Chapter 5 lý thuyết mạch 1 Lecture 5 Mạch khuếch đại (OPAMP) (chapter 5)

Lecture 5
Mạch khuếch đại (OPAMP)
(chapter 5)


Mục tiêu


Có thể mô tả và sử dụng điện áp và dòng điện trong
các OPAMP lý tưởng.



Có khả năng phân tích các mạch OPAMP lý tưởng
đơn giản



Hiểu các mạch có chứa OPAMP: bộ khuếch đại đảo,
bộ khuếch đại tổng hợp, bộ khuếch đại không đảo
ngược, bộ khuếch đại khác biệt



Hiểu được mô hình OPAMP thực tế. Có thể sử dụng
mô hình này để phân tích mạch đơn giản có chứa
OPAMP.


Op Amp







OPAMP là 1 khối cơ bản trong thiết kế mạch
Bên trong CHIP là 1 khối gồm các transistors và các yếu
tố khác tạo nên một nguồn điện áp gần như lý tưởng và
có thể tăng vô hạn
Chúng ta bắt đầu với giả sử ở trạng thái lý tưởng…
Các mô hình thực tế sẽ nghiên cứu ở cuối chương…


5.1 các cực của bộ khuếch đại thuật
toán.
The 741 Op Amp


741 OPAMP là khởi đầu của các OPAMP hiện nay(tốc
độ nhanh, ít tiếng ồn…) nhưng nó vẫn được dùng cho
nhiều mục đích khác nhau.


Ký hiệu mạch


OPAMP có ký hiệu mạch gồm 1 hình tam giác với 2 ngõ
vào(input) và 1 ngõ ra(output).

Đặc tính điện áp


Điện áp ngõ ra(output) là hàm của điện áp vào(input)

 VCC
A(v p  vn )  VCC

v0   A(v p  vn )  VCC  A(v p  vn )   VCC

A(v p  vn )  VCC
 VCC


Các đặc tính của Op Amp
Hoạt động ở vùng tuyến tính (Linear Region):
– A được gọi là độ lợi của OPAMP.
– Opamp lý tưởng, giá trị A is vô hạn.
– Trong các bài toán, giá trị A khoảng 10,000 trong khi
điện áp DC cung cấp ít khi vượt quá 20V
 Như vậy trong LR vp=vn
 Op amps có điện trở vào khá lớn.
– OpAmp lý tưởng, điện trở vào là vô cùng.
– Trong các bài toán, giá trị của nó khoảng 1M .
– Như vậy ip = in = 0



Mối quan hệ trong OPAMP lý
tưởng



Một Opamp lý tưởng là 1 nguồn điều khiển(phụ thuộc)
được biểu diễn lại như sau:
Nếu v0 là hữu hạn:

v0
v p  vn   0

 v p  vn
and i p  0, in  0


Negative feedback


Negative feedback được dùng để đảm bảo hoạt động
trong vùng LR:
- Nếu (vp – vn) là positive, thì vo tăng, như vậy vn phải
tăng bởi feedback loop.
- Nếu (vp – vn) là negative, thì vo giảm, như vậy vn giảm
bởi feedback loop

/>

Khuếch đại đảo


Các tín hiệu vào được đảo ngược và nhân với Rf/Rs tại
ngõ ra:

v p  0  vn  0
Rf
vs v0
At inv. input : in  is  if 

 v0  
vs
Rs R f
Rs
Rf
R f VCC
LR : v0  VCC 
vs  VCC 

Rs
Rs
vs
/>

Khuếch đại tổng


Mạch sẽ cộng các tín hiệu vào và kết quả tỷ lệ với Rf/Rs

ia  ib  ic  i f  in  0
Rf
Rf 
 Rf
va vb vc v0




 0  v0  
va 
vb 
vc 
Ra Rb Rc R f
Rb
Rc 
 Ra
Rf
va  vb  vc 
For Ra  Rb  Rc  Rs : v0  
Rs

/>

Khuếch đại không đảo ngược


Tín hiệu ra sẽ tỉ lệ với ngõ vào Rf/Rs :

v0 Rs
vn  v p  v g 
Rs  R f
 Rf
 v0  1 
Rs



v g


 Rf
LR : 1 
Rs


 VCC
 
 vg

/>

Khuếch đại khác biệt


Tín hiệu ngõ ra sẽ tỉ lệ với độ chênh lệch tín hiệu ngõ
vào

vn  va vn  v0

0
Ra
Rb
Rd
vp 
vb

Rc  Rd
Rd ( Ra  Rb )
Rb
v p  vn  v0 
vb  va
Ra ( Rc  Rd )
Ra
Ra Rc
Rb
if

 v0 
(vb  va )
Rb Rd
Ra

/>

Mô hình thực tế

+

ip
+

Ro

Ri - A(vp-vn)
in

io
+

vo
-








Điều chỉnh từ mô hình lý tưởng:
Có giá trị điện trở vào xác định Ri
Có giá trị độ lợi A xác định
Điện trở ngõ ra khác 0 : R0
Không còn các giả thuyết về điện áp cũng như dòng
điện.
/>