Kĩ thuật điện tử - Chương 5: Các mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán (operational amplifier – op amp)

19-Feb-11 1 Chương 5 CÁC MẠCH ỨNG DỤNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OPERATIONAL AMPLIFIER – OP AMP) I. ĐỊNH NGHĨA VÀ KÝ HIỆU - Khuếch đại là quá trình biến đổi một đại lượng (dòng điện hoặc điện áp) từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm thay đổi dạng của nó. - Khuếch đại thuật toán (OP-AMP) cũng có những tính chất của một mạch khuếch đại. OP-AMP có 2 ngõ vào – đảo và không đảo – và một ngõ ra, một OP-AMP lý tưởng sẽ có những tính chất sau: + Hệ số khuếch đại (vòng hở) là vô cùng. + Trở kháng ngõ vào là vô cùng. + Trở kháng ngõ ra là 0. 1 Ký hiệu + iv : Ngõ vào không đảo − iv : Ngõ vào đảo ov : Ngõ ra vo - + − iv + iv 2 19-Feb-11 2 II. MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO (NGƯỢC PHA) vo0=+iv − iv vi R1 Rf I Xét mạch OPAMP lý tưởng: Ri = ∞, Ii = 0 nên: 0≈= +− ii vv Dòng qua R1: f oi R v R vI −== 1 Hệ số khuếch đại vòng kín: 1R R v vA f i o v −== i f o vR R v 1 −=⇒ Tổng trở vào: 1Ri vZ i i i == 3 III. MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO (ĐỒNG PHA) Xét mạch OPAMP lý tưởng: Ri = ∞, Ii = 0 nên: 0≈= +− ii vv Dòng qua R1: f oi RR v R vI + == − 11 Ta có hệ số khuếch đại vòng kín: Mặt khác, coi : iii vvv ≈= +− i f o vR R v       +=⇒ 1 1 vo − iv vi R1 Rf + iv 11 1 1 R R R RR v vA ff i o v += + == I 4 19-Feb-11 3 * MẠCH ĐỆM (MẠCH THEO ĐIỆN ÁP) Đây là trường hợp đặc biệt của mạch khuếch đại không đảo, với: Rf = 0 và R1 = ∞ vi vo 11 1 1 R R R RR v vA ff i o v += + == Áp dụng công thức: 1=⇒ vA 5 IV. MẠCH CỘNG vo vi1 vi2 vi3 RfR1 R2 R3 i1 i2 i3 i * Mạch cộng đảo 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 −= 6 19-Feb-11 4 Điện áp ở ngõ 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 iiifo vvvR R v ++−= Và nếu Rf = R, ta có: ( )321 iiio vvvv ++−= 7 * Mạch cộng không đảo dấu vo R1 R2 + iv RfRg vi1 vi2 8 19-Feb-11 5 Khi vi2 = 0, mạch trở thành: 1 21 2 ii vRR R v       + = + +         += i g f o vR R v 11 Tương tự: 2 21 1 2 1 i g f o vRR R R R v       +        += Dùng phương pháp xếp chồng vi1 vo R1 Rf R2 Rg + iv 1 21 2 1 1 i g f o vRR R R R v       +        += Áp dụng công thức của mạch khuếch đại không đảo: : 9 Điện áp ở ngõ ra: 21 ooo vvv +=       + + +        +=⇒ 2 21 1 1 21 21 ii g f o vRR R v RR R R R v Nếu chọn R1 = R2 = R, ta có:       +       += 2 1 21 iifo vv R R v Và nếu Rf = R, ta có: ( )21 iio vvv += 10 19-Feb-11 6 vi2 vo R1 R4 R2 R3 vi1 + iv − iv V. MẠCH TRỪ (MẠCH KHUẾCH ĐẠI 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 11 Điện áp ở ngõ ra: 21 iio vvv += 2 3 4 1 21 2 3 41 iio vR R v RR R R R v −      +       +=⇒ Nếu chọn R1 = R2=R3 = R4, ta có: 21 iio vvv −= 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 =      + += ⇒ Điều kiện để thực hiện được mạch này: (1 + a2)> a1 12 19-Feb-11 7 VI. MẠCH TÍCH PHÂN vi vo R C + iv − iv i Dòng đi qua tụ được tính: dt dvCiC = dt dVCi o−=⇒ Mặt khác: R Vi i= idt C dv o 1 −=⇒ ∫−=⇒ dtiCvo 1 ∫−=⇒ dtvCRv io 1 13 VII. MẠCH VI PHÂN + iv vovi R C iDòng đi qua tụ: dt dVCi i= Mặt khác: R V dt dVC oi −=⇒ dt dVRCv io −=⇒ R Vi o−= 14