điện tử tương tự opamp

Điện tử tương tự và ứng dụng
Chương 7
Mạch khuếch đại tính toán (opamp)
1
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Opamp lý tưởng
• Mạch khuếch đại tính toán (opamp): vi mạch khuếch đại sai biệt
(hiệu) điện áp giữa hai điện áp ngõ vào và tạo ra tín hiệu ngõ ra
đơn.
• Ký hiệu opamp và các chân:
•

–
–
–
–

Hai chân ngõ vào: chân ngõ vào đảo (-) và chân ngõ vào không đảo (+)
Một chân ngõ ra
Hai nguồn cấp điện dc V+ và VChip 741
Chân khác dành cho việc bù điện áp không.

Ngõ vào đảo
Ngõ ra
Ngõ vào không đảo

2

Đặc tính lý tưởng của opamp
• Mạch khuếch đại ngõ vào vi sai, ngõ ra đơn
• Tổng trở ngõ vào bằng vô cùng ⇒ i1 = i2 = 0 (bất chấp điện áp ngõ
vào)
• Tổng trở ngõ ra bằng không: vo = A(v2 – v1) (bất chấp tải)
• Độ lợi vi sai vòng hở bằng vô cùng
• Loại bỏ cách chung bằng vô cùng
• Băng thông bằng vô cùng

3
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Tín hiệu vi sai và cách chung
Tín hiệu ngõ vào vi sai:
Tín hiệu ngõ vào cách chung:

4
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Cấu hình đảo dấu
• Cấu hình vòng kín đảo dấu:
•

– Các thành phần bên ngoài R1 và R2 tạo thành vòng kín.
– Tín hiệu ngõ ra được hồi tiếp trở về chân ngõ vào đảo dấu.
– Tín hiệu ngõ vào được đặt lên chân ngõ vào đảo.

• Độ lợi vòng kín phụ thuộc hoàn toàn vào các thành phần thụ động

bên ngoài (độc lập với độ lợi của opamp).
Điểm đất ảo

5


Cấu hình đảo dấu
TD: Mạch khuếch đại với mạng hình T.

6
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Ảnh hưởng của độ lợi vòng hở vô cùng
Độ lợi vòng hở A của opamp là hữu hạn

Độ lợi vòng kín:

7


Mạch tính tổng
• Định lý chồng chập:
– Xác định điện áp ngõ ra đối với từng ngõ vào hoạt động một mình.
– Tính tổng các số hạng này để xác định điện áp ngõ ra tổng  mạch
cộng điện áp.
•

Điểm đất ảo

8


Cấu hình không đảo dấu

Độ lợi điện áp vòng kín:

9
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Mạch theo điện áp
• Mạch theo điện áp: mạch đệm độ lợi
đơn vị dựa trên cấu hình không đảo
dấu.
• Độ lợi vòng kín là đơn vị bất chấp
nguồn và tải: Av = vO / vI = 1
• Mạch này thường được sử dụng làm
mạch khuếch đại đệm để kết nối
nguồn có tổng trở cao với tải có tổng
trở thấp.

10
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Mạch khuếch đại sai biệt
• Mạch khuếch đại sai biệt lý tưởng:
– Chỉ khuếch đại sai biệt giữa hai tín hiệu ngõ vào vid
– Loại bỏ hoàn toàn các tín hiệu chung của hai ngõ vào vicm

• Mạch thực tế:
vo = Advid + Acmvicm
với
Ad : độ lợi vi sai của mạch
khuếch đại
Acm : độ lợi cách chung
• Tỉ số loại bỏ cách chung (CMRR):

11


Mạch khuếch đại sai biệt

12


Mạch khuếch đại sai biệt opamp đơn
Tín hiệu cách chung

13
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Mạch khuếch đại sai biệt opamp đơn
• Mạch khuếch đại sai biệt lý tưởng:
– Chọn R3 và R4 như sau: R3 = R1 và R4 = R2

⇒ Khuếch đại sai biệt điện áp (mạch trừ điện áp) giữa hai tín hiệu ngõ
vào và loại bỏ những tín hiệu cách chung.

14
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Mạch khuếch đại sai biệt opamp đơn
• Điện trở ngõ vào vi sai:

• Khuyết điểm:
để có độ lợi vi sai (R2/R1)
lớn
⇒ R1 cần thiết sẽ tương đối
nhỏ
⇒ điện trở ngõ vào sẽ nhỏ

15
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Khuếch đại đo lường

16


Mạch tích phân và vi phân
Mạch tích phân

Nếu VC là điện áp ngang
qua tụ điện ở t = 0, điện
áp ngõ ra là:

17


Mạch tích phân và vi phân
Mạch vi phân

Điện áp ngõ ra:

18
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Ứng dụng mạch không tuyến tính
• Mạch nắn điện bán sóng chính xác:
– vI > 0: mạch hoạt động như là mạch theo điện áp => vO = vi, iO = iL
– vI < 0: điện áp ngõ ra hướng đến giá trị âm, điều này có khuynh
hướng tạo ra các dòng điện tải âm và dòng điện qua diode âm
(không thể được) => diode ngưng, vO = 0.

19


Ứng dụng mạch không tuyến tính
Mạch khuếch đại log

20
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Ứng dụng mạch không tuyến tính

Mạch khuếch đại dạng hàm mũ

21
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Mạch so sánh
• Phát hiện mức zero:
– Độ lợi điện áp vòng hở cao ⇒ điện áp sai biệt rất nhỏ giữa hai
ngõ vào sẽ kích mạch khuếch đại ở trạng thái bão hòa

22


Mạch so sánh
Phát hiện mức khác zero

(a) Tham chiếu nguồn pin

(b) Tham chiếu mạch
chia điện áp

(c) Diode zener thiết
lập điện áp tham chiếu

23
Tống Văn On – Biên soạn từ tài liệu của Bộ môn Điện tử - ĐHBK TP HCM


Mạch so sánh

Phát hiện mức khác zero

24


Mạch so sánh
Ảnh hưởng của nhiễu ngõ vào lên hoạt động so sánh

25