Chương 3: OPAMP
3.1 Giới thiệu.
3.2 Mơ hình tốn.
3.2.1 Mơ hình tốn OPAMP trong vùng khuếch đại.
3.2.2 Mơ hình tốn OPAMP lý tưởng.
3.3 Mạch ứng dụng.
3.3.1 Mạch khuếch đại đầu vào không đảo.
3.3.2 Mạch khuếch đại đầu vào đảo.
3.3.3 Mạch cộng tín hiệu.
3.3.4 Mạch trừ tín hiệu.
3.3.5 Mạch tích phân.
3.3.6 Mạch vi phân.
3.4 Bài tập.
1
3.1 Giới thiệu.
• OPAMP (Operational Amplifier ) - bộ khuếch đại thuật
tốn: là bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại A rất lớn; được
tạo thành từ sự tổ hợp các phần tử tích cực (transistor) với
các phần tử thụ động khác.
• Ví dụ xét sơ đồ ngun lý của OPAMP LM741.
Sơ đồ chân
Hình dạng thực tế
Sơ đồ nguyên lý
2
3.1 Giới thiệu.(tt)
Ký hiệu:
• Đầu cấp nguồn VCC+ và VCC- : cấp nguồn DC để Opamp
hoạt động.
• Ngõ vào:
Vin+ : ngõ vào không đảo (+) (noninverting input).
Vin- : ngõ vào đảo (-) (inverting input).
• Ngõ ra (output): Vo
3
3.1 Giới thiệu.
- Biểu thức quan hệ:
- Đặc tuyến chuyển điện áp
của OPAMP:
với −VCC ≤ Vo ≤ +VCC
A là hệ số khuếch đại điện áp
vòng hở.
Lưu ý:
- Vùng khuếch đại: nếu −VCC ≤ Vo ≤+VCC
- Vùng bảo hoà: xác định Vo từ biểu thức quan hệ,
Nếu Vo > VCC thì Vo = + VCC gọi là bảo hồ dương.
Nếu Vo < -VCC thì Vo= +VCC gọi là bảo hồ âm.
Trong vùng bão hịa, Vo khơng phụ thuộc ΔVin=(Vin+ - Vin-)
4
3.2 Mơ hình tốn của OPAMP.
3.2.1 Mơ hình tốn OPAMP trong vùng khuếch đại.
Với:
Ri : tổng trở nhập của Opamp.
A : độ khuếch đại điện áp vòng hở.
Ro : tổng trở ngõ ra Opamp.
Mạch trên, ta có nguồn áp phụ thuộc theo áp vào ΔV=(Vin+ - Vin-)
5
3.2 Mơ hình tốn của OPAMP.(tt)
3.2.2 Mơ hình tốn OPAMP lý tưởng.
Đối với Opamp lý tưởng,
ta có:
Ri =
Ro = 0
A=
- Nguồn cấp VCC có giá trị khoảng vài chục Volt và giả thiết
hệ số khuếch đại A = , dựa vào đặc tuyến chuyển của
Opamp, thì vùng khuếch đại tuyến tính mở rộng trong
phạm vi rất nhỏ, xem như ΔVin=0. Nên ta có: Vin+ = Vin- Tổng trở vào Ri =
→
iin+ = iin- = 0
6
3.3 Các mạch ứng dụng.
3.3.1 Mạch khuếch đại đầu vào không đảo.
Áp dụng pt điện thế nút tại b, ta có:
Giả thiết Opamp lý tưởng, ta có:
→
→Biểu thức quan hệ ngõ vào-ra mạch khuếch đại đầu vào
không đảo:
7
3.3.1 Mạch khuếch đại đầu vào không đảo. (tt)
Khảo sát Opamp UA741
RF=10kΩ; RG=5kΩ.
→Đồ thị biểu diễn Vo và Vin
8
3.3.2 Mạch khuếch đại đầu vào đảo.
Chứng minh tương tự, ta có quan
hệ ngõ vào-ra mạch khuếch đại
đầu vào đảo:
9
3.3.3 Mạch cộng tín hiệu.
Mạch cộng tín hiệu tại các ngõ vào đảo.
Biểu thức quan hệ giữa ngõ vàongõ ra:
10
3.3.4 Mạch trừ tín hiệu.
Biểu thức quan hệ giữa ngõ vàongõ ra:
Nếu chọn: R1=R2=Rin và RF=RG, ta
có:
Cịn gọi là mạch khuếch đại vi sai.
11
3.3.5 Mạch tích phân.
Biểu thức quan hệ giữa ngõ vàongõ ra:
Giả thiết VC=0V tại thời điểm gốc
thời gian t=0.
12
3.3.6 Mạch vi phân.
Biểu thức quan hệ giữa ngõ vàongõ ra:
13
3.4 Bài tập
BT 3.1: Cho mạch KĐTT như hình.
R1=10kΩ, RN=500kΩ, RP=10kΩ,
E=12V.
a. Viết biểu thức Vout.
b. Tính Vout nếu Vin=0,2V
ĐS:[-10V]
14
3.4 Bài tập (tt)
BT 3.2: Cho mạch KĐTT như hình.
R1=20kΩ, RN=780kΩ, R2=20kΩ,
E=15V.
a. Viết biểu thức Vout.
b. Tính Vout nếu Vin=0,3V.
ĐS:[12V]
15
3.4 Bài tập (tt)
BT 3.3: Cho mạch KĐTT như
hình. RN=500kΩ, R1=20kΩ,
R2=20kΩ, R3=10kΩ, R4=30kΩ,
Vin1=0,4V, Vin2=0,5V
a. Viết biểu thức Vout.
b. Tính Vout.
ĐS:[9.9V]
16
3.4 Bài tập (tt)
BT 3.4: Cho mạch KĐTT như
hình. RN=500kΩ, R1=20kΩ,
R2=30kΩ, Rp=20kΩ, Vin1=0,15V,
Vin2=1V.
a. Viết biểu thức Uout.
b. Tính Uout.
ĐS:[6,65V]
17
3.4 Bài tập (tt)
BT 3.5: Cho mạch KĐTT như
hình.
R1=10kΩ,
R2=200kΩ,
R3=20kΩ, R4=15kΩ, R5=150kΩ,
E=±15V, Vin=0,15V.
a. Viết biểu thức Vout.
b. Tính Vout.
ĐS:[-16,5V→-15]
18
3.4 Bài tập (tt)
BT 3.6: Cho mạch KĐTT như
hình.
R1=15kΩ,
R2=250kΩ,
R3=20kΩ, R4=470kΩ, E=±9V,
Vin=0,025V.
a. Viết biểu thức Vout.
b. Tính Vout.
ĐS:[-11V→-9]
19
3.4 Bài tập (tt)
BT 3.7: Cho mạch KĐTT như
hình.
R1=20kΩ,
R2=25kΩ,
R3=30kΩ, RN=500kΩ, V1=0,1V,
V2=0,2V, V3=0,3V, E=12V.
a. Viết biểu thức Vout.
b. Tính Vout.
ĐS:[-11,5V]
20
3.4 Bài tập (tt)
BT 3.8: Cho mạch KĐTT
như
hình.
R1=20kΩ,
R2=20kΩ,
R3=30kΩ,
R4=250kΩ,
R5=10kΩ,
Vin=0,5V, E= 12V.
a. Viết biểu thức Vout.
b. Tính Vout.
ĐS:[5,2V]
21
3.4 Bài tập (tt)
BT 3.9: Cho mạch KĐTT như
hình. R1=20kΩ, R2=500kΩ,
R3=25kΩ, R4=20kΩ, R5=30kΩ,
R6=60kΩ, V1=0,2V, V2=0,3V,
E= 12V.
a. Viết biểu thức Vout.
b. Tính Vout.
ĐS:[-13,2→ -12V]
22
3.4 Bài tập (tt)
BT 3.10: Thiết kế mạch KĐTT thực hiện chức năng sau:
Cho Vin=2sin1000t; R=2kΩ; C=0,47μF. Hãy tính Vo
ĐS:[-1,88.cos1000t]
23
3.4 Bài tập (tt)
BT 3.11: Cho mạch điện như
hình. Vin=10sin 100t, C=1μF,
R=100kΩ
a. Đây là mạch gì?
b. Xác định Vo.
ĐS:[cos100t]
24
3.4 Bài tập (tt)
BT 3.12: Cho mạch điện như hình. Biết tại thời điểm t=0
→ Vo=0V.
C=1μF, R1=100kΩ; R2=100kΩ.
a. Đây là mạch gì?
b.Xác định Vo nếu Vin1=1+10sin100t ;
Vin2=10sin 100t.
ĐS:[cos100t]
25
