BỘ KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU HOẠT ĐỘNG VÀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ.

CHƯƠNG 3
BỘ KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU HOẠT ĐỘNG VÀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ.
Mục tiêu
Sau khi nghiên cứu chương này, bạn sẽ có thể:
• Nhận biết các đặc điểm của một bộ khuếch đại hoạt động và mô tả làm thế nào họ
có thể được sử dụng làm cơ sở cho các loại khác nhau của các bộ khuếch đại hữu ích.
• Thiết kế các loại sau đây của các mạch op-amp để đáp ứng các yêu cầu cụ thể:
điện áp đi theo, inverting khuếch đại, khuếch đại noninverting, tổng hợp fier AMPLI,
khuếch đại vi sai, và so sánh.
• Hiểu biết về các hoạt động của các loại sau đây của các mạch: tích hợp và làm
khác biệt, bộ lọc hoạt động, truyền dẫn tín hiệu hiện tại vòng, chuyển mạch analog và
bộ ghép kênh, và mẫu và giữ.
• Hiểu được các khái niệm về nối đất và vòng trên mặt đất, che chắn từ trường và
điện, và tầm quan trọng của nối đất.
Giới thiệu
Một trong những điều kiện cần thiết của bất kỳ hệ thống thực sự , hoặc kết nối với
nhau, các thành phần khác nhau. Trong một sơ đồ khối, một giao diện được của đại
diện phẫn nộ bởi một đường thẳng giữa hai khối, chỉ ra rằng một số loại tín hiệu đi
giữa các khối. Nếu đó chỉ dễ dàng này! Thực tế là, interfacing là đôi khi những nhiệm
vụ khó khăn nhất trong việc một hệ thống hoạt động. Có nhiều loại khác nhau của các
yêu cầu giao tiếp.
Một loại mạch cứng là giữa các mạch analog và digital. Hầu hết các bộ điều khiển
là kỹ thuật số, trong khi nhiều cảm biến và cơ cấu chấp hành sử dụng tín hiệu analog.
Điều này có nghĩa là chuyển đổi kỹ thuật số hoặc kỹ thuật số-to-analog-to-analog có
thể được yêu cầu (như đã thảo luận ở Chương 2). Khi thiết kế kiểu giao diện này, bạn
phải xem xét những thứ như độ phân giải (số bit), mức điện áp tương tự, và tốc độ
chuyển đổi yêu cầu.

1

Một vấn đề khác được giao diện phù hợp với cấp điện áp giữa các thành phần. Một
sor cảm hơn có thể đưa ra một phạm vi điện áp của 0-0,5 V, trong khi các thành phần
tiếp nhận có thể cần một tín hiệu trong dải điện áp từ 0-10 V. Hoặc một bộ cảm biến
có thể đưa ra một trở kháng cao Sigma nal (dễ dàng nạp xuống) và cần phải được
chuyển đổi sang một trở kháng thấp mạnh Sigma nal. Vẫn còn một vấn đề khác là một
số cảm biến này là phi tuyến, có nghĩa là điện áp đầu ra cảm biến không phải là thư
mục tương ứng với các tham số được đo. Cảm biến phi tuyến có thể yêu cầu một số
mạch điều chỉnh.
Đôi khi một số cảm biến phải chia sẻ các cổng đầu vào cùng một bộ điều khiển.
Điều này đòi hỏi một mạch chuyển mạch điện tử có khả năng kết nối các kênh analog
khác nhau để cùng một đích đến. Một yêu cầu khác có thể được thêm vào hoặc trừ
signals- analog ví dụ, khi các tín hiệu phản hồi được trừ vào điểm thiết lập trong một
bộ điều khiển analog.
Một số tình huống đòi hỏi rằng có rất ít hoặc không bị mất tín hiệu giữa các thành
phần, ngay cả khi họ đang có một số khoảng cách xa nhau. Điều này có vẻ như là
không thể bởi vì tất cả các dây có sức đề kháng; Tuy nhiên, các kỹ thuật hiện tại vòng
hầu như loại bỏ tín hiệu suy giảm.
Một loạt các vấn đề giao diện giao dịch với xử lý tiếng ồn điện từ thế giới ở ngoài.
Mặc dù một số loại nhiễu có thể được lọc ra, nó thường là tốt nhất để cố gắng ngăn
chặn tiếng ồn từ vào hệ thống. Điều này được thực hiện với che chắn thích hợp và nối
đất.
Chúng tôi sẽ giải quyết các vấn đề trong chương này. Nó sẽ không được điều trị đầy
đủ bởi vì toàn bộ sách có sẵn theo từng đối tượng, nhưng nó sẽ giới thiệu các giải pháp
tới vấn đề khác nhau.
3.1 Bộ khuyếch đại thuật toán
Giới thiệu
Một bộ khuếch đại hoạt động (op-amp) là một bộ khuếch đại tuyến tính cao đạt
được. Op-amps là Người ta thường đồng minh đóng gói trong IC hình thức (1-4 op-

2

amps mỗi IC) và tương đối rẻ tiền. Các op-amp phương pháp khuếch đại lý tưởng của
những giấc mơ của các nhà thiết kế tương tự bởi vì nó có đặc tính lý tưởng như vậy:
1. Độ lợi vòng hở rất cao: A = 100.000, nhưng không thể đoán trước
2. Kháng đầu vào rất cao: Rin> 1 M
3. Kháng đầu ra thấp: Rout = 50-75 ohm
Những đặc điểm này làm cho việc thiết kế với op-amps tương đối dễ dàng. Như
chúng ta sẽ thấy, tăng vòng hở cao làm cho nó có thể để tạo ra một bộ khuếch đại với
mức tăng ổn định rất dự đoán được bất cứ nơi nào 1-1000 hoặc nhiều hơn. Tầm quan
trọng của kháng đầu vào rất cao (Rin) là các bộ khuếch đại thuật toán đầu vào.Điều
này có nghĩa là nó sẽ không tải xuống bất cứ mạch hoặc cảm biến được lái xe đó.
Kháng đầu ra thấp bộ khuếch đại thuật toán của (Rout) có nghĩa là nó có thể điều
khiển mà không được nạp xuống bản thân. Tuy nhiên, một bộ khuếch đại thuật toán là
một bộ khuếch đại tín hiệu, không phải là một bộ khuếch đại công suất. Nó không
được thiết kế để sản xuất dòng điện lớn và như vậy thường không được sử dụng để
điều khiển như loa phóng thanh hoặc động cơ trực tiếp.

Hình 3.1: Biểu tượng khuếch đại thuật toán

Hình 3.1 cho thấy các biểu tượng cho một bộ khuếch đại thuật toán điển hình. Nó
có hai đầu vào (V1 và V2) và một đầu ra (Vout). Cũng thể hiện được hai yếu tố đầu
vào cung cấp năng lượng, mà thường 12 V và -12 V. Điện áp đầu ra có thể xoay vòng
khoảng 80% của điện áp cung cấp. Chú ý không có kết nối mặt đất ở tất cả. Hầu hết
các bộ khuếch đại thuật toán là sự khác biệt giữa các bộ khuếch đại, có nghĩa là họ

3


khuếch đại sự khác biệt giữa V1 và V2. Điều này được thể hiện trong phương trình

3.1:
Vout = A(V2–V1)
Trong đó:
Vout = điện áp đầu ra
A = đạt vòng hở
V1 : đảo đầu vào
V2: đảo đầu ra
Việc đạt được vòng hở (A) là đạt được chưa sửa đổi nguyên liệu của các op-amp;
nó là cao, typ- ically 100.000 hay nhiều hơn nữa. V2 được gọi là đầu vào noninverting.
Như tên của nó, đầu ra là trong giai đoạn với các đầu vào noninverting (khi đầu vào
không đảo tích cực, Vout đi tích cực, khi các đầu vào nkhông đảora tiêu cực, Vout ra
tiêu cực). Các đầu vào không đảo được xác định bởi các dấu + ở biểu tượng của hình
3.1.
Các đầu vào khác với bộ khuếch đại thuật toán được gọi là đầu vào nghịch đảo. Các
đầu ra sẽ được ra khỏi giai đoạn với các tín hiệu ở đầu vào nghịch đảo (khi đầu vào
đảo ngược đi nhiều hơn itive pos-, đầu ra sẽ đi tiêu cực hơn, và ngược lại). Các đảo
ngược đầu vào được lập ra qua sự - ký hiệu trong biểu tượng.Mặc dù các bộ khuếch
đại thuật toán có hai đầu vào riêng biệt, chỉ có một điện áp đầu vào, đó là sự khác biệt
giữa V2 và V1. Điều này được minh họa trong ví dụ 3.1.
VÍ DỤ 3.1
Hình 3.2 cho thấy một bộ khuếch đại thuật toán với một lợi vòng hở của 100.000.
Tìm các đầu ra dùng ngoài trời cho các điều kiện sau đây:
a. V1 và V2 là cả 4 μV.
b. V1 là 2 μV, và V2 là 4 μV.
c. V1 là 6 μV, và V2 là 3 μV.
4


BIỆN PHÁP
Chúng tôi sẽ sử dụng phương trình 3.1 để giải quyết vấn đề này.

a. Cả hai V1 và V2 là 4 μV:
Vout = 100.000 x (4 μV - 4 μV)
= 100.000 x (0 μV)
=0V
Điều này cho thấy đầu ra của op-amp là số không nếu đầu vào là điện áp tương tự,
bất kể giá trị thực tế của họ.
b. Các V2 không đảo đầu là 4 μV, và V1 đầu vào đảo ngược là 2 μV:
Vout = 100.000 x (4 μV - 2 μV)
= 100.000 x (2 μV)
= 0,2 V
Kết quả này cho thấy rằng đầu ra là tích cực nếu (V2 - V1) số lượng có giá trị tích
cực.
c. Các đảo ngược đầu vào là 6 μV, và đầu vào không đảo là 3 μV:
Vout = 100.000 x (3 μV - 6 μV)
= 100.000 x (-3 μV)
= -0,3 V
Kết quả này là tiêu cực vì sự (V2 - V1) số lượng có giá trị ròng âm.
Lưu ý: Mục đích của ví dụ này chỉ là để cho thấy làm thế nào một vòng hở bộ
khuếch đại thuật toán. Nó sẽ là rất khó khăn để nhân đôi này trong phòng thí nghiệm
vì các thách thách của việc tạo ra nhỏ, điện áp đầu vào ổn định.

5


Hình 3.2 : Điện áp đầu vào khác nhau sự kết hợp (A=100,000)(ví dụ 3.1)

Hình 3.3: Điện áp đầu vào khác nhau sự kết hợp (A=100,000)
Ví dụ 3.1 bắt đầu để minh họa một khía cạnh của bộ khuếch đại thuật toán có thể có
thể khác biệt ở đầu các dấu hiệu của đầu ra. Hãy xem xét ba bộ khuếch đại thuật toán
trong hình 3.3. Trong hình 3.3 (a), cả hai yếu tố đầu vào là tích cực, nhưng đầu ra là

tiêu cực. Tại sao đầu vào MAG lớn hơn, vì vậy số lượng (V2 - V1) là âm (2 μV - 3 μV
= -1 μV). Từ phương trình 3.1 (phương trình bộ khuếch đại thuật toán).
Vout =A(V2 –V1) bạn có thể thấy rằng nếu (V2 - V1) là âm, Vout sẽ âm .
Bây giờ hãy xem xét các mạch của Hình 3.3 (b). Các yếu tố đầu vào đều tiêu cực,
nhưng đầu ralà tích cực. Để hiểu điều này, một lần nữa kiểm tra (V2 - V1) số lượng,
chú ý đến các dấu hiệu. Trong trường hợp này, [-2 μV - (-3 μV)] = 1 μV, đó là tích
cực. Các mạch trong hình 3.3 (c) là đơn giản hơn. Trong trường hợp này, (V2 - V1) =
(-2 μV - 3 μV) = -5 μV, mà rõ ràng là tiêu cực.
Bây giờ hãy xem xét các trường hợp chỉ có một đầu vào duy nhất là bắt buộc. Có
hai khả năng: Đầu ra sẽ là một trong hai giai đoạn trong hoặc ra khỏi giai đoạn với các
đầu vào. Để thực hiện một bộ khuếch đại không đảo (mà đầu ra là trong giai đoạn với
đầu vào), các - đầu vào là có căn cứ, và tín hiệu đầu vào được kết nối với đầu vào
không đảo (+), như thể hiện trong hình 3.4 (a). Nếu chúng ta muốn một bộ khuếch đại

6


nghịch đảo, mà đầu ra là ra khỏi giai đoạn với các đầu vào, chúng tôi kết nối tín hiệu
vào inverting đầu vào (-) và mặt đất + đầu vào, như thể hiện trong hình 3.4 (b).

Hình 3.4: Đơn đầu vào, bộ khuếch đại vòng hở:

Một cách khác để xác định các cực đầu ra là sử dụng các nguyên tắc sau: Các đầu ra
sẽ cho rằng sự phân cực phù hợp với các biểu tượng của các đầu vào tích cực nhất.
Trong trường hợp của Hình 3.3 (a),
- Đầu vào có giá trị dương lớn nhất, do đó sản lượng là tiêu cực.
Tất cả các mạch khuếch đại được thảo luận cho đến nay được gọi là mở vòng lặp vì
chúng hoạt động được lặp mở. Như chúng ta đã biết, đây không phải là ứng dụng điển
hình của một bộ khuếch đại thuật toán chúng tôi đang làm nó ở đây vì nó đơn giản hóa
các cuộc thảo luận về cách thức các yếu tố đầu vào khác biệt giữa công việc.

Hầu hết các mạch bộ khuếch đại thuật toán tích hợp thông tin phản hồi tiêu cực.
Điều này có nghĩa rằng một phần của tín hiệu đầu ra là trở lại và được trừ từ đầu vào.
Phản hồi tiêu cực dẫn đến một hoạt động rất ổn định và có thể dự đoán tại các chi phí
của được hạ thấp xuống (mà chúng ta có thể dễ dàng mua được vì đạt được vòng hở là
quá cao để bắt đầu với). Phân tích mạch bộ khuếch đại thuật toán là thực sự dễ dàng
hơn so với việc phân tích các bộ khuếch đại rời rạc transistor truyền thống bởi vì các
thông số ấn tượng của op-amp của cho phép chúng ta thực hiện ba giả thiết mạch đơn
giản hóa:
• Giả định 1: V1 = V2. Giải thích: Làm thế nào chúng ta có thể có thể giả định rằng
các yếu tố đầu vào V1 và V2 là luôn luôn giống nhau? Chúng ta có thể không buộc V1
và V2 là bất cứ điều gì chúng ta như thế nào? Có, nhưng lập luận đi như thế này: Các
điện áp đầu ra bằng A (V2 - V1) trong đó A, là tăng vòng hở, là một con số rất cao. Vì
7


vậy, ngay cả một chênh lệch nhỏ giữa V1 và V2 sẽ gây ra một sản lượng rất lớn. Tuy
nhiên, sản lượng có giới hạn trên thực tế được thành lập bởi các nguồn cung cấp điện;
Vì vậy, để giữgiới hạn của nó, sự khác biệt giữa V1 và V2 phải rất nhỏ. Điều này được
minh họa trong hình 3.5. Việc cung cấp điện là 15 V và -15 V, mà điện áp ra khoảng
12 V và -12 V (được 80% nguồn cung cấp). Nếu đạt vòng hở là 100.000 người, thì sự
khác biệt giữa V1 và V2 có thể gây ra một sản lượng của 12 V được tính toán bằng
cách sử dụng phương trình 3.1: Vout = A (V2 - V1). Sắp xếp lại cho chúng ta .

Vì vậy, chúng ta thấy rằng, để giữ cho các hoạt động khuếch đại tuyến tính với đầu
ra bên trong giới hạn của nó, sự khác biệt giữa V2 và V1 phải nhỏ hơn 0,00012 V, mà
là một điện áp rất nhỏ. Do đó, chúng ta nói rằng V1 là hầu như giống như V2.
• Giả thuyết 2: Đầu vào hiện tại là số không. Giải thích: Các kháng đầu vào của một
op-amp là rất cao, thường là 1 M hoặc nhiều hơn. Nó rất cao nên chúng tôi có thể mô
hình các yếu tố đầu vào như là mạch mở như trong hình 3.6; Tất nhiên, không có hiện
tại có thể chảy vào một mạch mở.

Hình 3.5 : Đầu vào bộ khuếch đại thuật toán hầu như cùng một điện áp.

Hình 3.6 : Mô hình mạch tương đương của một bộ khuếch đại thuật toán.

8


• Giả thuyết 3: kháng đầu ra là số không. Giải thích: Một kháng đầu ra thấp có
nghĩa là điện áp đầu ra sẽ không được kéo xuống ngay cả khi tải trọng rút ra rất nhiều
tiền thuê hiện thời. Đây là mức thấp nhất trong ba giả định vì các kháng đầu ra thường
là giữa 50 và 75  (tuy nhiên, nó có thể thấp hơn nhiều với sự cung cấp trở lại). Giả
định này chỉ đúng nếu tải được thúc đẩy là cao hơn đáng kể hơn so với các kháng đầu
ra của op-amp, đó là trường hợp trong hầu hết các ứng dụng.
Nhiều loại khác nhau của bộ khuếch đại thuật toáncó sẵn, với những cái tên như
mục đích chung, rộng băng thông, tiếng ồn thấp, và tần số cao, đến tên một vài. Đối
với hầu hết kiểm soát những ứng dụng, các loại mục đích chung là đủ. Hình 3.7 cho
thấy một bảng dữ liệu cho phổ biến, mục đích chungbộ khuếch đại thuật toán 741
(MC1741), trong đó có bốn loại bao bì. Bên cạnh đó các nghịch đảo và đầu vào và đầu
ra noninverting chân, điều này bộ khuếch đại thuật toáncó thêm hai chân gọi là bù đắp
null. Như đã trình bày trong sơ đồ nhỏ của hình 3.7, chúng có thể được sử dụng để
điều chỉnh điện áp đầu ra tăng hay giảm nhẹ cho các mục đích loại bỏ DC bù đắp vônmột điện áp DC nhỏ mà có thể xảy ra ở đầu ra, ngay cả khi các yếu tố đầu vào là chính
xác bình đẳng.
Nhìn vào các đặc tính điện (Hình 3.7), đạt được điện áp tín hiệu lớn được cho là 50200 V / mV. Điều này có nghĩa rằng, ở mức tối thiểu, tỷ lệ này là 50 V cho mỗi mV
trong, đó là tương đương với 50.000 V cho mỗi volt trong, hoặc một tăng 50.000 (tối
thiểu). Cũng thông báo rằng các kháng đầu vào được đưa ra như là thường 2 M và
kháng đầu ra thường là 75 .741 là một truyền thống op-amp đó là thường được trích
dẫn trong sách giáo khoa vì người quen thuộc với nó và nó thường được nuôi trong
phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, có hàng trăm loại bộ khuếch đại thuật toántrên thị
trường, nhiều người trong số họ mới hơn và tốt hơn trong một số cách hơn 741. May

mắn thay, gần như tất cả trong số họ có cấu hình pin giống như 741, do đó bạn có thể
thiết kế một mạch xung quanh một 741 và sau đó thay thế một mô hình khác nhau, nếu
bạn cần thực hiện. Ví dụ về các phiên bản mới hơn bộ khuếch đại thuật toánbao gồm
các LF355, LM308, và LF411. Các LF411 có một kháng đầu vào rất cao và điện áp
thực tế không có bù đắp.

9


Nhiều mạch tín hiệu điều hữu ích có thể được xây dựng sử dụng op-amps. Một số
trong những phổ biến nhất được thể hiện trong các trang tiếp theo.
Điện áp dẫn theo điện áp, đó là mạch rất hữu ích, có thể đẩy mạnh hiện tại của một
tín hiệu mà không cần tăng điện áp. Nó có thể chuyển đổi một tín hiệu trở kháng cao
(dễ dàng nạp

Hình 3.7 Bảng dữ liệu cho các mục đích chung 741 bộ khuếch đại thuật toán.
(Bản quyền© Semiconductor Components Industries, LLC. Được sử dụng bởi sự
cho phép.)

10


11


Hình 3.8 : Một mạch điện áp theo
xuống) thành một tín hiệu trở kháng thấp mạnh mẽ. Hình 3.8 là một mạch điện áp đi
theo. Nó có một tăng điện áp của 1, với một Rin cao và một rout thấp. Hoạt động của
nó có thể được giải thích như sau: Chúng tôi bắt đầu với phương trình cơ bản op-amp
(phương trình 3.1):

Vout =A(V2 –V1)
Trong mạch, Vout được kết nối với V1; do đó, Vout = V1. Thay vào Vout và mở
rộng phương trình 3.
Vout =(AV2) –(AVout)
Giải quyết cho Vout ta có :

12


Hình 3.9 : Sử dụng một điện áp đi theo để ngăn chặn sụt tải
Nhưng vì A là lớn hơn nhiều so với 1,

Chúng ta thấy rằng điện áp đầu ra Vout bằng với V2 điện áp đầu vào, có nghĩa là
tăng tổng thể là 1. Cũng cần lưu ý rằng các tín hiệu đầu vào thực tế đi trực tiếp vào đầu
vào không đảo, vì vậy nó về cơ bản không có sự thay đổi.
Một cách trực quan hơn để giải thích các mạch điện áp đi theo là như sau: Các V2
đầu vào là hầu như cùng một điện áp như V1 (từ giả thiết 1). V1 được kết nối với
Vout, vì vậy nó là, nếu như V2 đã được kết nối với Vout, do đó thu được của 1.
Các theo điện áp là một mạch đơn giản và rất hữu ích. Hãy xem xét tình hình thể
hiện trong hình 3.9 (a). Trong trường hợp này, một bộ cảm biến trở kháng cao (10
k), được kết nối trực tiếp đến một bộ điều khiển với một kháng đầu vào 1 k . Các
cảm biến tạo ra 5 V liên nally, nhưng điều này sẽ giảm bởi sự sụt giảm điện áp trên 10
k kháng nội bộ. By vẽ lại mạch [Hình 3.9 (b)], chúng ta thấy rằng hai cuộc kháng
13


này tạo thành một điện áp chia. Điện áp đầu vào thực tế để điều khiển có thể được tính
như sau từ sự cai trị áp-chia:
V
Điều này cho thấy rằng chỉ có 0,45 V của tín hiệu 5 V làm cho nó để điều khiển.

Chúng tôi có thể khuếch đại các tín hiệu ở bộ điều khiển để bù đắp cho sự suy giảm,
nhưng điều đó sẽ khuếch đại tiếng ồn cũng như các tín hiệu. Một giải pháp tốt hơn là
để chèn một người theo điện áp gần cảm biến, như thể hiện trong hình 3.9 (c). Bởi vì
các op-amp rút ra không có tín hiệu hiện tại, không có điện áp rơi trên điện trở 10 k ,
và đầy đủ 5 V đi vào đi theo điện áp và hiện tại đầu ra của nó. Các kháng đầu vào 1
k của bộ điều khiển như vậy là cao hơn nhiều so với các kháng đầu ra của op-amp
mà hầu như tất cả các 5 V sẽ xuất hiện trên các thiết bị đầu cuối điều khiển.
Nghịch đảo bộ khuếch đại
Nghịch đảo khuếch đại có lẽ là cấu hình op-amp phổ biến nhất. Các CUIT huống
thể hiện trong hình 3.10 chỉ đòi hỏi hai điện trở, Ri và Rf. Ri là điện trở đầu vào, và Rf
là điện trở phản hồi rằng nguồn cấp dữ liệu là một phần của tín hiệu đầu ra trở lại vào
đầu vào. Cái này

Hình 3.10 : Các mạch khuếch đại nghịch đảo.
là một bộ khuếch đại nghịch đảo vì các tín hiệu đầu vào đi đến đầu vào đảo ngược,
có nghĩa là đầu ra là ra khỏi giai đoạn với các đầu vào. Việc đạt được điện áp được xác
định bởi các giá trị điện trở. Giải thích về cách inverting amp công trình là như sau:
Thứ nhất, nếu đầu vào op-amp rút ra không có hiện tại, sau đó tất cả các tín hiệu hiện
tại (Iin) phải đi qua Rf-có nơi nào khác cho nó đi. Vì vậy, Iin = If. Theo giả thiết, V1
và V2 là hầu như cùng điện áp, và V2 là có căn cứ; do đó, V1 là tại đất ảo. Nếu V1 là
14


(gần như) tại mặt đất, sau đó toàn bộ điện áp tín hiệu đầu vào Vin là bỏ qua Ri. Từ
định luật Ohm,

Như đã lưu ý, hầu như tất cả các Iin đi qua các thông tin phản hồi Rf điện trở. Các
điện áp trên Rf là sự khác biệt giữa mặt đất ảo và Vout. Như vậy, chúng ta có thể viết
phương trình định luật Ohm cho Rf:

Kết hợp hai phương trình trước ta có:

Giải quyết cho Vout và sắp xếp lại cho chúng :

Tuy nhiên, Vout / Vin là tăng điện áp, vì vậy :

Trong đó:
AV = đạt được điện áp của nghịch đảo amp
Rf = giá trị của điện trở phản hồi
Ri = giá trị của điện trở đầu vào
Kết quả này (phương trình 3.2) cho chúng ta thấy rằng sự tăng điện áp của inverting
amp đơn giản là tỷ lệ của hai điện trở Rf và Ri. Các dấu trừ nhắc nhở chúng ta rằng
sản lượng được đảo ngược. Việc đạt được xuất phát trong phương trình 3.2 được gọi là
độ lợi vòng kín và luôn luôn thấp hơn (vòng hở) thu được của các bộ khuếch đại thuật
toán.

15


Một điểm quan trọng là trở kháng đầu vào cho toàn bộ nghịch đảo amp là khoảng
Ri (phải là vô hạn như người ta vẫn nghĩ). Hình 3.10 cho thấy điều này: cuối bên phải
của Ri là tại đất ảo; Do đó, toàn bộ Vin được "thả" trên Ri.
VÍ DỤ 3.2
Một nghịch đảo khuếch đại là để có được của 10 nguồn tín hiệu là một cảm biến với
một trở kháng đầu ra của 1 k.. Vẽ hoàn thành một sơ đồ mạch của máy khuếch đại.
BIỆN PHÁP
Đầu tiên, chọn một giá trị cho. Bởi vì cơ bản xác định độ đầu vào của bộ khuếch
đại, nó phải cao hơn ít nhất mười lần (nếu có thể) hơn nguồn Sigma trở kháng nal để
đảm bảo chuyển giao điện áp tối đa. Trong ví dụ này, chúng tôi chọn Ri = 10 k .
Tiếp theo, sắp xếp lại phương trình 3.2 để giải quyết cho :

Rf =–A
= –(–10)  10 k = 100k
Hình 3.11 cho thấy các mạch hoàn chỉnh.
máy biến áp không nghịch đảo
Nhiều tình huống gọi cho một bộ khuếch đại không đảo ngược đầu ra. Ví dụ, đầu ra
của cảm biến nhiệt độ có thể được như vậy mà khi nhiệt độ tăng lên, điện áp tăng lên.
Nếu đây là mối quan hệ tương tự mà các bộ điều khiển muốn, chúng tôi không muốn
khuếch đại để nghịch nó. Các mạch cho các bộ khuếch đại không nghịch đảo được thể
hiện trong hình 3.12. Nó tương tự như bộ khuếch đại amp trừ các tín hiệu đầu vào Vin
bây giờ đi trực tiếp đến đầu vào không nghịch đảo và Ri là có căn cứ. Chú ý rằng các
amp noninverting có trở kháng đầu vào gần như vô hạn (Ri) vì Vin chỉ kết nối với đầu
vào bộ khuếch đại thuật toán

16


Hình 3.11 :Một mạch khuếch đại nghịch đảo (Ví dụ 3.2).

Hình 3.12: Các mạch khuếch đại không nghịch đảo
Giải thích về cách các mạch hoạt động như sau: Nếu V1 là hầu như giống như V2,
sau đó điện áp đầu vào (Vin) xuất hiện trên Ri. Áp dụng định luật Ohm để Ri, chúng ta
có thể tính toán :

Hiện nay Rf cũng có thể được tính toán bằng cách sử dụng định luật Ohm. Chúng
ta biết điện áp trên Rf là sự khác biệt giữa Vin và Vout. Vì thế,

Bởi vì không có dòng điện đi vào bộ khuếch đại đầu vào của op-amp, tất cả hiện tại
Rf phải đi vào Ri:

Kết hợp ba phương trình ta có:

17


Giải quyết cho Vout và sắp xếp lại ta có:

Trong đó:
AV = đạt được điện áp cho amp không nghịch đảo
Rf = giá trị của điện trở phản hồi
Ri = giá trị của điện trở đầu vào

Hình 3.13: Một mạch khuếch đại không nghịch đảo (Ví dụ 3.3)
VÍ DỤ 3.3
Vẽ sơ đồ mạch của một nghịch đảo amp phi với mức tăng 20.
BIỆN PHÁP
Sử dụng phương trình 3.3 và đặt trong một đạt 20,

Sắp xếp lại ta có:

Bây giờ chọn Ri là một giá trị thích hợp (như đã giải thích bên dưới) và giải quyết
cho Rf. Nếu chúng ta chọn Ri là 2 k, sau đó:
18


Rf= 19 Ri = 19  2 k = 38k
Hình 3.13 cho thấy các mạch hoàn chỉnh. Các cơ sở cho việc chọn cả Ri và Rf là
hiện nay ở các điện trở bên ngoài nên lớn hơn nhiều so với giá thuê hiện thời nhỏ mà
thực sự đi vào op-amp (nhớ lại rằng phương trình bộ khuếch đại thuật toán được dựa
trên giả định rằng không có dòng điện đi vào các op-amp). Do đó, cả Ri và Rf nên nhỏ
hơn đầu vào bộ khuếch đại thuật toánkháng trong trường hợp này, không nhiều hơn

100 k nếu có thể ít nhất mười lần.
Tổng kết bộ khuếch đại :
Các bộ khuếch đại tổng hợp có một điện áp đầu ra là tổng của bất kỳ số điện áp đầu
vào. Hình 3.14 (a) mô tả tình trạng này. Trong trường hợp này, các bộ khuếch đại sẽ
thêm các điện áp đầu vào của 1 V, V2, và 4 V và đưa ra một sản lượng của 7 V. Bạn
có thể bị thay đổi để

Hình 3.14 Kết nối dây điện không tổng hợp điện áp
Tôi nghĩ rằng bạn có thể làm điều này bằng cách nối dây như trong hình 3.14 (b),
nhưng đầu ra của mạch đó sẽ là một cái gì đó giữa 1 và 4 V phụ thuộc vào nguồn là
"mạnh nhất" (có sức đề kháng thấp nhất).Hình 3.15 cho thấy các mạch khuếch đại tổng
hợp. Mỗi tín hiệu đầu vào đi qua một điện trở riêng biệt mà giữ nó được phân lập từ
những người khác. Các nghịch đảo đầu vào được sử dụng, do đó sản lượng sẽ được
đảo ngược. Giải thích về cách thức hoạt động như sau: Bởi vì đầu vào op-amp rút ra
không có hiện tại, tất cả các dòng đầu vào cá nhân phải kết hợp và đi qua các điện trở
phản hồi Rf:
19


If =Ia + Ib +Ic
Lưu ý rằng V2 là có căn cứ, vì vậy V1 là tại đất ảo. Do đó, điện áp trên mỗi trong
bốn điện trở là chỉ đơn giản là Va, Vb, Vc, và Vout. Áp dụng định luật Ohm để thể
hiện dòng điện qua mỗi điện trở, chúng ta có thể viết lại phương trình 3.4 như sau:

Giải quyết cho Vout,

Hình 3.15: Mạch khuếch đại tổng hợp.
Nói cách khác, điện áp đầu ra bằng tổng của các sản phẩm của điện áp đầu vào và
tăng tương ứng của họ. Ngoài ra, trở kháng đầu vào của mỗi đầu vào bằng với giá trị
của điện trở đầu vào tương ứng (Ra, Rb, vv).

Nếu Ra = Rb = Rc = Ri, đầu ra của amp đơn giản hoá để tổng hợp:
(3.5)
Trong đó:
Vout = điện áp đầu ra của khuếch đại tổng hợp
Rf = giá trị của điện trở phản hồi
Ri = giá trị của tất cả các điện trở đầu vào
20


Va, Vb, Vc = điện áp tín hiệu đầu vào
Phương trình (3.5) cho thấy rằng điện áp đầu ra Vout là bằng tổng các điện áp đầu
vào lần một yếu tố tăng của Rf / Ri. Các dấu trừ nhắc nhở chúng ta rằng sản lượng
được đảo ngược.
VÍ DỤ 3.4
Theo một quy mô thoải mái, điều hòa không khí trong một tòa nhà nên đến vào khi
tổng của nhiệt độ và độ ẩm cảm biến điện áp đi trên 1 V. Một mạch ngưỡng trong điều
hòa không khí đòi hỏi 5 V cho turn-on. Thiết kế một mạch giao diện để kết nối hai bộ
cảm biến để các đơn vị ing độ điều kiện không khí.
Giải pháp
Mạch này đòi hỏi phải có một bộ khuếch đại tổng hợp với hai đầu vào và một đạt 5.
Bằng cách xác định cả hai điện trở đầu vào để được giống (1 k), chúng ta có thể sử
dụng phương trình 3.5, và tính toán của chúng tôi chỉ quan tâm phần tăng của phương
trình:

Sắp xếp lại ta có:
Rf = 5 Ri
Khi Rf= 1k,
Rf= 5  1 k = 5k
Hình 3.16 cho thấy các mạch hoàn chỉnh. Chú ý rằng một nghịch đảo amp với mức
tăng 1 (Ri = Rf) đã được thêm vào để làm cho sản lượng thức tích cực

21


Hình 3.16 Một mạch khuếch đại tổng hợp (Ví dụ 3.4).
Khác biệt của công cụ khuếch đại:
Một bộ khuếch đại khác biệt khuếch đại sự khác biệt giữa hai điện áp đầu vào.
Trong mạch, chúng tôi đã kiểm tra cho đến nay, các điện áp đầu vào đã được tham
chiếu đến mặt đất, nhưng các op-amp có thể là cơ sở của một khuếch đại khác biệt
thực tế là tốt. Hình 3.17 cho thấy một mạch như vậy. Như trước đây, đạt được được
thành lập với điện trở. Mạch này sẽ khuếch đại điện áp khác biệt, đó là sự khác biệt
giữa các cấp điện áp hai Va và Vb, khi không phải là mặt đất. Các đầu ra của bộ
khuếch đại (Vout) là một loại điện áp mức tham chiếu đến mặt đất, đôi khi được gọi là
một điện áp single-end. Nếu Ra = Rb và Rf = Rg, mà thường là trường hợp, sau đó là
phương trình cho Vout là:
Vout = (Vb – Va)

(3.6)

Sắp xếp lại cho chúng ta được:
=
Vout / (Vb - Va) là đầu ra / đầu vào, đó là một lợi, vì vậy
Av =

(3.7)

22


Hình 3.17: sự khác biệt của mạch khuếch đại.

Trong đó:
AV = đạt được điện áp của amp khác biệt
Rf = giá trị Rf và Rg
Ra = giá trị của điện trở đầu vào, Ra và Rb
Như với các bộ khuếch đại thuật toán cơ bản, sự phân cực của đầu ra (Vout) sẽ
được tích cực khi đầu vào Vb là tích cực hơn so với đầu vào Va. Việc lựa chọn các giá
trị điện trở Ra và Rb được dựa trên một sự thỏa hiệp. Nếu chúng quá cao nói, hơn 100
kΩ-sau đó các dòng có thể là quá nhỏ mà giả định bộ khuếch đại thuật toán cơ bản của
chúng tôi sẽ không giữ (ví dụ, giả định rằng tất cả Ra đi qua Rf ). Mặt khác, nếu các
ngưỡng thay đổi là quá thấp (ít hơn mười lần so với điện trở nguồn), sau đó một số
lượng đáng kể suy giảm sẽ xảy ra trước khi tín hiệu thậm chí còn được cho khuếch đại.
VÍ DỤ 3.5
Một khuếch đại khác biệt là cần thiết để khuếch đại sự khác biệt điện áp giữa hai
cảm biến nhiệt độ. Các cảm biến có điện trở nội của 5 kΩ, và điện áp khác nhau tối đa
giữa các bộ cảm biến sẽ là 2 V. Thiết kế sự khác biệt khuếch đại mạch để có một sản
lượng của 12 V khi chênh lệch đầu vào là 2 V.
Giải pháp
Đầu tiên tính toán đạt được yêu cầu:
Av = = = 6
23


Bằng cách cho phép Ra = Rb và Rf = Rg, chúng ta có thể sử dụng phương trình 3.7.
Cần chú ý là cảm biến trở kháng là 5 kΩ, chúng tôi muốn các kháng đầu vào của amp
là tại ít nhất mười lần 5 kΩ. Vì vậy, nếu chúng ta chọn Ra = 50 kΩ, sau đó
Av = = 6
giải quyết cho Rf
Rf = Ra × 6
= 50 kΩ × 6 = 300 kΩ

Hình 3.18 Cho thấy các thiết kế đã hoàn thành.
Đôi khi thông tin được truyền đi như một tín hiệu khác biệt, có nghĩa là điện áp
tín hiệu thực tế là sự khác biệt giữa hai dây (nơi không dây là mặt đất). Một tín hiệu
như vậy có thể được chuyển đổi thành một thường xuyên (trên mặt đất tham chiếu)
điện áp bởi một bộ khuếch đại khác biệt. Ưu điểm của hệ thống này là nó làm giảm tác
dụng của electricalnoise. Một tín hiệu tiếng ồn sẽ có xu hướng để vợ chồng lên cả dây
điện; Ví dụ, một điện áp tích cực "nhánh" sẽ gây ra một nhánh dương trong cả hai dây,
mà sẽ được triệt tiêu của khuếch đại vi sai (vì chỉ có sự khác biệt điện áp được khuếch
đại). Điều này được gọi là chế độ từ chối phổ biến.
Một bộ khuếch đại đo đạc là một amp khác biệt đó có yếu tố đầu vào của nó
bufferedwith người theo điện áp, như thể hiện trong hình 3.19. Mạch điện áp theo trên
24


đầu vào thực hiện ba chức năng mong muốn: (1) Chúng làm tăng sức đề kháng đầu
vào để các nguồn (chẳng hạn như một bộ cảm biến) sẽ không bao giờ được tải xuống,
(2) họ làm cho cả hai điện trở tương đương đầu vào, và (3) họ cô lập các điện trở được
xác định (Rf, Ri, vv) từ nguồn tín hiệu. Chất lượng cuối cùng này có nghĩa là các
khuếch đại thiết bị đo đạc có thể được dựng sẵn để có thể đạt được.

Hình 3.19: Các thiết bị đo dạc khuếch đại mạch.

25