Vi mạch tích hợp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (96.57 KB, 4 trang )
<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>
<i>Phần II: Lý Thuyết Bán Dẫn</i> <i>C8: Vi Mạch Tích hợp (IC)</i>
<b>Bài 8: VI MẠCH TÍCH HỢP </b>
<b>(IC: INTERGRATED CIRCUIT)</b>
<b>I.</b>
<b>Khái Niệm. </b>
<b>1. Định Nghóa:</b>
Vi mạch là mạch điện gồm nhiều linh kiện Transistor, diode, điện trở… được chê
tạo đồng loạt trên một kích thước rất nhỏ, các linh kiện này liên kết với nhau thực
hiện một số chức năng đã định và được bọc bên ngồi bằng vỏ plastic hoặc kim
loại, nên cịn được gọi là mạch điện tích hợp (gọi tích là IC).
2. <b>Phân Loại Vi Mạch:</b>
Vi mạch có hai loại chính đó là vi mạch số và vi mạch tương tự ( tuyến tính).
- <i><b>IC số (digital): </b></i>là vi mạch dùng để xử lý tín hiệu số. Thường ký hiệu bằng
cõ D.
- <i><b>IC tương tự (Analog):</b></i> là vi mạch dùng để xử lý tín hiệu Analog, thường có ký
hiệu bằng chữ A và thêm ký hiệu của hãng sản xuất.
VD: TA: IC Analog của hãng TOSHIBA.
Các hệ thống số làm việc bằng vận dụng các cổng logic AND, OR, NOT,
NOR… và các Flip Flop. Các dụng cụ chứa các cổng này là số. Các dụng cụ giao
tiếp như các bộ đệm được thiết kế chủ yếu cho các ứng dụng số cũng được xem
là IC số. Các mạch vi xử lý và các linh kiện liên hệ, các chip tính tốn và đồng
hồ là các dụng cụ số. Ta cũng sẽ xem xét các bộ chuyển đổi analog và digital là
các IC số.
Phần lớn các dụng cụ khác được coi là IC tuyến tính. Chúng bao gồm các
mạch khuếch đại, bộ so sánh, ổn áp, dao động và các vo mạch thông tin, audio và
video (như bộ thu AM, FM, tách sóng FM, giải điều chế stereo, điều khiển âm thanh,
equalizer, khếch đại video TV, tách đồng bộ…
3. <b>Đóng Gói Các Vi Mạch:</b>
Có nhiều dạng đóng gói như : TO-5, DIP-8, TO-3, SIP-9, TO-220…
Dạng vỏ kim loại TO-5: 8,10, 12 chân.
Dạng DIP (Dual inline Package): có các cấu hình 8, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 28 và 40
chân. Đối với các loại DIP-8, 14, 16, 18, 20 chân thì các hàng chân cách nhau 0.3 in,
các chân kề nhau 0.1 in.
Những năm gần đây người ta chế tạo các loại vỏ gắn trên bề mặt (surface
mount package) dùng để gắn IC lên bề mặt của vi mạch in khơng cần khoang lỗ. Ví
dụ như SO-8 và SO-4 (SO là Small Outline).
Dạng gắn bề mặt PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier).
Các mạch xử lý công suất như ổn áp và khuếch đại cơng suất thường dùng
kiểu đóng gói khác.
- Đối với loại cơng suất tiêu tán từ 20W trở lên, người ta dùng dạng TO-3.
Oån áp đơn giản chỉ có hai chân với chân thứ 3 là vỏ.
- Đối với loại công suất tiêu tán nhỏ hơn 15W thì dạng TO-220 là chủ yếu.
- TO-39 cho ổn áp nhỏ hơn 2W.
- Các vi mạch khuếch đại công suất đôi khi ở dạng 1 đường ra SIP (Single In –
line Package) SIP-9.
</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>
<i>Phần II: Lý Thuyết Bán Dẫn</i> <i>C8: Vi Mạch Tích hợp (IC)</i>
<b>II.</b>
<b>Vi Mạch Khuếch Đại Thuật Toán (Op-Amp: Operational </b>
<b>Amplifier)</b>
<b>1. Khái Niệm:</b>
Mạch khuếch đại thuật tốn, cịn gọi là Op-Amp là loại vi mạch được chế tạo theo
cơng nghệ màng mỏng dưới dạng tích hợp IC nên cịn gọi IC thuật tốn.
IC thuật tốn thường được sử dụng trong các mạch làm toán như cộng, trừ, nhân,
chia, tích phân, vi phân… hoặc trong các lĩnh vực khác như tạo sóng (sin, vng, tam
giác), tạo hàm, so sánh, khuếch đại v.v…
Ký hiệu của opamp:
Hình
Bộ khuếch đại thuật tốn có 2 ngõ vào và một ngõ ra, hai ngõ vào được thiết kế
dưới dạng vi sai.
(
)
<i>Vout</i><sub>=</sub><i>A Vin</i>+ <sub>−</sub><i>Vin</i>−
với A: là hệ số khuếch đại.
Vout: điện áp ra.
Vin+<sub>: Điện áp vào không đảo.</sub>
Vin-<sub>: Điện áp vào đảo.</sub>
<b>2. Đặc tính kỹ thuật của OP-AMP:</b>
• Độ lợi điện áp lớn (lý tưởng AV = )
• Tổng trở vào lớn (lý tưởng Zin = )
• Tổng trở ra bé (lý tưởng Zout = 0)
<b>3. Các dạng mạch cơ bản của Op-Amp</b>
a. <i><b>Mạch so sánh</b></i>: Do Op-amp có hệ số khuếch đại rất lớn, nên tín hiệu vào Vin
rất nhỏ là IC đã bảo hoà:
Nếu Vin+<sub> > Vin</sub>-<sub> : Vout = Vcc, được gọi là vùng bảo hoà dương.</sub>
Nếu Vin+<sub> < Vin</sub>-<sub> : Vout = -Vcc, được gọi là vùng bảo hoà âm.</sub>
Đặc tuyến truyền đạt của Opamp:
b. <i><b>Mạch khuếch đại đảo</b></i>: là mạch dùng hồi tiếp âm từ ngõ ra đến ngõ vào
đảo.
Mạch khuếch đại đảo có hệ số được tính theo công thức:
<i>Rf</i>
<i>Av</i>
<i>Ri</i>
= −
Với : Ri: điện trở ngõ vào.
Rf: điện trở hồi tiếp
R3: cân bằng nhiệt cho Op-amp
Muốn thay đổi độ khuếch đại vi sai vịng kín Av, thì cần chọn các giá trị Ri, Rf
thích hợp. Khi thay đổi Ri thì tổng trở vào sẽ thay đổi. Cịn thay đổi Rf
thì chỉ có Av thay đổi nhưng tổng trở vào không thay đổi, song giá
trị Rf không phải chọn tùy ý.
80
-VCC
-+
Vo
+VCC
Vi
R3
</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>
<i>Phần II: Lý Thuyết Bán Dẫn</i> <i>C8: Vi Mạch Tích hợp (IC)</i>
- Nếu Rf quá nhỏ, dòng ra của Op-Amp sẽ vượt quá giá trị cực
đại cho phép, vì dịng ra bao gồm dịng if và dịng qua tải.
- Nếu Rf quá lớn, mạch điện dễ bị nhiễu và làm việc thiếu ổn
định. Thông thường chọn Rf từ 2k đến 2M.
Bộ khuếch đại đảo có trở kháng vào rất lớn nên dòng vào
Op-Amp rất nhỏ. Do vậy dịng tín hiệu vào Ri sẽ bằng dịnmg qua Rf:
<i>i</i> <i>f</i>
<i>i</i> ≅<i>i</i> . Nếu đầu vào không đảo (3) của Op-Amp nối mass, thì dịng
phân cực ib cho ngõ vào đảo sẽ tạo ra áp lệch giữa 2 ngõ vào và
bản thân dòng phân cực lại thay đổi theo nhiệt độ nên làm việc
thiếu ổn định.
Để giảm nhỏ ảnh hưởng này, cần mắc điện trở R3 vào đầu
vào không đảo với mass. Điều kiện cân bằng tốt nhất nên chọn
3 1// 2
<i>R</i> =<i>R</i> <i>R</i> .
<i><b>c. Mạch khuếch đại khơng đảo:</b></i>
Mạch có hệ số khuếch đại được tính theo cơng thức:
1 <i>Rf</i>
<i>Av</i>
<i>Ri</i>
= +
Điện trở R3 được ở đầu vào không đảo để ổn định nhiệt, không cho ngõ ra trôi
đến trạng thái bảo hịa.
<i><b>d. Mạch đệm.</b></i>
Mạch có hệ số khuếch đại :
Av = 1
Zin rất lớn
(
≅)
Zout rất bé
( )
≅0<i><b>e. Maïch coäng (Summer)</b></i>
81
-VCC
-+
Vo
+VCC
Rf
R1
V1
R4
R2
V2
R3
V3
-VCC
-+
Vo
+VCC
R1
V1
R4
R2
V2
R3
V3
R5
-VCC
-+
Vo
Ri
+VCC
Rf
R3
Vin
-VCC
-+
Vo
+VCC
</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>
<i>Phần II: Lý Thuyết Bán Dẫn</i> <i>C8: Vi Mạch Tích hợp (IC)</i>
1 1
(
1 2 3)
3
<i>out</i>
<i>R</i>
<i>V</i> <i>V</i> <i>V</i> <i>V</i>
<i>R</i>
� �
= +<sub>�</sub> <sub>�</sub> + +
� �
1 2 3
1 2 3
<i>V</i> <i>V</i> <i>V</i>
<i>Vout</i> <i>Rf</i>
<i>R</i> <i>R</i> <i>R</i>
� �
= − <sub>�</sub> + + <sub>�</sub>
� �
<i><b>f. Mạch trừ (Subtracter)</b></i>
Mạch có điện áp vi sai ngõ ra tỉ lệ với hiệu điện thế ngõ vào nên ra kết quả
phép trừ. Điện áp ra được tính bởi cơng thức:
1 4 4 2
2 1
2 3 3 1
<i>R</i> <i>R</i> <i>R</i> <i>R</i>
<i>Vo</i> <i>V</i> <i>V</i>
<i>R</i> <i>R</i> <i>R</i> <i>R</i>
+
� �
=<sub>�</sub> <sub>�</sub> −
+
� �
Có thể chọn các giá trị R tùy ý, nhưng phải theo tỉ leä 1 4
2 3
<i>R</i> <i>R</i>
<i>R</i> = <i>R</i>
82
-VCC
-+
Vo
R1
+VCC
R2
Vi
Vi
</div>
<!--links-->
