Điện Tử - Kỹ Thuật Số Professional Books part 52 doc

Kỹ Thuật Số
Blogthongtin.info Biên tập: Nguyễn
Trọng Hòa


BÀI 5: PHÂN TÍCH SỬ DỤNG OP-AMPS

1. Phương pháp phân tích
Phân tích và thiết kế là hai quá trình thuận nghịch, khi nắm vững phương pháp
phân tích sẽ hỗ trợ rất nhiều cho quá trình thiết kế. Để phân tích một mạch điện sử
dụng Op-Amps lý tưởng, đầu tiên thay thế Op-Amps lý tưởng bởi sơ đồ tương
đương


Sau đó tuần tự thực hiện ba bước sau:
- Viết phương trình Kirchhoff cho đầu vào V
+
.
- Viết phương trình Kirchhoff cho đầu vào V
-
.
- Cho V
+
=V
-
, ta tìm được mối quan hệ giữa V
in
và V

o
.
2. Các bài toán điển hình
a. Bài toán 1: Phân tích mạch điện sau


- Viết phương trình Kirchhoff cho đầu vào V
+
.
v
+
=0
- Viết phương trình Kirchhoff cho đầu vào V
-
.


- Cho v
+
=v
-
® v
+
=v
-
= 0, ta tìm được mối quan hệ giữa v
in
và v
out
: v

out
= −R
F
/R
in
.v
in

b. Bài toán 2: Phân tích mạch điện sau


- Viết phương trình Kirchhoff cho đầu vào V
+
.
v
+
=0
- Viết phương trình Kirchhoff cho đầu vào V
-
.


- Cho v
+
=v
-
® v
+
=v
-

= 0, ta tìm được mối quan hệ giữa V
in
và V
out
.




Kỹ Thuật Số
Blogthongtin.info Biên tập: Nguyễn
Trọng Hòa


BÀI 6: CÁC MẠCH ỨNG DỤNG

Phạm vi ứng dụng của Op-Amps rất phong phú, ở đây chỉ nêu một số ứng dụng
mang tính minh hoạ nguyên lý làm việc của Op-Amps.
1. Mạch so sánh cửa sổ
Đây là mạch điện ứng dụng trong việc cảnh báo quá nhiệt hay thiếu nhiệt
của môi trường cần theo dõi. Mạch làm việc theo nguyên lý so sánh cửa sổ, một
nguyên lý rất thông dụng trong các thiết bị công nghiệp. Minh hoạ qua hình.


Khi muốn khống chế nhiệt độ lò ở 40
o
C, người ta tiến hành như sau: từ nhiệt
độ môi trường đang là 27
o
C, bắt đầu cấp nhiệt cho lò (điểm A). Nhiệt độ lò tăng

dần vượt qua 36
o
C (điểm B), rồi qua 40
o
C mạch vẫn tiếp tục cấp nhiệt cho đến khi
nhiệt độ của lò đến 44
o
C (điểm C), lò mới cắt điện trở gia nhiệt. Nhiệt độ lò bắt
đầu giảm dần từ 44
o
C (điểm D). Giảm qua 40
o
C vẫn tiếp tục giảm. Cho đến 36
o
C
(điểm E) thì lại tiếp tục cấp nhiệt cho lò (điểm B) nhiệt độ lò tăng dần lên.


Sơ đồ nguyên lý mạch báo nhiệt
Rõ ràng để giữ nhiệt độ lò nằm trong khoảng 40
o
C, người ta cấp nhiệt cho lò
theo chu trình B, C, D, E rồi trở lại B: hình dạng như một cửa sổ nên có tên là
mạch so sánh cửa sổ (window comparator). Nguyên lý so sánh này được ứng dụng
rất rộng rãi trong công nghiệp, dân dụng, quân sự, y tế Tóm tắt nguyên lý làm
việc như sau:
Điện trở nhiệt PTR phối hợp với R
1
và R
2

tạo ra V
s
là một hàm biến thiên
theo nhiệt độ môi trường đặt PTR. Cụ thể có thể tính V
s
:


Rõ ràng V
s
= f(T
o
) là một hàm của nhiệt độ. Do đó, đo V
s
chính là đo nhiệt
độ. Cụ thể các giá trị điện trở trong mạch được cân chỉnh để 2 OP-AMPS làm việc
như sau :
* Khi thiếu nhiệt:
Lúc này V
S
< V
A
< V
B
, đầu vào v
+
của op-amps II nhỏ hơn đầu vào v
-
nên
ngõ ra op-amps II xuống thấp, LED 2 sáng. Trong khi đó đầu vào v

+
của op-amps
I lớn hơn đầu vào v
-
nên ngõ ra op-amps I lên cao, LED 1 tắt.
* Khi đủ nhiệt:
Lúc này V
A
< V
S
< V
B
, đầu vào v
+
của op-amps II lớn hơn đầu vào v
-
nên
ngõ ra op-amps II lên cao, LED 2 tắt. Trong khi đó đầu vào v
+
của op-amps I lớn
hơn đầu vào v
-
nên ngõ ra op-amps I lên cao, LED 1 tắt.
* Khi quá nhiệt:
Lúc này V
A
< V
B
< V
S

, đầu vào v
+
của op-amps II lớn hơn đầu vào v
-
nên
ngõ ra op-amps II lên cao, LED 2 tắt. Trong khi đó đầu vào v
+
của op-amps I nhỏ
hơn đầu vào v
-
nên ngõ ra op-amps I xuống thấp, LED 1 sáng.
Rõ ràng chỉ cần nhìn vào độ sáng tối của 2 LED, ta có thể nhận biết được
nhiệt độ của môi trường cần cảnh báo nhiệt độ. Để mạch cảnh báo hiệu quả hơn có
thể thêm vào một mạch dao động, mạch này giúp khi có sự cố các LED sẽ không
sáng liên tục mà nhấp nháy.

2. Mạch chỉnh lưu chính xác
Trong thực tế, đôi lúc người ta cần mạch chỉnh lưu có điện áp ngõ ra như hình vẽ
trong điều kiện lý tưởng, nhưng trên thực tế dù diode được phân cực thuận và dẫn
dòng thì vẫn có một sụt áp đáng kể trên diode (chỉnh lưu cầu sụt áp này là 2V
D
).
Điều này dẫn đến sự méo dạng điện áp ngõ ra như hình vẽ.


Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng mạch chỉnh lưu chính xác sử
dụng Op-Amps như hình vẽ


Do dòng điện hai ngõ vào của Op-Amps bằng không nên trong chu kỳ phân cực

thuận của diode (chu kỳ chỉnh lưu) V
in
=V
out
, vì vậy sóng dạng điện áp ngõ ra bộ
chỉnh lưu như sóng dạng bộ chỉnh lưu lý tưởng.

3. Mạch lọc
Mạch lọc thụ động có ưu điểm là rất đơn giản, tuy nhiên hệ số truyền đạt nhỏ do bị
tổn hao trên RC, phụ thuộc nhiều vào tải, khó phối hợp tổng trở với các mạch
ghép. Muốn hạn chế độ suy giảm thì phải lắp nhiều mắt lọc liên tiếp, lúc này tần số
cắt của bộ lọc sẽ khác với các tần số cắt của các mắt lọc. Cách khắc phục nhược
điểm trên đó là sử dụng các mạch lọc tích cực. Cụ thể là đưa mắt lọc RC vào
đường hồi tiếp của Op-Amps để tăng hệ số truyền đạt, tăng hệ số phẩm chất, đồng
thời làm giảm ảnh hưởng của tải bằng cách dùng tầng đệm để phối hợp trở kháng.
Cũng như mạch lọc thụ động, có thể phân mạch lọc tích cực theo tần số làm việc
như: mạch lọc thông thấp, mạch lọc thông cao, mạch lọc dãy. Ở đây giới thiệu một
mạch lọc tích cực lọc thông thấp: mạch lọc mà tần số thấp được truyền qua nguyên
vẹn, cò tần số cao bị suy giảm và chậm pha với tín hiệu vào.


Có thể dùng công thức để tính toán và thành lập biểu đồ Bode về biên - tần của
mạch lọc trên như hình


Các nhận xét về mạch lọc thống thấp:
- Tại tần số cắt f
c
có độ lệch pha là -45
o

; biên độ điện áp ra giảm gần 3 dB.
- Tại tần số thấp f << f
c
: biên độ |A| = 1 ≈ 0dB