tài liệu điện tử cơ bản chương 7

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐIỆN TỬ CƠ BẢN
TS. NGUYỄN LINH NAM


Chương 7:

KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
(OP-AMP)
VÀ MẠCH ỨNG DỤNG


Mục tiêu của chương:
- Trình bày được cấu trúc, ký hiệu, nguyên lý

hoạt động và các tham số cơ bản của OPAMP
- Giải thích và tính toán được các mạch điện
tử ứng dụng cơ bản dùng OP-AMP
- Áp dụng được các kiến thức về OP-AMP
trong thực tế


Chương 7:
OP-AMP và mạch ứng dụng
7.1. KHÁI NIỆM
7.2. MỘT SỐ MẠCH ỨNG DỤNG
a. Mạch khóa điện tử
b. Mạch khuếch đại

Mạch khuếch đại đảo
Mạch khuếch đại không đảo
Mạch cộng
Mạch trừ


KHÁI NIỆM
Mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier/OP-AMP) có ngõ vào khuếch
đại vi sai và có độ lợi rất lớn, thường hơn 100dB. Một mạch OP-AMP thường có 4
tầng:

Ngõ vào đảo

Vo = Ad.(v+ - v-).
Ad: hệ số khuếch đại áp (~106)
Ngõ vào không đảo


Các tham số chính của một KĐTT là:
-Trở kháng vào rất lớn cỡ từ hàng trăm KΩ tới hàng MΩ→dòng vào ≈0(A)
-Trở kháng ra rất nhỏ cỡ từ hàng Ω tới vài chục Ω
-Hệ số khuếch đại Ad từ vài trăm tới hàng triệu lần.
-Đáp ứng tần số có giới hạn.
Mạch tương đương của OP-AMP


Khoá điện tử (OP-AMP)
Đặc điểm của OP-AMP
- Hệ số khuếch đại vi sai lớn (105~106)
- Trở kháng ngõ vào lớn (Zin=∞)

- Trở kháng ngõ ra nhỏ (Z0=0)
→ Chính vì vậy dòng chảy vào các đầu vào rất nhỏ (~0).
Tuỳ thuộc điện áp ở hai ngõ vào không đảo (+) và ngõ vào đảo (-) so
với nhau mà OP-AMP sẽ ở một trong hai trạng thái sau :

- Vin+ > Vin- thì V0=+Vcc, gọi là trạng thái bão hoà dương.
- Vin+ < Vin- thì V0=-Vcc, gọi là trạng thái bão hoà âm.
Điện áp Vin vào ngõ đảo, VR vào
ngõ không đảo

Điện áp Vin vào ngõ không đảo, VR vào
ngõ đảo


 Ứng dụng 1: Mạch cảm biến quang
 R2 là quang trở, giá trị R2 phụ thuộc

cường độ ánh sáng chiếu vào R2, giả sử
khi chiếu sáng R2 = 10k, lúc che tối R2 =
100k
 VA = V+ thay đổi theo cường độ ánh
sáng chiếu vào R2, thiết lập VB = V- cố
định
- Khi chiếu sáng VA < VB, Vout = -Vs =
0V
- Khi che tối(chiếu sáng yếu) VA > VB,
Vout = +Vs = +5V
 Ứng dụng làm mạch cảm biến và điều
khiển ánh sáng, mạch cảm biến dò
đường trong Rôbốt.

 Ứng dụng 2: Mạch cảm biến hồng

ngoại(Infrared)
 D1 là điốt thu hồng ngoại IR, D1 được
phân cực ngược, điện áp rơi trên D1 phụ
thuộc cường độ tia IR ánh sáng chiếu vào
D1, khi có tia IR tác động rơi áp VD1 nhỏ(
hay VA lớn), khi không có tia IR tác động rơi
áp VD1 lớn ( hay VA nhỏ)
 VA = V+ thay đổi theo sự tác động của tia IR
vào D1, thiết lập VB = V- cố định
- Khi tia IR tác động VA > VB, Vout = +Vs = 5V
- Khi không tác động(hay tác động yếu) VA <
VB, Vout = -Vs = 0V
 Ứng dụng làm mạch cảm biến và điều khiển
hồng ngoại, mạch báo động,chống trộm.v.v.

B
A



VCC
R24
1M

R25
100K

8

R23
1M

R22
3
C6

2

2
1

Q7
2N1069
10uF

MICROPHONE

+

1

-

C7
104

P3.4

R26
100

4

MK1

10k

U3A

LM358
C8
104

D7
LED



Mạch amli kiểu OTL 50W dùng 2N3055

/>

Mạch amli kiểu OTL 50W dùng LM3900 và 2N3055

/>

Mạch khuếch đại đảo
N

Mạch tương đương

P

i  id  i2
Vi  U N U N  Vo

Mà: i  0
 i1  i2 
d
R1
R2

Ta có: 1

Với Vo = Ad.(v+ - v-)=Ad.(UP - UN)
Nếu coi KĐTT là lý tưởng → Ad≈∞ → (UP - UN)≈0 → UP = UN

Vì: U
P

= UN = 0

R2
 Vo  
Vi
R1

Độ lợi:

Vo
R2
 AV 

Vi
R1


Mạch khuếch đại không đảo
i  id  i2
Mà: i  0
d
 i1  i2
U N U N  Vo


R1
R2

Ta có: 1

Vì: U
P

= UN = Vi

 R2 
Vi
 Vo  1 

 R1 

Độ lợi:

Vo
R2
 AV 
 1
Vi
R1

N
id

i2

P
Vi


Mạch cộng
Mạch cộng đảo

i1  i2  i3  iF
V1  U N V2  U N V3  U N U N  Vo




R1

R2
R3
RF
UP = UN = 0

 V1 V2 V3 

 Vo  R F 


 R1 R 2 R 3 
RF = R1 = R2 = R3

 Vo  V1  V2  V3 


Mạch cộng
Mạch cộng không đảo

Ngõ vào không đảo (+)

i1  i2  i3  0
V1  U P V2  U P V3  U P



0
R1
R2
R3

 1
1
1 
V1 V2 V3





UP 



R1 R 2 R 3
 R1 R 2 R 3 
Ngõ vào đảo (-)

i4  iF  0

U N U N  Vo


0
R4
R ht
 1
Vo
1 





UN 

R ht
 R 4 R ht 

R 4  R ht
 UN 
Vo
R4


UP = UN

 1
1
1  R 4  R ht

 


 R 1 R 2 R 3  R 4


V1 V2 V3
Vo 



R1 R 2 R 3


Rht = R1 = R2 = R3 = R4

1
 Vo  V1  V2  V3 
6


Mạch trừ

Ngõ vào đảo

V1  U N U N  Vo

R1
R2
Ngõ vào không đảo

V2  U P U P
R2

 UP  UN 
V2
R1
R2
R1  R 2
R2
V2  V1 

 Vo 
R1


Bài tập 1: Cho mạch điện như hình vẽ
Tín hiệu vào Uv có dạng hình sin biên độ 12V;
R1 = 1kΩ; Rht = 2.2kΩ.
Phân tích, xác định và vẽ tín hiệu Ur ?
Tính hệ số khuếch đại của mạch?
Rht

Uv

R1

Ur
+


Bài tập 2: Cho mạch điện như hình vẽ
Tín hiệu vào Uv có dạng hình sin biên độ 12V;
R1 = 1kΩ; Rht = 2.2kΩ.
Phân tích, xác định và vẽ tín hiệu Ur ?
Tính hệ số khuếch đại của mạch?
Rht

Ur
R1
+

Uv


Bài tập 3: Cho mạch điện như hình vẽ
U1 = 3V; R1 = 1kΩ;
U2 = 6V; R2 = 1.5kΩ;
U3 = 9V; R3 = 2kΩ;
Rht = 4kΩ.
Phân tích và xác định Ur ?
R1

Rht

U1
U2
U3

R2
R3

Ur
+


Bài tập 4: Cho mạch điện như hình vẽ
U1 = 6V; R1 = 1kΩ;
U2 = 9V; R2 = 2kΩ;
R3 = 2kΩ; Rht = 2.2kΩ.
Phân tích và xác định Ur ?
U1

R1

Rht

Ur
+

U2

R2

R3


Bài tập về nhà 1:
Cho mạch điện như hình vẽ
U1 = 3V; R1 = 3.3kΩ;
U2 = 6V; R2 = 4.7kΩ;
R3 = 2R2; Rht = 1.2kΩ.
Phân tích và xác định Ur ?
U1

R1

Rht

Ur
+

U2

R2

R3