Khuếch đại thuật toán lý tưởng pot

Khuếch đại thuật toán lý
tưởng
Nguyễn Quốc Cường – 3I
2
Giới thiệu
3
Các giả thiết cho op amp lý tưởng
4
Các giả thiết cho op amp lý tưởng
K
0
V
d
V
+
V
_
+
_
V
o
Model op-amp lý tưởng
V
d
V
o
Đặc tính truyền đại của op-amp lý
tưởng
I
+
= I_= 0

R
i
=
∞
V
o
= K
0
V
d
R
O
= 0
K
0
=
∞
V
d
= 0
5
Mạch khuếch đại không đảo
R 2
R 1
V i
V o
+
_
V
+

V _
2
1 2
2
1 2
1 2 1
2 2
0
1
o
i
o
i
o
i
i
V
I I V R
R R
V V V
V
V R
R R
V
R R R
V R R
Z
+ − −
+ −
= = → =

+
= =
=
+
+
= = +
= ∞
Khuếch đại không đảo
6
Mạch khuếch đại đảo
1 2
1 2
2
1
1
1
0 0
0
i o
o
i
i i
i
i
V V V V
I I I
R R
V V
V R
V R

V V
Z R
I I
− −
−
+ −
− −
= → + = = +
= =
→ = −
= = =
+
_
V
+
V_
R1
R2
Vo
Vi
I
1
I
2
Khuếch đại đảo
7
Mạch trừ
+
_
V

+
V_
R1
R2
Vo
Vb
R1
R2
Va
( )
2
1 2
1 2
1 2
2
1
0
0 0
a
b o
o a b
R
I V V
R R
V V V V
I I I
R R
V V
R
V V V

R
+ +
− −
−
− +
= → =
+
− −
= → + = = +
=
→ = −
8
Mạch cộng đảo
+
_
V
+
V_
R1
R
F
Vo
V1
R2
V2
1 2
1 2
1 2
0 1 2
1 2

0 0
0
o
F
F
F F
V V
V V V V
I I I I
R R R
V V
R R
V V V
R R
−
− −
−
+ −
−
− −
= → + + = = + +
= =
→ = − −
9
Mạch cộng không đảo
( )
1 2
1 2
1 2
1 2

1 2
1 2
0
0
// 1
o
a
F a
F
o
a
V
I I V R
R R
V V V V
I I
R R
V V
V V R
V R R
R R R
+ − −
+ +
+ −
= = → =
+
− −
+ = = +
=
 

 
= + +
 
 
 
 
R
a
R
F
V1
Vo
+
_
V
+
V_
R1
R2
V2
10
Mạch tích phân
+
_
V
+
V_
R
Vo
Vi

C
I
R
I
C
( )
0 0
0
1
R C
i
R
o
C
o i
i
I I I
V V
I
R
d V V
I C
d t
V V
V V d t
R C
Z R
−
−
−

+ −
= → + =
−
=
−
=
= =
→ = −
=
∫
11
Mạch vi phân
( )
0 0
0
R C
o
R
i
C
i
o
i c
I I I
V V
I
R
d V V
I C
d t

V V
d V
V R C
d t
Z Z
−
−
−
+ −
= → + =
−
=
−
=
= =
→ = −
=
+
_
V
+
V _
V o
V i
C
R
I
C
I
R

12
Mạch biến đổi dòng áp
R
V o
I
-
+
I
i
o
i o i
V
I V I R
R
= − → = −
13
Mạch biến đổi áp dòng
1 1
i
i
L
V V V
V
V
I
R R
− +
−
= =
= =

I
L
tỉ lệ với Vi và không phụ thuộc tải R
L
.
Tuy nhiên tải R
L
không nối đất
1 2
1 2
1
0
0
i o
L
o
i
L
V V
V V V V
I
R R
V VV V
R R
V V
I
R
− +
+ +
−−

=
− −
+ − =
−−
+ =
−
→ =
I
L
tỉ lệ với Vi và không phụ thuộc tải R
L
.
Tải R
L
nối đất
Tải không nối đất
Tải nối đất
14
Mạch khuếch đại loga
1
1
1
l n
 
= −
 
 
= =
= −
 

→ = −
 
 

D D
T T
V V
V V
D S S
i
D
D o
i
o T
s
I I e I e
V
I I
R
V V
V
V V
R I
Mạch dùng diode
Mạch dùng Transistor
1
1
1
l n
B E

T
B E
T
V
V
C E S
V
V
i
C E S
i
o B E T
E S
I I e
V
I I I e
R
V
V V V
I R
α
α
α
= = =
= − = −

Mạch trên có nhược điểm là V
O
phụ thuộc vào
dòng bão hoà ngược I

ES
, dòng này phụ thuộc nhiều
vào nhiệt độ
15
Mạch khuếch đại loga có bù nhiệt
Giả thiết :
•
2 transistor có thông số giống nhau.
• Dòng base nhỏ so với dòng qua R1 và R2.
1
2
1 2
2
2
2 1
1
2
l n
l n
l n l n
1 l n
i
B E T
E S
r e f
B E T
E S
B E R B E
r e f
i o

T T
E S E S
i
o T
r e f
V
V V
I R
I
V V
I
V V V
I
V V
V R V
I R R R I
V
R
V V
R R I
α
α
α α
=
=
= − +
= − +
+
 
= − +

 
 
-
+
-
+
Q1
Q2
R
R1
R2
Iref
Vi
Vo
E2
V
R2
I
C1
I
C2
E1
V
o
không phụ thuộc vào dòng bão hoà I
ES
.
Để bù hệ số thế nhiệt V
T
, dùng R

2
là một nhiệt điện trở
16
Mạch hàm mũ
-
+
Vi
R
Vo
I
D
I
F
i
T
D F
D i
V
V
o i
s O F S
F T
I I
V V
V V
I e V R I e
R V
= −
=
= − → = −

17
Mạch nhân
Nhân 2 đại lượng V
o
= v
1
. v
2
. Nếu :
• cả hai tín hiệu vào đều có thể nhận giá trị âm hoặc dương : bộ nhân 4/4
•
một trong hai tín hiệu vào có thể lấy giá trị âm hoặc dương, tín hiệu còn lại là đơn
cực : bộ nhân 2/4
• Cả hai tín hiệu vào đều đơn cực : bộ nhân 1/4
Nhân sử dụng loga và đối loga
ln
ln
Σ
exp
V
x
V
y
V
o
o x y
V V V
=
V
x

và V
y
chỉ lấy giá trị dương
18
Nhân sử dụng hỗ dẫn
-Vcc
V1
I
E
I
C1
I
C2
I
E1
I
E2
V2
khuếch đại vi sai
xét một mạch khuếch đại vi sai
1 2
1 1 2 2
1 2 1 2
B E B E
T T
V V
V V
E S E S
B E B E d
i I e i I e

v v v v v
= =
− = − =
I
S
dòng bão hoà ngược emitter. Nếu 2 transistor giống nhau : I
S1
= I
S2
( )
1 2
1
2
2
1 2
2 2
2 2
1 2 1 2
1 tan h
2 2
1
1 ta n h
2 2
1
ta n h
2
ta n h
2
d
B E B E

d
T T
T
d
T
E E
vv v
E
v
V V
E
V
E
E E
E
v
E E E
V
z z
d
z z
T
C C E E E
I I z
i
i
e e
e
i
I I z

i
i i I
e
v z e e
z
V
e e
z
i i i i I
α α
−
−
−
−
 
= = +
 

 
= =

+

 

= = −
+ =
 

 

+
−
= =
+
− = − =
tanh : hyperbolic tangent
1 2
1 2
1 1
2 2 2 2
2
E E
E E
d T
C C E
I I
z z
i i
v V
z
i i I
α

   
+ −
   


   
→



−


 


V
T
: thế nhiệt, 25 mV ở 25
o
C
19
Nhân sử dụng hỗ dẫn
( ) ( ) ( )
2
1
2 1 2
2 1
1
3 5 1
2
4 6 2
2 1
3 4 5 6 1 2
1 2
1 2 3 4 1
5 6 2 1 2
2

2
2 2
0
0
0
tanh
2
tanh tanh
2 2
cc
C C
C
cc
C C
C
C C C C
C
x
C C C
T
y
x
C C C C C
T T
V
V
V V V
i i
R R R
V V

i i i
R
V V
i i i
R
V V
i i i i i i
R
VV V
i i i i i
R V
V
V
i i i i i I
V V
α
α α
−
−
= = =
−
− − − =
−
− − − =
−
− − − − − − =
−
− = − =
− = − − =
( ) ( )

2 1 1 2
1 2
2
2 1 1 2
tanh tanh 0
2 2
1 1
tanh tanh tanh
2 2 2
x x
C C
C T T
y
x x
C C
C T T T
V VV V V V
i i
R V V R
V
V V
V V i i I
R R V V V
α α
α α
− −
− + − =
 
− + = − =
 

 
nếu V
x
<< 2V
T
và V
y
<< 2V
T
( )
2
2 1
2
2
2 1
2
1 1
4
4
x y
C T
C
O x y
T C
V V
V V I
R R V
R RI
V V V V V
V R R

α
α
 
− + =
 
 
= − =
+
R
R
R
R
RcRc
Vcc
+
-
-Vcc
Vx
Vx
Vy
I
V1
V2
Ic3
Ic4
Ic5
Ic6
Ic1
Ic2
Vo

I1
I2
++
+
20
Mạch chia
ln
ln
trừ exp
V
x
V
y
V
o
x
o
y
V
V
V
=
V
x
và V
y
chỉ lấy giá trị dương
Mạch chia sử dụng loga và đối loga
Mạch chia sử dụng mạch nhân làm phản hồi âm
2

2
1 1
1 1
1
1 2
0
M o
oM
F F
F
o
V V V
V V
V V V
R R R R
R V
V
R V
=
+ = = +
= −
21
M
ạ
ch PID
(Proportional – Integrated - Differential)
-
+
R2
C2

R1
C1
Vi
Vo
Z1 Z2
2
1
1
1
1
2 2 2
1
1
1 /
o i
Z
V V
Z
R
p C
Z
R
p C
Z R p C
= −
=
+
= +
( )
2 1

2 1
1 2 1 2
2 1
2 1
1 2 1 2
1
1
o
i
i
o i i
V R C
p pR C
V R C pRC
dV
R C
V V Vdt RC
R C RC dt
 
 
 
=− + + +
 
 
 
 
 
 
 
 

=− + + +
 
 
 
 
 
∫