Bài giảng kỹ thuật điện tử chương 5 lý chí thông

19-Feb-11

Chương 5

CÁC MẠCH ỨNG DỤNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
(OPERATIONAL AMPLIFIER – OP AMP)
I. ĐỊNH NGHĨA VÀ KÝ HIỆU
- Khuếch đại là quá trình biến đổi một đại lượng (dòng điện
hoặc điện áp) từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm
thay đổi dạng của nó.
- Khuếch đại thuật toán (OP-AMP) cũng có những tính chất
của một mạch khuếch đại. OP-AMP có 2 ngõ vào – đảo và
không đảo – và một ngõ ra, một OP-AMP lý tưởng sẽ có
những tính chất sau:
+ Hệ số khuếch đại (vòng hở) là vô cùng.
+ Trở kháng ngõ vào là vô cùng.
+ Trở kháng ngõ ra là 0.

1

Ký hiệu

v i−
v i+
v i−
v i+
vo

-

vo

+

: Ngõ vào đảo
: Ngõ vào không đảo
: Ngõ ra

2

1


19-Feb-11

II. MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO (NGƯỢC PHA)
Xét mạch OPAMP lý tưởng:
Ri = ∞, Ii = 0 nên:

R1

v i− = v i+ ≈ 0

Dòng qua R1:
v
v
I= i = − o
R1
Rf
Hệ số khuếch đại vòng kín:
v
R

Av = o = − f
vi
R1

⇒ vo = −
Tổng trở vào:

R
R

f

Rf

I

v i−

vi

vi+ = 0

vo

vi

1

Zi =

vi
= R1
ii

3

III. MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO (ĐỒNG PHA)
Xét mạch OPAMP lý tưởng:
Ri = ∞, Ii = 0 nên:

Dòng qua R1:
v i−
vo
I=
=
R1
R1 + R f
Mặt khác, coi :

+
i

Ta có hệ số khuếch đại vòng kín:

Av =

vo
R + Rf
R
= 1

= 1+ f
vi
R1
R1

Rf

v i−
R1

v = v ≈ vi
−
i

I

v i− = v i+ ≈ 0

vo

v i+

vi


Rf 
 v i
⇒ v o =  1 +
R


1 
4

2


19-Feb-11

* MẠCH ĐỆM (MẠCH THEO ĐIỆN ÁP)
Đây là trường hợp đặc biệt của mạch khuếch đại không đảo,
với: Rf = 0 và R1 = ∞
Áp dụng công thức:

Av =

vo R1 + Rf
R
= 1+ f
=
vi
R1
R1

⇒ Av = 1

vo

vi

5

IV. MẠCH CỘNG
* Mạch cộng đảo dấu

vi1
vi2
vi3

R1

i1

R2

i2

R3 i3

i

Rf

vo

Dùng phương pháp xếp chồng:

Rf
v i1
R1
R

vo2 = − f vi 2
R2
R
v o3 = − f v i 3
R3
v o1 = −

6

3


19-Feb-11

Điện áp ở ngõ ra:

v o = v o1 + v o 2 + v o3

R

R
R
⇒ v o = − f v i1 + f v i 2 + f v i 3 
R2
R3
 R1

Nếu chọn R1 = R2 = R3 = R, ta có:

vo = −

Rf
(vi1 + vi 2 + vi3 )
R

Và nếu Rf = R, ta có:

v o = −(v i1 + v i 2 + v i 3 )
7

* Mạch cộng không đảo dấu

Rg

vi1
vi2

Rf

R1
R2

v i+

vo

8

4

19-Feb-11

Dùng phương pháp xếp chồng

Rg

Khi vi2 = 0, mạch trở thành:

 R2 
 v i1
v i+ = 
R
+
R
2 
 1
v

R1

i1
Áp dụng công thức
của mạch khuếch đại không đảo: :

v i+

vo

R2


R 
v o 1 =  1 + f  v i+

R g 


R   R2
v o 1 =  1 + f  

R g   R 1 + R 2



 v i1



R 
R1
v o 2 =  1 + f  

R g   R 1 + R 2



 v i 2


Tương tự:

Rf

9

Điện áp ở ngõ ra:

vo = vo1 + vo2

 Rf   R 2

R1


⇒ v o = 1 +
v
+
v
 R   R + R i1 R + R i 2 
g 
1
2
1
2


Nếu chọn R1 = R2 = R, ta có:

 R

v o = 1 + f
R


  v i1 + v i 2 


2



Và nếu Rf = R, ta có:

v o = (v i1 + v i 2 )
10

5


19-Feb-11

V. MẠCH TRỪ (MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI)

vi2

R3

* Khi vi2 = 0

v i+ =

R2
v i1
R1 + R 2

v i−

R4

v i+

vi1

R1

 R   R2 
 vi1
⇒ vo1 = 1+ 4  
R
R
R
+
3  1
2


vo

R2

* Khi vi1 = 0

vo2 = −

R4
vi2
R3
11

Điện áp ở ngõ ra:

vo = vi1 + vi2


R   R2
⇒ v o =  1 + 4  
R 3   R1 + R 2

Vo có dạng:

Hay :


R
 v i1 − 4 v i 2
R3


Vo = a1 vi1 – a2 vi2 , với:


R 
R2
a 1 =  1 + 4  
R 3   R1 + R 2



R2

a 1 = (1 + a 2 ) 
 R1 + R 2 





; a2 =
; a2 =

R4
R3

R4
R3

⇒ Điều kiện để thực hiện được mạch này: (1 + a2)> a1
Nếu chọn R1 = R2=R3 = R4, ta có:

v o = v i1 − v i 2

12

6


19-Feb-11

VI. MẠCH TÍCH PHÂN
Dòng đi qua tụ được tính:
dv
iC = C
dt
i
dV
⇒ i = −C o
dt

v

⇒ dv o = −

C

R
i

v i−
v i+

1
idt
C

vo

1
i dt
C∫
V
Mặt khác: i = i
R

⇒ vo = −

⇒

vo = −

1
v i dt
RC∫
13

VII. MẠCH VI PHÂN

i

Dòng đi qua tụ:

i = C
Mặt khác:

i=−
⇒C

R

dV i
dt

vi

C

v i+

vo

Vo
R

dV i
V
=− o
dt
R

⇒ v o = − RC

dV i
dt

14

7