Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng Chương OP-AMP-KHUẾCH ÐẠI VÀ ỨNG DỤNG 7.1 VI SAI TỔNG HỢP: Mạch vi sai thực tế thường gồm có nhiều tầng (và gọi mạch vi sai tổng hợp) với mục đích - Tăng độ khuếch đại AVS - Giảm độ khuếch đại tín hiệu chung AC Do tăng hệ số λ1 - Tạo ngõ đơn cực để thuận tiện cho việc sử dụng chế tạo mạch khuếch đại công suất Thường người ta chế tạo mạch vi sai tổng hợp dạng IC gọi IC thuật toán (op-amp _operational amplifier) Người ta chia mạch vi sai tổng hợp thành phần: Tầng đầu, tầng tầng cuối Tầng đầu mạch vi sai mà ta khảo sát chương trước 7.1.1 Các tầng giữa: Các tầng vi sai hay đơn cực a/Mắc nối tiếp vi sai với vi sai: Trương Văn Tám VII-1 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng Ðể ý tổng trở vào tầng vi sai sau làm cân tổng trở tầng vi sai trước Tầng sau không cần dùng nguồn dòng điện b/ Mắc vi sai nối tiếp với đơn cực: Người ta thường dùng tầng đơn cực để: - Dễ sử dụng - Dễ tạo mạch công suất Nhưng mạch đơn cực làm phát sinh số vấn đề mới: - Làm cân tầng vi sai, nên hai điện trở RC tầng vi sai đơi phải có trị số khác để bù trừ cho cân - Làm tăng AVS AC nên (1 thay đổi, nên dùng tầng đơn cực nơi có thành phần chung thật nhỏ (sau hai ba tầng vi sai) 7.1.2 Tầng cuối: Phải thỏa mãn điều kiện: - Cho tổng trở thật nhỏ Trương Văn Tám VII-2 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng - Ðiện phân cực ngõ volt hai ngõ vào volt a/ Ðiều kiện tổng trở ra: Ðể tổng trở nhỏ, người ta thườngdùng mạch cực thu chung Ðể tính tổng trở ta dùng mạch tương đương hình 7.3b; Trong RS tổng trở tầng (đơn cực) đứng trước b/ Ðiều kiện điện phân cực: Vì tầng mắc trực tiếp với nên điện phân cực ngõ tầng cuối khơng volt ngõ vào volt Ðể giải người ta dùng mạch di chuyển điện (Level shifting network) gồm có: nguồn dịng điện I điện trở R cho: E = RI Trương Văn Tám VII-3 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng 7.1.3 Một ví dụ: Op-amp μpc 709 hảng Fairchild T1, T2: Mạch vi sai ngõ vào T3: Nguồn dòng điện cho T1 T2 Ðiện phân cực cực T3 xác định cầu phân gồm T6 (mắc thành diode), điện trở 480Ω 2.4kΩ T4, T5: vi sai chân E nối mass T4 có nhiệm vụ ổn định điện điểm A cho T1 T2 Trương Văn Tám VII-4 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng T5: Là tầng đơn cực chuyển tiếp vi sai tầng cuối T7: Là mạch cực thu chung T8 mạch di chuyển điện với điện trở 3.4k T9: Là mạch cực thu chung tầng cuối để đạt tổng trở nhỏ 7.2 MẠCH KHUẾCH ÐẠI OP-AMP CĂN BẢN: Trong chương này, ta khảo sát op-amp trạng thái lý tưởng Sau đặc tính op-amp lý tưởng: - Ðộ lợi vịng hở A (open loop gain) vô cực - Băng tần rộng từ 0Hz đến vô cực - Tổng trở vào vô cực - Tổng trở - Các hệ số λ vô cực - Khi ngõ vào volt, ngõ volt Ðương nhiên op-amp thực tế đạt trạng thái lý tưởng Trương Văn Tám VII-5 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng Từ đặc tính ta thấy: - Zi → ∞ nên khơng có dịng điện chạy vào op-amp từ ngõ vào - Z0 → 0Ω nên ngõ v0 không bị ảnh hưởng mắc tải - Vì A lớn nên phải dùng op-amp với hồi tiếp âm Với hồi tiếp âm, ta có hai dạng mạch khuếch đại sau: 7.2.1 Mạch khuếch đại đảo: (Inverting Amplifier) Dạng mạch (7.2) Nhận xét: - Khi Zf Zi điện trở v0 vi lệch pha 1800 (nên gọi mạch khuếch đại đảo ngõ vào ( - ) gọi ngõ vào đảo) - Zf đóng vai trị mạch hồi tiếp âm Zf lớn (hồi tiếp âm nhỏ) độ khuếch đại mạch lớn - Khi Zf Zi điện trở op-amp có tính khuếch đại điện chiều Trương Văn Tám VII-6 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng 7.2.2 Mạch khuếch đại không đảo: (Non_inverting Amplifier) Dạng mạch Suy ra: Nhận xét: - Zf, Zi có dạng - v0 vi có dạng - Khi Zf, Zi điện trở ngõ v0 có pha với ngõ vào vi (nên mạch gọi mạch khuếch đại không đảo ngõ vào ( + ) gọi ngõ vào không đảo) - Zf đóng vai trị hồi tiếp âm Ðể tăng độ khuếch đại AV, ta tăng Zf giảm Zi - Mạch khuếch đại tín hiệu chiều Zf Zi điện trở Mạch giữ ngun tính chất khơng đảo có cơng thức với trường hợp tín hiệu xoay chiều - Khi Zf=0, ta có: AV=1 ⇒ v0=vi Zi=∞ ta có AV=1 v0=vi (hình 7.10) Lúc mạch gọi mạch “voltage follower” thường dùng làm mạch đệm (buffer) có tổng trở vào lớn tổng trở nhỏ mạch cực thu chung BJT Trương Văn Tám VII-7 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng 7.2.3 Op-amp phân cực nguồn đơn: Phần đặc tính mạch khuếch đại khảo sát op-amp phân cực nguồn đối xứng Thực tế, để tiện thiết kế mạch sử dụng, không cần thiết op-amp phân cực nguồn đơn; Lúc chân nối với nguồn âm -VCC nối mass Hai dạng mạch khuếch đại sau: Người ta phải phân cực ngõ vào (thường ngõ vào +) để điện phân cực hai ngõ vào lúc VCC /2 điện phân cực ngõ VCC /2 Hai điện trở R phải chọn lớn để tránh làm giảm tổng trở vào op-amp Khi đưa tín hiệu vào phải qua tụ liên lạc (C2 mạch) để không làm lệch điện phân cực Như vậy, phân cực nguồn đơn, op-amp tính chất khuếch đại tín hiệu chiều Trong hình a, mạch khuếch đại đảo, C1 tụ lọc điện phân cực ngõ vào (+) Trong hình b, mạch khuếch đại không đảo, C1 dùng để tạo hồi tiếp xoay chiều cho mạch giữ điện phân cực ngõ vào (-) VCC /2 Ðộ khuếch đại mạch không đổi 7.3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA OP-AMP: 7.3.1Mạch làm toán: Ðây mạch điện tử đặc biệt liên hệ điện ngõ vào ngõ phương trình toán học đơn giản a/ Mạch cộng: Trương Văn Tám VII-8 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng Tín hiệu ngõ tổng tín hiệu ngõ vào ngược pha Ta ý vi điện chiều xoay chiều b/ Mạch trừ: Ta có cách tạo mạch trừ * Trừ phương pháp đổi dấu: Ðể trừ số, ta cộng với số đối số v2 làm đảo cộng với v1 Do theo mạch ta có: Như tín hiệu ngõ hiệu tín hiệu ngõ vào đổi dấu * Trừ mạch vi sai: Dạng Thay trị số vm vào biểu thức ta tìm được: Trương Văn Tám VII-9 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng c/ Mạch tích phân: Dạng mạch Dịng điện ngõ vào: * Hai vấn đề thực tế: - Ðiều kiện ban đầu hay số tích phân: Dạng mạch Trương Văn Tám VII-10 Mạch Điện Tử ... VII-13 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng - So sánh mức dương đảo: * So sánh mức âm đảo không đảo: Trương Văn Tám VII-14 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng - So sánh... hiệu ngõ hiệu tín hiệu ngõ vào đổi dấu * Trừ mạch vi sai: Dạng Thay trị số vm vào biểu thức ta tìm được: Trương Văn Tám VII-9 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng c/ Mạch tích phân:... tổng trở vào lớn tổng trở nhỏ mạch cực thu chung BJT Trương Văn Tám VII-7 Mạch Điện Tử Chương 7: OP-AMP_Khuếch đại ứng dụng 7.2.3 Op-amp phân cực nguồn đơn: Phần đặc tính mạch khuếch đại khảo