Tiểu luận môn Kỹ thuật mạch tích hợp IC khuếch đại thuật toán LM339 Nguyên lý và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
Đại học Công Nghệ

Tiểu luận môn Kỹ thuật mạch tích hợp
IC khuếch đại thuật toán LM339
Nguyên lý và ứng dụng
Giáo viên hướng dẫn:
PGS. Bạch Gia Dương
Nhóm 1- K17Đ:
Nguyễn Trung Dũng
Đỗ Văn Mạnh
Nguyễn Thi
1
MỤC LỤC
Phần 1: Mô tả 3
I.Mô tả chung 3
II.Ưu điểm 4
III.Đặc trưng 4
Phần 2: Nguyên lí hoạt động 7
I.Khối tạo dòng điện chuẩn 8
II.Khối khuếch đại vi sai 9
III.Khối khuếch đại và chuyển mức đầu ra 10
Phần 3: Ứng dụng 11
I.Mạch so sánh cơ bản 11
II.Mạch dò điểm không 12
III.Mạch so sánh có trễ 13
2
Phần 1: Mô tả
I. Mô tả chung
LM339 gồm 4 bộ so sánh điện áp độc lập, với điện áp offset thấp cỡ 2mV cho cả 4 bộ
so sánh. Chúng được thiết kế để hoạt động từ một nguồn đơn có vùng điện áp rộng

nhưng cũng có thể hoạt động từ nguồn kép. Nguồn cấp cho cực máng thấp và độc lập
với biên độ điện áp cung cấp. Bộ so sánh này có điểm nổi bật là vùng điện áp mode
chung đầu vào bao gồm cả đất, ngay cả khi hoạt động từ nguồn đơn.
Ứng dụng của LM339 bao gồm các bộ so sánh, các bộ chuyển đổi tương tự sang số
đơn giản, máy phát xung vuông, các bộ đa rung và cổng logic số điện áp cao. LM339
được thiết kế với giao diện trực tiếp TTL và CMOS. Khi hoạt động từ nguồn cộng trừ,
nó sẽ được thiết kế với giao diện trực tiếp MOS, trong đó nguồn cực máng thấp của
LM339 là một lợi thế so với các bộ so sánh chuẩn.
3
II. Ưu điểm
- Bộ so sánh có độ chính xác cao.
- Có thể dùng nguồn đơn hay nguồn kép.
- Tương thích với tất cả các loại logic.
- Nguồn cực máng thích hợp cho việc dùng pin.
III. Đặc trưng
- Vùng điện áp cung cấp rộng: 2 V
DC
- 36 V
DC
hoặc ±1 V
DC
- ±18 V
DC
.
- Dòng cực máng rất nhỏ ( cỡ 0.8 mA) và độc lập với nguồn cung cấp.
- Dòng phân cực lối vào nhỏ: 25nA.
- Độ lệch dòng lối vào nhỏ: ±5nA.
- Độ lệch thế lối vào nhỏ : ±3mV.
- Vùng điện áp mode chung lối vào chứa GND.
4

- Điện áp vi phân lối vào tương đương với điện áp cung cấp.
- Điện áp lối ra bão hòa thấp: 250mV ở 4mA.
- Điện áp lối ra tương thích với các hệ thống logic TTL, DTL, ECL, MOS và
CMOS.
Các giá trị danh định cực đại của LM 339
Giá trị danh định Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Điện áp cung cấp V
CC
±18 hoặc 36
V
Điện áp vi phân lối vào V
I(DIFF)
36 V
Điện áp lối vào V
I
-0.3 đến +36 V
Công suất tiêu hao P
D
570 mW
Nhiệt độ hoạt động T
OPR
0 ~ +70
0
C
Nhiệt độ bảo quản T
STG
-65 ~ +150
0
C
Các đặc trưng về điện (V

CC
= 5V, T
A
=25
0
C)
Thông số Điều kiện
Ký
hiệu
Tối
thiểu
Thông
thường
Tối đa
Đơn
vị
Điện áp chênh lệch lối vào
V
CC
= 5V ÷ 30V,
V
IC
= V
ICR
min,
V
O
= 1.4V
V
IO

- 2.0 5.0 mV
Dòng điện chênh lệch lối
vào
V
O
= 1.4V
I
IO
- 5.0 50
nA
Dòng bias lối vào V
O
= 1.4V I
IB
- -25 -100 nA
Vùng điện áp lối vào mode
chung
- V
ICR
0 tới
V
CC
-1.5
- - V
Khuếch đại điện áp vi phân
tín hiệu lớn
V
CC
= 15V, V
O

= 1.4V ÷ 11.4V, RL
>= 15kΩ tới VCC
A
VD
50 200 - V/mV
5
Dòng điện lối ra mức cao
V
ID
= 1V,
V
OH
= 5V
I
OH
- 0.1 50 nA
Điện áp đầu ra mức thấp
V
ID
= -1V, I
OL
= 4mA
V
OL
- 150 400 mV
Dòng điện đầu ra mức thấp
V
ID
= -1V,
V

OL
= 1.5V
I
OL
6 16 - mA
Nguồn cung cấp
V
O
= 2.5V,
không tải
I
CC
- 0.8 2 mA
6
Phần 2: Nguyên lí hoạt động
LM339 gồm 4 bộ so sánh. Một bộ so sánh tương đương với một bộ khuếch đại thuật
toán và hai transistor NPN thêm vào ở đầu ra.
Đầu ra của bộ so sánh, khi được kéo lên bởi một điện trở, sẽ thay đổi trạng thái giữa
ĐÓNG (ON) và MỞ (OFF) khi điện áp giữa hai lối vào thay đổi từ âm sang dương.
Cấu trúc của LM339 có thể được chi thành 3 khối cơ bản:
- Khối tạo dòng điện chuẩn (Reference Current)
- Khối khuếch đại vi sai (Differential Amplifier)
- Khối khuếch đại và chuyển mức đầu ra (Output Amplifier and Logic Level
Shifter)
7
I. Khối tạo dòng điện chuẩn.
Khối tạo dòng điện chuẩn có tác dụng tạo ra dòng điện không đổi để cung cấp cho các
khối khác trong mạch. Giá trị của dòng điện chuẩn không phụ thuộc vào điện áp
nguồn VCC.
Phân tích hoạt động:

Điện áp tại điểm N1 có giá trị không đổi, bằng điện áp rơi trên hai diode D5 và D6.
V
N1
=2*V
diode
=2*0.62=1.24 (V)
Ở đây ta lấy điện áp rơi trên 1 diode bằng 0.62V theo mô hình sử dụng để mô phỏng.
Transistor Q13 được thiên áp để hoạt động trong miền bão hòa. V
BE13
=0.62V không
đổi.
Do đó điện áp tại đểm N2 không đổi:
V
N2
=V
N1
-V
BE13
=1.24-0.62=0.62 (V)
Dòng điện qua cực E của Q13 sẽ không đổi:
8
I
E13
V
N2
/R
1
=0.62/(200*10
3
)=3.1*10

-6
(A)=3.1(uA)
Coi I
C13
=

I
E13
: I
C13
=3.1uA
Như vậy mạch đã tạo ra dòng điện không đổi I
C13
không phụ thuộc vào VCC.
II. Khối khuếch đại vi sai
Q2, Q3; Cặp khuếch đại vi sai
Q1, Q4: Tăng hệ số khuếch đại và trở kháng lối vào
Cặp Q1-Q2, Q4-Q3 mắc kiểu Darlington
Q5, Q6: tải động
D1, D4: bảo vệ B-E của Q1, Q4
D2, D3: ngăn dòng ngược
Sự chênh lệch điện áp trên Q1 và Q4 sẽ được khuếch đại bởi Q2, Q3 và điều khiển
trạng thái ON hay OFF của Q6.
9
III. Khối khuếch đại và chuyển mức đầu ra
Q7: Transistor khuếch đại đầu ra, mắc kiểu E chung.
Q8: Transistor chuyển mức đầu ra
Tầng khuếch đại đầu ra gồm hai transistor NPN, với cực C của Q8 được mắc hở, cho
phép LM339 có tính ứng dụng cao.
10

Phần 3: Ứng dụng
I. Mạch so sánh cơ bản
- Sơ đồ nguyên lí:
- Kết quả mô phỏng:
11
II. Mạch dò điểm không
- Tìm điểm tín hiệu vào đi qua điểm không
- R8, R9: tạo điện áp chuẩn ở đầu vào
R8=R10, R5+R6=R9 nên điểm chuyển trạng thái là điểm tín hiệu vào bằng 0.
12
III. Mạch so sánh có trễ
-Mạch nguyên lí:
- Kết quả mô phỏng:
13
Tài liệu tham khảo:
LM339 datasheet, National Semiconductor
LM339 datasheet, Fairchild Semiconductor
14