Bài giảng Kỹ thuật điện tử C - Chương 5: Các mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán - Lê Thị Kim Anh

1Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 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. Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 2 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. 2Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 3 Ký hiệu + iv : Ngõ vào không đảo − iv : Ngõ vào đảo ov : Ngõ ra vo - + − iv + iv Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 4 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 3Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 5 i f o vR Rv 1 −=⇒ Tổng trở vào: 1 i i i Ri vZ == Hệ số khuếch đại vòng kín: 1R R v vA f i o v −== Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 6 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 vo − iv vi R1 Rf + iv I 4Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 7 Ta có hê ̣ số khuếch đại vòng kín: i f o vR Rv ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +=⇒ 1 1 11 1 1 R R R RR v vA ff i o v +=+== Mặt khác, coi : iii vvv ≈= +− Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 8 vi vo * MẠCH ĐỆM (MẠCH THEO ĐIỆN ÁP) Đây là trường hợp đặc biệt của mạch khuếch đại không đảo, với: Rf = 0 và R1 = ∞ 11 1 1 R R R RR v vA ff i o v +=+== Áp dụng công thức: 1=⇒ vA 5Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 9 IV. MẠCH CỘNG vo vi1 vi2 vi3 Rf R1 R2 R3 i1 i2 i3 i * Mạch cộng đảo dấu Dùng phương pháp xếp chồng: 1 1 1 i f o vR Rv −= 2 2 2 i f o vR Rv −= 3 3 3 i f o vR Rv −= Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 10 Điện áp ở ngõ ra: 321 oooo vvvv ++= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++−=⇒ 3 3 2 2 1 1 i f i f i f o vR Rv R Rv R Rv Nếu chọn R1 = R2 = R3 = R, ta có: ( )321 iiifo vvvR Rv ++−= Và nếu Rf = R, ta có: ( )321 iiio vvvv ++−= 6Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 11 * Mạch cộng không đảo dấu vo R1 R2 + iv RfRg vi1 vi2 Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 12 vi1 vo R1 Rf R2 Rg + iv +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ += i g f o vR Rv 11 Áp dụng công thức của mạch khuếch đại không đảo: : Khi vi2 = 0: 1 21 2 ii vRR Rv ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ += + Dùng phương pháp xếp chồng 7Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 13 2 21 1 2 1 i g f o vRR R R Rv ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ += Tương tự, khi cho vi1 = 0 1i 21 2 g f 1o vRR R R R1v ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +=⇒ Điện áp ở ngõ ra: 21 ooo vvv += ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +++⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +=⇒ 2 21 1 1 21 21 ii g f o vRR Rv RR R R Rv Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 14 Nếu chọn R1 = R2 = R, ta có: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ += 2 1 21 iifo vv R Rv Và nếu Rf = R, ta có: ( )21 iio vvv += 8Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 15 vi2 vo R1 R4 R2 R3 vi1 + iv − iv V. MẠCH TRỪ (MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI) 1 21 2 ii vRR Rv += + * Khi vi2 = 0 1 21 2 3 4 1 1 io vRR R R Rv ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +=⇒ 2 3 4 2 io vR Rv −= * Khi vi1 = 0 Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 16 Điện áp ở ngõ ra: 21 iio vvv += 2 3 4 1 21 2 3 41 iio vR Rv RR R R Rv −⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +=⇒ vo có dạng: Vo = a1 vi1 – a2 vi2 , với: 3 4 2 21 2 3 4 1 1 R Ra; RR R R Ra =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ += ( ) 3 4 2 21 2 21 1 R Ra; RR Raa:Hay =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++= 9Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 17 Nếu chọn R1 = R2=R3 = R4, ta có: ⇒Điều kiện để thực hiện được mạch này: (1 + a2)> a1 21 iio vvv −= Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 18 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 10 Bài giảng môn Kỹ thuật Điện tử GV: Lê Thị Kim Anh 19 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−=