Đang tải... (xem toàn văn)
Tiểu luận môn Mạch tích hợp Phân tích IC MC3403 MC3403 là một IC khuếch đại thuật toán giá rẻ bao gồm 4 bộ khuếch đại thuật toán hoạt động độc lập.IC này có những thuộc tính cơ bản giống như vi mạch MC1741C ngoài ra nó còn có một số đặc tính vượt trội so với các dạng khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồi nuôi đơn cực.Bộ khuếch đại thuật toán này có thể hoạt động trong dải diện áp nguồn nuôi từ 3.0V cho đến 36V.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ MẠCH TÍCH HỢP Phân tích IC MC3403 Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS Bạch Gia Dương Học viên: Nguyễn Vũ Minh Vũ Văn Ninh Nguyễn Thị Nga Hµ néi 3/2011 Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 CHỈ TIÊU KĨ THUẬT CỦA VI MẠCH MC3403 MC3403 là một IC khuếch đại thuật toán giá rẻ bao gồm 4 bộ khuếch đại thuật toán hoạt động độc lập.IC này có những thuộc tính cơ bản giống như vi mạch MC1741C ngoài ra nó còn có một số đặc tính vượt trội so với các dạng khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồi nuôi đơn cực.Bộ khuếch đại thuật toán này có thể hoạt động trong dải diện áp nguồn nuôi từ 3.0V cho đến 36V.Ngoài ra IC này còn hoạt động với nguồn kép, dòng máng nuôi công suất thấp ổn định không phụ thuộc vào biên độ điện áp nguồn nuôi. IC này được sử dụng nhiều trong các bộ khuếch đại chuyển đổi điện áp, trong các khối khuếch đại một chiều và các mạch sử dụng IC khuếch đại thuật toán thông thường có thể áp dụng dễ dàng trong hệ thống nguồn nuôi đơn cực. 1. Các đặc điểm cơ bản của MC3403 • Lối ra được bảo vệ ngắn mạch. • Hoạt động ở chế độ AB nên loại bỏ được méo lối ra • Lối vào vi sai thực sự • Dải điện áp hoạt động rộng o Nguồn nuôi đơn : 3V – 36V o Nguồn nuôi đối xứng: ± 1.5V – ± 18V • Dòng phân cực lối vào nhỏ (Max 500nA) • IC tích hợp 4 bộ khuyếch đại • Mỗi bộ khuyếch đại về mặt chức năng tương đương với một IC MC1741C • Đóng vỏ chân theo kiểu công nghiệp, các đầu vào được đặt kề nhau và các đầu ra ở 4 góc. Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 2. Sơ đồ chân Sơ đồ chân và sơ đồ cung cấp nguồn nuôi cho IC MC3403 Sơ đồ cấp nguồn cho IC Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 3. Các thông số kĩ thuật a. Các giá trị danh định cực đại: Giá trị danh định Ký hiệu Giá trị Đơn vị Điện áp cung cấp: Nguồn đơn Nguồn kép V CC Vcc, V EE 36 ±18 Vdc Điện áp vi phân lối vào V IDR ±36 Vdc Điện áp cùng pha lối vào V ICR ±18 Vdc Khoảng nhiệt độ bảo quản t stg -55 đến +125 0 C Nhiệt độ hoạt động T A 0 đến +70 0 C Nhiệt độ lớp tiếp giáp T J 150 0 C b. Các đặc trưng điện : V CC =+15V, V EE =-15V, T A =25 0 C Đặc trưng Ký hiệu Min Typ Max Đơn vị Điện áp chênh lệch lối vào (TA = Tcao đến Tthấp) V IO - - 2 - 10 12 mV Dòng chênh lệch lối vào (TA = Tcao đến Tthấp) I IO - - 30 - 50 200 nA Hệ số khuyếch đại điện áp lớn (V O =±10V, RL = 2k, TA = Tcao đến Tthấp) A VOL 20 15 200 - - - V/mV Dòng phân cực lối vào (TA = Tcao đến Tthấp) I IB - - -200 - -500 -800 nA Trở kháng ra ( f = 20 Hz) Zo - 75 - Ω Trở kháng vào ( f = 20 Hz) Z i 0.3 1.0 - MΩ Dải điện áp lối ra RL= 10k RL= 2k RL= 2k, TA = Tcao đến Tthấp V o ±12 ±10 ±10 ±13.5 ±13 - - - - V Dải điện áp lối vào đồng pha lối vào V ICR +13 -Vee +13 -Vee - V Triệt cùng pha (R S ≤ 10k) CMR 70 90 - dB Dòng cấp nguồn (Vo=0) RL= ∞ Icc,Iee - 2.8 7.0 MA Dòng ngắn mạch lối ra I SC ±10 ±20 ±45 mA Tỷ lệ triệt cấp nguồn dương PSRR+ - 30 150 µV/V Tỷ lệ triệt cấp nguồn âm PSRR- - 30 150 µV/V Hệ số nhiệt độ trung bình của dòng offset đầu vào (TA = Tcao ∆Iị /∆T - 50 - pA/ o C Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 đến Tthấp) Hệ số nhiệt độ trung bình của thế offset đầu vào (TA = Tcao đến Tthấp) ∆Vị /∆T - 10 - µV / o C Độ rộng dải tín hiệu nhỏ (A V =1) BW - 1.0 - MHz Tốc độ quay (A V =1, Vi=-10 đến 10V) SR - 0.6 - V/µs Di pha (A V =1) φm - 60 - degrees Các đặc trưng điên (tiếp): V CC =+5V, V EE =Gnd, T A =25 0 C Đặc trưng Ký hiệu Min Typ Max Đơn vị Điện áp chênh lệch lối vào V IO - 2 10 mV Dòng chênh lệch lối vào I IO - 30 50 nA Dòng Bias lối vào I IB - -200 -500 nA Hệ số khuyếch đại điện áp lớn (RL=2k) A VOL 10 200 - V/mV Tỷ lệ triệt cấp nguồn PSRR - - 150 µV/V Dải điện áp lối ra RL= 10k, Vcc=5V. RL= 10k, Vcc=5V. V OR 3.3 Vcc-2 3.5 Vcc- 1.7 - - V Dòng cấp nguồn Icc - 2.5 7.0 mA Tách kênh ( f=1kHz-20kHz) CS - -120 - dB c. Các đặc tuyến Đáp ứng tần số Đặc tuyến Vpp – V nguồn Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 Đặc tuyến nhiệt độ Đặc tuyến dòng đặt – V nguồn Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 1. Sơ đồ nguyên lý Có thể chia sơ đồ nguyên lý thành 3 tầng cơ bản sau: Tầng khuếch đại đầu vào Tầng đầu vào bao gồm mạch khuếch đại vi sai darlington Q21 và Q22, Q24 và Q25. Nguồn dòng Q23, transitor Q3 và Q4 làm tải động. Q5 và Q2 làm tầng đệm mắc collector chung. Tầng khuếch đại trung gian Bao gồm Q6 khuếch đại đệm collector chung và dịch mức, R5 làm trở gánh. Đầu ra đưa vào tầng tiền khuếch đại Q9 mắc kiểu emitter chung có trở gánh là nguồn dòng Q19. Tầng khuếch đại công suất đầu ra Khuếch đại đẩy kéo mắc kiểu bù transistor khác loại Q16 và Q12. Q18 làm đệm và phân cực cho Q17. Q15 và điện trở 25Ω làm mạch bảo vệ quá tải lối ra. Ngoài ra, R5 đảm bảo điện áp phân cực Q9 để Q9 làm việc ở chế độ khuếch đại. Tụ C phản hồi âm bù tần số làm tăng độ rộng băng thông. Mạch dòng phân cực: Mạch dòng phân cực tạo dòng không đổi không phụ thuộc vào nguồn cấp cho các tầng khuếch đại. Khi điện áp nguồn nuôi đưa vào mạch thì dòng chạy qua transistor trường Q27 mắc theo kiểu cực máng chung và chạy qua diode Q28 tạo điện áp phân cực trên Q28 là 0.7V phân cực cho transitor Q29 làm Q29 mở, điện áp UBE của Q29 không đổi bằng điện áp trên diode do vậy dòng IE của Q29 ổn định. Q29 đóng vai trò nguồn dòng, dòng này chạy qua điện trở 2.4k tạo điện thế phân cực ổn định cho Q30, UBE của Q30 ổn định. Q30 hoạt động như một nguồn dòng không đổi phân cực cho Q1 tạo nên nguồn dòng không đổi ở đầu ra Q1. Sơ đồ nguyên lý ¼ vi mạch MC 3403 Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 2. Sơ đồ rút gọn tương đương R5 60k Vee Q10 Q17 Q13 Q11 Q16 Q18 Q12 Out Q15 Vcc Vn Vp D22 Q23 D24 Q21 Q22 Q3 Q4 Q24 Q25 Q7 D8 Q20 Q19 Q9 Q6 Q20 Q23 Q5 Q2 Q23 R2 40k R4 37k R3 31k R1 25 Sơ đồ nguyên lý rút gọn 3. Phân tích cơ chế hoạt động các tầng. Tầng khuyếch đại đầu vào Tầng khuếch đại đầu vào được nuôi bởi nguồn dòng Q23 là tầng khuếch đại vi sai. Transistor Q21, Q22, Q24 và Q25 hình thành nên tầng khuếch đại vi sai darlington. Q21 và Q25 là tầng đệm mắc theo sơ đồ collector chung. Q22 và Q24 khuếch đại vi sai mắc theo sơ đồ emitter chung, cực emitter được nuôi bởi Q23 đóng vai trò nguồn dòng không đổi, trở nội vô cùng lớn.Q3 và Q4 tương ứng đóng vai trò nguồn dòng tải động của Q22 và Q24. Q2 và Q5 hình thành nên tầng khuếch đại đệm mắc theo kiểu collector chung trong đó nguồn dòng Q19 đóng vai trò trở gánh, mặc dù điện áp đầu vào tầng kế tiếp được lấy trên Q5 nhưng trên thực tế thì Q3 và Q4 mới thực sự đóng vai trò mạch chuyển đổi đối xứng thành bất đối xứng, còn Q2 và Q5 thì chỉ mang tính chất là tầng khuếch đại đệm nhằm phối hợp trở kháng giữa các tầng và ngoài ra còn đảm bảo tính đối xứng cho mạch khuếch đại vi sai. Tầng khuếch đại đầu vào mắc theo mạch kiểu vi sai darlington nên dòng vào tĩnh rất nhỏ và trở kháng vào lớn tuy nhiên sẽ dẫn đến là điện áp lệch không đầu vào lớn và trôi nhiệt lớn. Để khắc phục hiện tượng này, người ta sử dụng phương pháp bù nhiệt dùng phần tử có tham số phụ thuộc vào nhiệt độ, cụ thể Q22 và Q24 là hai transistor có hai cực collector, trong đó một cực collector được nối tắt với cực base và hình thành nên một diode nối giữa cực emitter và cực base. Cơ chế bù nhiệt: Diode và transistor cùng được sản xuất trên cùng một tấm silic do vậy đặc tính nhiệt của điện áp base - emitter và diode là như nhau, có thể dễ dàng nhận thấy transistor Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 và diode hình thành nên một mạch gương dòng do vậy dòng điện đi qua transistor và diode là như nhau, nên về mặt dòng điện việc mắc thêm diode gây nên hồi tiếp âm dòng điện làm giảm dòng qua transistor và độ hỗ dẫn của mạch. Về mặt điện áp, nhờ có diode mà điện áp UBE được giữ ở giá trị 0.7V do vậy dòng tĩnh qua transistor ổn định ít phụ thuộc vào nhiệt độ và thay đổi của nguồn điện áp cung cấp. Ưu điểm của cách nối này là do việc làm giảm độ hỗ dẫn, hay làm giảm hệ số khuếch đại mạch mà nhờ vậy giảm được kích thước của tụ bù tần số C (5.0pF) và giảm được kích thước chip. Mặt khác việc tạo transistor có nhiều cực góp, từ đó hình thành nên diode có cùng đặc tính được thực hiện rất dễ dàng bằng các công nghệ IC tích hợp ngày nay. Ngoài ra tầng khuếch đại vi sai ngoài việc khuếch đại tín hiệu đầu vào và làm giảm độ hỗ dẫn còn thực hiện việc dịch mức tín hiệu. Như ta đã đề cập ở trên thì Q3 và Q4 mới thực sự là tầng chuyển đổi đầu vào đối xứng thành đầu ra bất đối xứng. Cơ chế đó được thực hiện như sau: Do Q3 được mắc theo kiểu diode do vậy dòng collector của Q3 cũng bằng dòng collector của Q22 (I C1 ) bởi Q4 và Q3 mắc theo kiểu gương dòng nên dòng collector Q4 cũng bằng I C1 . Nguồn dòng Q23 được chia giữa 2 transistor Q22 và Q24, tỉ lệ chia dòng sẽ phụ thuộc vào điện áp đầu vào Vp và Vn. Khi Vp lớn hơn Vn, thì Q22 chiếm dòng nhiều hơn Q24 hay I C1 lớn hơn I C2 , hiệu ứng dòng gương Q3 và Q4 làm cho dòng I OUT chạy vào liên kết collector - collector giữa Q24 và Q4. Khi Vn lớn hơn Vp thì khi đó Q24 sẽ chiếm nhiều dòng hơn Q22, tức là I C2 lớn hơn I C1 , hiệu ứng dòng gương làm cho dòng I OUT chạy ra liên kết collector - collector giữa Q24 và Q4. Như vậy I OUT là đầu ra đơn của tầng 1 và có giá trị tỉ lệ với điện áp vi sai đầu vào I OUT = Gm(Vp - Vn) trong đó Gm là hỗ đẫn của tầng khuếch đại đầu vào. Tầng khuyếch đại trung gian: Điện áp ra ở cực emitter của Q5 được đưa vào cực base của Q6, Q6 được mắc khuếch đại theo kiểu collector chung với trở gánh là nguồn dòng Q20a. Do vậy sẽ cho hệ số truyền đạt điện áp là 1 và hệ số khuếch đại dòng lớn. Điện áp ra tại cực emitter của Q6 được đưa vào cực base của Q9 để khuếch đại. Q9 được mắc khuếch đại theo kiểu emitter chung làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đủ lớn để kích thích cho tầng khuếch đại đẩy kéo bù. Điện trở gánh của Q9 là nguồn dòng Q19. Dòng qua Q19 cũng đồng thời là dòng chạy qua Q8 mắc theo kiểu diode. Q10 và Q8 mắc theo mạch đối xứng dòng gương do vậy Q10 = Q19, có nghĩa là Q10 cũng mang tư cách là một dòng gương. Q8 ngoài nhiệm vụ làm gương dòng nó còn làm nhiệm vụ dịch mức. Q7 phân bớt dòng R60k, R60k phân cực cho Q9 hoạt động trong miền khuếch đại Tầng ra khuyếch đại công suất đầu ra: Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 • Bao gồm khối khuyếch đại công suất Q17, Q18. • Khối dịch mức điện áp Q13. • Khối khuyếch đại đẩy kéo Q12, Q16. + Khối khuếch đại công suất đầu bao gồm 2 Transitor Q17, Q18 mắc theo sơ đồ Darlington có tải là nguồn dòng không đổi Q10. Hệ số khuyếch đạ dòng thu được từ Q17, Q18 là: Ki = (1+β18)(1+β17). Lối vào của Q13 được phân áp bởi 2 điện trở R3, R4 làm cho Q13 mở và dịch mức điện áp. + Khối khuyếch đại đẩy kéo được hình thành từ cặp (Darlington Q11, Q12) và Q16, hai cặp này sẽ thay nhau hoạt động ở 2 nửa chu kỳ của tín hiệu, Q16 là tải động của Q12 và Q12 là tải động của Q16. Điện áp tín hiệu đưa đến cực base của Q18 đã được dịch mức cỡ U BE do vậy trong nửa chu kì dương tín hiệu thì Q18 dẫn, điện trở phân cực 40k được sử dụng để tạo phân cực cho transistor Q16 hoạt động. Q18 dẫn tạo thế phân cực trên điện trở 40k và làm Q16 dẫn, trong thời gian đó Q12 cấm. Nửa chu kì âm Q18 cấm, dẫn đến Q16 cấm, Q12 dẫn, Q15 và điện trở 25kΩ là mạch bảo vệ ngắn mạch lối ra. Khi dòng chạy qua Q16 tăng quá giới hạn dẫn đến điện áp trên điện trở 25kΩ đủ lớn làm cho Q15 dẫn, rút bớt dòng khỏi Q18 và do vậy làm dòng I C của Q18 giảm, điện áp hạ trên điện trở 40kΩ giảm làm U BE của Q16 giảm và dòng ra Q16 cũng giảm. Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D [...]... 2.5m Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 2 Mạch tạo dao động cầu Wien R4 20K D1 R5 5k 80% 15V Vcc R3 10K 7.5V + D2 U1 MC3403 V0 C2 R2 01uF + 16K + R1 16k C1 01uF Sơ đồ mạch tạo dao động cầu Wien + Mạch dao động cầu Wien: dùng mạch cầu Wien kết hợp với vi mạch MC3403 tạo thành mạch dao động hình sin Trong sơ đồ có hai mạch phản hồi: + Mạch phản hồi âm nhờ hai điôt và hai điện trở 10k, 20k + Mạch phản hồi... Ở sơ đồ trên ta dùng kết hợp mạch phản hồi âm và phản hồi dương như sau: Tại tần số dao động mạch cầu Wien có hệ số truyền đạt max và độ lệch pha bằng 0, do đó kết hợp với bộ khuếch đại thuận để tạo hồi tiếp dương làm nhiệm vụ tạo dao động Hai điện trở 10k và 20k tạo thành một mạch hồi tiếp âm có hệ số khuếch đại là 3 Mạch hồi tiếp âm cùng với mạch lọc thông dải tạo thành mạch cầu Wien Kết quả chạy... Y=voltage 1.67m 2.08m Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D 2.5m Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 3 Mạch khuyếch đại vi sai có trở kháng lối vào cao e1 -500m/500mV +15v + R1 1k R3 1k MC3403 1kHz -15V V3 R6 3k R4 3k -15V R5 3k + -15V e2 500m/-500mV + 1kHz 15V V1 R2 1k MC3403 15V V2 C MC3403 R 1k Sơ đồ mạch khuyếch đại vi sai có trở kháng lối vào cao Hai tín hiệu ngược pha được đưa vào hai...Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VI MẠCH MC 3403 1 Mạch khuyếch đại điện áp đảo cực RF -10m/10mV 10k +15V Vcc RI 1k + 2kHz MC3403 Vout Vee -15V Hệ số khuếch đại K = U2 RF =− Khi tín hiệu đầu vào lớn thì tín hiệu đầu ra U1 RI sẽ bị cắt ở ngưỡng VCC = -1.5V Kết . HỌC CÔNG NGHỆ MẠCH TÍCH HỢP Phân tích IC MC3403 Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS Bạch Gia Dương Học viên: Nguyễn Vũ Minh Vũ Văn Ninh Nguyễn Thị Nga Hµ néi 3/2011 Ứng dụng vi mạch điện tử MC. 80% D1 D2 + U1 MC3403 R3 10K R2 16K R1 16k R4 20K Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403 2. Mạch tạo dao động cầu Wien Sơ đồ mạch tạo dao động cầu Wien + Mạch dao động cầu Wien: dùng mạch cầu Wien kết hợp với. KĨ THUẬT CỦA VI MẠCH MC3403 MC3403 là một IC khuếch đại thuật toán giá rẻ bao gồm 4 bộ khuếch đại thuật toán hoạt động độc lập .IC này có những thuộc tính cơ bản giống như vi mạch MC1741C ngoài