2.6. Khuếch đại dùng vi mạch thuật toán (IC) 2.6.1. Các khái niệm chung a, Khái niệm chung Khuếch đại thuật toán (operational amplifier-OA) vừa có khả năng khuếch đại tín hiệu vừa có khả năng thực hiện được một số phép toán với tín hiệu tương tự như (cộng, trừ, tích phân ). Ký hiệu: Khuếch đại thuật toán thuộc về loại khuếch đại dòng một chiều có hệ số khuếch đại khá lớn, có hai đầu vào vi sai và đầu ra chung. Khuếch đại thuật toán có 2 đầu vào: Uv+: Đầu vào không đảo pha. Uv-: Đầu vào đảo pha. Ura cung pha với Uv+ và ngược pha với Uv Đặc điểm của Khuếch đại thuật toán: • Hệ số khuếch đại lớn Ku = 10 đến 10 . Khi cần giảm hệ số khuếch đại đúng yêu cầu, ta có thể thực hiện hồi tiếp âm bằng mạch phân áp điện trở từ đầu ra về đầu vào đảo (Uv-). Làm tăng tính ổn định của mạch. 5 6 • Zv lớn, Zr nhỏ. • Khuếch đại được tín hiệu từ 0Hz trở lên. Tùy theo từng loại IC cho phép làm việc với các mạch khuếch đại dải rộng với độ méo nhỏ. • Độ ổn định và độ tin cây cao vì trong IC chu yêu là mạch khuếch đại vi sai. b, Đặc tuyến Đường đặc tuyến truyền đạt điện áp Ura = f(Uv). Đặc tuyến khuếch đại thuận, và khuếch đại đảo đối xứng nhau qua trục tung. http://hqhuy.wordpress.com 1/6 Nhận xét: Đoạn giữa của đặc tuyến là thẳng Æ K = const Æ không bị méo. Tại đoạn cuối đặc tuyến, khi Uv đủ lớn Ura = +Uramax (hoặc - Uramax) ~ E Æ méo tín hiệu nghiêm trọng. Đặc tuyến tần số-đặc tuyến pha. ϕ 2.6.2. Các ứng dụng khuếch đại dùng dùng vi mạch thuật toán 1. Mạch khuếch đại đảo Khuếch đại lý tưởng: Rv = ∞ , Rr rất nhỏ (vài chục ,vài trăm ohm), Io = 0. Tại N: Iv = Iht Ù (Uv - Uo)/R = (Uo - Ura)/Rht. Khi K = thì Uo = Ura /K = 0 ∞ Uv/R = - Ura/Rht Æ Ku = Ura/Uv = -Rht/R Nếu chọn Rht = R thì Ku = -1 mạch đảo lặp lại điện áp (đảo tín hiệu). Nếu R = 0 thì Iv = Iht = -Ura/Rht Æ Ura = -Iv.Rht Æ mạch trở thành mạch biến đổi dòng thành áp (điện áp ra tỉ lệ với dòng điện vào). Ví dụ : Rht = 100k, R=1k, Uv =100mA, E=15v. Tính Ura = ? Nếu Uv=200mA; -200mV, Ura =? 2. Mạch khuếch đại không đảo http://hqhuy.wordpress.com 2/6 Do Uo = 0 Æ U N = Uv(Up) = Ura.R /(R + Rht) Æ Ku = Ur/Uv = (R + Rht)/R = 1 + Rht/R Khi Rht = 0, R = Æ mạch lặp điện áp (Ku = 1) ∞ 3. Mạch cộng đảo I ht = I 1 + I 2 + …+ I n Ù U ra /R ht = -(U 1 /R 1 + U 2 /R 2 + … +U n /R n ) Æ U ra = -R ht .(U 1 /R 1 + U 2 /R 2 + … +U n /R n ) Khi R 1 = R 2 = …= R n Æ U ra = -(U 1 + U 2 + +U n ) 4. Mạch cộng không đảo http://hqhuy.wordpress.com 3/6 Khi Uo = 0 Æ U N = U P = Ur.R /(R+Rht) Từ Io = 0 Æ (U 1 -U P )/R 1 + (U 2 -U P )/R 2 + …+(U n -U P )/R n = 0 Æ U 1 /R 1 + U 2 /R 2 + + U n /R n = (1/R 1 + 1/R 2 + + 1/R n )U P Æ U 1 /R 1 + U 2 /R 2 + + U n /R n = (1/R 1 + 1/R 2 + + 1/R n ).Ur.R /(R+Rht) Nếu R 1 = R 2 = …= R n Thì Ur = (U 1 + U 2 + +U n ).(R+Rht)/nR 5. Mạch trừ Ur = K 1 .U 1 + K 2 .U 2 . Tìm K 1 , K 2 ? + Cho U 2 = 0 Æ Mạch khuếch đại đảo Ura 1 = -U 1 .Ra/R 1 Æ K 1 = -Ra/R 1 + Cho U 1 = 0 Æ mạch khuếch đại không đảo có phân áp R 2 , Rb Ura 2 = U 2 .((Ra +R1)/R1)(Rb/(Rb + R2)) Æ K 2 = (Rb/(Rb + R 2 )).((Ra +R1)/R1) Vậy Ura = Ura 1 + Ura 2 Nếu Ra = α R 1, Rb = α R 2 , khi đó K 1 = - α ; K 2 = α Æ Ura = α .(U 1 - U 2 ) 6. Mạch tích phân http://hqhuy.wordpress.com 4/6 - Tại N : i C = i V Ù -C.du r /dt =U V /R Æ UodtU RC Ur t V += ∫ 0 . 1 Uo: điện áp trên tụ C tại t = 0. (Uo = 0) - τ = RC: hằng số tích phân của mạch ∫ = t V dtUUr 0 . 1 τ - Khi tín hiệu vào thay đổi từng nấc, tốc độ thay đổi điện áp ra : Ur/ t = - Uv/RC Æ đầu ra bộ tích phân sẽ có điện áp tăng hay giảm tuyến tính theo thời gian. Δ Δ 7. Mạch vi phân Tại N: i C = i R Ù C.dU V /dt = -Ur/R ÆUr = -RC.dUv/dt τ = RC: hằng số vi phân của mạch. 8.Mạch logarit: http://hqhuy.wordpress.com 5/6 U r = -mU T ln(U v /I S R) [mV] U r =-m60lg(U v /I S R) [mV] với U T =26 mV tại nhiệt độ phòng 27 o C h, Mạch hàm mũ exp (đối logarit) :Ur = α .exp( β .Uv) http://hqhuy.wordpress.com 6/6 . mạch. 8.Mạch logarit: http://hqhuy.wordpress.com 5 /6 U r = -mU T ln(U v /I S R) [mV] U r =-m60lg(U v /I S R) [mV] với U T = 26 mV tại nhiệt độ phòng 27 o C h, Mạch hàm mũ exp (đối logarit). = α R 2 , khi đó K 1 = - α ; K 2 = α Æ Ura = α .(U 1 - U 2 ) 6. Mạch tích phân http://hqhuy.wordpress.com 4 /6 - Tại N : i C = i V Ù -C.du r /dt =U V /R Æ UodtU RC Ur t V += ∫ 0 . 1 . 2 .6. Khuếch đại dùng vi mạch thuật toán (IC) 2 .6. 1. Các khái niệm chung a, Khái niệm chung Khuếch đại thuật toán (operational