f i f i f o vR R v R R v R R v Nếu chọn R1 = R2 = R3 = R, ta có: ( ) 321 iii f o vvvR R v ++−= VaS nếu Rf = R, ta có: ( ) 321 iiio vvvv ++−= Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 11 * Mạch cộng không ñảo dấu vo R1 R2 + iv RfRg vi1 vi2 Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 12 vi1 vo R1 Rf R2 Rg + iv +         += i g f o vR R v 1 1 Áp dụng công thức của mạch khuếch ñại không ñảo: : Khi vi2 = 0: 1 21 2 ii vRR R v       + =+ Dùng phương pháp xếp chồng Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 13 2 21 1 2 1 i g f o vRR R R R v       +        += Tương tư8, khi cho vi1 = 0 1i 21 2 g f 1o vRR R R R 1v       +        +=⇒ ðiện áp ở ngoP ra: 21 ooo vvv +=       + + +        +=⇒ 2 21 1 1 21 2 1 ii g f o vRR R v RR R R R v Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 14 Nếu chọn R1 = R2 = R, ta có:       +       += 2 1 21 iif o vv R R v VaS nếu Rf = R, ta có: ( ) 21 iio vvv += Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 15 vi2 vo R1 R4 R2 R3 vi1 + iv − iv V. MẠCH TRỪ (MẠCH KHUẾCH ðẠI VI SAI) 1 21 2 ii vRR R v + =+ * Khi vi2 = 0 1 21 2 3 4 1 1 io vRR R R R v       +       +=⇒ 2 3 4 2 io vR R v −= * Khi vi1 = 0 Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 16 ðiện áp ở ngoP ra: 21 iio vvv += 2 3 4 1 21 2 3 4 1 iio vR R v RR R R R v −      +       +=⇒ vo có dạng: Vo = a1 vi1 – a2 vi2 , với: 3 4 2 21 2 3 4 1 1 R R a; RR R R R a =      +       += ( ) 3 4 2 21 2 21 1 R R a; RR R aa:Hay =      + += Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 17 Nếu chọn R1 = R2=R3 = R4, ta có: ⇒ðiều kiện ñê] thực hiện ñược mạch này: (1 + a2)> a1 21 iio vvv −= Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 18 VI. MẠCH TÍCH PHÂN vi vo R C + iv − iv i Dòng ñi qua tu[ ñược tính: dt dv CiC = dt dV Ci o−=⇒ Mặt khác: R V i i= idt C dv o 1 −=⇒ ∫−=⇒ dtiCvo 1 ∫−=⇒ dtvCRv io 1 Bài giảng môn Kỹ thuật ðiện tử GV: Lê Thị Kim Anh 19 VII. MẠCH VI PHÂN + iv vovi R C i Dòng ñi qua tu[: dt dV Ci i= Mặt khác: R V dt dV C oi −=⇒ dt dV RCv io −=⇒ R V i o−=