Tiểu luận môn Mạch tích hợp Phân tích IC MC3403

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

MẠCH TÍCH HỢP
Phân tích IC MC3403
Giáo viên hướng dẫn:
PGS. TS Bạch Gia Dương

Học viên:
Nguyễn Vũ Minh
Vũ Văn Ninh
Nguyễn Thị Nga
Hµ néi 3/2011
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403
CHỈ TIÊU KĨ THUẬT CỦA VI MẠCH MC3403
MC3403 là một IC khuếch đại thuật toán giá rẻ bao gồm 4 bộ khuếch đại thuật
toán hoạt động độc lập.IC này có những thuộc tính cơ bản giống như vi mạch
MC1741C ngoài ra nó còn có một số đặc tính vượt trội so với các dạng khuếch đại
thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồi nuôi đơn cực.Bộ khuếch đại thuật
toán này có thể hoạt động trong dải diện áp nguồn nuôi từ 3.0V cho đến 36V.Ngoài
ra IC này còn hoạt động với nguồn kép, dòng máng nuôi công suất thấp ổn định
không phụ thuộc vào biên độ điện áp nguồn nuôi.
IC này được sử dụng nhiều trong các bộ khuếch đại chuyển đổi điện áp,
trong các khối khuếch đại một chiều và các mạch sử dụng IC khuếch đại thuật toán
thông thường có thể áp dụng dễ dàng trong hệ thống nguồn nuôi đơn cực.
1. Các đặc điểm cơ bản của MC3403
• Lối ra được bảo vệ ngắn mạch.
• Hoạt động ở chế độ AB nên loại bỏ được méo lối ra
• Lối vào vi sai thực sự
• Dải điện áp hoạt động rộng
o Nguồn nuôi đơn : 3V – 36V

o Nguồn nuôi đối xứng: ± 1.5V – ± 18V
• Dòng phân cực lối vào nhỏ (Max 500nA)
• IC tích hợp 4 bộ khuyếch đại
• Mỗi bộ khuyếch đại về mặt chức năng tương đương với một IC MC1741C
• Đóng vỏ chân theo kiểu công nghiệp, các đầu vào được đặt kề nhau và các
đầu ra ở 4 góc.
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403
2. Sơ đồ chân
Sơ đồ chân và sơ đồ cung cấp nguồn nuôi cho IC MC3403
Sơ đồ cấp nguồn cho IC
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403
3. Các thông số kĩ thuật
a. Các giá trị danh định cực đại:
Giá trị danh định Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Điện áp cung cấp:
Nguồn đơn
Nguồn kép
V
CC
Vcc, V
EE
36
±18
Vdc
Điện áp vi phân lối vào V
IDR
±36 Vdc
Điện áp cùng pha lối vào V

ICR
±18 Vdc
Khoảng nhiệt độ bảo quản t
stg
-55 đến +125
0
C
Nhiệt độ hoạt động T
A
0 đến +70
0
C
Nhiệt độ lớp tiếp giáp T
J
150
0
C
b. Các đặc trưng điện : V
CC
=+15V, V
EE
=-15V, T
A
=25
0
C
Đặc trưng Ký
hiệu
Min Typ Max
Đơn

vị
Điện áp chênh lệch lối vào
(TA = Tcao đến Tthấp)
V
IO
-
-
2
-
10
12
mV
Dòng chênh lệch lối vào
(TA = Tcao đến Tthấp)
I
IO
-
-
30
-
50
200
nA
Hệ số khuyếch đại điện áp lớn
(V
O
=±10V, RL = 2k, TA = Tcao
đến Tthấp)
A
VOL

20
15
200
-
-
-
V/mV
Dòng phân cực lối vào
(TA = Tcao đến Tthấp)
I
IB
-
-
-200
-
-500
-800
nA
Trở kháng ra ( f = 20 Hz) Zo - 75 - Ω
Trở kháng vào ( f = 20 Hz) Z
i
0.3 1.0 - MΩ
Dải điện áp lối ra
RL= 10k
RL= 2k
RL= 2k, TA = Tcao đến Tthấp
V
o
±12
±10

±10
±13.5
±13
-
-
-
-
V
Dải điện áp lối vào đồng pha lối
vào
V
ICR
+13
-Vee
+13
-Vee
- V
Triệt cùng pha (R
S
≤ 10k) CMR 70 90 - dB
Dòng cấp nguồn (Vo=0) RL= ∞ Icc,Iee - 2.8 7.0 MA
Dòng ngắn mạch lối ra I
SC
±10 ±20 ±45 mA
Tỷ lệ triệt cấp nguồn dương PSRR+ - 30 150 µV/V
Tỷ lệ triệt cấp nguồn âm PSRR- - 30 150 µV/V
Hệ số nhiệt độ trung bình của
dòng offset đầu vào (TA = Tcao
∆Iị
/∆T

- 50 - pA/
o
C
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403
đến Tthấp)
Hệ số nhiệt độ trung bình của thế
offset đầu vào (TA = Tcao đến
Tthấp)
∆Vị
/∆T
- 10 - µV /
o
C
Độ rộng dải tín hiệu nhỏ (A
V
=1) BW - 1.0 - MHz
Tốc độ quay (A
V
=1, Vi=-10 đến
10V)
SR - 0.6 - V/µs
Di pha (A
V
=1) φm - 60 - degrees
Các đặc trưng điên (tiếp): V
CC
=+5V, V
EE
=Gnd, T

A
=25
0
C

Đặc trưng Ký hiệu Min Typ Max Đơn vị
Điện áp chênh lệch lối vào V
IO
- 2 10 mV
Dòng chênh lệch lối vào I
IO
- 30 50 nA
Dòng Bias lối vào I
IB
- -200 -500 nA
Hệ số khuyếch đại điện áp lớn
(RL=2k)
A
VOL
10 200 - V/mV
Tỷ lệ triệt cấp nguồn PSRR - - 150 µV/V
Dải điện áp lối ra
RL= 10k, Vcc=5V.
RL= 10k, Vcc=5V.
V
OR
3.3
Vcc-2
3.5
Vcc-

1.7
-
-
V
Dòng cấp nguồn Icc - 2.5 7.0 mA
Tách kênh ( f=1kHz-20kHz) CS - -120 - dB
c. Các đặc tuyến
Đáp ứng tần số Đặc tuyến Vpp – V nguồn
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403
Đặc tuyến nhiệt độ Đặc tuyến dòng đặt – V nguồn
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
1. Sơ đồ nguyên lý
Có thể chia sơ đồ nguyên lý thành 3 tầng cơ bản sau:
Tầng khuếch đại đầu vào
Tầng đầu vào bao gồm mạch khuếch đại vi sai darlington Q21 và Q22, Q24 và
Q25. Nguồn dòng Q23, transitor Q3 và Q4 làm tải động. Q5 và Q2 làm tầng đệm mắc
collector chung.
Tầng khuếch đại trung gian
Bao gồm Q6 khuếch đại đệm collector chung và dịch mức, R5 làm trở gánh. Đầu ra
đưa vào tầng tiền khuếch đại Q9 mắc kiểu emitter chung có trở gánh là nguồn dòng Q19.
Tầng khuếch đại công suất đầu ra
Khuếch đại đẩy kéo mắc kiểu bù transistor khác loại Q16 và Q12. Q18 làm đệm và
phân cực cho Q17. Q15 và điện trở 25Ω làm mạch bảo vệ quá tải lối ra.
Ngoài ra, R5 đảm bảo điện áp phân cực Q9 để Q9 làm việc ở chế độ khuếch đại. Tụ
C phản hồi âm bù tần số làm tăng độ rộng băng thông.
Mạch dòng phân cực:
Mạch dòng phân cực tạo dòng không đổi không phụ thuộc vào nguồn cấp cho các

tầng khuếch đại.
Khi điện áp nguồn nuôi đưa vào mạch thì dòng chạy qua transistor trường Q27 mắc
theo kiểu cực máng chung và chạy qua diode Q28 tạo điện áp phân cực trên Q28 là 0.7V
phân cực cho transitor Q29 làm Q29 mở, điện áp UBE của Q29 không đổi bằng điện áp
trên diode do vậy dòng IE của Q29 ổn định. Q29 đóng vai trò nguồn dòng, dòng này chạy
qua điện trở 2.4k tạo điện thế phân cực ổn định cho Q30, UBE của Q30 ổn định. Q30 hoạt
động như một nguồn dòng không đổi phân cực cho Q1 tạo nên nguồn dòng không đổi ở
đầu ra Q1.
Sơ đồ nguyên lý ¼ vi mạch MC 3403
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403
2. Sơ đồ rút gọn tương đương
R5
60k
Vee
Q10
Q17
Q13
Q11
Q16
Q18
Q12
Out
Q15
Vcc
Vn
Vp
D22
Q23
D24

Q21
Q22
Q3
Q4
Q24
Q25
Q7
D8
Q20
Q19
Q9
Q6
Q20
Q23
Q5
Q2
Q23
R2
40k
R4
37k
R3
31k
R1
25
Sơ đồ nguyên lý rút gọn
3. Phân tích cơ chế hoạt động các tầng.
Tầng khuyếch đại đầu vào
Tầng khuếch đại đầu vào được nuôi bởi nguồn dòng Q23 là tầng khuếch đại
vi sai. Transistor Q21, Q22, Q24 và Q25 hình thành nên tầng khuếch đại vi sai

darlington. Q21 và Q25 là tầng đệm mắc theo sơ đồ collector chung. Q22 và Q24
khuếch đại vi sai mắc theo sơ đồ emitter chung, cực emitter được nuôi bởi Q23
đóng vai trò nguồn dòng không đổi, trở nội vô cùng lớn.Q3 và Q4 tương ứng đóng
vai trò nguồn dòng tải động của Q22 và Q24. Q2 và Q5 hình thành nên tầng khuếch
đại đệm mắc theo kiểu collector chung trong đó nguồn dòng Q19 đóng vai trò trở
gánh, mặc dù điện áp đầu vào tầng kế tiếp được lấy trên Q5 nhưng trên thực tế thì
Q3 và Q4 mới thực sự đóng vai trò mạch chuyển đổi đối xứng thành bất đối xứng,
còn Q2 và Q5 thì chỉ mang tính chất là tầng khuếch đại đệm nhằm phối hợp trở
kháng giữa các tầng và ngoài ra còn đảm bảo tính đối xứng cho mạch khuếch đại vi
sai.
Tầng khuếch đại đầu vào mắc theo mạch kiểu vi sai darlington nên dòng vào
tĩnh rất nhỏ và trở kháng vào lớn tuy nhiên sẽ dẫn đến là điện áp lệch không đầu vào
lớn và trôi nhiệt lớn. Để khắc phục hiện tượng này, người ta sử dụng phương pháp
bù nhiệt dùng phần tử có tham số phụ thuộc vào nhiệt độ, cụ thể Q22 và Q24 là hai
transistor có hai cực collector, trong đó một cực collector được nối tắt với cực base
và hình thành nên một diode nối giữa cực emitter và cực base. Cơ chế bù nhiệt:
Diode và transistor cùng được sản xuất trên cùng một tấm silic do vậy đặc tính nhiệt
của điện áp base - emitter và diode là như nhau, có thể dễ dàng nhận thấy transistor
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403
và diode hình thành nên một mạch gương dòng do vậy dòng điện đi qua transistor
và diode là như nhau, nên về mặt dòng điện việc mắc thêm diode gây nên hồi tiếp
âm dòng điện làm giảm dòng qua transistor và độ hỗ dẫn của mạch. Về mặt điện áp,
nhờ có diode mà điện áp UBE được giữ ở giá trị 0.7V do vậy dòng tĩnh qua
transistor ổn định ít phụ thuộc vào nhiệt độ và thay đổi của nguồn điện áp cung cấp.
Ưu điểm của cách nối này là do việc làm giảm độ hỗ dẫn, hay làm giảm hệ số
khuếch đại mạch mà nhờ vậy giảm được kích thước của tụ bù tần số C (5.0pF) và
giảm được kích thước chip. Mặt khác việc tạo transistor có nhiều cực góp, từ đó
hình thành nên diode có cùng đặc tính được thực hiện rất dễ dàng bằng các công
nghệ IC tích hợp ngày nay. Ngoài ra tầng khuếch đại vi sai ngoài việc khuếch đại

tín hiệu đầu vào và làm giảm độ hỗ dẫn còn thực hiện việc dịch mức tín hiệu.
Như ta đã đề cập ở trên thì Q3 và Q4 mới thực sự là tầng chuyển đổi đầu vào
đối xứng thành đầu ra bất đối xứng. Cơ chế đó được thực hiện như sau:
Do Q3 được mắc theo kiểu diode do vậy dòng collector của Q3 cũng bằng
dòng collector của Q22 (I
C1
) bởi Q4 và Q3 mắc theo kiểu gương dòng nên dòng
collector Q4 cũng bằng I
C1
. Nguồn dòng Q23 được chia giữa 2 transistor Q22 và
Q24, tỉ lệ chia dòng sẽ phụ thuộc vào điện áp đầu vào Vp và Vn.
Khi Vp lớn hơn Vn, thì Q22 chiếm dòng nhiều hơn Q24 hay I
C1
lớn hơn I
C2
,
hiệu ứng dòng gương Q3 và Q4 làm cho dòng I
OUT
chạy vào liên kết collector -
collector giữa Q24 và Q4.
Khi Vn lớn hơn Vp thì khi đó Q24 sẽ chiếm nhiều dòng hơn Q22, tức là I
C2
lớn hơn I
C1
, hiệu ứng dòng gương làm cho dòng I
OUT
chạy ra liên kết collector -
collector giữa Q24 và Q4. Như vậy I
OUT
là đầu ra đơn của tầng 1 và có giá trị tỉ lệ

với điện áp vi sai đầu vào I
OUT
= Gm(Vp - Vn) trong đó Gm là hỗ đẫn của tầng
khuếch đại đầu vào.
Tầng khuyếch đại trung gian:
Điện áp ra ở cực emitter của Q5 được đưa vào cực base của Q6, Q6 được
mắc khuếch đại theo kiểu collector chung với trở gánh là nguồn dòng Q20a. Do vậy
sẽ cho hệ số truyền đạt điện áp là 1 và hệ số khuếch đại dòng lớn. Điện áp ra tại cực
emitter của Q6 được đưa vào cực base của Q9 để khuếch đại. Q9 được mắc khuếch
đại theo kiểu emitter chung làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu đủ lớn để kích thích
cho tầng khuếch đại đẩy kéo bù. Điện trở gánh của Q9 là nguồn dòng Q19.
Dòng qua Q19 cũng đồng thời là dòng chạy qua Q8 mắc theo kiểu diode.
Q10 và Q8 mắc theo mạch đối xứng dòng gương do vậy Q10 = Q19, có nghĩa là
Q10 cũng mang tư cách là một dòng gương. Q8 ngoài nhiệm vụ làm gương dòng nó
còn làm nhiệm vụ dịch mức. Q7 phân bớt dòng R60k, R60k phân cực cho Q9 hoạt
động trong miền khuếch đại
Tầng ra khuyếch đại công suất đầu ra:
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403
• Bao gồm khối khuyếch đại công suất Q17, Q18.
• Khối dịch mức điện áp Q13.
• Khối khuyếch đại đẩy kéo Q12, Q16.
+ Khối khuếch đại công suất đầu bao gồm 2 Transitor Q17, Q18 mắc theo sơ
đồ Darlington có tải là nguồn dòng không đổi Q10. Hệ số khuyếch đạ dòng thu
được từ Q17, Q18 là: Ki = (1+β18)(1+β17). Lối vào của Q13 được phân áp bởi 2
điện trở R3, R4 làm cho Q13 mở và dịch mức điện áp.
+ Khối khuyếch đại đẩy kéo được hình thành từ cặp (Darlington Q11, Q12)
và Q16, hai cặp này sẽ thay nhau hoạt động ở 2 nửa chu kỳ của tín hiệu, Q16 là tải
động của Q12 và Q12 là tải động của Q16. Điện áp tín hiệu đưa đến cực base của
Q18 đã được dịch mức cỡ U

BE
do vậy trong nửa chu kì dương tín hiệu thì Q18 dẫn,
điện trở phân cực 40k được sử dụng để tạo phân cực cho transistor Q16 hoạt động.
Q18 dẫn tạo thế phân cực trên điện trở 40k và làm Q16 dẫn, trong thời gian đó Q12
cấm. Nửa chu kì âm Q18 cấm, dẫn đến Q16 cấm, Q12 dẫn, Q15 và điện trở 25kΩ là
mạch bảo vệ ngắn mạch lối ra. Khi dòng chạy qua Q16 tăng quá giới hạn dẫn đến
điện áp trên điện trở 25kΩ đủ lớn làm cho Q15 dẫn, rút bớt dòng khỏi Q18 và do
vậy làm dòng I
C
của Q18 giảm, điện áp hạ trên điện trở 40kΩ giảm làm U
BE
của
Q16 giảm và dòng ra Q16 cũng giảm.
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403
MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VI MẠCH MC 3403
1. Mạch khuyếch đại điện áp đảo cực
Vee
-15V
2kHz
-10m/10mV
+
MC3403
Vcc
+15V
Vout
RF
10k
RI
1k

Hệ số khuếch đại
RI
RF
U
U
K −==
1
2
. Khi tín hiệu đầu vào lớn thì tín hiệu đầu ra
sẽ bị cắt ở ngưỡng V
CC
= -1.5V.
Kết quả chạy mô phỏng bằng Circuit Maker:
0 417u 833u 1.25m 1.67m 2.08m 2.5m
-120m
-80m
-40m
0
40m
80m
120m
Xa: 500.0u Xb: 0.000
Yc: 97.33m Yd:-102.7m
a-b: 500.0u
c-d: 200.0m
freq: 2.000k
X: 0.000 Offsets Y: 0.000 Offsets
Ref=Ground X=417u/Div Y=voltage
d
c

b a
*A
B
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
V0
+
C2
.01uF
+
C1
.01uF
Vcc
15V
7.5V
R5
5k 80%
D1
D2
+
U1
MC3403
R3
10K
R2
16K
R1
16k
R4
20K
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403

2. Mạch tạo dao động cầu Wien
Sơ đồ mạch tạo dao động cầu Wien
+ Mạch dao động cầu Wien: dùng mạch cầu Wien kết hợp với vi mạch
MC3403 tạo thành mạch dao động hình sin. Trong sơ đồ có hai mạch phản hồi:
+ Mạch phản hồi âm nhờ hai điôt và hai điện trở 10k, 20k.
+ Mạch phản hồi dương gồm một cụm R1,C1 song song, một cụm R2,C2 nối
tiếp (cầu Wien).
+ Ở sơ đồ trên ta dùng kết hợp mạch phản hồi âm và phản hồi dương như
sau: Tại tần số dao động mạch cầu Wien có hệ số truyền đạt max và độ lệch pha
bằng 0, do đó kết hợp với bộ khuếch đại thuận để tạo hồi tiếp dương làm nhiệm vụ
tạo dao động. Hai điện trở 10k và 20k tạo thành một mạch hồi tiếp âm có hệ số
khuếch đại là 3. Mạch hồi tiếp âm cùng với mạch lọc thông dải tạo thành mạch cầu
Wien.
Kết quả chạy mô phỏng bằng Circuit Maker:
0 417u 833u 1.25m 1.67m 2.08m 2.5m
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
7.51
Xa: 502.8u Xb: 1.503m
Yc: 7.506 Yd: 7.506
a-b:-1.000m
c-d: 5.800n
freq: 1.000k
Ref=Ground X=417u/Div Y=voltage
d
c

ba
A
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
Ứng dụng vi mạch điện tử MC 3403
3. Mạch khuyếch đại vi sai có trở kháng lối vào cao
Sơ đồ mạch khuyếch đại vi sai có trở kháng lối vào cao
Hai tín hiệu ngược pha được đưa vào hai lối vào của bộ khuếch đại lặp, bộ
khuếch đại lặp này có trở kháng lối vào rất lớn, còn điện trở ra rất nhỏ. Tầng khuếch
đại sau thực hiện việc trừ hai điện áp của lối ra hai bộ khuếch đại lặp. Có thể xác
định điện áp lối ra theo công thức:U
ra
= K
1
U
1
+ K
2
U
2
Có thể xác định K
1
và K
2
theo phương pháp cho điện áp vào từng cửa bằng 0.
Do ta chọn các điện trở sao cho e
0
= C(1+a+b)(e
2
-e
1

)
Trong đó: e
1
là điện áp đưa vào bộ khuếch đại lặp thứ nhất
e
2
là điện áp đưa vào bộ khuếch đại lặp thứ hai
Kết quả chạy mô phỏng bằng Circuit Maker:
Nguyễn Vũ Minh -Vũ Văn Ninh – Nguyễn Thị Nga- K17D
-15V
+ MC3403
V3
-15V
V2
15V
V1
15V
-15V
+
MC3403
1kHz
e2
500m/-500mV
1kHz
e1
-500m/500mV
+ MC3403
+15v
R1
1k

R
1k
R2
1k
R3
1k
R4
3k
R5
3k
R6
3k
*A2*A1
C
0 1.67m 3.33m 5m
-3
-1
1
3
Xa: 1.750m Xb: 750.0u
Yc: 3.000 Yd:-3.000
a-b: 1.000m
c-d: 6.000
freq: 1.000k
Ref=Ground X=833u/Div Y=
d
c
b a
*B
*A

C