OPAMP – CÁC MẠ CH Ứ NG DỤ NG
10.2. CÁC MẠCH ỨNG DỤNG DÙNG OP-AMP
10.2.1. MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÓ HỒI TIẾP
10.2.1.1.MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẦU VÀO KHÔNG ĐẢO (NON-INVERTING OPAMP):
Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đầu vào không đảo trình bày trong hình H.10.15. Trong đó:
RF : điện trở hồi tiếp.
RG : điện trở nối đến nút điện thế chuẩn (OV) từ ngõ vào đảo. Điện trở này còn được gọi là điện trở vào Opamp.
Gọi Av là độ lợi (hay độ khuếch đại) điện áp của mạch khuếch đại Opamp. Ta có định nghĩa tổng quát như sau:
V o in
A V
V (10.22)
Gọi Vb là điện thế tại b so với nút chuẩn, áp dụng phương trình điện thế nút tại b cho ta quan hệ như sau:
b b o
in
G F
V V V
i 0
R R
(10.23)
Áp dụng các giả thiết Opamp lý tưởng ta có:
iin 0 (10.24)
in a b in b
V V V V V 0
(10.25)
Từ các quan hệ (10.24) và (10.25) , suy ra quan hệ:
in o in
G F
V V
V 0
R R
+ -
+
-
A.(vin+ -vin-)
+
Vin+
- +
Vin-
-
+
Vo
-
iin +
iin-
io
+
NGÕ VÀO - NGÕ RA KYÙ HIEÄU CUÛA
OPAMP RO = 0
i R
H.10.14: Mô hìnhToán (hay mạch tương đương) của Op Amp lý tưởng.
Tóm lại:
in o
G F F
V
1 1
V R R R
Hay:
o F
V
in G
V R
A 1
V R
(10.26)
CHÚ Ý: Từ quan hệ (10.26) chúng ta rút ra các nhận xét như sau:
Khi Opamp được cung cấp bằng nguồn kép, đặc tính chuyển điện áp của Opamp có dạng như trong hình H.10.11. Nếu điện áp ngõ vào Vin = K (hằng số), nói khác đi Vin là điện áp một chiều độc lập đối với biến thời gian. Theo (10.26) điện áp nhận trên ngõ ra cũng là điện áp một chiều có giá trị là Vo = K.AV
và giá trị Vo phải nằm trong phạm vi giới hạn sau đây: Vcc Vo +Vcc
Trong hình H.10.26 trình bày mạch khuếch đại đầu vào không đảo dùng Opamp mang mã số LM324, được cung cấp bằng nguồn kép 12V DC (tạo bởi các nguồn V1 và V2).
Khi nguồn áp V3 (trên ngõ vào) thay đổi giá trị từ -12V đến +12V, điện áp Vo trên ngõ ra thay đổi tương ứng. Đặc tính chuyển mô tả quan hệ giữa Vo theo Vin trình bày trong hình H.10.17.
H.10.16
H.10.17: Đặc tính chuyển DC của Opamp LM324 mô tả quan hệ giữa Vo khi thay đổi Vin
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
Cần chú ý, với mạch khuếch đại trong hình H.10.16, hệ số Av = 2. Dựa vào Đặc Tuyến chuyển của Opamp LM324 trong hình H.10.17 ta suy ra được phạm vi của giá trị Vin để mạch khuếch đại tuyến tính là : -6,25V Vin 5,25V. Kết quả nhận trên ngõ ra tương ứng là -12,5V Vo 10,5V. Mức ngưỡng bảo hoà dương và mức ngưỡng bảo hoà âm của Opamp LM324 có giá trị khác nhau.
Bây giờ, nếu tín hiệu Vin được cấp đến ngõ vào mạch khuếch đại là tín hiệu biến thiên theo thời gian, giả sử có dạng Vin 2 2 sin 100 t V ; điện áp trên ngõ ra của mạch khuếch đại được trình bày trong hình H.10.18. Hệ số khuếch đại của mạch trong trường hợp này vẫn là AV = 2 và điện áp sin trên ngõ ra và ngõ vào đồng pha với nhau. Điều này có thể hiểu dễ dàng vì giá trị Av > 0.
Trong hình H.10.18, khi biên độ điện áp ngõ vào rất lớn Vin 6 2 sin 100 t V điện áp trên ngõ ra bị sai dạng vì biên độ điện áp ngõ ra bị giới hạn bởi mức ngưỡng bảo hòa đương và âm. Bây giờ, điện áp ngõ ra không còn dạng sin mà có dạng hình thang; biên độ của Vo đạt gía trị +10,5 V (biên độ dương) và -12,5V (biên độ âm). Kết quả này có thể đóan nhận được dựa vào đặc tuyến hình H.10.17.
Điều quan trọng cần chú ý ngưỡng bảo hòa dương và bảo hòa âm của đặc tính chuyển điện áp, khi áp dụng trên mạch khuếch đại Opamp thực tế. Các mức ngưỡng này còn phụ thuộc vào đặc tính của từng Opamp, thay đổi mã số của Opamp các mức ngưỡng này có thể thay đổi.
Chúng ta có thể khảo sát và dự đoán kết quả bằng các phần mềm mô phỏng như Spice (Orcad) hay NI multisim . . .
H.10.18: Dạng điện áp Vo trên ngõ ra và Vin trên ngõ vào mạch khuếch đại hình H.10.17.
10.2.1.2.MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẦU VÀO ĐẢO (INVERTING OPAMP):
Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đầu vào đảo trình bày trong hình H.10.20. Trong đó:
RF : điện trở hồi tiếp.
RG : điện trở nối từ nguồn Vin đến ngõ vào đảo. Điện trở này còn được gọi là điện trở vào Opamp.
Av là độ lợi khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại dùng Opamp.
Viết phương trình điện thế nút tại nút b, với Vb là điện thế tại nút b so điểm điện thế chuẩn ta có :
0 R i
V V R
V
V in
F o b G
in
b
(10.27)
Áp dụng các giả thiết Opamp lý tưởng ta có:
0
iin và Vin Va Vb 0Vb 0 hay Vb = 0.
Suy ra:
o in
G F
0 V 0 V
R R 0
Tóm lại:
o F
V
in G
V R
A V R
(10.28)
Lý luận tương tự như trên, với Opamp lý tưởng được cung cấp nguồn kép: giá trị của Vo cũng bị chận giới hạn trong phạm vi : –Vcc Vo Vcc khi thay đổi giá trị Vin .
H.10.19: Dạng trên ngõ vào mạch khuếch đại hình H.10.16 và điện áp Vo trên ngõ ra Vin ; lúc biên độ Vo đạt trạng thái bảo hòa dương và bảo hòa âm.
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009