Bài Giảng Mạch Điện Tử_Chương 04_KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP_AMP) pptx

Bài Giảng Mạch Điện Tử
Biên soạn: Ths. Ngơ Sỹ
66


4.1 CÁC TÍNH CHẤT CHUNG CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TỐN
4.1.1 Tổng quan về Op - Amp
Op-Amp (Operational Amplifier) còn gọi là khuếch đại thuật tốn là một mạch
khuếch đại được chế tạo ở dạng tích hợp (Integrated Circuit – IC). Các vi mạch Op-Amp
thuộc thế hệ đầu tiên là 702, 709 và 741 do hãng Faichild chế tạo trong khoảng thời gian từ
1964 đến 1968. Trong thời gian này hãng National Semiconductor cũng cho ra đời các Op-
Amp số hiệu 101 và 301. Các Op-Amp thuộc thế hệ đầu như 741, 301 ngày nay vẫn còn
được sử dụng khá phổ biến. Op-amp là một linh kiện khơng thể thiếu trong hầu hết các
thiết bị điện tử. Vì vậy việc khảo cứu các tính năng và ứng dụng của vi mạch Op-Amp là
cần thiết.
a) Ký hiệu của Op-amp :
-
+
+V
-V
Inverting input terminal
(Đầu vào đảo)
Noninverting input terminal
(Đầu vào không đảo)
Output terminal
(đầu ra)
Negative supply termianal
(đầu cấp điện âm)
Positive supply termianal
(đầu cấp điện dương)

Hình 4.1 : Ký hiệu của Op-Amp và các ngõ vào, ra, cấp điện.
b) Một số kiểu vỏ phổ biến :
Vỏ 8 chân (chứa 1 Opamp) Vỏ 14 chân (chứa 2 hoặc 4 Opamp)

Hình 4.2 : Một số kiểu vỏ phổ biến của vi mạch Op-Amp.
c) Chế độ cấp nguồn cho Op-Amp
Các Op-Amp nói chung hoạt động ở chế độ cấp nguồn kép tức là phải cấp nguồn (+)
vào chân (Positive supply terminal) và nguồn (-) vào chân (Negative supply terminal),
nguồn điện (+) và (-) phải bằng nhau về trị tuyệt đối; ví dụ có thể dùng nguồn kép đối xứng
5v, 9v, 12v. Tuy nhiên trong một số trường hợp, Op-Amp có thể làm việc với nguồn
cấp điện đơn tức là cấp điện (+) vào chân (Positive supply terminal) trong khi chân
Chương 04
Bi Ging Mch in T
Biờn son: Ths. Ngụ S
67
(Negative supply terminal) ni mass. Xem Hỡnh 4.3. Vic chn ch cp ngun n hay
kộp tu thuc vo khuyn cỏo ca nh sn xut Op-Amp v tớn hiu cỏc ngừ vo o v
khụng o mt mch in c th.
-
+
+V
-V
-Ucc
+Ucc
-
+
+V
-V
+Ucc
Cheỏ ủoọ caỏp nguon ủụn

Cheỏ ủoọ caỏp nguon keựp

Hỡnh 4.3 : Cp ngun kộp hoc ngun n cho Op-Amp.
in ỏp cỏc ngừ vo/ ra v in ỏp vi sai:
in ỏp tỏc ng lờn ngừ vo khụng o ký hiu l U
(+)

in ỏp tỏc ng lờn ngừ vo o ký hiu l U
(-)

Hiu in th : U
d
= U
(+)
U
(-)
gi l in ỏp vi sai (Differential Voltage).
in ỏp ngừ ra ký hiu l U
0
.
Cỏc ch in hoa trong ký hiu cỏc in ỏp trờn c vit bng ch thng nu chỳng
l cỏc giỏ tr tc thi.
-
+
+V
-V
U(+)
+
-
Ud

+
-
Uout
+
-
U(-)
+
-
+Ucc
-Ucc

Hỡnh 4.4 : in ỏp cỏc ngừ vo, ra v in ỏp vi sai.
Theo c im thit k ca nh sn sut, ngun cp in cho Op-Amp c gii hn
mt mc nht nh (vớ d i vi IC 741 thỡ ngun cp in ti a cho phộp l 18v).
Cỏc in ỏp ngừ vo cng c gii hn. in ỏp ngừ ra ca Op-Amp cú c im l luụn
nh hn in ỏp cp ngun trong mi trng hp. Giỏ tr dng ti a ca in ỏp ra c
gi l mc bóo ho dng, mc ny thng thp hn mc cp ngun (+) t 0,5 n 2V.
Tng t nh vy, giỏ tr õm ti a ca in ỏp ra gi l mc bóo ho õm, mc ny cao
hn mc cp ngun (-) t 0,5 n 2v. Mc bóo ho dng v õm thng cú giỏ tr tuyt
i khỏc nhau. Vớ d vi IC 741 hot ng ch ngun cp in kộp 15v thỡ mc bóo
ho dng l +U
sat
= 14v v mc bóo ho õm l U
sat
= -13v.
Bài Giảng Mạch Điện Tử
Biên soạn: Ths. Ngơ Sỹ
68
0v
+Ucc

+Usat
-Usat
-Ucc
Khoảng giá trò
của điện áp ra
1 đến 2v
Time

Hình 4.5 : Điện áp ngõ ra của Op-Amp giới hạn giữa mức -U
sat
và +U
sat

khi Op-Amp hoạt động ở chế độ cấp nguồn kép.

0v
+Ucc
+Usat
Khoảng giá trò
của điện áp ra
1 đến 2v
Time

Hình 4.6 : Điện áp ngõ ra của Op-Amp giới hạn giữa mức 0v và +U
sat

khi Op-Amp hoạt động ở chế độ cấp nguồn đơn.
Ví dụ về các thơng số giới hạn của Op-Amp
Absolute Maximum Ratings (T
a

= 25
0
C) of HA17741
Power-supply voltage (điện áp cấp nguồn) : 18v
Input voltage (điện áp ngõ vào) : 15v
Differential input voltage (điện áp vi sai) : 15v
Allowable power dissipation (tiêu tán cơng suất cho phép) : 670mW
Operating temperature (nhiệt độ làm việc) : –20 to +75
0
C
Storage temperature (nhiệt độ lưu trữ) : –55 to +125
0
C
4.1.2 Đặc tính các ngõ vào, ra và các chế độ làm việc của Op-Amp đa dụng :
a) Đặc tính ngõ vào :
Ngõ vào của Op-Amp có tổng trở rất lớn. Khi đặt lên ngõ vào một điện áp, dòng điện tại
ngõ vào có trị số rất bé và trong các tính tốn ta có thể xem gần đúng các dòng này bằng
0.
Bài Giảng Mạch Điện Tử
Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ
69
-
+
+V
-V
U(+)
+
-
Uout
+

-
U(-)
+
-
I(+)
I(-)

Hình 4.7:
Tổng trở ngõ vào được định nghĩa là:
)(
)(
)(in
I
U
Z




;
)(
)(
)(in
I
U
Z





Z
in(+)
và Z
in(-)
đều rất lớn, có giá trị từ vài M trở lên. Vì vậy các dòng điện I
in(+)
và
I
in(-)
có giá trị không đáng kể. Đây là một ưu điểm của Op-Amp, nhờ có tổng trở ngõ vào
lớn mà các nguồn áp tác động lên ngõ vào không bị sụt áp.
b) Đặc tính ngõ ra :
Ngõ ra của Op-Amp có tổng trở rất nhỏ. Vì vậy điện áp ngõ ra của Op-Amp rất ít
thay đổi theo tải mắc ở ngõ ra. Khi có tải hay không tải, điện áp ngõ ra hầu như chỉ phụ
thuộc vào các tín hiệu tác động ở ngõ vào và cách mắc các phần tử phụ xung quanh mạch
Op-Amp. Tuy nhiên điều này chỉ đúng nếu dòng điện ngõ ra còn nhỏ hơn giới hạn tối đa
cho phép do nhà sản xuất quy định.
Chế độ vòng hở và Op-Amp hoạt động với nguồn cấp điện kép đối xứng :
Chế độ vòng hở là chế độ hoạt động không có hồi tiếp, không có bất kỳ đường hồi
tiếp nào từ ngõ ra về ngõ vào (không tính đường nguồn và mass). Ở chế độ này có đặc
điểm là điện áp ngõ ra bằng độ lợi vòng hở nhân với điện áp vi sai:
U
o
= A
V0
.U
d

trong đó độ lợi vòng hở A

V0
thường có giá trị cực lớn (20000 lần trở lên).
Như vậy chỉ cần một điện áp vi sai rất nhỏ (ví dụ 100V) thì điện áp ngõ ra U
o
cũng
có giá trị đáng kể (20000x100V = 2V). Nếu tính bình thường như thế thì khi điện áp vi
sai tăng lên 1000V = 1mV, điện áp ngõ ra là U
o
= 20V. Tuy nhiên vì điện áp ngõ ra
không thể lớn hơn mức bão hoà (+) hoặc (-) nên điện áp ngõ ra lúc đó không phải là 20V
mà chỉ bằng mức bão hoà dương của Op-Amp (tức U
o
= +U
sat
) nếu mức +U
sat
< 20v.
Tương tự như vậy nếu điện áp vi sai có giá trị -1mV thì U
o
= -U
sat
.
Một cách gần đúng khi phân tích mạch Op-Amp ở chế độ vòng hở là xem:
U
o
= +U
sat
khi U
d
> 0 (thực tế thì phải có U

d
>
0V
sat
A
U
; khoảng vài chục V).
U
o
= -U
sat
khi U
d
< 0 (thực tế thì phải có U
d
<
0V
sat
A
U
; khoảng âm vài chục V).
Như vậy việc phân tích gần đúng như trên sẽ không đúng nếu điện áp vi sai có giá trị
bé trong khoảng  vài chục V. Tuy nhiên khi Op-Amp hoạt động ở chế độ vòng hở thì
Bài Giảng Mạch Điện Tử
Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ
70
trường hợp này thường ít gặp trong thực tế hoặc chỉ xảy ra trong thời gian rất ngắn. Vì vậy
vẫn có thể áp dụng phương pháp phân tích gần đúng nêu trên.
Theo định nghĩa điện áp vi sai là : U
d

= U
(+)
– U
(-)
thì:
U
d
> 0  U
(+)
> U
(-)
và
U
d
< 0  U
(+)
< U
(-)
.
Do đó ta viết theo nguyên tắc gần đúng là:


Nguyên tắc gần đúng trên đây được áp dụng với điều kiện các tín hiệu U
(+)
và U
(-)
có
giá trị nằm trong khoảng cấp nguồn từ –U
cc
đến +U

cc
.
-
+
+V
-V
6v
+
-
3v
+
-
Uo = +Usat
= 11v
+
-
3v
+
-
+12v
-12v

-
+
+V
-V
6v
+
-
-3v

+
-
Uo = -Usat
= -11v
+
-
9v
+
-
+12v
-12v

Hình 4.8 : Một ví dụ về hoạt động ở chế độ vòng hở của Op-Amp với
nguồn cấp điện kép đối xứng.
Chế độ vòng hở và Op-Amp hoạt động với nguồn cấp điện đơn :
Trong trường hợp Op-Amp làm việc ở chế độ vòng hở với nguồn cấp điện đơn, điện
áp ngõ ra sẽ tiến tới giá trị bão hoà dương (+U
sat
) khi U
(+)
> U
(-)
và tiến tới 0v khi U
(+)
< U
(-
)
. Ở đây cũng có một điều kiện là các điện áp U
(+)
và U

(-)
phải có giá trị trong khoảng cấp
nguồn tức là từ 0V đến +U
cc
.
-
+
+V
-V
6v
+
-
2v
+
-
Uo = +Usat
= 11v
+
-
4v
+
-
+12v

-
+
+V
-V
6v
+

-
-2v
+
-
Uo = 0v
+
-
8v
+
-
+12v

Hình 4.9 : Ví dụ về hoạt động của Op-Amp ở chế độ vòng hở
với nguồn cấp điện đơn.
Chế độ vòng kín :
Chế độ vòng kín là chế độ có hồi tiếp từ ngõ ra về ngõ vào. Phần tử hồi tiếp thông
thường là điện trở, tụ điện hoặc R mắc nối tiếp C, R // C .v.v. Nếu mạch hồi tiếp nối từ ngõ
ra ngược về ngõ vào (-), ta có hồi tiếp âm, ngược lại là hồi tiếp dương (xem Hình 4.9).
U
o
= +U
sat
khi U
(+)
> U
(-)

U
o
= -U

sat
khi U
(+)
< U
(-)
.

Bài Giảng Mạch Điện Tử
Biên soạn: Ths. Ngơ Sỹ
71
Phần tử
hồi tiếp
-
+
+V
-V
+Ucc
-Ucc

-
+
+V
-V
+Ucc
-Ucc
Phần tử
hồi tiếp

Hình 4.10: Hồi tiếp âm và dương trong chế độ vòng kín của Op-Amp.
Khi Op-Amp làm việc ở chế độ vòng kín, độ lợi vòng hở có ảnh hưởng khơng đáng

kể. Lúc này hoạt động của mạch chủ yếu do mạch hồi tiếp quyết định. Điện áp giữa ngõ
vào đảo và khơng đảo có giá trị bằng nhau: U
(+)
= U
(-)
. Đây là một đặc điểm quan trọng cần
nhớ khi phân tích mạch Op-Amp vòng kín (có hồi tiếp). Ngồi ra do tổng trở các ngõ vào
của Op-Amp rất lớn nên hầu như khơng có dòng điện chảy vào các ngõ vào này, trong tính
tốn ta xem các dòng I
(+)
và I
(-)
bằng 0.
4.2 CÁC MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙNG OP - AMP
4.2.1 Mạch khuếch đại đảo
a) Sơ đồ mạch:
b) Đặc điểm:
Mạch khuếch đại điện áp đảo dấu có sơ đồ ngun lý trên Hình 4.11. Điện áp ngõ ra
của mạch là :
U
o
= Av.U
in

Trong đó Av có giá trị âm (-) và do mạch hồi tiếp quyết định, độ lợi vòng hở của Op-
Amp ảnh hưởng khơng đáng kể và có thể bỏ qua. Trong mạch này, điện trở hồi tiếp cũng
được nối từ ngõ ra về ngõ vào đảo (hồi tiếp âm giống như mạch KĐ khơng đảo). Tín hiệu
cần được khuếch đại được đưa đến ngõ vào đảo qua điện trở Ri. Ngõ vào (+) được nối
mass. Chú ý là nếu nhầm lẫn lấy hồi tiếp dương thì mạch sẽ khơng làm việc và ngõ ra
nhanh chóng bị bão hồ.

+
-
+V
-V
-Ucc
+Ucc
Input
Tín hiệu vào (uin)
Tín hiệu ra (uo)
Tải
Rf
Ri
Điểm mass giả
0v
0v
iin
Hình 4.11: Mạch khuếch đại điện áp đảo
dấu.

Bài Giảng Mạch Điện Tử
Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ
72
Điện áp tại ngõ vào (-) luôn bằng điện áp tại ngõ vào (+) và do ngõ vào (+) nối mass
nên ta có: u(+) = 0v dẫn đến u(-) = 0v, ngõ vào (-) do đó gọi là điểm mass giả.
Dòng điện i
in
do tín hiệu u
in
cung cấp sẽ qua R
i

và sau đó qua R
f
đến ngõ ra. Dòng
này không chảy vào ngõ vào (-) do ngõ vào (-) có nội trở rất lớn. Cường độ của dòng i
in
là:
i
in
i
)(in
in
R
u
R
uu
i 




Do dòng i
in
chảy từ điểm mass giả (ngõ vào -) qua R
f
đến ngõ ra nên ta có:
f
o
f
o)(
in

R
u
R
uu
i






So sánh hai biểu thức trên ta rút ra được:
in
i
f
o
u
R
R
u 
biểu thức cho thấy tín hiệu ra luôn ngược dấu với tín hiệu vào.
Nếu tỉ số R
f
/R
i
< 1 thì tín hiệu ra nhỏ hơn tín hiệu vào (giảm áp).
Nếu tỉ số R
f
/R
i

>1 thì tín hiệu ra lớn hơn tín hiệu vào (KĐ áp)
Nếu tỉ số R
f
/R
i
= 1 thì ta có mạch đảo dấu (u
o
= -u
in
).
Tín hiệu vào và tín hiệu ra có cùng tính chất nhưng ngược dấu. Nếu tín hiệu vào là
điện áp một chiều (DC) thì tín hiệu ra cũng là điện áp một chiều có dấu ngược lại. Nếu tín
hiệu vào là thuần tuý AC dạng sin thì tín hiệu ra cũng là thuần tuý AC dạng sin nhưng
ngược pha 180
0
. Trong trường hợp tín hiệu vào là phức hợp gồm cả DC và AC nhưng chỉ
muốn riêng thành phần AC được KĐ thì dùng thêm tụ điện để loại bỏ thành phần DC
giống như đã thực hiện trong mạch KĐ không đảo.
Mạch khuếch đại đảo dấu có một tính chất đáng chú ý là tổng trở ngõ vào thấp : Z
in
=
u
in
/i
in
= R
i
. Do đó tín hiệu u
in
sẽ bị sụt áp so với khi chưa đưa vào mạch KĐ. Tính chất này

càng rõ khi R
i
càng nhỏ. Vì vậy để nâng cao tổng trở ngõ vào thì phải nâng cao R
i
. Tuy
nhiên khi nâng cao R
i
thì dòng điện i
in
cũng nhỏ mà đặc biệt là khi i
in
nhỏ đến mức giá trị
của nó có thể so sánh được với dòng điện chảy vào ngõ (-) của Op-Amp (vốn rất nhỏ và đã
được bỏ qua trong tính toán trên đây) thì hoạt động của mạch sẽ không còn đúng nữa. Một
khó khăn thứ hai của việc nâng cao R
i
là kéo theo phải nâng cao cả R
f
nếu muốn giữ
nguyên hệ số khuếch đại. Việc nâng cao R
f
quá lớn dẫn đến có thể không tìm được điện trở
như vậy trên thực tế. Ví dụ chọn R
i
= 100k, cần hệ số KĐ = 100, như vậy phải chọn R
f
=
100.100k = 10M. điện trở này khó tìm được trên thực tế. Tóm lại phải chấp nhận một thực
tế là tổng trở ngõ vào của mạch KĐ kiểu đảo pha có giá trị thấp.
Time

-10V
0V
10V
uo
uin

Bi Ging Mch in T
Biờn son: Ths. Ngụ S
73
Hỡnh 4.12 : Quan h gia tớn hiu ra v tớn hiu vo trong mch khuch i o
dựng Op-Amp LM324, ngun cp in

12v; R
i
= 10k; R
f
= 50k; u
in
= 2v (nh).
Chỳ ý: Khi tớn hiu vo ln hn mc cho phộp thỡ tớn hiu ra cng b xộn ngang nh do
hin tng bóo ho ging nh trng hp mch K khụng o.
4.2.2 Mch khuch i khụng o
a) S mch:
S nguyờn lý ca mch khuch i in ỏp khụng o du trỡnh by trờn Hỡnh
4.13. tớn hiu ra ca mch l :
U
o
= Av.U
in

Av l khuch i in ỏp ca mch cũn gi l li ỏp. Trong nhiu ti liu
ngi ta tớnh li ỏp theo n v xiben (dB).
Av(dB) = 20lg(Av) hay
20
)dB(Av
10Av

Mt b khuch i cú li ỏp Av = 100 tng ng vi 40dB.
Op-Amp HA17741 ca hóng HITACHI cú li ỏp vũng h in hỡnh 106dB tc l
cú kh nng khuch i in ỏp vi sai lờn gn 200000 ln (
1995261010
3,5
20
106

)
Trong s mch, do cú in tr hi tip R
f
ni t ngừ ra v ngừ vo (-) ca Op-
Amp nờn mch hot ng ch vũng kớn hi tip õm. ch ny ta cú:
u
(+)
= u
(-)

Theo mch ta cú:
u
(+)
= u
in

(tớn hiu sin)
-
+
+V
-V
-Ucc
+Ucc
Input
Rf
Ri
Tớn hieọu vaứo (uin)
Tớn hieọu ra (uo)
Doứng hoi tieỏp (if)
Hỡnh 4.13 : Mch khuch i in ỏp khụng o du.

Bài Giảng Mạch Điện Tử
Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ
74
Điện trở ngõ vào của Op-Amp rất lớn nên dòng điện chảy vào các ngõ vào xem như
bằng 0. Do đó R
f
và R
i
tạo thành mạch cầu phân áp lấy một phần điện áp ngõ ra đưa đến
ngõ vào (-). Điện áp tại ngõ vài (-) là:
o
f
i
i
)(

u
RR
R
u




Vì u
(+)
= u
(-)
mà u
(+)
= u
in
nên suy ra:
o
f
i
i
in
u
RR
R
u



in

i
f
o
u
R
R
1u









biểu thức cho thấy tín hiệu ra luôn lớn hơn tín hiệu vào và đồng
pha với tín hiệu vào.
b) Các vấn đề khi thực hiện mạch khuếch đại không đảo dấu.
Nếu tín hiệu vào không phải là sóng sin mà là một mức điện áp nào đó (tín hiệu DC) thì
điện áp ra cũng được tính theo công thức trên và khi đó ta có mạch khuếch đại DC
không đảo dấu. Ví dụ tín hiệu vào là U
in
= 10mV; R
f
= 100k; R
i
= 1k thì tín hiệu ra là :
V01,1mV1010mV10.
k1

k100
1U
R
R
1U
in
i
f
o

















.
Nếu tín hiệu vào là thuần tuý AC dạng sin thì tín hiệu ra cũng thuần tuý AC dạng sin có
biên độ lớn hơn tín hiệu vào và đồng pha với tín hiệu vào (xem Hình 4.14).
Nếu tín hiệu vào là dạng phức hợp tức là gồm cả thành phần AC và DC thì tín hiệu ra

cũng có tính chất như vậy. Trong trường hợp này nếu muốn loại bỏ thành phần một
chiều (DC) và chỉ khuếch đại thành phần xoay chiều (AC), ta mắc thêm một tụ C nối
tiếp trên đường tín hiệu đến ngõ vào (+). Khi đó chỉ có thành phần AC là đi qua được
tụ C đến ngõ vào (+) của Op-Amp và được khuếch đại, thành phần DC bị giữ lại, ta có
mạch khuếch đại AC.
Khi tín hiệu vào tăng thì tín hiệu ngõ ra cũng tăng theo. Tuy nhiên vì tín hiệu ra không
thể vượt mức bão hoà (+) và (-) nên nếu tín hiệu vào lớn hơn mức cho phép thì tín hiệu
ra bị cắt ngang ở phần đỉnh dương và âm do hiện tượng bão hoà (xem Hình 4.15).
Mạch khuếch đại không đảo pha có một tính chất rất quan trọng là tín hiệu cần khuếch
đại (tín hiệu u
in
) được đưa trực tiếp đến ngõ vào (+) của Op-Amp mà ngõ vào này có
tổng trở rất lớn nên hầu như không có dòng đi vào mạch khuếch đại, nhờ vậy mạch
không làm ảnh hưởng đến tín hiệu u
in
hay tín hiệu u
in
không bị sụt áp so với lúc chưa
đưa đến mạch KĐ. Nhờ tính chất này mạch KĐ không đảo được chọn để KĐ các tín
hiệu từ các cảm biến, làm mạch đệm tín hiệu trong các trường hợp cần phối hợp trở
kháng giữa các tầng KĐ v.v. Để làm mạch KĐ đệm tức là mạch KĐ có độ lợi áp bằng
1, người ta cho R
f
= 0 và như thế ta có; u
o
= u
in
. Điện trở R
i
lúc này sẽ có một đầu nối

với ngõ ra và đầu còn lại nối mass cho nên sẽ làm tăng dòng ngõ ra. Do đó R
i
chọn
càng lớn càng tốt mà trong thực tế chọn R
i
=  tức là hở mạch R
i
. Mạch đệm cuối cùng
có sơ đồ nguyên lý như Hình 4.16.
Bi Ging Mch in T
Biờn son: Ths. Ngụ S
75
Time
-10V
0V
10V
uo
uin

Hỡnh 4.14 : Quan h gia tớn hiu ra v tớn hiu vo trong mch khuch i khụng o pha
thớ nghim vi Op-Amp LM324, ngun

12v; R
f
= 4k; R
i
= 1k; u
in
= 2v (nh).

Time
-12V
0V
12V

Hỡnh 4.15 : Tớn hu vo ln lm tớn hiu ra b xộn nh. Thớ nghim mch khuch i
khụng o vi Op-Amp LM324, ngun

12v; R
f
= 4k; R
i
= 1k; u
in
= 4v (nh).
-
+
+V
-V
-Ucc
+Ucc
Input
Tớn hieọu vaứo (uin)
Tớn hieọu ra
(uo = uin)
Taỷi

Hỡnh 4.16 : Mch m vi tng tr vo rt ln, khụng lm suy gim tớn hiu u
in
. Vi tng

tr ra rt bộ ca Op-Amp, tớn hiu ra ớt b suy gim do ti.
Bài Giảng Mạch Điện Tử
Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ
76
4.3 MẠCH CỘNG
4.3.1 Mạch cộng đảo
a) Dạng mạch:
b) Đặc điểm:
Trên cơ sở mạch KĐ đảo, người ta có thể thực hiện mạch cộng theo sơ đồ nguyên lý
trên Hình 4.17. Thay vì dùng một điện trở Ri, người ta dùng nhiều điện trở R
i1
, R
i2
,v.v.
Nếu chọn các điện trở R
i1
= R
i2
= = R
ik
= R
f
thì tín hiệu ngõ ra là:
 
ink
3in2in
1ino
u uuuu 

Biểu thức trên đây được xây dựng bằng cách áp dụng nguyên lý xếp chồng của lý

thuyết mạch nói rằng nếu có nhiều tín hiệu cùng tác động lên một mạch thì đáp ứng của
mạch khi đó bằng tổng các đáp ứng riêng. Khi xét đáp ứng riêng của mạch đối với một tín
hiệu thì các tín hiệu khác cho bằng 0. Với mạch ở Hình 4.17, giả sử ta xét điện áp u
o
khi
chỉ có duy nhất nguồn u
in1
thì:
1in1in
1i
f
in
uu
R
R
u 
do R
f
= R
in1
.
Tương tự như vậy điện áp u
o
khi chỉ có duy nhất nguồn áp u
ink
là : u
o
= -u
ink
.

Cuối cùng áp dụng nguyên lý xếp chồng ta có:
u
o
= -(u
in1
+ u
in2
+ u
in3
+ +u
ink
)
Time
-4.0V
-2.0V
0V
2.0V
4.0V

+
-
+V
-V
-Ucc
+Ucc
Taûi
Rf
Ri1
Ñieåm mass giaû
0v

0v
Ri2
Rik
.
.
.
uin1
uin2
uink
uo
Hình 4.17: Mạch cộng đảo dấu.

Bài Giảng Mạch Điện Tử
Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ
77
Hình 4.18 : Các tín hiệu ngõ vào u
in1
và u
in2

Time
-4.0V
-2.0V
0V
2.0V
4.0V

Hình 4.19 : Tín hiệu ngõ ra là tổng đảo dấu của các tín hiệu ngõ vào.
Mạch cộng đảo dấu được dùng trong các bộ Mixer (bộ trộn tín hiệu) thường gặp
trong các Amplifier. Trên Hình 4.18 và 5.19 mô tả 2 tín hiệu vào là u

in1
(tần số 500Hz), u
in2

(tần số 5000Hz) và tín hiệu ngõ ra của mạch cộng đảo dấu. Trên Hình 4.19 ta thấy kết quả
là tín hiệu ra u
o
= -(u
in1
+ u
in2
). Các kết quả trên được thí nghiệm với Op-Amp HA17324A,
nguồn cấp điện kép 12v, R
i1
= R
i2
= R
f
= 10k.
Trong các mạch Mixer thực tế dùng trong Amplifier, các tín hiệu ngõ vào là dạng
phức hợp (gồm cả DC lẫn AC) trong đó thành phần AC là thành phần hữu ích và cần được
cộng với nhau. Trong trường hợp này các tụ điện được mắc nối tiếp với các điện trở R
i

nhằm loại bỏ thành phần DC. Điện dung của các tụ này phải có giá trị phù hợp sao cho tín
hiệu âm thanh đi qua dễ dàng. Với tín hiệu âm thanh nhạc, tần số tối thiểu thường là
100Hz, nếu chọn tụ điện 100F thì tổng trở của tụ là:





9,15
10.100.100.14,3.2
1
C.f2
1
X
6
c

Tổng trở này khá nhỏ và tín hiệu đi qua tụ dễ dàng.
Nếu cần khuếch đại tín hiệu ngõ vào thứ m lên K lần thì phải chọn R
im
sao cho R
f
=
K.R
im
. Mạch trên Hình 4.20 là mạch cộng đảo dấu có điện áp ra:
u
o
= -(2u
in1
+ u
in2
) vì R
f
= 2R
in1
= R

in2
.
+
-
+V
-V
-12v
+12v
Rf : 20k
Ñieåm mass giaû
0v
0v
Ri1
Ri2
uin1
uin2
uo
10k
20k
C1
C2
+
+

Hình 4.20: Mạch Mixer AC 2 kênh với tín hiệu kênh 1 được khuếch đại 2 lần.
Bài Giảng Mạch Điện Tử
Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ
78
4.3.2 Mạch cộng không đảo
a) Dạng mạch:

Mach công không đảo có dạng như hình
4.21
b) Phân tích:
Phân tích như mạch khuếch đại không đảo,
Vi là xếp chồng hai tín hiệu V
i1
và V
i2
.
Sử dụng nguyên lý xếp chồng phân tích
mạch.
Giả sử V
i2
= 0, ta tìm điện áp ngõ ra V
01

tương ứng với V
i1.


1
21
2
1
2
01
1
i
ii
i

V
RR
R
R
R
V

















Giả sử V
i1
= 0, ta tìm điện áp ngõ ra V
02
tương ứng với V
i2.

2
21
1
1
2
02
1
i
ii
i
V
RR
R
R
R
V


















Vậy khi có cả V
i1
, V
i2
và giả thuyết R
i1
= R
i2
, thì:


















2
1
21
1
2
02010
ii
VV
R
R
VVV

Nếu R
i1
= R
i2
và R
1
= R
2
thì

2102010 ii
VVVVV 

4.3.3 MẠCH TRỪ
a) Dạng mạch
Mach trừ có dạng như hình 4.22
b) Phân tích

Điện áp Vi1 đưa vào ngõ vào đảo, Điện áp
Vi2 đưa vào ngõ vào không đảo. áp dụng
phương pháp xếp chồng ta có:

1
3
4
01 i
V
R
R
V











2
21
2
3
4
02
1

i
V
RR
R
R
R
V


















1
3
4
2
21

2
3
4
01020
1
ii
V
R
R
V
RR
R
R
R
VVV



























-
+
U1A
OP-11
3
2
1
411
-VCC
Ri2
Ri1
Vout
Vin1
Vin2
+VCC
R2
R1
Hình 4.21
Vin2

R2
R4
Vin1
+VCC
Vout
R3
-VCC
R1
-
+
U1A
OP-11
3
2
1
411
Hình 4.22
Bài Giảng Mạch Điện Tử
Biên soạn: Ths. Ngô Sỹ
79
Hình 4.25
+ Vcc
Vo
- Vcc
+ Vcc
- Vcc
50 K
25 K
150 K
200 K

Vi
+
-
+
-
Nếu chọn R
1
= R
2
= R
3
= R
4
thì:

120 ii
VVV 

4.4 MẠCH VI PHÂN, TÍCH PHÂN
4.4.1 Mạch tính phân
a) Dạng mạch
Mach tích phân có dạng như hình 4.23
b) Phân tích
i
i
+ i
c
= 0

0

0



dt
dv
C
R
vv
i

suy ra:


 dttv
RC
v
io
)(
1

4.4.2 Mạch vi phân
a) Dạng mạch
Mach vi phân có dạng như hình 4.24
b) Phân tích
i
i
+ i
r
= 0

0
R
v
dt
dv
C
o
i

Suy ra:

dt
dv
RCv
i
o


4.5 BÀI TẬP
4.5.1 Tính A
V
của toàn mạch sau:



4.5.2 Với Vi = 1V; R1 = R2 = R3 = 1K, R4= 2K.
Tính dòng điện qua R4 của hình 4.26

4.5.3 Thiết kế mạch dùng Op-Amp với yêu cầu sau:
a) V
out
= 3V
1
+ 5V
2
– 6V
3
.
b) V
out
= -V
1
+ 4V
2
– 7V
3
.
c) A
V
= 20
i
c
i
i
R
Vout
-VCC
Vin1

+VCC
C
-
+
3
2
1
4 11
Hình 4.23
i
r
i
i
R
Vout
-VCC
Vin1
+VCC
C
-
+
3
2
1
4 11
Hình 4.24
R2
Vout
-VCC
Vin

R3
-
+
3
2
1
4 11
R4
+VCC
R1
Hình 4.26