Chương 4: Mạch khuếch đại thuật toán potx

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
1
1
CHƢƠNG 4
Mạch khuếch đại thuật
toán
Bùi Minh Thành
Bộ môn Kỹ thuật Điện tử - ĐHBK Tp. HCM
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Tài liệu tham khảo
[1] Theodore F.Bogart, JR, Electronic devices and
Circuits,2nd Ed. , Macmillan 1991
[2] Lê Phi Yến, Nguyn Nhƣ Anh, Lƣu Ph, Kỹ thuật
điện tử, NXB Khoa hc k thut
[3] Allan R. Hambley, Electrical Engineering:
Principles and Applications, Prentice Hall,4 edition
(2007)
[4] Slide bài giảng môn Kỹ thuật điện tử cô Lê Thị Kim
Anh
2
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Nội dung
1) Giới thiệu
2) Đặc tính và các thông số của bộ KĐTT lý tưởng
3) Các mạch ứng dụng cơ bản
3.1) Mạch khuếch đại đảo
3.2) Mạch khuếch đại không đảo
3.3) Mạch đệm

3.4) Mạch cộng đảo dấu
3.5) Mạch cộng không đảo dấu
4) Các mạch ứng dụng tạo hàm
4.1) Mạch tích phân
4.2) Mạch vi phân
3
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
1) Giới thiệu
Khuếch đại là quá trình biến đổi một đại lƣợng (dòng điện hoặc
điện áp) từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm thay
đổi dạng của nó.
- Khuếch đại thut ton (OPAMP – Operational Amplifier) là bộ
khuếch đại DC có hệ số khuếch đại A
v
rất cao thƣờng đƣợc chế
tạo dƣới dạng tích hợp
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
1) Giới thiệu
KĐ
Vi sai
KĐ
Trung gian
Dịch mức
DC
Đệm ngõ
ra
V
+
V
-

V
O
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
2) Đặc tính và các thông số

i
v
: Ng vo không đảo

i
v
: Ng vo đảo
o
v
: Ng ra
v
o
-
+

i
v

i
v
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Đặc tính truyền đạt vòng hỡ
Bão hòa dương
Bão hòa âm
i i i

V V V

  
VO
O
+V
S
-V
S
Vùng khuếch đại
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Đặc tính truyền đạt khi có hồi tiếp âm (vòng kín)
Bão hòa dương
Bão hòa âm
i i i
V V V

  
VO
O
+V
S
-V
S
A
Vf
+V
Sf
-V
Sf

A
VO
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Opamp lý tưởng
• Hệ số khuếch đại vòng hỡ
A
VO

• Tổng trở vo Rin 
• Tổng trở ra Rout  0


0
ii
VV
II




Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
3) Các mạch ứng dụng cơ bản Opamp
3.1) Mạch khuếch đại đảo
3.2) Mạch khuếch đại không đảo
3.3) Mạch đệm
3.4) Mạch cộng đảo dấu và không đảo dấu
3.5) Mạch vi sai (mạch trừ)
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
3.1 MẠCH KHUCH ĐẠI ĐẢO (NGƢC PHA)
v

o
0

i
v

i
v
v
i
R
1
R
f
I
Xt mạch OPAMP l tƣởng:
R
i
= , I
i
= 0 nên:
0

ii
vv
Dòng qua R
1
:
f
o

i
R
v
R
v
I 
1
Hệ số khuếch đại vòng kn:
1
R
R
v
v
A
f
i
o
v

i
f
o
v
R
R
v
1

Tổng trở vo:
1

R
i
v
Z
i
i
i

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
3.2) MẠCH KHUCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO (ĐỒNG PHA)
Xt mạch OPAMP l tƣởng:
R
i
= , I
i
= 0 nên:
0

ii
vv
Dòng qua R
1
:
f
o
i
RR
v
R
v

I



11
Ta c hệ số khuếch đại vòng kn:
Mặt khc, coi :
iii
vvv 

i
f
o
v
R
R
v









1
1
v
o


i
v
v
i
R
1
R
f

i
v
11
1
1
R
R
R
RR
v
v
A
ff
i
o
v



I

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
3.3) MCH ĐM (MCH THEO ĐIN P)
Đây l trƣờng hợp đặc biệt của mạch khuếch đại không đảo,
với: R
f
= 0 v R
1
= 
v
i
v
o
11
1
1
R
R
R
RR
v
v
A
ff
i
o
v



Áp dng công thc:

1
v
A
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
3.4) MẠCH CỘNG
v
o
v
i1
v
i2
v
i3
R
f
R
1
R
2
R
3
i
1
i
2
i
3
i
* Mạch cng đo du
Dng phƣơng php xếp chồng:

1
1
1 i
f
o
v
R
R
v 
2
2
2 i
f
o
v
R
R
v 
3
3
3 i
f
o
v
R
R
v 
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Điện p ở ng ra:










3
3
2
2
1
1
i
f
i
f
i
f
o
v
R
R
v
R
R
v
R
R

v
Nếu chọn R
1
= R
2
= R
3
= R, ta c:
 
321 iii
f
o
vvv
R
R
v 
V nếu R
f
= R, ta c:
 
321 iiio
vvvv 
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
* Mạch cng không đo du
v
o
R
1
R
2


i
v
R
f
R
g
v
i1
v
i2
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Khi vi2 = 0, mạch tr thnh:
1
21
2
ii
v
RR
R
v






















i
g
f
o
v
R
R
v 1
1
Tương t:
2
21
1
2
1
i
g
f

o
v
RR
R
R
R
v


















Dng phương php xếp chng
v
i1
v
o

R
1
R
f
R
2
R
g

i
v
1
21
2
1
1
i
g
f
o
v
RR
R
R
R
v



















p dng công thc
ca mạch khuếch đại không đo: :
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Điện p ở ng ra:
21 ooo
vvv 





















2
21
1
1
21
2
1
ii
g
f
o
v
RR
R
v
RR
R
R
R
v

Nếu chọn R
1
= R
2
= R, ta c:














2
1
21 iif
o
vv
R
R
v
V nếu R
f
= R, ta c:

 
21 iio
vvv 
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
v
i2
v
o
R
1
R
4
R
2
R
3
v
i1

i
v

i
v
3.5) MẠCH TR (MẠCH KHUCH ĐẠI VI SAI)
1
21
2
ii
v

RR
R
v



* Khi v
i2
= 0
1
21
2
3
4
1
1
io
v
RR
R
R
R
v



















2
3
4
2 io
v
R
R
v 
* Khi v
i1
= 0
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
Điện p ở ng ra:
21 iio
vvv 
2
3
4
1

21
2
3
4
1
iio
v
R
R
v
RR
R
R
R
v 



















Nếu chọn R
1
= R
2
=R
3
= R
4
, ta c:
21 iio
vvv 
V
o
c dạng: V
o
= a
1
v
i1
– a
2
v
i2
, với:
3
4
2

21
2
3
4
1
1
R
R
a;
RR
R
R
R
a 



















 
3
4
2
21
2
21
1
R
R
a;
RR
R
aa:Hay 










 Điu kiện đ thc hiện đƣợc mạch ny: (1 + a
2
)> a
1

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
4) Các mạch ứng dụng tạo hàm
4.1) Mạch tích phân
4.2) Mạch vi phân
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
4.1) MẠCH TÍCH PHÂN
v
i
v
o
R
C

i
v

i
v
i
Dòng đi qua t đƣợc tnh:
dt
dv
Ci
C

dt
dV
Ci
o


Mặt khc:
R
V
i
i

idt
C
dv
o
1


 dti
C
v
o
1

 dtv
CR
v
io
1
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK
4.2) MẠCH VI PHÂN

i
v
v

o
v
i
R
C
i
Dòng đi qua t:
dt
dV
Ci
i

Mặt khc:
R
V
dt
dV
C
o
i

dt
dV
RCv
i
o

R
V
i

o
