Giáo trình vi mạch tương tự cđ giao thông vận tải

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ


GIÁO TRÌNH:

VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Ths NGUYỄN THỊ THU LAN (Chủ biên) – KS. VÕ MINH TRÍ

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 9 NĂM 2014
LƢU HÀNH NỘI BỘ


MỤC LỤC
MỤC LỤC...............................................................................................................................................2
CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI .....................................................................................6
GIỚI THIỆU CHUNG .........................................................................................................................6
NỘI DUNG ..........................................................................................................................................6

1.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI ............................. 6
1.1.1 CẤU TẠO:...........................................................................................................................6
1.1.2 NGUYÊN LÝ MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI ......................................................................6

1.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ CHỈ TIÊU CỦA MỘT TẦNG KHUẾCH ĐẠI .. 9
1.2.1 HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI. .......................................................................................................9
1.2.2. TRỞ KHÁNG LỐI VÀO VÀ LỐI RA ................................................................................10
1.2.3 MÉO TẦN SỐ ....................................................................................................................10
1.2.4 MÉO KHÔNG ĐƢỜNG THẰNG (méo phi tuyến). .........................................................11
1.2.5 HIỆU SUẤT CỦA TẦNG KHUẾCH ĐẠI .........................................................................11

1.3 ỨNG DỤNG ....................................................................................................... 12
CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN.....................................................................13
GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................................................13
NỘI DUNG ........................................................................................................................................13

2.1 KÝ HIỆU VÀ ĐẶC TÍNH LÝ TƢỞNG CỦA OP-AMP .................................... 13
2.1.1 ĐẶC TÍNH LÝ TƢỞNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN OP-AMP ......................14
2.1.2 CÁC PHẦN TỬ KÝ SINH ĐẦU VÀO CỦA OP-AMP : ....................................................17

2.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN DÙNG TRANSITOR LƢỠNG CỰC .. 20
2.2.1. ĐỊNH NGHĨA MẠCH KHUẾCH ĐẠI .............................................................................20
2.2.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO DÙNG TRANSISTOR .........................................................21

2.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG JFET ................................................................. 22
2.3.1 KHÁI NIỆM ......................................................................................................................22
2.3.2 JFET (Junction Field Effect Transistor):..........................................................................22

2.4 ĐẶC TÍNH THỰC TẾ ........................................................................................ 25
2.5 OFFSET VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC ........................................................... 25
CHƢƠNG 3: CÁC ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA ..............................................................................27
KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN ................................................................................................27
GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................................................27
NỘI DUNG ........................................................................................................................................28

3.1. MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO ............................................................................. 28
3.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO ............................................................... 28
3.3. MẠCH CỘNG ................................................................................................... 29
3.3.1 MẠCH CỘNG ĐẢO ..........................................................................................................29
3.3.2 MẠCH CỘNG KHÔNG ĐẢO ...........................................................................................29

3.4 MẠCH TRỪ ....................................................................................................... 30
3.5 MẠCH VI PHÂN .............................................................................................. 31
3.6 MẠCH TÍCH PHÂN .......................................................................................... 31
TĨM TẮT .......................................................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 4: MẠCH ĐIỆN KHÁNG ................................................................................................33
GIỚI THIỆU ......................................................................................................................................33
NỘI DUNG ........................................................................................................................................33

4.1 MẠCH ĐIỆN CẢM ............................................................................................ 33
4.1.1 MẠCH CỘNG HƢỞNG (RESONANT CIRCUIT):...........................................................33
4.1.2 TỔNG QUÁT VỀ DAO ĐỘNG LC: ..................................................................................35
4.1.3 DAO ĐỘNG HARTLEY (HARTLEY OSCILLATORS) .....................................................36
4.2 MẠCH ĐIỆN DUNG.......................................................................................................................37
4.2.1 MẠCH DAO ĐỘNG COLPITTS: .....................................................................................37
4.2.2 DAO ĐỘNG CLAPP (CLAPP OSCILLATOR): ...............................................................39
CHƢƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG ...........................................................................................40
GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................................................40
NỘI DUNG ........................................................................................................................................41

5.1 KHÁI NIỆM CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU XUNG. .................. 41
5.1.1

KHÁI NIỆM TÍN HIỆU XUNG ............................................................................41

5.1.2

CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU XUNG. ...........................................41

5.2 MẠCH TẠO DAO ĐỘNG SIN .......................................................................... 42
5.2.1

KHÁI NIỆM : .......................................................................................................42

5.2.2

ĐIỀU KIỆN DAO ĐỘNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠCH TẠO DAO ĐỘNG........43

5.3 MẠCH SO SÁNH .............................................................................................. 44
5.4.1

ÐIỆN THẾ NGÕ RA BẢO HÕA: .........................................................................44

5.4.2

MẠCH SO SÁNH MỨC 0: (TÁCH MỨC ZÉRO).................................................45

5.4.3
MẠCH SO SÁNH TRONG TRƢỜNG HỢP 2 NGÕ VÀO CÓ ĐIỆN THẾ BẤT KỲ
VỚI HỒI TIẾP DƢƠNG: ...........................................................................................................49

5.4 MẠCH TRIGGER SCHMITT ............................................................................ 51
5.4.1

MẠCH TRIGGER SCHMITT CƠ BẢN DÙNG CHUYỂN MẠCH BJT ...............52

5.4.2

MẠCH TRIGGER SCHMITT SỬ DỤNG OP-AMP: ............................................53

5.5 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI TỰ KÍCH (DAO ĐỘNG ĐA HÀI PHI ỔN) ....... 55
5.5.1

GIỚI THIỆU.........................................................................................................55

5.5.2

MẠCH ĐA HÀI PHI ỔN CƠ BẢN. ......................................................................55

5.5.3

MẠCH PHI ỔN THAY ĐỔI TẦN SỐ: ..................................................................57

5.5.4

MẠCH THAY ĐỔI CHU TRÌNH LÀM VIỆC. ......................................................57

5.6 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN ỔN. ........................................................... 60
5.6.1

GIỚI THIỆU.........................................................................................................60

5.6.2

MẠCH ĐƠN ỔN CƠ BẢN....................................................................................60

5.6.3

CÁC MẠCH ĐƠN ỔN CẢI TIẾN. ........................................................................63

5.7 MẠCH DAO ĐỘNG HAI TRẠNG THÁI (ĐA HÀI LƢỠNG ỔN) .................... 66
5.7.1

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI LƢỠNG ỔN DÙNG BJT. .....................................66

5.7.2

CÁC PHƢƠNG PHÁP KÍCH ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA FF. ...............................68

CHƢƠNG 6: CÁC ỨNG DỤNG KHÁC CỦA MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN .............71

6.1 NGUỒN ỔN ÁP ................................................................................................. 71
6.1.1 ỔN ÁP NỐI TIẾP ..............................................................................................................71
6.1.2 ỔN ÁP SONG SONG ........................................................................................................72
6.1.3 ỔN ÁP XUNG ...................................................................................................................73

6.2 TÁCH SĨNG KHƠNG ĐIỆN ÁP NGƢỠNG .................................................... 74
6.2.1 KHÁI NIỆM ......................................................................................................................74
6.2.2 MẠCH TÁCH SÓNG BIÊN ĐỘ DÙNG OP-AMP. ...........................................................74
6.2.3. VƠN KẾ TÁCH SĨNG TRUNG BÌNH. ...........................................................................74
6.2.4. VƠN KẾ TÁCH SÓNG HIỆU DỤNG. .............................................................................77

6.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI MỘT CHIỀU................................................................. 78
6.4 MẠCH LỌC TÁC ĐỘNG .................................................................................. 81
6.4.1 MẠCH LỌC TÁC ĐỘNG BẬC MỘT ................................................................................81
6.4.2 MẠCH LỌC TÁC ĐỘNG BẬC HAI ..................................................................................83
6.4.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP CHỐNG TRÔI VÀ BÙ ĐIỂM KHÔNG .......................................86
CHƢƠNG 7: VI MẠCH ỔN ÁP BA CHÂN ĐIỆN ÁP RA CỐ ĐỊNH ...........................................88

GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................................................................88
NỘI DUNG ........................................................................................................................................88

7.1. KHÁI NIỆM CHUNG ....................................................................................... 88
7.2 ỔN ÁP DƢƠNG ................................................................................................. 89
7.2.1 VI MẠCH ỔN ÁP DƢƠNG ĐIỆN ÁP (Họ 78XX) ............................................................89
7.2.2 DÕNG RA CỰC ĐẠI CỦA HỌ VI MẠCH 78XX ..............................................................89
7.2.3 MỘT SỐ MẠCH ỨNG DỤNG THỰC TÊ.........................................................................90

7.3 ỔN ÁP ÂM ......................................................................................................... 91
7.3.1 VI MẠCH ỔN ÁP ÂM ĐIỆN ÁP (HỌ 79XX) ....................................................................91
7.3.2 DÕNG RA CỰC ĐẠI CỦA HỌ VI MẠCH 79XX ..............................................................91

7.4 BIỆN PHÁP TĂNG DÕNG ................................................................................ 93
CHƢƠNG 8: VI MẠCH ỔN ÁP BA CHÂN ĐIỆN ÁP RA THAY ĐỔI ........................................95

8.1 VI MẠCH ỔN ÁP DƢƠNG ............................................................................... 95
8.2 VI MẠCH ỔN ÁP ÂM ....................................................................................... 96
8.3 BIỆN PHÁP TĂNG DÕNG CHO BỘ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU VỚI
HIỆU CHỈNH NỐI TIẾP KIỂU LIÊN TỤC ............................................................. 97
8.3.1. SƠ ĐỒ KHỐI ...................................................................................................................97
8.3.2. BỘ ỔN ĐỊNH KHƠNG KHUẾCH ĐẠI ...........................................................................98
8.3.3. BỘ ỔN ĐỊNH CĨ KHUẾCH ĐẠI : .................................................................................99
CHƢƠNG 9: CÁC MẠCH KHÁC ...................................................................................................101

9.1 MẠCH TIỀN KHUẾCH ĐẠI ........................................................................... 101


9.1.1 IC TL 082. .......................................................................................................................101
9.1.2 NHỮNG THUỘC TÍNH VỀ HIỆU SUẤT. ......................................................................102

9.2 CHUYỂN MẠCH TƢƠNG TỰ ........................................................................ 104
9.2.1 ÐỘ PHÂN GIẢI ..............................................................................................................105
9.2.9 ĐỘ CHÍNH XÁC .............................................................................................................106
9.2.3 SAI SỐ LỆCH..................................................................................................................106
9.2.4 THỜI GIAN ỔN ĐỊNH....................................................................................................106
9.2.5 TRẠNG THÁI ĐƠN ĐIỆU ..............................................................................................106
9.2.6 DAC DÙNG ĐIỆN TRỞ CÓ TRỌNG SỐ NHỊ PHÂN VÀ BỘ KHUẾCH ĐẠI CỘNG. .107
9.2.7 DAC R/2R LADDER .......................................................................................................109
9.2.8 DAC VỚI ĐẦU RA DÕNG..............................................................................................110

9.3 MẠCH ĐỊNH THỜI ......................................................................................... 111
9.3.1 VI MẠCH 555 .................................................................................................................111
9.3.2. THƠNG SỐ ....................................................................................................................111
9.3.3. CHỨC NĂNG CỦA 555.................................................................................................112
9.3.4. Bố TRÍ CHÂN VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ........................................................................112
9.3.5. TÍNH TẦN SỐ VÀ CHẾ ĐỘ XUNG CỦA 555 ...............................................................117
9.3.6 MẠCH ỨNG DỤNG .......................................................................................................118

9.4 MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT .............................................................. 119
9.4.1 IC KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT DÙNG TDA2030 ........................................................119
9.4.2 MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA TDA2003 .........................................................122


CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI

CHƯƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI
GIỚI THIỆU CHUNG
– Chƣơng này cung cấp cho ngƣời học các kiến thức cơ bản về mạch khuếch đại vi
sai, bao gồm các vấn đề sau:

– Định nghĩa mạch khuếch đại, các chỉ tiêu và tham số chính của một bộ khuếch
đại: Hệ số khuếch đại điện áp, hệ số khuếch đại dòng điện, hệ số khuếch đại công suất, trở
kháng vào, trở kháng ra, méo tần số, méo phi tuyến, hiệu suất.
– Nguyên tắc chung phân cực cho tranzito ở chế độ khuếch đại. Với tranzito lƣỡng
cực thuận PNP cần cung cấp điện áp một chiều UBE < 0, UCE < 0. Với tranzito ngƣợc NPN
cần cung cấp điện áp một chiều UBE > 0, UCE > 0.Mạch điện cung cấp nguồn một chiều
phân cực cho tranzito có: bốn phƣơng pháp: phƣơng pháp định dịng cho cực gốc, phƣơng
pháp định áp cho cực gốc, phƣơng pháp cung cấp và ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp
âm điện áp một chiều, phƣơng pháp cung cấp và ổn định điểm làm việc dùng hồi tiếp âm
dòng điện.
– Mạch khuếch đại vi sai: cấu tạo của tầng khuếch đại vi sai cơ bản, tầng khuếch
đại vi sai có tải động kiểu gƣơng dòng, tầng khuếch đại vi sai dùng tranzito trƣờng.
– Kết thúc chƣơng này yêu cầu ngƣời học vận dụng lý thuyết làm tốt các bài tập .
Qua đó hiểu bài sâu sắc hơn ,nhớ mạch điện chính xác hơn.

NỘI DUNG
1.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI
1.1.1 CẤU TẠO:
– Mạch khuếch đại thƣờng chỉ có 1 đầu vào, tức là khuếch đại sự biến thiên điện áp
giữa đầu vào đó so với masse. masse thì bất di bất dịch, trong khi đầu vào thì bị ảnh hƣởng
nhiễu. Chẳng hạn nhiệt độ làm việc thay đổi thì điểm làm việc của transitor thay đổi. Kết
quả là đầu ra thay đổi không mong muốn.
– Mạch khuếch đại vi sai có 2 đầu vào, khuếch đại sự biến thiên giữa 2 đầu vào. Vì
chúng giống nhau nên bị ảnh hƣởng nhiễu giống nhau, vậy giữa chúng không có hoặc có
rất ít biến thiên do nhiễu. Kết quả đầu ra khơng hoặc ít thay đổi vì nhiễu. Ngồi ra để hồi
tiếp tín hiệu đầu ra.
1.1.2 NGUYÊN LÝ MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI
a, Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại vi sai

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 6


CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI

Hình 1-1: Tầng khuếch đại vi sai
a) Mạch nguyên lý; b) Sơ đồ đơn giản hố
c) d) Các phƣơng pháp đƣa tín hiệu vào ( kiểu không đối xứng)
b. Nguyên lý mạch khuếch đại vi sai
– Tín hiệu vào tầng vi sai có thể từ hai nguồn riêng biệt UV1 và UV2 hoặc từ một
nguồn (hình 1-1c, d). Trong trƣờng hợp sau tín hiệu vào đặt lên cực gốc của một trong hai
Tranzito hay giữa hai cực gốc của chúng. Các đầu vào UV1 và UV2 nối theo sơ đồ hình 11c, d đƣợc gọi đầu vào vi sai.
– Điện áp một chiều cung cấp cho tầng vi sai là hai nguồn EC1 và EC2 có thể khác nhau
hay bằng nhau về trị số. Vì hai nguồn nối tiếp nhau nên điện áp cung cấp tổng là
EC = EC1 + EC2.
– Do có EC2 nên điện thế cực phát của Tranzito T1 và T2 giảm nhiều so với trong sơ
đồ hình 1-2 và điều này cho phép đƣa tín hiệu tới đầu vào của bộ khuếch đại vi sai mà
không cần mạch bù điện áp ở đầu vào.
– Xét một số trƣờng hợp điển hình.
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 7


CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI

– Sơ đồ tầng vi sai yêu cầu dùng Tranzito T1, T2 có tham số giống nhau và
RC1 = RC2, do đó khi tín hiệu vào bằng không, cầu cân bằng, điện áp trên cực góp của hai
Tranzito bằng nhau và nhƣ vậy điện áp ra lấy trên đƣờng chéo cầu U ra = Ura1 +Ura2 = 0. Sơ

đồ có độ ổn định cao đối với sự thay đổi điện áp cung cấp, nhiệt độ và yếu tố khác vì độ
trơi của hai nhánh giống nhau, điện áp trên cực góp thay đổi cùng một gia số và độ trôi
đầu ra gần nhƣ bị triệt tiêu.
– Dòng phát I E chia đều cho hai Tranzito nghĩa là I E1  I E 2 
đƣợc xác định:

I B01  I B02 

– Dịng cực góp

IE
 I V0 .
2.(1  )

I C1  I C 2  .

IE IE
 .
2
2

Và điện áp cực góp là: U C1  U C 2  E C1 
Ở đây

IE
. Dòng cực gốc
2

I E .R C
2

(1-1)

R C  R C1  R C 2 .

– Trạng thái này đặc trƣng cho chế độ cân bằng của tầng và gọi là chế độ cân bằng
tĩnh.
– Khi có tín hiệu đƣa tới một trong các đầu vào giả sử U V1  0 , U V 2  0.
+
EC1
-

IC1 IC2
RC2

RC1
UC1
Rn
+
En
-

IV

UC

Ur
IE1

2

IE2

UC2

IC1
RC1

EC1

UV
IE

UC1




a)

IC2 RC2

+

UC1

Ur

UC2

EC2
Hình 1-2:

b)

a) Sơ đồ tầng vi sai khi có tín hiệu vào với U V 1  0 , U V 2  0. b) Biểu đồ điện thế.
– Do tác dụng của tín hiệu vào, xuất hiện dịng điện vào của hai tranzito, dòng cực
gốc T1 tăng lên, dòng cực gốc T2 giảm xuống. Khi đó IE1 và IC1 tăng lên còn IE2 và IC2
giảm. Sự thay đổi dòng điện của các tranzito xảy ra ngƣợc chiều nhau và với cùng một số
giá trị vì tổng dịng điện I E1  I E 2  I E giữ nguyên không đổi.
– Điện áp trên cực góp của tranzito T1 là U C1  E C1  I C1 .R C1 giảm một lƣợng U C1
ngƣợc pha với điện áp vào. Điện áp U C 2 tăng và tạo ra số gia điện áp U C 2 cùng pha với
điện áp tín hiệu vào.
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 8


CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI

– Nhƣ vậy với cách đƣa tín hiệu vào nhƣ sơ đồ đang khảo sát đầu ra của tầng lấy
trên cực góp T1 gọi là đầu ra đảo, còn đầu ra lấy trên cực góp T2 gọi là đầu ra khơng đảo
(thuận). Tín hiệu lấy giữa hai cực góp gọi là tín hiệu vi sai.
U ra  U C2  U C1  U C2  U C1  2.U C  2. I C .R C .

– Ta xác định hệ số khuếch đại điện áp của tầng vi sai. Khi hai Tranzito có tham số
giống nhau thì dịng vào của tầng là:
IV 

En

En

R n  rv1  rv 2 R n  2.rB  rE (1  )

(1-2)

– Trong đó En là nguồn tín hiệu vào
Rn là điện trở nguồn
rV là điện trở vào Tranzito.
– Dòng điện vào tạo ra số gia dòng điện ra nên  I C  .I V khi đó
 U r1, 2  U C  I C .R C  I V ..R C

(1-3)

– Hệ số khuếch đại của tầng riêng rẽ:
K1,2 

U r1,2
En



 .RC

Rn  2. rB  (1   ).rE 

(1-4)

Nếu R n = 0 thì
K1, 2 

.R C
2.rB  (1  ).rE 

(1-5)

– Hệ số khuếch đại của tầng vi sai khi Rt   .
KVS 

Nếu tính đến Rt thì:

2.U ra
2. .RC

En
Rn  2. rB  (1   ).rE 
2..(R C // Rt )
R n  2.rV

K VS 

– Khi Rt   , R n  0 thì:

K VS 

.R C
.R C

rV
rB  (1  ).rE

(1-6)
(1-7)
(1-8)

1.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ CHỈ TIÊU CỦA MỘT TẦNG KHUẾCH ĐẠI
– Để đánh giá chất lƣợng của một tầng khuếch đại ngƣời ta đƣa ra các chỉ tiêu và
thông số cơ bản sau:
1.2.1 HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI.
K=

Đại lƣợng đầu ra
Đại lƣợng tƣơng ứng đầu vào

(1-9)

– Nói chung vì tầng khuếch đại có chứa các phần tử điện kháng nên K là một số
phức. K = K exp(j.k)
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 9


CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI

– Phần mô đun |K| thể hiện quan hệ về cƣờng độ (biên độ) giữa các đại lƣợng đầu ra
và đầu vào, phần góc k thể hiện độ dịch pha giữa chúng. Nhìn chung độ lớn của |K| và k
phụ thuộc vào tần số  của tín hiệu vào. Nếu biểu diễn |K| = f1() ta nhận đƣợc đƣờng cong
gọi là đặc tuyến biên độ - tần số của tầng khuếch đại. Đƣờng biểu diễn k=f2() gọi là đặc
tuyến pha - tần số của nó.

– Thƣờng ngƣời ta tính |K| theo đơn vị logarit, gọi là đơn vị đề xi ben (dB)
K (dB)  20 lg K

(1-10)

– Khi ghép liên tiếp n tầng khuếch đại với các hệ số khuếch đại tƣơng ứng là K1,
K2,...Kn thì hệ số khuếch đại chung của bộ khuếch đại xác định theo:
K = K1.K2...Kn.
hay
K(dB) = K1(dB) + K2(dB) +... + Kn(dB)

(1-11)

– Đặc tuyến biên độ của tầng khuếch đại là đƣờng biểu diễn quan hệ Ura=f3(Uv) lấy
ở một tần số cố định của giải tần của tín hiệu vào.
– Dạng điển hình của K =f1() và Ura=f3(Uv) đối với một bộ khuếch đại điện áp
tần số thấp cho tại hình 1-3.
Ura

|K|

(V)
K0
K0
Uvào

f

0

102

(a)

104 2.104

(Hz)

Hình 1-3: a. Đặc tuyến biên độ - tần số

(mV)

(b)

b. Đặc tuyến biên độ (f = 1kHz) của một bộ khuếch đại tần số thấp
1.2.2. TRỞ KHÁNG LỐI VÀO VÀ LỐI RA
– Trở kháng vào, trở kháng ra của tầng khuếch đại đƣợc định nghĩa (theo hình 1-1a)
ZV 

UV
;
IV

Zr 

Ur
Ir

(1-12)

– Nói chung chúng là các đại lƣợng phức: Z = R+jX.
1.2.3 MÉO TẦN SỐ
– Méo tần số là méo do độ khuếch đại của mạch khuếch đại bị giảm vùng hai đầu
giải tần. ở vùng tần số thấp có méo thấp Mt, ở vùng tần số cao có méo tần số cao MC.
Chúng đƣợc xác định theo biểu thức:

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 10


CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI

Mt 

Trong đó:

K0
;
Kt

MC 

K0
KC

(1-13)

K0 là hệ số khuếch đại ở vùng tần số trung bình.
KC là hệ số khuếch đại ở vùng tần số cao.

Kt là hệ số khuếch đại ở vùng tần số thấp.

– Méo tần số cũng có thể đƣợc tính theo đơn vị đề xi ben.
1.2.4 MÉO KHÔNG ĐƢỜNG THẰNG (méo phi tuyến).
– Méo khơng đƣờng thẳng do tính chất phi tuyến của các phần tử nhƣ tranzito gây
ra thể hiện trong tín hiệu đầu ra xuất hiện thành phần tần số mới (khơng có ở đầu vào).
Khi uvào chỉ có thành phần tần số  thì ura nói chung có các thành phần n (với n =
0,1,2...) với các biên độ tƣơng ứng là Ûn. Lúc đó hệ số méo không đƣờng thẳng do tầng
khuếch đại gây ra đƣợc đánh giá là:
 2  2
 2
( U 2  U 3  ...  U n )1 / 2

%

U1

(1-14)

1.2.5 HIỆU SUẤT CỦA TẦNG KHUẾCH ĐẠI
– Hiệu suất của một tầng khuếch đại là đại lƣợng đƣợc tính bằng tỷ số giữa cơng
suất tín hiệu xoay chiều đƣa ra tải Pr với công suất một chiều của nguồn cung cấp P0.


Pr
P0

>>

+

– Trên đây đã nêu một số
UB
EC
chỉ tiêu quan trọng của một tầng
1
T5
T6
(hay một bộ khuếch đại gồm
nhiều tầng). Căn cứ vào các chỉ
It
IC
tiêu này ngƣời ta có thể phân
IC
loại các bộ khuếch đại với các
Rt +
Rn
Ut
+
tên gọi với đặc điểm khác nhau.
T2
T1
Ví dụ theo hệ số khuếch đại K
_
+ IV
IE
IE
U
En
có bộ khuếch đại điện áp. Lúc
này yêu cầu cơ bản là có KUmax,

_
Zvào >> Znguồn và Zra << Ztải; bộ
IE
khuếch đại dòng điện với Ki max,
Zvào<< Znguồn, Zra >> Ztải hay bộ
EC
khuếch đại công suất cần KPmax,
2
Zvào  Znguồn, Zra  Ztải. Cũng có
Hình 1-4: Sơ đồ tầng vi sai có tải động
thể phân loại theo dạng đặc tuyến
kiểu gƣơng dịng điện
tần số K = f1(), từ đó có bộ
khuếch đại một chiều, bộ khuếch
đại tần số thấp, bộ khuếch đại tần số cao, bộ khuếch đại chọn lọc tần số...v.v.
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 11


CHƢƠNG 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI

1.3 ỨNG DỤNG
– Trong tầng khuếch đại vi sai của các IC thuật toán, ngƣời ta thƣờng thay R C1, RC2
bằng Tranzito, thực hiện chức năng tải động của tầng. Sơ đồ này có hệ số khuếch đại K VS
lớn hơn nhiều lần so với sơ đồ đã khảo sát có tải RC. Điều này rất quan trọng khi thiết kế
bộ khuếch đại một chiều nhiều tầng. Một trong những sơ đồ nhƣ vậy vẽ trên hình 1-4.
Tranzito T5, T6 dùng làm tải động của tầng có tham số giống nhau, T 5 đƣợc mắc thành
điơt. Cách mắc nhƣ vậy cịn đƣợc gọi là sơ đồ gƣơng dòng điện. Dòng I C của T1 chảy qua
T5 tạo nên điện áp U BE5 xác định điện áp vào UBE6. Vì T5 và T6 có tham số giống nhau nên

IC6 giống IC1.Tín hiệu vi sai lấy ở cực góp T2.
– Khi En = 0 sơ đồ ở chế độ cân bằng tĩnh, dòng I C1  I C 2  I C6 

IE
. Dòng I C 6 chảy
2

qua T2 nên Ura= 0 vì itải = 0.
– Giả thiết tín hiệu vào có cực tính nhƣ ở hình 1-4. Dƣới tác dụng của En dịng IB1
tăng, và nhƣ vậy làm giảm dòng IB2. Sự thay đổi dòng cực gốc làm thay đổi dịng cực góp.
I C1 

IE
 .I V .
2

I C2 

IE
 .I V .
2
RC1

Bởi vì dịng I C6  I C1 nên
I C6 

RC2
Ur

Ur1

IE
 .I V .
2

+
EC1
-

Ur2

– Khi đó dịng tải :
Itải  I C6  I C2  2..I V . Nên điện áp đầu
ra trên tải:

UV1

T1

T2

UV2

– Nếu tải tín hiệu vào đổi dấu
thì làm đổi chiều I V , Itải và cực tính
điện áp ra.
– Hệ số khuếch đại điện áp của

<<

U ra  2..I V .R t .
IS

EC2
+

tầng.
K

Hình 1-5: Sơ đồ tầng vi sai dùng Tranzito
U ra
2. .Rt
2. .Rt


trƣờng.
En Rn  2.rV Rn  2. rB  (1   ).rE 
(1-15)
Khi Rn = 0:

K

.R t
rB  (1  ).rE

(1-16)

–
Sơ đồ hình 1-5 có ƣu điểm cơ bản là khả năng chịu tải cao và tải có ƣu điểm
nối đất và hệ số khuếch đại lớn khoảng vài trăm lần. Trở kháng vào có thể đạt hàng chục

hoặc hàng trăm K  . Khi cần có trở kháng vào lớn hơn hàng chục  dùng T1 và T2 là
tranzito trƣờng. Sơ đồ nhƣ ở hình 1-5. Nguyên lý làm việc tƣơng tự nhƣ sơ đồ hình 1-1.
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 12


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

CHƯƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
GIỚI THIỆU CHUNG
 Tên Op amp (Operational Amplifier): ban đầu đƣợc sử dụng để xây dựng các máy
tính tƣơng tự để xây dựng các phần tử tính tốn: cộng, trừ, nhân, chia, tích phân, vi phân.
 Với hệ số khuếch đại rất lớn, các op amp đƣợc sử dụng kết hợp với các phần tử
thụ động (điện trở, tụ, cuộn cảm) để tạo nên các mạch tính tốn.
 Ban đầu các op amp đƣợc xây dựng dựa trên các đèn điện tử.(Điều này làm cho
các máy tính điện tử tƣơng tự rất cồng kềnh và tiêu thụ nhiều cơng suất). Sau đó khi cơng
nghệ bán dẫn phát triển, thì máy tính số (sử dụng transistor) đân thay thế máy tính tƣơng
tự. Tuy nhiên các op amp vẫn có chỗ đúng trong các ứng dụng tƣơng tự.
 Giữa những năm 60, IC op amp thƣơng mại đầu tiên đƣợc sản xuất đó là μA709
của hãng Fairchild do Jobert J.Widler thiết kế.
 Kể từ đó các op amp lần lƣợt ra đời và trở thành phần tử cơ bản cho các mạch
khuếch đại analog. Op amp có thể coi nhƣ một mạng hai cửa. Tuy nhiên để cho đơn giản
cho việc phân tích mạch thì một số giả thiết đƣợc đƣa ra cho các op amp và đƣợc coi là
mô hình op amp lý tƣởng.
 Các tính tốn dựa trên mô op amp lý tƣởng vẫn cho các kết quả tƣơng đối chính
xác, nhất là trong miền tần số thấp.

NỘI DUNG
2.1 KÝ HIỆU VÀ ĐẶC TÍNH LÝ TƢỞNG CỦA OP-AMP

 Mơ hình op-amp lý tƣởng :
 Hệ số khuếch đại K0 là vô cùng lớn : K0 =   Vd = 0
 Tổng trở vào là vô cùng lớn : Ri =   I+ = I- = 0
 Tổng trở ra bằng không : R0 = 0  V0 = K0.Vd
 Hệ số khuếch đại đồng pha bằng 0
 Dải thông = 
 Nếu đặt trực tiếp một điện áp xác định vào các đầu vào của op-amp lý tƣởng thi
đầu ra sẽ ở trạng thái bão hòa. Để sử dụng cần mắc thêm các phần tử bên ngồi.
 Op-amp có hai đầu vào:
 Đầu vào khơng đảo (ky hiệu V+ hoặc Vp)
 Đầu vào đảo (ky hiệu V- hoặc Vn)


Do vi mạch khuếch đại thuật tốn có hai cửa vào. Khi đƣa tín hiệu vào cửa

đảo ta có mạch khuếch đại đảo, nếu đƣa tín hiệu vào cửa thuận ta có mạch khuếch đại
thuận.

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 13


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN

2.1.1 ĐẶC TÍNH LÝ TƢỞNG MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN OP-AMP
 Mơ hình op amp lý tƣởng giúp ngƣời k sƣ có thể nhanh chóng xác định đƣợc
nguyên lý hoạt động của một mạch.
 Tuy nhiên để tính tốn thiết kế thì ngƣời k sƣ cần phải hiểu r các thông số ký
thuật của loại op amp mà mình cần sử dụng sao cho phù hợp với yêu cầu của thiết kế:

 Ví dụ để đo điện áp rơi trên một điện trở R ngƣời ta sẽ dùng mạch khuếch
đại không đảo để biến đổi điện áp rơi trên R về giải điện áp thích hợp cho mạch
ADC.
 Theo mơ hình lý tƣởng thì mạch khơng đảo có RIN là vơ cùng lớn và nhƣ
vậy sẽ đảm bảo về phƣơng pháp đo điện áp.
 Tuy nhiên op amp thực tế có điện trở vào từ 106 đến 1012 hoặc lớn hơn tuỳ
vào loại op amp.
 Các tham số gặp trong các data sheet của các hãng sản xuất IC thƣờng có quy định
tên giống nhau. Tuy nhiên đơi khi có một số tham số có thể có các tên gọi khác nhau.
 Thƣờng các tham số đƣợc phân chia là 3 lớp tham số chính trong data sheet:
 Absolute maximum ratings table : chỉ ra các giới hạn mà thiết bị không
đƣợc vƣợt qua khi sử dụng, nếu khơng thiết bị có thể hỏng.
 Recommended operating conditions table: gần giống với các tham số trong
absolute maximum ratings tuy nhiên ở đây sẽ chỉ ra các điều kiện tại đó thiết bị làm
việc tốt, nếu vi phạm thì thiết bị sẽ hoạt động khơng “tốt” (nhƣng khơng hỏng)
 Eectrical characteristics table: là các đặc tính điện của thiết bị đo đƣợc
trong quá trính kiểm tra của nhà sản xuất hoạt động ở các
 Recommended operating conditions : Nó cho phép ngƣời thiết kế lƣờng
trƣớc các hoạt động của thiết bị.
 Điện áp lệch không (input offset voltage): do sự không cân bằng của các mạch
điện tử trong op amp, khi điện áp đầu vào bằng khơng thì điện áp đầu ra khác khơng.
– Điện áp offset là điện áp cần đặt vào đầu vào để cho đầu ra bằng 0. Ký hiệu VIO.
– Thƣờng các op amp đầu vào bipolar có các thơng số điện áp offset đầu vào tốt hơn
các op amp đầu vào JFET hoặc CMOS

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 14

CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

– Ảnh hƣởng của VIO : Xét mạch khuếch đại đảo. Điện áp VIO đƣợc mơ hình nhƣ
là một nguồn áp đặt tại cửa vào đảo. Ta thấy điện áp VIO đƣợc nhân với một hệ số
(1+Z2/Z1). Đây cũng bằng hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại không đảo

– Hiệu chỉnh VIO : Một số IC op amp do các hãng chế tạo đã có sẵn 2 chân dùng để
hiệu chỉnh tác động của VIO. Tuy ta cũng có thể thực hiện việc hiệu chỉnh VIO bằng các
mạch thêm vào bên ngồi

– Dịng vào : Theo mơ hình op amp lý tƣởng thì dịng vào tại các chân đảo vả khơng
đảo đều bằng 0. Tuy nhiên thực tế thì các mạch đầu vào của các op amp đều tồn tại một
dòng điện.
Với IN
– Dịng bias trung bình đầu vào (input bias current) đƣợc tính :
và IP là dịng bias vào tại các đầu đảo và khơng đảo.
– Hiệu dịng điện vào tại đầu khơng đảo và đầu đảo đƣợc gọi là dịng điện offset
(input offset current) IIO = IP - IN
– Mạch đo dịng vào có thể đƣợc mắc nhƣ hình vẽ.
– Dịng vào có ảnh hƣởng đến các mạch khi nguồn có trở kháng cao. Khi đó dịng
vào sẽ nhân với trở kháng của nguồn và nhƣ vậy điện áp đặt vào khuếch đại không phải là
điện áp của nguồn mà là một điện áp có giá trị thấp hơn.
– Các mạch đầu vào JFET hay CMOS thƣờng có dịng vào nhỏ hơn các mạch op
amp có đầu vào bipolar

–

Ảnh hƣởng của dòng vào : Xem xét một mạch khuếch đại đảo nhƣ hình vẽ.

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 15


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN

• Dịng định thiên IN gây ra một điện áp ra

–

Bù dòng vào : Để bù dịng vào, ngƣời ta có thể sử dụng mạch sau :
 Nếu mắc một điện trở R3
tại cửa vào khơng đảo. Dịng vào
IP sẽ gây ra một điện áp

– Nếu IP = IN và R3 = R1//R2
thì ảnh hƣởng của dịng bias sẽ bị
triệt tiêu.
 Chính vì vậy trong các
mạch khuếch không đảo đại thực
tế ta luôn thấy có mặt điện trở R3 tại input khơng đảo, mặc dù khi phân tích mạch theo mơ
hình op amp lý tƣởng thì R3 khơng có vai trị gì cả.
 Dãy điện áp đồng pha đầu vào : Điện áp đồng pha đầu vào (Input Common Mode
Voltage Range) đƣợc định nghĩa nhƣ là điện áp trung bình của điện áp tại đầu vào đảo và
đầu vào khơng đảo, ký hiệu VICR.
• Nếu điện áp đồng pha quá lớn hoặc quá nhỏ thì các đầu vào của op amp có thể bị
cắt và op amp hoạt động khơng cịn đúng nữa.
• VICR quy định vùng điện áp trong đó op amp hoạt động đúng.

 Điện áp đầu ra cực đại : Mức điện áp đầu ra lớn nhất (maximum output voltage

swing) VOM đƣợc định nghĩa nhƣ là điện áp dƣơng và điện áp âm đầu ra lớn nhất có thể
nhận đƣợc mà khơng làm méo tín hiệu với điều kiện điện áp DC đầu ra bằng 0.
• VOM phụ thuộc vào điện trở ra của khuếch đại, điện áp bão hoà của các transistor
đầu ra, điện áp của nguồn cung cấp.
• Trong các data sheet hiện nay thƣờng ký hiệu VOH và VO
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 16


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

2.1.2 CÁC PHẦN TỬ KÝ SINH ĐẦU VÀO CỦA OP-AMP :
Cả hai đầu vào đều có các trở kháng ký sinh.
• Thƣờng thì các đầu vào đƣợc mơ
hình bởi các phần tử và tụ điện (ảnh hƣởng
điện cảm ký sinh là rất nhỏ khi op amp làm
việc ở tần số thấp).
–

• Các trở kháng ký sinh đƣợc sử
dụng khi mà nguồn áp tín hiệu có điện trở
lớn, ảnh hƣởng của trở kháng vào khi đó là
đáng kể.
• Cd và Rd: tụ điện và điện trở vi sai
giữa hai nối vào.
• Cn, Cp, Rn, Rp là tụ điện và điện trở của các nối vào (so với đất)
– Tụ điện và điện trở đầu vào
• Tụ đầu vào (input capacitance) Ci đƣợc đo giữa các đầu vào, Ci thƣờng cỡ vài pF.
• Nếu đầu khơng đảo nối đất thì Ci = Cd // Cn

• Tụ đầu vào trong chế độ đồng pha Cic (commom mode input capacitance): Nếu
VN và VP có điện áp bằng nhau thì Cic = Cn//Cp
• Điện trở: Điện trở đƣợc đo giữa hai nối vào của op amp
• Nếu đầu khơng đảo nối đất thì ri = Rd // Rp, tuỳ thuộc vào kiểu vào của op amp r i
có thể từ 107 đến 1012 ohm
• Nếu điện áp Vp = Vn thì điện trở vào là điện trở đồng pha ric = Rn//Rp
– Trở kháng đầu ra : Trở kháng đầu ra ZO đƣợc định nghĩa nhƣ là trở kháng tín
hiệu nhỏ giữa đầu ra và đất. Giá trị ZO thƣờng từ 50 đến 200 ohm. Ảnh hƣởng của trở
kháng rr.

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 17


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

–

–

Ảnh hƣởng của trở kháng vào : Áp dụng định luật Kirchhoff 2
Vi = I1 (Z1 + Zd )+ I2Zd
K0Vd = I1Zd +I2 (Z0 + Z2 + Zd)
;
V0 = - I2Z0 + K0Vd
Nếu bỏ qua ảnh hƣởng của Z0 ( 0 ) thì

Khuếch đại đồng pha và CMRR : Khi Vd = 0 mà VCM ≠ 0 thì VO vẫn khác khơng.
• Hệ số nén đồng pha (common-mode rejection ratio, CMRR) đƣợc định nghĩa

bằng tỉ số
–

• Một cách lý tƣởng hệ số CMRR là vô cùng lớn tức là hệ số khuếch đại đồng pha
là vô cùng nhỏ so với hệ số khuếch đại tín hiệu vi sai.

– Ảnh hƣởng cua ACM : Xét ảnh hƣởng của ACM trong khuếch đại không đảo
(mạch khuếch đại đảo vì VCM ≈ 0 nên ảnh hƣởng khơng đáng kể).
– CMRR càng lớn thì ảnh hƣởng của tín hiệu đồng pha càng nhỏ
– Tỷ số nén điện áp nguồn PSRR : Power Supply Voltage Rejection Ratio) hoặc tỉ
số nén điện áp cung cấp( kSVR: supply voltage rejection ratio) đƣợc định nghĩa bằng tỉ số
giữa sự biến thiên của điện áp nguồn cung cấp và sự biến thiên của điện áp đầu ra.)

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 18


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN

Cho các Op-Amp có nguồn hai dấu +VCC và –VCC:
• Dấu cộng trừ ở đấy muốn nói là nguồn âm và dƣơng là thay đối đối xứng cho
nguồn cung cấp một dấu :
–

• Nếu giá trị kSVR càng lớn thì ảnh hƣởng của nhiễu nguồn càng nhỏ.
• Khi tần số tăng thì kSVR giảm.
• Khi sử dụng các nguồn cung cấp switching thì tần số nhiễu nguồn thƣờng là từ
50kHz đến 500kHz. Tại tần số này thì kSVR giảm đến 0. Do vậy cần phải có sự chống
nhiễu nguồn.

– Slew rate tại hệ số khuếch đại bằng 1 : Slew rate (SR) là tốc độ biến thiên của tín
hiệu đầu ra (V/ms hoặc V/μs) khi đầu vào là tín hiệu bƣớc nhảy.

• Thƣờng thì khi dịng bias tăng thì slew rate tăng.

– Band With trong các mạch op-amp thực, hệ số khuếch đại vi sai của mạch là hàm
phụ thuộc tần số.
• f = 0 hệ số hệ số khuếch đại có thể đạt
• Khi tần số tăng thì hệ số khuếch đại giảm.
• Dải thông hệ số K = 1 (Unity Gain Bandwith): chỉ ra tần số mà tại đó hệ số
khuếch đại bằng 1.
• Tích hệ số khuếch đại và dải thơng (Gain Bandwith Product)

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 19


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
2.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN DÙNG TRANSITOR LƢỠNG CỰC

2.2.1. ĐỊNH NGHĨA MẠCH KHUẾCH ĐẠI
– Một trong số những ứng dụng quan trọng nhất của tranzito là sử dụng nó trong các
mạch để làm tăng cƣờng độ điện áp hay dịng điện của tín hiệu mà thƣờng gọi là mạch
khuếch đại.Thực chất khuếch đại là một q trình biến đổi năng lƣợng có điều khiển, ở đó
năng lƣợng một chiều của nguồn cung cấp, không chứa thông tin, đƣợc biến đổi thành
năng lƣợng xoay chiều theo tín hiệu điều khiển đầu vào, chứa đựng thơng tin, làm cho tín
hiệu ra lớn lên nhiều lần và khơng méo. Phần tử điều khiển đó là tranzito. Sơ đồ tổng quát
của mạch khuếch đại nhƣ ở hình 2-1, trong đó En là nguồn tín hiệu vào, Rn là điện trở
trong của nguồn tín hiệu, Rt tải nơi nhận tín hiệu ra.

Iv
Uv

Ir
Mạch

Rn
t

Uv

En ~

Ur

khuyếch đại

Rt
Ur

t

Nguồn cung cấp
(EC)

Hình 2-1: Sơ đồ tổng quát của mạch khuếch đại.
– Hình 2-2 đƣa ra cấu trúc nguyên lý để xây dựng một tầng khuếch đại. Phần tử cơ
bản là phần tử điều khiển tranzito có điện trở thay đổi theo sự điều khiển của điện áp hay
dòng điện đặt tới cực điều khiển (cực gốc) của nó, qua đó điều khiển quy luật biến đổi
dòng điện của mạch ra bao gồm tranzito và điện trở RC. Tại lối ra giữa cực góp và cực

phát, ngƣời ta nhận đƣợc một điện áp biến thiên cùng quy luật với tín hiệu vào nhƣng độ
lớn đƣợc tăng lên nhiều lần. Để đơn giản, giả thiết điện áp đặt vào cực gốc có dạng hình
sin.
– Từ sơ đồ hình 2-2 ta thấy rằng dịng điện và điện áp xoay chiều ở mạch ra (tỷ lệ
với dòng điện và điện áp tín hiệu vào) cần phải coi là tổng các thành phần xoay chiều dòng
điện và điện áp trên nền của thành phần một chiều I0 và U0. Phải đảm bảo sao cho biên độ


thành phần xoay chiều không vƣợt quá thành phần một chiều, nghĩa là I 0  I và U 0  U .
Nếu điều kiện đó khơng đƣợc thoả mãn thì dịng điện, điện áp ở mạch ra trong từng
khoảng thời gian nhất định sẽ bằng khơng và sẽ làm méo dạng tín hiệu.
– Nhƣ vậy để đảm bảo công tác cho tầng khuếch đại (khi tín hiệu vào là xoay chiều)
thì ở mạch ra của nó phải tạo nên thành phần dịng một chiều I0 và điện áp một chiều U0.
Chính vì vậy, ở mạch vào của tầng, ngồi nguồn tín hiệu cần khuếch đại, ngƣời ta cũng
phải đặt thêm điện áp một chiều UV0 (hay dòng điện một chiều IV0). Các thành phần dịng
điện và điện áp một chiều đó xác định chế độ làm việc tĩnh của tầng khuếch đại. Tham số
của chế độ tĩnh theo mạch vào (IV0, UV0) và theo mạch ra (I0, U0) đặc trƣng cho trạng thái
ban đầu của sơ đồ khi chƣa có tín hiệu vào.

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 20


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN
+E

i

C

Uv

i
t

t

C
B

I0
0

PĐK

ura

R Ur
t

E

Uv

ˆI

Ur

RC

ˆ
U
U0
0

a.
Hình 2-2:

t

b.
a. Ngun lý xây dựng một tầng khuếch đại.
b. Biểu đồ thời gian.

2.2.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO DÙNG TRANSISTOR
a. Nguyên tắc chung phân cực tranzito
– Muốn tranzito làm việc nhƣ là một phần tử tích cực thì các tham số của nó phải
thoả mãn điều kiện thích hợp. Những tham số này của tranzito nhƣ ở phần cấu kiện điện tử
đã nghiên cứu, chúng phụ thuộc rất nhiều vào điện áp phân cực các chuyển tiếp góp, phát.
Nói một cách khác các giá trị tham số phụ thuộc vào điểm làm việc của tranzito. Một cách
tổng quát, dù tranzito đƣợc mắc theo kiểu nào, muốn nó làm việc ở chế độ khuếch đại cần
có các điều kiện sau: chuyển tiếp gốc-phát ln phân cực thuận, chuyển tiếp gốc - góp
ln phân cực ngƣợc.
–

Đối với tranzito n-p-n điều kiện phân cực để nó làm việc ở chế độ khuếch đại là:
UBE = UB - UE > 0
UCE = UC - UE > 0
và

(2-1)

UE < U B < U C

–

Trong đó UE, UB, UC là điện thế các cực phát, gốc, góp của tranzito nhƣ trên hình

–

Với tranzito p-n-p thì điều kiện phân cực có dấu ngƣợc lại.

2-3
Hình 1-4 biểu diễn điện áp và dòng điện phân cực của tranzito ở chế độ khuếch đại
IC
UC

IB
UB
UBE>
0

IC

UE

UCE >0

IE

UC

IB
UB

UE

UCE <0

IE

UBE
<0
(a)
(b)
Hình 2-3:
a) Biểu diễn điện áp và dịng điện phân cực tranzito n-p-n.
b) Tranzito p-n-p.

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 21


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

b. Mạch khuếch đại đảo dùng transitor
– Khi Vi ở mức điện áp cao thì
Transistor chạy bão hịa và dịng Ic qua RC

tạo sụt áp
 V0  0,2V (VCESat) ứng với mức điện áp

thấp.

– Khi Vi ở mức điện áp thấp thì
Transistor bị phân cực ngƣợc ở ng vào nên
tắt, dòng Ic =0 nên không giảm áp qua RC
 V0  VCC ứng với mức điện áp cao ra.
Nhƣ vậy, điện áp ra V0 và điện áp vào Vi ngƣợc pha nhau
2.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG JFET
2.3.1 KHÁI NIỆM
– Transistor trình bày trƣớc đƣợc gọi là transistor mối nối lƣỡng cực (BJT = Bipolar
Junction Transistor). BJT có điện trở ng vào nhỏ ở cách mắc thơng thƣờng CE, dịng
IC = IB, muốn cho IC càng lớn ta phải tăng IB (thúc dòng lối vào). Đối với transistor hiệu
ứng trƣờng có tổng trở vào rất lớn. Dòng điện ở lối ra đƣợc tăng bằng cách tăng điện áp ở
lối vào mà khơng địi hỏi dịng điện. Vậy ở loại này điện áp sẽ tạo ra một trƣờng và trƣờng
này tạo ra một dòng điện ở lối ra. Field Effect Transistor (FET)
FET có hai loại: JFET và MOSFET.
2.3.2 JFET (Junction Field Effect Transistor):
a. Cấu tạo – ký hiệu
– JFET đƣợc gọi là FET nối hay thƣờng gọi là FET. Trên thanh bán dẫn loại N ở 2
đầu cho tiếp xúc với kim loại đƣa ra hai chân lần lƣợt gọi là D, S. Ngƣời ta tạo ra mối nối
P - N với thanh bán dẫn. Kim loại tiếp xúc bán dẫn loại P đƣợc đƣa ra ngồi gọi là chân G.
- Cực thốt (cịn gọi là cực máng): Drain = D
- Cực nguồn: Source = S
- Cực cổng: Gate = G
–

Vùng bán dẫn giữa D và S đƣợc gọi là thông lộ (kênh).

– Tuỳ theo vùng bán dẫn giữa D và S, ngƣời ta phân biệt JFET ra làm hai loại: JFET
kênh N và JFET kênh P.

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 22


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

b. Nguyên lý vận chuyển
– Giữa D và S đặt một điện áp VDS tạo ra một điện trƣờng mạnh có tác dụng đẩy
hạt tải đa số của bán dẫn kênh chạy từ S sang D hình thành dịng ID. Dịng ID tăng lên
theo điện áp VDS cho đến khi đạt giá trị bão hoà IDSS ( Saturation) và điện áp VDS
tƣơng ứng gọi là điện áp nghẽn tắt (pinch off) VP0.
– Giữa cực G và S đặt một điện áp VGS sao cho phân cực nghịch mối nối P-N. Sự
phân cực nghịch làm cho vùng tiếp xúc thay đổi điện tích. Điện áp phân cực nghịch VGS
càng lớn thì vùng tiếp xúc càng mở rộng ra, làm cho tiết diện của kênh dẫn điện bị thu hẹp
lại, điện trở kênh tăng lên, làm cho dòng điện qua kênh ID giảm xuống và ngƣợc lại nếu
VGS nhỏ thì dịng ID tăng lên.
c. Đặc tuyến
– Khảo sát sự thay đổi dịng thốt ID theo điện thế VGS và VDS, từ đó ngƣời ta đƣa
ra hai đặc tuyến của JFET



Đặc tuyến chuyển ID(V GS)

–

VDS = const
Giữ VDS không đổi, thay đổi VGS và khảo sát sự biến thiên của ID

–

Khi VGS = 0V, dòng điện ID lớn nhất, có giá trị bão hịa, ký hiệu IDSS.

– ID thay đổi giảm xuống tuỳ VGS âm ít hay nhiều. Đến lúc VGS khá âm thì ID = 0 gọi
là điện thế cắt của JFET ký hiệu : VPO.


Đặc tuyến ngõ ra ID(VDS)

– Giữ nguyên VGS ở một trị số
thiên của dịng thốt ID.

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

khơng

đổi nhất định, thay đổi VDS và khảo sát sự biến

Trang 23


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

– Khi VGG = 0V tức VGS = 0V, mối nối P-N giữa G và S không phân cực, mối nối PN giữa G và D phân cực nghịch. Tăng nguồn VDD để tăng điện thế VDS từ 0V lên thì
dịng ID tăng lên nhanh nhƣng sau đó đến một trị giới hạn thì dịng điện ID khơng tăng

đƣợc nữa gọi là dịng điện bão hồ IDSS (Staturation). Điện thế VDS có IDSS gọi là điện
thế nghẽn VPO.
– Khi VGG < 0 hay VGS < 0, mối nối P-N giữa G và S phân cực nghịch, mối nối PN giữa G và D phân cực nghịch lớn hơn trƣớc dẫn đến nghẽn sớm hơn. Khi tăng điện thế
âm ở cực G đến giá trị sao cho VGS âm nhiều thì kênh nghẽn ngay từ đầu nên ID = 0 ở mọi
giá trị VDS. Lúc bấy giờ kênh ngƣng.
 Phân cực
– Cách phân cực đơn giản và thông dụng nhất cho JFET là phân cực tự động nhƣ
hình sau:

–

Xét JFET kênh N ta có: VD = VCC – IDRD

–

VS = IDRS
VDS = VCC - ID(RD+RS)
Ở cực G phân cực ngƣợc mối nối P-N nên không có dịng IG hay IG=0, nên VG=0.

–

Điện trở RG có trị số rất lớn cỡ 1MΩ đến 10MΩ.

–

Điện thế phân cực ng vào là : VGS = VG -VS = 0 – IDRS = - IDRS

–

Phƣơng trình đƣờng tải tĩnh:

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

Trang 24


CHƢƠNG 2: MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN

2.4 ĐẶC TÍNH THỰC TẾ
–

–

Một op-amp lý tƣởng phải thoả mãn các điều kiện sau đây:


Độ lợi áp là 



Tổng trở vào Ri = 



Băng thông BW = 0 đến 



CMRR = 



SR = 

Mạch thƣơng đƣơng là đƣờng cong truyền đạt lý tƣởng
Vo
Vào
đảo

+Vsat
Ri

Ro

A.Vid

Vo=A.Vid

Vào không đảo

-Vid

+Vid
-Vsat

AVid và R0 là nguồn điện áp tƣơng đƣơng
A là độ lợi áp tín hiệu lớn
Vid là điện áp vào vi sai
Đƣờng cong đƣợc gọi là lý tƣởng vì điện áp offset là zero
2.5 OFFSET VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

 Điện áp offset vào :
– Điện áp vào Vio tại ng vào làm cho ng ra V0 =0V đƣợc gọi là điện áp vào offset
Vio có thể có giá trị âm hoặc dƣơng tuy nhiên giá trị tuyệt đối càng nhỏ càng tốt
Rs là điện trở nguồn.

+Vcc=15V

 Dòng offset vào:
LM741
3

7

– Dòng offset vào đƣợc định nghĩa
nhƣ sau:

+

V+

–

I io  I B1  I B 2 tại ng vào khi
–

OUT
2

Giá trị Iio càng nhỏ càng tốt

– Dòng này đƣợc định nghĩa là
dịng trung bình của IB1 và IB2 :
I I
I B  B1 B 2
2

GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ

OS1

5

V

6
1

4

 Dịng định thiên vào

-

V-

điện thế ra là 0V.

OS2

VR

Hình 9.5
-Ve e=-1 5V

Trang 25