ktdt_c5_opamp_8138_1053

19-Feb-11

Chương 5

CÁC MẠCH ỨNG DỤNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
(OPERATIONAL AMPLIFIER – OP AMP)
I. ĐỊNH NGHĨA VÀ KÝ HIỆU
- Khuếch đại là q trình biến đổi một đại lượng (dịng điện
hoặc điện áp) từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà khơng làm
thay đổi dạng của nó.
- Khuếch đại thuật tốn (OP-AMP) cũng có những tính chất
của một mạch khuếch đại. OP-AMP có 2 ngõ vào – đảo và
khơng đảo – và một ngõ ra, một OP-AMP lý tưởng sẽ có
những tính chất sau:
+ Hệ số khuếch đại (vịng hở) là vô cùng.
+ Trở kháng ngõ vào là vô cùng.
+ Trở kháng ngõ ra là 0.

1

Ký hiệu

v i−
v i+
v i−
v i+
vo

-

vo

+

: Ngõ vào đảo
: Ngõ vào không đảo
: Ngõ ra

2

1


19-Feb-11

II. MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO (NGƯỢC PHA)
Xét mạch OPAMP lý tưởng:
Ri = ∞, Ii = 0 nên:

R1

v i− = v i+ ≈ 0

Dòng qua R1:
v
v
I= i = − o
R1
Rf
Hệ số khuếch đại vịng kín:
v
R

Av = o = − f
vi
R1

⇒ vo = −
Tổng trở vào:

R
R

f

Rf

I

v i−

vi

vi+ = 0

vo

vi

1

Zi =

vi
= R1
ii

3

III. MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO (ĐỒNG PHA)
Xét mạch OPAMP lý tưởng:
Ri = ∞, Ii = 0 nên:

Dòng qua R1:
v i−
vo
I=
=
R1
R1 + R f
Mặt khác, coi :

+
i

Ta có hệ số khuếch đại vịng kín:

Av =

vo
R + Rf
R
= 1

= 1+ f
vi
R1
R1

Rf

v i−
R1

v = v ≈ vi
−
i

I

v i− = v i+ ≈ 0

vo

v i+

vi


Rf 
 v i
⇒ v o =  1 +
R


1 
4

2


19-Feb-11

* MẠCH ĐỆM (MẠCH THEO ĐIỆN ÁP)
Đây là trường hợp đặc biệt của mạch khuếch đại không đảo,
với: Rf = 0 và R1 = ∞
Áp dụng công thức:

Av =

vo R1 + Rf
R
= 1+ f
=
vi
R1
R1

⇒ Av = 1

vo

vi

5

IV. MẠCH CỘNG
* Mạch cộng đảo dấu

vi1
vi2
vi3

R1

i1

R2

i2

R3 i3

i

Rf

vo

Dùng phương pháp xếp chồng:

Rf
v i1
R1
R

vo2 = − f vi 2
R2
R
v o3 = − f v i 3
R3
v o1 = −

6

3


19-Feb-11

Điện áp ở ngõ ra:

v o = v o1 + v o 2 + v o3

R

R
R
⇒ v o = − f v i1 + f v i 2 + f v i 3 
R2
R3
 R1

Nếu chọn R1 = R2 = R3 = R, ta có:

vo = −

Rf
(vi1 + vi 2 + vi3 )
R

Và nếu Rf = R, ta có:

v o = −(v i1 + v i 2 + v i 3 )
7

* Mạch cộng không đảo dấu

Rg

vi1
vi2

Rf

R1
R2

v i+

vo

8

4

19-Feb-11

Dùng phương pháp xếp chồng

Rg

Khi vi2 = 0, mạch trở thành:

 R2 
 v i1
v i+ = 
R
+
R
2 
 1
v

R1

i1
Áp dụng công thức
của mạch khuếch đại không đảo: :

v i+

vo

R2


R 
v o 1 =  1 + f  v i+

R g 


R   R2
v o 1 =  1 + f  

R g   R 1 + R 2



 v i1



R 
R1
v o 2 =  1 + f  

R g   R 1 + R 2



 v i 2


Tương tự:

Rf

9

Điện áp ở ngõ ra:

vo = vo1 + vo2

 Rf   R 2

R1


⇒ v o = 1 +
v
+
v
 R   R + R i1 R + R i 2 
g 
1
2
1
2


Nếu chọn R1 = R2 = R, ta có:

 R

v o = 1 + f
R


  v i1 + v i 2 


2



Và nếu Rf = R, ta có:

v o = (v i1 + v i 2 )
10

5


19-Feb-11

V. MẠCH TRỪ (MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI)

vi2

R3

* Khi vi2 = 0

v i+ =

R2
v i1
R1 + R 2

v i−

R4

v i+

vi1

R1

 R   R2 
 vi1
⇒ vo1 = 1+ 4  
R
R
R
+
3  1
2


vo

R2

* Khi vi1 = 0

vo2 = −

R4
vi2
R3
11

Điện áp ở ngõ ra:

vo = vi1 + vi2


R   R2
⇒ v o =  1 + 4  
R 3   R1 + R 2

Vo có dạng:

Hay :


R
 v i1 − 4 v i 2
R3


Vo = a1 vi1 – a2 vi2 , với:


R 
R2
a 1 =  1 + 4  
R 3   R1 + R 2



R2

a 1 = (1 + a 2 ) 
 R1 + R 2 





; a2 =
; a2 =

R4
R3

R4
R3

⇒ Điều kiện để thực hiện được mạch này: (1 + a2)> a1
Nếu chọn R1 = R2=R3 = R4, ta có:

v o = v i1 − v i 2

12

6


19-Feb-11

VI. MẠCH TÍCH PHÂN
Dịng đi qua tụ được tính:
dv
iC = C
dt
i
dV
⇒ i = −C o
dt

v

⇒ dv o = −

C

R
i

v i−
v i+

1
idt
C

vo

1
i dt
C∫
V
Mặt khác: i = i
R

⇒ vo = −

⇒

vo = −

1
v i dt
RC∫
13

VII. MẠCH VI PHÂN

i

Dòng đi qua tụ:

i = C
Mặt khác:

i=−
⇒C

R

dV i
dt

vi

C

v i+

vo

Vo
R

dV i
V
=− o
dt
R

⇒ v o = − RC

dV i
dt

14

7