1 Chương 21: Bộ khuếch đại đ ả o 2 Hình 2.106: Khuếch đại đảo dùng IC thuật toán Bộ khuếch đại đảo cho trên hình 2.106, có thực hiện hồi tiếp âm song song đ i ệ n áp ra qua R ht . Đầu vào không đảo được nối với điểm chung của sơ đồ (nối đất). Tín hiệu vào qua R 1 đặt vào đầu đảo của OA. Nếu coi OA là lý tưởng thì điện trở vào c ủ a nó vô cùng lớn R v → ∞, và dòng vào OA vô cùng bé I 0 = 0, khi đó tại nút N có ph ươ ng trình nút dòng điện : I v ≈ I ht . Từ đó ta có : U v − U 0 R 1 = U 0 − U ra R h t (2-325) Khi K → ∞, điện áp đầu vào U 0 = U r /K → 0, vì vậy (2-235) có dạng : U v /R 1 = -U r /U ht (2-236) Do đó hệ số khuếch đại điện áp K đ của bộ khuếch đại đảo có hồi tiếp âm song song được xác đ ị nh bằng tham số của các phần tử thụ động trong sơ đồ : K đ = U r /U v = – R ht /R 1 (2-237) N ế u chọn R ht = R 1 , thì K đ = –1, sơ đồ (h.2.106) có tính chất tầng đảo lặp lại điện áp (đảo tín hiệu). Nếu R 1 = 0 thì từ phương trình I v ≈ I ht ta có I v = – U ra /R ht hay U ra = –I v .R ht tức là điện áp ra t ỉ lệ với dòng điện vào (bộ biến đổi dòng thành áp). 3 Vì U 0 → 0 nên R v = R 1 , khi K → ∞ thì R r = 0. 140 v r 2.4.3. Bộ khuếch đại không đ ả o Bộ khuếch đại không đảo (h.2.107) gồm có mạch hồi tiếp âm điện áp đặt vào đ ầ u đảo, còn tín hiệu đặt tới đầu vào không đảo của OA. Vì điện áp giữa các đầu vào OA bằng 0 (U 0 = 0) nên quan hệ giữa U v và U r xác đ ị nh bởi : Hình 2.107: Khuếch đại không đảo dùng IC thuật toán U = U . R 1 R 1 + R ht Hệ số khuếch đại không đảo có dạng : K k = U r a = R ht + R 1 = 1 + R ht (2- 238a) U vao R 1 R 1 Lưu ý khi đến v ị trí giữa lối vào và lối ra tức là thay thế U ra bằng U vào và ngược l ạ i trong sơ đồ (2.107a), ta có bộ suy giảm điện áp : U ra = ( R U vao .R + R ) 1 (2- 238b) ht 1 Khi R ht = 0 và R 1 = ∞ thì ta có sơ đồ bộ lặp lại điện áp (h.2.107b) với K k = 1. Đ i ệ n trở vào của bộ khuếch đại không đảo bằng điện trở vào OA theo đầu vào đảo và khá lớn, điện trở ra R r - 0. 2.4.4. Mạch c ộ ng 141 a - Mạch cộng đả o: Sơ đồ hình 2.108 có dạng bộ khuếch đại đảo với các nhánh song song ở đầu vào bằng số lượng tín hiệu cần cộng. Coi các điện trở là bằng nhau: R ht = R 1 = R 2 = … = R n < R v . 142 r n Khi I v = 0 thì I ht = I 1 + I 2 + … + I n n hay U r = –(U 1 +U 2 + … +U n ) = – ∑ U i i = 1 (2-239) Hình 2.108 Mạch cộng đảo Hình 2.109: Mạch cộng không đ ả o Công thức (2-239) phản ánh sự tham gia giống nhau của các số hạng trong t ổ ng . Tổng quát: Khi R 1 ≠ … ≠ R n có : U = –  R h t R U + R h t 1 R U + + R h t 2 R  U n  (2-240)  1 2  U U n  U  n v ớ i α = R ht = –R ht  1 + 2 + +  = − ∑ α i U i i  R 1 R 2 R n  i = 1 R i b - Mạch cộng không đảo : 143 Sơ đồ nguyên lý của mạch cộng không đảo vẽ trên hình 2.109. Khi U 0 = 0, điện áp ở hai đầu vào bằng nhau và b ằ ng R 1 U v+ = U v– = R 1 + R ht .U r Khi dòng vào đầu không đảo bằng không (R v = ∞ ), ta có: 144 1 r b 2 ∑ U 1 − U v − + U 2 − U v − + + U n − U v − = 0 R R R R 1 hay U 1 + U 2 + … + U n = n. U r R 1 + R ht R + R  R + R n  từ đó U r = 1 n.R 1 ht . ( U + U 2 + + U n ) =   1 h t n.R 1 i = 1 U i   (2-241) Chọn các tham số của sơ đồ thích hợp sẽ có thừa số đầu tiên của vế phải công thức (2-240) bằng 1 n (R 1 + R ht )/(n.R 1 ) = 1 và U ra = U 1 + U 2 + … + U n = ∑ U i i = 1 2.4.5. Mạch tr ừ Khi cần trừ hai điện áp, người ta có thể thực hiện theo sơ đồ hình 2.110. Khi đ ó điện áp đầu ra được tính theo : U r = K 1 U 1 + K 2 U 2 (2-242) Có thể tìm K 1 và K 2 theo phương pháp sau: Cho U 2 = 0, mạch làm việc như một b ộ khuếch đại đảo, tức là U ra = – α a U 1 vậy K 1 = –α a . Khi U 1 = 0, mạch này chính là mạch khuếch đại không đảo có phân áp. Khi đ ó U = R b .U R b + R b / α b R a / α a 145 R b / α b Hình 2.110: Mạch t r ừ 146 n ' ∑ ' Hệ số khuếch đại của mạch lúc đó là α b 1 + α b Vậy: U r = U ra + U rb = [ α b / ( 1 + α b ) ] ( 1 + α a ) U 2 − α a U 1 Nếu điện trở trên cả hai lối vào là như nhau, tức là α a = α b = α thì K 2 = α, K 1 = – α Vậy U ra = α (U 2 – U 1 ) (2-243) Tổng quát, sơ đồ trừ vạn năng dùng để đồng thời lấy tổng và lấy hiệu của một s ố điện áp vào bất kì có thể thực hiện bằng mạch hình 2.111. Để rút ra hệ thức cần thiết, ta sử dụng quy tắc nút đối với cửa vào A của b ộ khuếch đ ạ i : ∑ U 1 − U a + U a − U = i = 1 ( R a 0 /α i ) R a Rút ra: n  n  ∑ α i U i − U a  ∑ α i + 1  + U a = 0 i = 1  i = 1  Tương tự đối với cửa vào B của bộ khuếch đ ạ i n ∑ i = 1 ' '  n α i U i − U b   i = 1 '  α i + 1  = 0  nếu U a = U b và thoả mãn thêm điều ki ệ n : n ∑ i = 1 n α i = ∑ α i i = 1 thì sau khi trừ đi hai biểu thức trên ta sẽ có: . giảm điện áp : U ra = ( R U vao .R + R ) 1 (2- 238b) ht 1 Khi R ht = 0 và R 1 = ∞ thì ta có sơ đồ bộ lặp lại điện áp (h.2.107b) với K k = 1. Đ i ệ n trở vào của bộ khuếch đại không đảo bằng điện. của OA. Nếu coi OA là lý tưởng thì điện trở vào c ủ a nó vô cùng lớn R v → ∞, và dòng vào OA vô cùng bé I 0 = 0, khi đó tại nút N có ph ươ ng trình nút dòng điện : I v ≈ I ht . Từ đó ta có : U v − U 0 R 1 = U 0 − U ra R h t (2-325) Khi. : U v − U 0 R 1 = U 0 − U ra R h t (2-325) Khi K → ∞, điện áp đầu vào U 0 = U r /K → 0, vì vậy (2-235) có dạng : U v /R 1 = -U r /U ht (2-236) Do đó hệ số khuếch đại điện áp K đ của bộ khuếch đại đảo có hồi