Đang tải... (xem toàn văn)
IC KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN MC3476 NGUYÊN LÝ VÀ ỨNG DỤNG MC3476 là một khuếch đại thuật toán giá rẻ theo chuẩn công nghiệp MC1776. Đặc trưng nổi bật của khuếch đại thuật toán MC3476 là tiết kiệm năng lượng, trở kháng lối vào cao. Hơn nữa, dòng tĩnh bên trong thiết bị có thể điều chỉnh được thông qua việc thay đổi giá trị của điện trở ngoài hoặc nguồn dòng đưa vào chân Iset.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Tiểu luận Tiểu luận IC KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN MC3476 IC KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN MC3476 NGUYÊN LÝ VÀ ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ VÀ ỨNG DỤNG Nhóm lớp K17D ĐTVT Nhóm lớp K17D ĐTVT PHẠM QUỐC THỊNH PHẠM QUỐC THỊNH VŨ THỊ PHƯƠNG VŨ THỊ PHƯƠNG NGUYỄN TRỌNG GIÁP NGUYỄN TRỌNG GIÁP HÀ NỘI, THÁNG NĂM 2011 HÀ NỘI, THÁNG NĂM 2011 MỤC LỤC Giới thiệu 1.1 Giới thiệu 1.2 Sơ đồ chân 1.3 Thông số kỹ thuật .6 1.4 Đặc tuyến vi mạch .7 Phân tích cấu tạo vi mạch 2.1 Sơ đồ nguyên lý vi mạch MC3476 2.2 Phân tích nguyên lý 10 Mạch nguồn dòng phân cực 10 Tầng khuyếch đại vi sai lối vào 11 Tầng khuếch đại trung gian .12 Tầng khuyếch đại công suất lối mạch bảo vệ 12 Ứng dụng 13 3.1 Khuếch đại có phản hồi âm 13 3.2 Mạch dao động cầu Wien 14 3.3 Mạch phát xung vuông, tam giác, xung sin 15 3.4 Mạch lọc thơng thấp tích cực 16 3.5 Bộ phát đỉnh .17 Tài liệu tham khảo 18 Giới thiệu 1.1 Giới thiệu MC3476 khuếch đại thuật toán giá rẻ theo chuẩn công nghiệp MC1776 Đặc trưng bật khuếch đại thuật toán MC3476 tiết kiệm lượng, trở kháng lối vào cao Hơn nữa, dòng tĩnh bên thiết bị điều chỉnh thơng qua việc thay đổi giá trị điện trở nguồn dòng đưa vào chân Iset Điều cho phép khuếch đại thuật tốn MC3476 tối ưu dòng vào lượng tiêu thụ thay đổi tuỳ theo nguồn cung cấp Một số thông số kỹ thuật đặc trưng: • ± 6.0V đến ± 18V • Khuếch đại dải rộng • Offset Null • Khơng địi hỏi phải bù tần số • Bảo vệ đoản mạch 1.2 Sơ đồ chân Vi mạch khuếch đại thuật toán MC3476 đóng gói theo chuẩn DIP8 xuyên lỗ Gồm chân: lối vào đảo không đảo, chân lối ra, đường offset null, nguồn VCC, VEE, chân Iset 1.3 Thông số kỹ thuật Các tham số cực đại (tại nhiệt độ TA=250 C) Giá trị danh định Điện áp cung cấp Điện áp vi phân lối vào Điện áp pha lối vào Offset Null đến VEE Dòng vào Điện áp lối vào (Từ chân Iset xuống đất) Thời gian ngắn mạch lối Nhiệt độ môi trường hoạt động Khoảng nhiệt độ lưu trữ Nhiệt độ lớp tiếp giáp Ký hiệu VCC,VEE VIDR VICM Voff - VEE Iset Vset Giá trị ±18 ±30 ±18 ± 0.5 200 (VCC – 0.6V) đến VCC Không xác định đến +70 -55 đến +125 150 tSC TA Tstg Tj Đơn vị Vdc Vdc Vdc Vdc µA Vdc Vdc C C C Các đặc trưng điện MC3476 (Vcc=+15V, VEE=-15V, Iset=15µA, TA=+250C) Đặc trưng Điện áp chênh lệch lối vào Dòng offset lối vào Dòng phân cực lối vào Trở kháng vào Điện dung lối vào Khoảng hiệu chỉnh offset Dải điện áp lối vào đồng pha Hệ số khuếch đại điện áp tín hiệu lớn (RL≥2.0k, Vo=±10V) Trở kháng Triệt pha (RS≤10k) Tỷ số triệt điện áp cấp (RS≤10k) Dao động điện áp lối (RL≥10k) (RL≥2k) Dòng ngắn mạch lối Dòng cung cấp (cho tất khuếch đại) Công suất tiêu thụ (của tất khuếch đại) Đáp ứng tức thời (hệ số khuếch đại đơn vị, không đảo) - (V1=20mV, RL≥2kΩ, CL≤100pF) thời gian tăng Ký hiệu VIO IIO IIB ri Ci VIOR VICR Min 0.3 ±12 Điển hình 2.0 20 80 2.0 1.4 ±15 ±13 Max 6.0 200 500 - Đơn vị mV nA nA MΩ pF mV V AV 20 200 - V/mV ro CMR 70 75 90 - Ω dB PSRR - 30 150 µV/V Vo ±12V ±10V ±14V ±13V - V ISC - 20 - mA ID - 3.4 mA PC - 105 210 mV tTLH - 0.3 - µs - (V1=20mV, RL≥2kΩ, CL≤100pF) vượt ngưỡng - (V1=10V, RL≥2kΩ, CL≤100pF) tốc độ chuyển OS - 15 - % SR - 0.5 - V/µs 1.4 Đặc tuyến vi mạch Hình - Đặt điện trở-Dịng đặt Hình - Nguồn dịng cung cấp- Dịng đặt Hình - Độ khếch đại vịng mở-Dịng đặt Hình 5- Tốc độ chuyển mạch - Dịng đặt Hình - Dịng phân cực-Dịng đặt Hình - Tỷ số khuếch đại giải thơng-Dịng đặt Hình 7- Dao động biên độ đỉnh đỉnh Hình - Dao động điện áp lối Phân tích cấu tạo vi mạch 2.1 Sơ đồ nguyên lý vi mạch MC3476 Hình 2.1a - Sơ đồ nguyên lý vi mạch MC3476 MC3476 sử dụng hai loại tranzito n-p-n p-n-p, chia thành tầng: • Mạch nguồn dịng phân cực • Tầng khuyếch đại vi sai lối vào • Tầng khuyếch đại trung gian • Tầng khuếch đại cơng suất lối • Mạch bảo vệ chập nguồn Hình 2.1 b - Sơ đồ nguyên lý rút gọn vi mạch MC3476 Sử dụng sơ đồ nguyên lý để mô khếch đại thuật toán ICMC3476 mắc theo mạch khếch đại không đảo với độ khuếch đại 11 Vout = (1 + R9 )Vin R10 Hình 2.2a - Sơ đồ mạch khếch đại khơngđảo Hình 2.2b – Dạng sóng khếch đại khơng đảo 2.2 Phân tích ngun lý Mạch nguồn dòng phân cực Nguồn dòng tầng Nguồn dịng lối vào Nguồn dịng lối Hình 2.2 - Sơ đồ nguồn dịng Từ sơ đồ ta thấy tranzitor Q 11, Q12, Q13, Q14, tạo thành sơ đồ gương dòng điện với dòng thiết lập từ bên ngồi thơng qua chân I set Dịng Iset tạo dịng gương khơng đổi I 11 = I13 = I14 Cũng dễ dàng nhận thấy cặp tranzitor Q 7- Q8, Q9- Q10 tạo thành gương dòng tương ứng, với dòng đặt cho Q 9- Q10 I11 thiết lập Q11 dòng cho Q1- Q2 dòng I9 thiết lập Q Từ suy tất dòng phân cực cho mạch IC dịng lập trình I set Bằng cách đặt điện trở phù hợp chân nguồnVEE ta dễ dành thiết lập dịng phân cực ổn định cho tồn hệ thống mạch IC Q Q8 mắc theo kiểu gương dịng điện mục đích tạo dịng cố định làm tải động cho tầng vi sai 10 lối vào, I7 +I8 =I1 Dịng ổn định I17 sử dụng tải cho tầng khếch đại trung gian Tầng khuyếch đại vi sai lối vào Nguồn dòng Tín hiệu đến tầng Hình 2.3 - Sơ đồ tầng khuếch đại lối vào Đây tầng khuếch đại vi sai cải tiến, ni dịng khơng đổi Q1 Q2 Ta thấy I1=I2( dịng gương), chúng có trở nội vơ lớn nên có khả triệt nhiễu đồng pha, có khả triệt tín hiệu đồng pha cao Các cặp transistor Q3-Q5 Q4-Q6 đấu theo kiểu khuếch đại chồng tầng Kascốt Cách mắc nhằm phối hợp trở kháng, ngăn cách ảnh hưởng mạch đến mạch vào tầng khuếch đại, đặc biệt tần số cao Tải Q3 Q5, Q7; tải Q4 Q6, Q8 Tải Q5 Q7; tải Q6 Q8 Mặt khác, I7=I8 I7+I8=I1 nên Q7, Q8 nguồn dịng Tín hiệu vào ngược pha đưa vào lối vào khuếch đại vi sai Lối không đối xứng lấy từ Collector Q7 Các lối vào Offset null đặt vào emitơ Q7 Q8 lối vào bù tần, đảm bảo ổn định tầng khuếch đại đầu vào 11 Tầng khuếch đại trung gian Tầng bao gồm tranzitor Q 13, Q15, Q16, Q17 Tranzitor Q15 mắc theo sơ đồ Collector chung làm tầng khuếch đại đệm với độ khuếch đại Q13 Q17 đóng vai trị nguồn dịng tải cho Q16 Q16 mắc theo kiểu diot để dịch mức điện áp xuống Hình 2.4 - Sơ đồ tầng khuếch đại trung gian Tầng khuyếch đại công suất lối mạch bảo vệ Hình 2.5 - Sơ đồ tầng khuếch đại lối Tầng lối tầng công suất đẩy kéo gồm Q 18 Q20 phân cực hoạt động chế độ AB Q19 mắc theo cấu hình tạo thành diot dịch mức điện 12 áp Nguồn dòng Q14 có hai chức là: tạo dịng phân cực thuận cho diot Q19, đóng vai trị tải collecter Q20 Q22 kết hợp với R4 bảo vệ ngắn mạch lối cho Q 21 lối bị nối tắt xuống đất Một cách tương ứng Q 23 R8 bảo vệ ngắn mạch lối cho Q 24 lối bị nối tắt lên nguồn Hãy xét chế hoạt động mạch bảo vệ Xét mạch Q22 R4 sau: Iin = IB21 + IC22 IL = IC21 + IE22 - IB22 VBE22 = IL.R4 Với R4 chọn đủ nhỏ, 50Ω RL đủ lớn sụt áp R4 nhỏ ( V- Ura = Ura_max Nhờ phản hồi qua R2 mà V + tăng lên V- tăng dần để 15 nạp cho tụ Do V+ > V- mạch giữ nguyên trạng thái Ura = Ura_max V+ < V- mạch lật trạng thái: Ura = Ura_min, kéo V+ xuống thấp V+ < Vnên mạch giữ nguyên trạng thái Tụ phóng điện dần V + > V- lối lại mức cao Quá trình lặp lại tiếp tục cho ta xung vng hình vẽ Cụm thứ hai: máy phát xung tam giác, thực chất tích phân Cụm thứ ba: máy phát hình sin, thực chất tích phân khuếch đại có phản hồi âm Với cách chọn sơ đồ cho ta xung vng, tam giác hình sin có tần số khoảng 1kHz: Hình 3.3b - Dạng xung mạch dao động 3.4 Mạch lọc thơng thấp tích cực Ở tần số cao thường dùng mạch lọc thụ động RLC Ở tần số thấp mạch lọc có điện cảm lớn làm cho kết cấu nặng nề tốn phẩm chất mạch giảm Vậy phạm vi tần số < 100KHz người ta hay dùng lọc khuếch đại thuật toán mạch RC gọi mạch lọc tích cực Hình 3.3a - Mạch lọc thơng thấp tích cực Đây lọc thơng thấp hồi tiếp dương vịng (thực chất mạch tích phân) Ngồi cịn có hồi tiếp âm vịng hồi tiếp âm nhiều vòng Ta chọn trường hợp đơn giản: R1 = R2 = R = 100 kΩ, C1= C2 = C = 0.001µF, lúc hàm truyền đạt là: K= , + Pω g C1 R + P 2ω g C R 16 P = jΩ Tần số cắt f c = (Hz) ta dùng máy phát xung vuông lối vào để 2πR3C mơ phổ tín hiệu lối vào lúc tổng vạch phổ từ tần số thấp đến cao: Hình 3.3b - Đáp ứng tần số mạch lọc 3.5 Bộ phát đỉnh Hình 3.4a - Mạch phát đỉnh Mạch thực chức lưu lại giá trị cực đại tín hiệu lối vào Khi V1>Vc1 điốt thơng dòng nạp cho tụ C1 đến U c1≈V1 Nếu sau V1 giảm D1 ngắt, tụ C1 phóng điện qua điện trở ngược điốt qua MC3476 Vì điện trở ngược điốt lớn MC3476 mạch lặp điện áp đóng vai trị tầng đệm (trở kháng lớn) nên điện áp tụ giữ nguyên giá trị đỉnh Điện áp đỉnh cất giữ C1 Bộ khuếch đại lặp có trở kháng lối vào lớn Điốt D1 ngăn cản tác động trở lại C1 với nguồn tín hiệu Kết mơ phát đỉnh: Hình 3.4b - Dạng sóng phát đỉnh 17 Tài liệu tham khảo [1] Motorola , MC3476 datasheet [2] Klaus Beuth, Wolfgang Schmusch, Mạch điện tử [3] Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, nhà xuất giáo dục 1999 18 ... khuyếch đại trung gian • Tầng khuếch đại cơng suất lối • Mạch bảo vệ chập nguồn Hình 2.1 b - Sơ đồ nguyên lý rút gọn vi mạch MC3476 Sử dụng sơ đồ nguyên lý để mô khếch đại thuật toán ICMC3476... hiệu vào ngược pha đưa vào lối vào khuếch đại vi sai Lối không đối xứng lấy từ Collector Q7 Các lối vào Offset null đặt vào emitơ Q7 Q8 lối vào bù tần, đảm bảo ổn định tầng khuếch đại đầu vào... Giới thiệu 1.1 Giới thiệu MC3476 khuếch đại thuật toán giá rẻ theo chuẩn công nghiệp MC1776 Đặc trưng bật khuếch đại thuật toán MC3476 tiết kiệm lượng, trở kháng lối vào cao Hơn nữa, dòng tĩnh