Đang tải... (xem toàn văn)
Môn kỹ thuật điện tử. Chương 3 - Khuếch đại thuật toán. Tóm tắt lỹ thuyết, công thức, các ví dụ minh họa dễ hiểu
CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 3 KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 3.1. Cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán 3.2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán 3. 3. Các sơ đồ cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán 3.4. Phương pháp phân tích và thiết kế mạch khuếch đại thuật toán 3.1. Cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán (1) 3.1. Cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán (1) Khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier): mạch có hệ số khuếch đại rất lớn Những ứng dụng đầu tiên: thực hiện các phép toán (cộng, trừ, tích phân, vi phân,…) Sử dụng rộng rãi trong các mạch điều khiển hệ thống, các mạch ổn áp, mạch dao động, mạch lọc, mạch phát hiện xung,… Đặc tính của bộ khuếch đại: Hệ số khuếch đại rất lớn (10 4 -10 6 ) Trở kháng đầu vào lớn (10 3 -10 15 Ω) Trở kháng đầu ra nhỏ (10-10 3 Ω) Kích thước nhỏ Tiêu hao ít năng lượng Độ ổn định và độ tin cậy cao Đăc tính hoạt động tốt 3.1. Cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán (2) 3.1. Cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán (2) Ký hiệu và hình dáng thực tế của OpAmp 3.1. Cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán (3) 3.1. Cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán (3) Sơ đồ mạch bên trong của OpAmp 3.2. Các tham số của bộ khuếch 3.2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán đại thuật toán Hệ số khuếch đại Sơ đồ tương đương Đặc tuyến truyền đạt Đáp ứng tần số Tỷ số nén tín hiệu đồng pha Điện áp lệch 0 Điện áp ra: Trong đó: A- Hệ số khuếch đại vòng hở có giá trị rất lớn v + - Điện áp đưa tới đầu vào không đảo v - - Điện áp đưa tới đầu vào đảo v id - Độ chênh lệch giữa hai đầu vào và thì: : tín hiệu ra đồng pha với tín hiệu vào và thì: : tín hiệu ra đảo pha so với tín hiệu vào ( ) −+ −== vvAvAv ido . 0≠ + v 0= − v ( ) +−+ =−== vAvvAvAv ido 0= + v 0≠ − v ( ) −−+ −=−== vAvvAvAv ido Sơ đồ tương đương của OpAmp 3.2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán (1) 3.2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán (1) Đặc tuyến truyền đạt của Op_Amp Miền tuyến tính: Điện áp ra biến đổi một cách tuyến tính theo điện áp vào Miền bão hòa: - Bão hòa dương: - Bão hòa âm: −+ > vv −+ < vv CCo Vv +≈ CCo Vv −≈ 3.2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán (2) 3.2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán (2) Nếu Op_Amp được coi là lý tưởng: Trở kháng vào Trở kháng ra : Hệ số khuếch đại vòng hở ∞= i Z 0= o Z ∞=A A v v o id = ∞=A } 0= id v −+ = vv 3.2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán (3) 3.2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán (3) 3.2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán (2) 3.2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán (2) Thông số Bộ KĐTT lý tưởng Bộ KĐTT thực tế Trở kháng vào Zv Zv khoảng 10 6 (với BJT) và 10 9 – 10 12 (với FET) Hệ số khuếch đại điện áp hở mạch K 0 K 0 từ 10 5 - 10 9 Đáp ứng tần số như nhau ở mọi tần số suy giảm khi tần số tăng lên (từ 1 – 10MHz) Trở kháng ra Zr = 0 Zr từ 100 - 1000 Dòng vào bằng không Iv = 0 Cỡ nA - pA Điện áp lệch 0 U 0 = 0 # 0 Nhiễu Không có Có ∞≈ ∞≈ Ω 3. 3. Các sơ đồ cơ bản của bộ khuếch 3. 3. Các sơ đồ cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán đại thuật toán Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại không đảo Mạch cộng đảo Mạch cộng không đảo Mạch khuếch đại hiệu Mạch tích phân/vi phân Mạch loga/đối loga Mạch nhân/chia tương tự [...]... số khuếch đại chỉ phụ thuộc vào tỷ số (Rf / R1) mà không phụ thuộc vào hệ số khuếch đại thuật toán (Kd) Ku < 0 điện áp ra ngược pha điện áp vào mạch khuếch đại đảo = 0 U = - U /K N r d Vậy hệ số khuếch đại áp P Tầng khuếch đại đảo có trở kháng vào nhỏ ( = Zi) Nếu tăng trở kháng vào sẽ làm giảm hệ số khuếch đại Nếu cho R1 = Rf Ku = -1 tầng đảo lặp lại điện áp Nếu cho R1 =0 Dòng điện. .. không Bài toán ngược:Thiết kế một mạch KĐTT có phương trình: U = X U +X U +…+ X U – Y U – Y U - … – Y U r 1 1 2 2 n n 1 a 2 b m m ◦ X1….Xn : là hệ số khuếch đại của các đầu vào không đảo ◦ Y1 … Ym: là hệ số khuếch đại của các đầu vào đảo Ra Va Vb Rb Vm Rf Rm U1 IDEAL Ry V1 R1 V2 Vn R2 Rn Rx out v R f R 2 2 v1 v3 R 1 - R 3 R 1 = 10K; R 2 = 20K; R 3 = R 4 = 50K; R f = 100K vo + R 4 R f R 0 - v1 v 2 R... phân Hệ số khuếch đại cao khiến mạch không ổn định và nhiễu giao thoa tại tần số cao sẽ được khuếch đại gây biến dạng tín hiệu ban đầu Điện trở R1 sẽ được mắc nối tiếp với tụ C như hình trên để giới hạn hệ số khuếch đại của mạch vi phân, với tỷ số R/R1 tại tần số cao khi dung kháng của tụ là rất nhỏ Mạch so sánh Mạch so sánh tín hiệu vào V và tín hiệu chuẩn V v ref Mạch khuếch đại hoạt động... vào Iv = -Ur / Rf Ur= -IV Rf điện áp ra tỷ lệ với dòng vào bộ biến đổi dòng sang áp Ku = − R1 Mạch khuếch đại không đảo Coi Op_Amp là lý tưởng vn = v p = v s R và R i = 0 trò là bộ phâni áp= đóng vai ip = n 1 f i 0 i1 = i f R R1 vo R1 + R f = = 1+ f v =Hệ số khuếchvđại= vs và lớn hơn 1 o dương n vs R1 R1 R + Rf Tín1hiệu ra đồng pha với tín hiệu vào Nếu thì Rf = 0 mạch lặp điện áp v... : i = Vr/R Với tụ điện, ta có quan hệ sau: i=C*dV/dt Sơ đồ mạch biến đổi tần số / điện áp Vì trở kháng vào bằng vô cùng, nên dòng qua tụ sẽ bằng với dòng qua trở R Khi tần số tăng, biên độ điện áp ra cũng như hệ số khuếch đại cũng tăng từ công thức trên ta thấy: Vr tỷ lệ với Vr = − RC dVr dt ω Vr Nếu tần số bằng vô cùng, tụ điện sẽ có dung kháng bằng 0, tức là hệ số khuếch đại bằng vô cùng với... = 50K; R f = 100K vo + R 4 R f R 0 - v1 v 2 R 1 R 2 vo + R 1 = 50K; R 2 = 100K; R 0 = 50K; R f = 200K R 5 =100K R 3 10K - vo R 1 vi + 10K 10K v1 v R 4 5K v R 2 R 2 =10K 2 + R 3 =10K 3 R 5 5K vo R 1=50K R 4 =50K R 3 50k - v1 R 7 R 5 R 1 100k 50k + R 4 R 2 2 10k 50k + - v vo R 6 50k 10k - + 20k R 8 ... cũng được tích phân, tạo nên sự thay đổi của điện áp ra vì Vr = -Vv, nên: dVr = − 1 Vv.dt RC tích phân 2 vế, ta có: 1 Vv.dt RC ∫ Vậy điện áp ra sẽ bằng tích phân của điện áp vào chia cho hằng số thời Vr = − gian τ = RC Biến τ có thể được định nghĩa như là thời gian cần thiết cho điện áp Vr đạt tới biên độ bằng với điện áp vào, bắt đầu từ điều kiện 0 và với điện áp vào là hằng số Mạch vi phân Sơ... được khắc phục bởi việc nối thêm 1 điện trở giữa đầu vào không đảo và đất, để bù ảnh hưởng của dòng thiên áp; đồng thời thêm điện trở mắc song song với tụ C để trung hoà ảnh hưởng của điện áp lệch Vv dVr = C R dt Xét với bộ KĐTT thực, ta có thể tìm được điện áp lệch không, xuất hiện như là điện áp dc tại đầu vào và khi được tích phân sẽ xuất hiện tại đầu ra như là một điện áp tăng tuyến tính Tương tự,... khuếch đại hoạt động trong miền không tuyến Vref tính Điện áp ra của bộ so sánh V nhận một trong hai giá r trị: V hay V min max Ứng dụng chủ yếu của mạch là bộ phát hiện qua mức 0 và mạch tạo xung vuông Sơ đồ mạch Vv Giản đồ điện áp ra Vr Mạch khuếch đại loga Mạch tạo hàm loga cho điện áp đầu ra: U = r α ln(α U ) 1 2 v D Biểu thức của dòng điện qua diode : Uv Sơ đồ mạch I = I (e U AK mU T... Ur Uv R Nếu KĐTT là lý tưởng sẽ có: I = U /R và U = -U D v ra AK U I D = I S e U AK mU T ra = -mU ln(U /I R) T v S Có thể thay diode bằng transistor mắc kiểu diode sẽ loại trừ được hệ số m và mở rộng phạm vi làm việc của ⇒ U AK I = m.U T ln D IS mạch U = -U = - U ln(U /I R) r BE T v S Ur Mạch đối loga (hàm mũ) Mạch đối loga sử dụng các phần tử phi tuyến như diode và transistor ( tương tự mạch . CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 3 KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 3. 1. Cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán 3. 2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán 3. 3. Các sơ đồ cơ bản. hở ∞= i Z 0= o Z ∞=A A v v o id = ∞=A } 0= id v −+ = vv 3. 2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán (3) 3. 2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán (3) 3. 2. Các tham số của bộ khuếch đại thuật toán (2) 3. 2. Các tham số của. thuật toán (2) 3. 1. Cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán (2) Ký hiệu và hình dáng thực tế của OpAmp 3. 1. Cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán (3) 3. 1. Cơ bản về bộ khuếch đại thuật toán (3) Sơ đồ mạch