TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA.KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ.CHƢƠNG 4 Mạch khuếch đại thuật toán

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

CHƢƠNG 4

Mạch khuếch đại thuật
tốn
Bùi Minh Thành
Bộ mơn Kỹ thuật Điện tử - ĐHBK Tp. HCM

1


Tài liệu tham khảo
[1] Theodore F.Bogart, JR, Electronic devices and
Circuits,2nd Ed. , Macmillan 1991
[2] Lê Phi Yến, Nguyễn Nhƣ Anh, Lƣu Phú, Kỹ thuật
điện tử, NXB Khoa học kỹ thuật
[3] Allan R. Hambley, Electrical Engineering:
Principles and Applications, Prentice Hall,4 edition
(2007)
[4] Slide bài giảng môn Kỹ thuật điện tử cô Lê Thị Kim
Anh

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

2

Nội dung
1) Giới thiệu
2) Đặc tính và các thơng số của bộ KĐTT lý tưởng
3) Các mạch ứng dụng cơ bản
3.1) Mạch khuếch đại đảo
3.2) Mạch khuếch đại không đảo
3.3) Mạch đệm
3.4) Mạch cộng đảo dấu
3.5) Mạch cộng không đảo dấu

4) Các mạch ứng dụng tạo hàm
4.1) Mạch tích phân
4.2) Mạch vi phân
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

3


1) Giới thiệu
Khuếch đại là quá trình biến đổi một đại lƣợng (dòng điện hoặc
điện áp) từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm thay
đổi dạng của nó.
- Khuếch đại thuật toán (OPAMP – Operational Amplifier) là bộ
khuếch đại DC có hệ số khuếch đại Av rất cao thƣờng đƣợc chế
tạo dƣới dạng tích hợp

Bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK


1) Giới thiệu

V+
V-

KĐ
Vi sai

KĐ
Trung gian

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

Dịch mức
DC

Đệm ngõ
ra

VO


2) Đặc tính và các thơng số
v i
v

-


i

+

vo


i : Ngõ vào đảo

i : Ngõ vào không đảo

v
v
vo

: Ngõ ra

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK


Đặc tính truyền đạt vịng hỡ
VO
Bão hịa dương

-VS

O +VS

Bão hịa âm

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

Vi  Vi   Vi 

Vùng khuếch đại


Đặc tính truyền đạt khi có hồi tiếp âm (vịng kín)
VO
Bão hịa dương

AVO
A Vf
-VSf

-VS

O +VS

Bão hịa âm

Bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

+VSf

Vi  Vi   Vi 


Opamp lý tưởng
• Hệ số khuếch đại vịng hỡ
AVO 
• Tổng trở vào Rin 
• Tổng trở ra Rout  0







Vi  Vi
I







I 0

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK


3) Các mạch ứng dụng cơ bản Opamp
3.1) Mạch khuếch đại đảo
3.2) Mạch khuếch đại không đảo
3.3) Mạch đệm
3.4) Mạch cộng đảo dấu và không đảo dấu
3.5) Mạch vi sai (mạch trừ)

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

3.1 MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO (NGƢỢC PHA)

Rf

Xét mạch OPAMP lý tƣởng:
Ri = , Ii = 0 nên:

i

R1


i

v v 0

Dòng qua R1:
vo
vi
I

R1
Rf

I

vi

Hệ số khuếch đại vòng kín:

vo
Rf
Av 

vi
R1

Rf
 vo  
vi
R1
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

Tổng trở vào:

v


i


i

v 0

vo

vi
Zi 
 R1

ii


3.2) MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO (ĐỒNG PHA)
Xét mạch OPAMP lý tƣởng:

Ri = , Ii = 0 nên: v
Dòng qua R1:
vo
v i
I

R1 R 1  R f
Mặt khác, coi :


i


i

v 0

v

i

v  v  vi

Ta có hệ số khuếch đại vòng kín:

vo
R1  R f
Rf
Av 

 1
vi
R1
R1


Rf 
 vo  
1  R 
 vi
1 

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

I


i

R1


i

v i

vi

Rf

vo


3.3) MẠCH ĐỆM (MẠCH THEO ĐIỆN ÁP)
Đây là trƣờng hợp đặc biệt của mạch khuếch đại không đảo,
với: Rf = 0 và R1 = 

Áp dụng công thức:

v o R1  R f
Rf
Av 

 1
vi
R1
R1

 Av  1

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

vi

vo

3.4) MẠCH CỘNG
* Mạch cộng đảo dấu

vi1
vi2
vi3

R1

i1

R2

i2

R3 i3

Dùng phƣơng pháp xếp chồng:
v o1

Rf

v i1
R1

Rf
vo2  
vi2

R2
Rf
v o3  
vi3
R3

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

i

Rf

vo


Điện áp ở ngõ ra:

 Rf

Rf
Rf
 v o  
v i1 
vi2 
v i 3 
R2
R3
 R1

Nếu chọn R1 = R2 = R3 = R, ta có:

Rf
v i1  v i 2  v i3 
vo  
R
Và nếu Rf = R, ta có:

vo  v i1  v i 2  v i 3 
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK


* Mạch cộng không đảo dấu

Rg

vi1
vi2

Rf

R1
R2

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

v


i

vo


Dùng phương pháp xếp chồng
Khi vi2 = 0, mạch trở thành:

Rg

Rf

Áp dụng công thức
của mạch khuếch đại không đảo: :

R1

vi1


 
R
f
 vi
v o1   1 


R
g 


  R2

R
f

v o1   1 

R R
R
g  
1
2



 v i1



  R1
R
f

v o 2  1 

R R
R
2
Bộ môn Kỹ Thuật
 Điện Tửg- ĐHBK
 1


 v i 2


 R2 
 v i1
v i  
R

R
2 
 1

Tương tự:

v


i

R2

vo


Điện áp ở ngõ ra:

vo  vo1  vo 2

 Rf   R 2


R
1


 vo  1 
v

v
i
1
i
2

 R R R
R

R
g 
1
2
1
2


Nếu chọn R1 = R2 = R, ta có:

 R f   v i1  v i 2 
v o  1 



R 
2 

Và nếu Rf = R, ta có:

vo  v i1  v i 2 
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK


3.5) MẠCH TRỪ (MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI)
* Khi vi2 = 0

vi2

R
4
v

R3


i

R2
v 
v i1
R1  R 2

i

v i

vi1

 R4   R2 
 v i1
 v o1  1   
 R 3   R1  R 2 
* Khi vi1 = 0

vo2

R4

vi2
R3

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

R1

R2

vo


Điện áp ở ngõ ra:

vo  v i1  v i 2


R4   R2 
R4
 
 v i1 
 v o   1 
vi2
R 3   R1  R 2 
R3

Vo có dạng:

Hay :

Vo = a1 vi1 – a2 vi2 , với:


R4   R2
 
a1   1 
R 3   R1  R 2

 R2


a1  1  a 2  
 R1  R 2 






; a2 
; a2 

R4
R3

R4
R3

 Điều kiện để thực hiện đƣợc mạch này: (1 + a2)> a1
Nếu chọn R1 = R2=R3 = R4, ta có:

v o  v i1  v i 2
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK


4) Các mạch ứng dụng tạo hàm
4.1) Mạch tích phân
4.2) Mạch vi phân

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK


4.1) MẠCH TÍCH PHÂN
Dịng đi qua tụ đƣợc tính:
dv
iC  C

dt

vi

dVo
 i  C
dt

1
 dv o   idt
C
1
 v o    i dt
C
Vi
Mặt khác: i 
R



1
vo  
v i dt

RC

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

C

R
i

v


i

v


i

vo


4.2) MẠCH VI PHÂN

i

Dòng đi qua tụ:

dVi
iC
dt

R

v


i

Mặt khác:

Vo
i
R

vi

Vo
dVi
C

dt
R

dVi
 v o   RC
dt
Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - ĐHBK

C

vo