Bài tập lớn kỹ thuật mạch điện tử

Thiết kế mạch điện tử thực hiện phép toán Ura=
Trên cơ sở bộ khuếch đại thuật toán
I). Bộ khuếch đại thuật toán
1. Khái niệm chung về bộ khuếch đại thuật toán:
- Bộ khuếch đại thuật toán cũng giống như các bộ khuếch đại thông thường khác ở chỗ
nó cũng thực hiện khuếch đại tín hiệu ( khuếch đại điện áp, khuếch đại dòng điện). Tuy
nhiên nếu như tính chất của các bộ khuếch đại thông thường phụ thuộc vào cấu trúc bên
trong của bộ khuếch đại thì đối với các mạch sử dụng khuếch đại thuật toán, tính chất của
chúng không phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của bộ khuếch đại thuật toán mà chỉ phụ
thuộc vào các linh kiện mắc ở mạch hồi tiếp bên ngoài của bộ khuếch đại thuật toán.
- Ký hiệu của bộ khuếch đại thuật toán:

+ Bộ khuếch đại thuật toán có 2 đầu vào là P và N với 1 đầu ra, các chân cấp nguồn
( +Ucc, -Ucc và nối đất) ngoài ra nó còn có các chân để mắc mạch bù tần số và mạch chỉnh
lệch không.
+ Ta gọi điện áp hiệu giữa 2 đầu vào P và N là Ud , khi đó:
Ud = UP – UN
Với Up là điện áp trên đầu vào P đối với đất.
UN là điện áp trên đầu vào N đối với đất.
+ Điện áp ra được tính: Ura = Ko.Ud =Ko(UP – UN)
Với Ko là hệ só khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán (Ko > 0).
+ Nếu UP = 0 thì Ura = -Ko.UN


 Tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào UN ta gọi cửa vào N là cửa vào đảo và kí
hiệu bởi dấu (-).
+ Nếu UN = 0 thì Ura = Ko.UP
 Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào UP ra gọi cửa vào P là cửa vào không đảo
cửa vào thuận) và kí hiệu bởi dấu (+)
- Bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng có các tính chất:
Hệ số khuếch đại rất lớn : Ko =

Trở kháng vào rất lớn:
Zv =
Trở kháng ra rất nhỏ :
Zra = 0

(

Tuy nhiên trong thực tế không thể có được bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng mà chỉ có
các bộ khuếch đại thuật toán dần lý tưởng với Ko , Zv hữu hạn và Zv do đó để đánh giá bộ
khuếch đại thuật toán phải sử dụng hệ thống các tham số cơ bản.
- Các tham số cơ bản:
+ Hệ số khuếch đại hiệu Ko.
+ Đặc tuyến biện độ tần số.
+ Hệ số khuếch đại đồng pha.
+ Hệ số nén tín hiệu đồng pha.
+ Điện trở vào tín hiệu, điện trở vào đồng pha và điện trở ra.
+ Dòng vào tĩnh, dòng vào lệch không, điện áp vào lệch không.
2. Bộ khuếch đại thuật toán


- Tác dụng chân IC:
1.
2.
3.
4.

Chỉnh không
Chân vào đảo
Chân vào không đảo
Chân điện nguồn âm

5. Không dùng
6. Chân đầu ra
7. Chân nguồn dương
8. Không dùng

- Tầng vào là khuếch đại vi sai gồm T1,T2,R1,R2 có emitơ nối với nguồn dòng T10, T11, R11
có chức năng tạo đầu vào đối xứng có dòng tĩnh nhỏ, trở kháng vào lớn và cho phép mắc
thêm mạch bù trôi ở ngoài.
- Dòng điện collectơ của T1: IcT1 40 khá nhỏ nhằm tăng trở kháng vào và giảm dòng tĩnh
đầu vào.
- Khuếch đại vi sai thứ 2 mắc theo kiểu Darlington gồm T3, T4, T5, T6, T9, R7 tạo thành 1
mạch
định mức mắc theo kiểu Bazơ chung có chức năng chuyển từ đầu vào đối xứng sang đầu
ra không đối xứng. T15 bù nhiệt cho mạch thiên áp tầng 2.
- Mạch lặp emitơ T8 để phối hợp trở kháng.
- T9 và T12 mắc theo kiểu emitơ chung cho hệ số khuếch đại lớn khoảng 400 lần, T7 làm
mạch lọc nguồn.
- Tầng ra gồm T13 và T14 mắc theo kiểu bù làm việc ở chế độ B. Để giảm méo dùng hồi
tiếp âm qua điện trở R15 mắc giữa đầu ra bộ khuếch đại và emitơ của T9.
- Hàm truyền đạt của có 3 điểm cực ứng với các tần số fα1 0,2 MHz, fα2 1MHz và fα3 8
MHz . Để đảm bảo ổn định, mắc mạch bù tần số sao cho các cực điểm của hàm truyền
đạt khi có bù fα1 10KHz và fα3 = 1,5 MHz.

II). Thiết kế mạch điện tử thực hiện phép toán Ura=trên cơ sở bộ khuếch đại
thuật toán .


1. Xây dựng sơ đồ mạch điện:

2. Tính toán giá trị các linh kiện:
Giả sử bộ KĐTT là lý tưởng: Ko = , rd =
Ta có: Ud = UP - UN = 0 => UP = UN
+Phương trình dòng điện tại nút N1:
I3 + IN = IN1 = 0
=
= UZ – UN1
UN1 =
+Phương trình dòng điện tại nút P1:
+ + =0
+=
+ (+ + )=0
= ( + )( + + )
= ()


=
Mà UN1 = UP1
=
=

(1)

Ta có : UN2 = K.
Mà = = suy ra = K.
Do dó: Ura = UX =

(2)

Thay (1) vào (2) ta có:

Ura=
Theo đề bài : Ura =
chọn K=1,
R2 = 2k, R1 = R3 = RP = 1k, RN = 4
3. Xét điều kiện làm việc của mạch:
Điều kiện để mạch làm việc là UZ 0 (vì K = 1 > 0)
2U1 + U2 0
4. Mạch điện chi tiết:


III). Kết luận:
1. Ưu , nhược điểm của bộ khuếch đại thuật toán:
- Tính chất của mạch khuếch đại thuật toán hoàn toàn có thể thay đổi được và chỉ
phụ thuộc vào linh kiện mắc ở ngoài.
- Được chế tạo hàng loạt, có tính công nghiệp.
- Có 2 đầu vào đảo và không đảo cho phép khuếch đại được nguồn tín hiệu có tính
đối xứng.
- Có khả năng khuếch đại tín hiệu có tần số rất thấp hoặc công suất bé.
- Độ ổn định nhiệt cao, hệ số khuếch đại lớn.
- Băng thông rộng, cho phép làm việc tốt với nhiều dạng nguồn tín hiệu khác nhau.
- Không thể làm việc ổn định khi làm việc với tần số và công suất cao.
2. Khả năng ứng dụng và phương pháp xây dựng các mạch điện ứng dụng bộ khuếch đại
thuật toán:
- Mạch cộng : Được sử dụng để cộng một số tín hiệu điện áp.
- Mạch trừ : Được sử dụng để trừ một số tín hiệu điện áp.
- Mạch khuếch đại đảo: Dùng để đổi dấu và khuếch đại điện áp.
- Mạch khuếch đại không đảo: Dùng để khuếch đại một điện áp.
- Mạch tích phân: Dùng để tích phân ( có đảo dấu) một tín hiệu theo thời gian.
- Mạch vi phân: dùng để lấy vi phân ( có đảo dấu) một tín hiệu theo thời gian.
- Mạch so sánh: Dùng để so sánh 2 tín hiệu điện áp, chuyển mạch đầu ra để hiển

thị mạch nào có tín hiệu lớn hơn.
- Mạch biến đổi trở kháng: Biến đổi 1 điện trở thành 1 điện trở thành 1 điện trở trái
dấu với nó.
- Mạch khuếch đại loga / đối loga
+ Dùng điot.
+ Dùng tranzitor.
- Mạch nhân tương tự
+ Phân chia thời gian: tốc độ chậm.
+ Dùng mạch khuếch đại loga và đối loga.
+ Thay đổi hỗ dẫn trong của tranzitor.
- Mạch luỹ thừa bậc hai : chập 2 đầu vào mạch nhân.
- Mạch chia:
+ Theo nguyên tắc nhân đảo.
+ Theo nguyên tắc tắc có hỗ dẫn biến đổi.
+ Dùng mạch loga và đối loga.
- Mạch khai căn: mắc 1 mạch luỹ thừa vào mạch hồi tiếp bộ khuếch đại thuật toán.
- Tạo mạch lọc: ở tần số cao sử dụng mạch lọc R,L,C ; ở tần số thấp thường sử
dụng mạch lọc tích cực gồm bộ khuếch đại thuật toán và các khâu lọc RC.