Tài liệu Bộ khuếch đại thuật toán pptx

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

57
CHƯƠNG 2: BỘ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
GIỚI THIỆU CHUNG
Chương này nêu các tính chất của bộ khuếch đại thuật toán (BKĐTT), tầng khuếch
đại vi sai và các mạch điện ứng dụng BKĐTT. Nội dung của chương gồm:
- Tính chất chung của BKĐTT: trở kháng vào, trở kháng ra, hệ số khuếch đại. Giới
thiệu đặc tuyến truyền đạt, đặc tuyến tần số của BKĐTT
- Mạch khuếch đại vi sai: cấu tạo của tầ
ng khuếch đại vi sai cơ bản, tầng khuếch đại
vi sai có tải động kiểu gương dòng, tầng khuếch đại vi sai dùng tranzito trường.
- Mạch khuếch đại đảo, mạch khuếch đại thuận, mạch khuếch đại lặp lại.
- Phương pháp chống trôi và bù điểm không: dùng điện trở cân bằng, dùng nguồn
nuôi để hiệu chỉnh điện áp một chiều đầu ra ở chế độ t
ĩnh của BKĐTT. Mục đích của những
phương pháp này là giũ cho điện áp đầu ra cân bằng không khi không có tín hiệu vào.
- Mạch cộng: có mạch cộng thuận, mạch cộng đảo. Mạch cộng thuận các tín hiệu cần
cộng đưa vào của thuân. Mạch cộng đảo các tín hiệu cần cộng đưa vào cửa đảo.
- Mạch trừ: tín hiệu đưa vào hai cửa thuận và đảo. Tín hiệu bị trừ
đưa vào cửa cộng,
tín hiệu trừ đưa vào cửa đảo.
- Mạch vi phân: mạch vi phân là mạch mà điện áp ra tỉ lệ với vi phân của điện áp vào.
- Mạch tích phân: mạch tích phân là mạch mà điện áp ra tỉ lệ với tích phân điện áp vào.
- Mạch tạo hàm loga: điện áp ra tỉ lệ với logarit tự nhiên của điện áp vào.
- Mạch tạo hàm mũ: điện áp ra tỷ lệ vớ
i mũ logarit tự nhiên của điện áp vào
- Mạch nhân tương tự: cho điện áp ra tỷ lệ với tích tức thời các điện áp vào.
- Mạch lọc tích cực: cấu tạo mạch lọc tích cực gồm có BKĐTT kết hợp với các phần
tử RC. Mạch lọc tích cực làm việc ở vùng tần tháp có ưu điểm gọn nhẹ, phẩm chất lọc cao.
Có các mạch lọc thông cao, thông th

ấp, thông giải, chặn giải tương tự như các mạch lọc thụ
động. Bậc của bộ lọc là số tụ điện chứa trong mạch lọc đó.
- Các mạch điện sử dụng BKĐTT ở trên đều làm việc ở chế độ tuyến tính.Trong quá
trình chứng minh các công thức điện áp ra của mạch luôn coi hiệu điện áp giữa hai cửa vào
BKĐTT U
0
rất bé, gần đúng xem như bằng không.
- Cần chú ý các mạch điện BKĐTT đều được cấp nguồn đối xứng ±E. Khi vẽ mạch
nhiều lúc không vẽ nguồn vào, nhưng xem như mặc định. Điện áp ra đạt cực đại Ur =
+Urmax khi BKĐTT bão hoà dương. Điện áp ra đạt cực tiểu Ur = -Urmax khi BKĐTT bão
hoà âm, trong đó gần đúng |± Urmax| = E – 2 vôn.
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

58
Kết thúc chương này yêu cầu người học vận dụng lý thuyết làm tốt các bài tập . Qua
đó hiểu bài sâu sắc hơn ,nhớ mạch điện chính xác hơn.
NỘI DUNG
Danh từ ″khuếch đại thuật toán’’ thuộc về bộ khuếch đại dòng một chiều có hệ số
khuếch đại lớn, có hai đầu vào vi sai và một đầu ra chung. Tên gọi này có quan hệ tới việc
ứng dụng đầu tiên của chúng chủ yếu để thực hiện các phép tính cộng, trừ, tích phân v v
Hiện nay bộ khuếch đại thuật toán đóng vai trò quan trọng và ứng dụng rộng rãi trong kỹ
thuật khuếch đạ
i, tạo tín hiệu hình sin và xung, trong bộ ổn áp và bộ lọc tích cực v.v
2.1. CÁC TÍNH CHẤT CHUNG CỦA BKĐTT
Bộ khuếch đại thuật toán được biểu diễn trên hình 2-1. Trong đó Ut, It là điện áp,
dòng điện vào cửa thuận. U
đ
, I
đ
là điện áp, dòng điện vào cửa đảo.U

r
,I
r
điện áp ra và dòng
điện ra. U
0
là điện áp vào giữa hai cửa. Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp
U
0
=U
t
-U
đ
với hệ số khuếch đại K
0
> 0.
Do đó điện áp ra:

r
U
=K
0
.U
0
=K
0
(U
t
-U
đ

) (2-1)
Nếu
U
đ
0=
thì
tor
U.KU = lúc
này điện áp ra cùng pha với điện áp vào
t
U .
Vì vậy cửa T gọi là cửa thuận của bộ
khuyếch đại thuật toán và ký hiệu dấu “+”.
Tương tự như vậy khi
t
U
= 0 thì
U.KU
0r
−=
đ
, điện áp ra ngược pha với
điện áp vào nên cửa Đ là cửa đảo của bộ khuyếch đại thuật toán và ký hiệu dấu “-”. Ngoài
ra bộ khuếch đại có hai cửa đấu với nguồn nuôi đối xứng
C
E
±
và các cửa để chỉnh lệch
không và bù tần.
Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng có những tính chất sau:

+ Trở kháng vào Z
V
= ∞
+ Trở kháng ra Z
ra
= 0 (2-2)
+ Hệ số khuếch đại K
0
= ∞
Thực tế bộ khuếch đại thuật toán có K
0
=10
4
÷10
6
ở vùng tần số thấp. Lên vùng tần số
cao hệ số khuếch đại giảm xuống. Nguyên nhân do sự phụ thuộc tham số của Tranzito và
điện dung ký sinh trong sơ đồ. Đặc tuyến truyền đạt, đặc tuyến biên độ và đăc tuyến pha
như ở hình 2-2 và 2-3. IC khuếch đại thuật toán có khả năng nén tín hiệu đồng pha.



đầu vào
đầu vào
U
V
0

-
U

ra
E
C
-
K
0
K
f
f
0
2
K
0
a) Đặc tuyến biên độ
0
45
o
90
o
I
r
I
t
T

U
0
U
đ
I

đ
U
ra
-E
C
+E
C
Đ

Hình 2-1: Bộ khuếch đại thuật toán
U
t
+
-
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

59










Gọi
CM
K là hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha thì hệ số nén tín hiệu đồng pha được

xác định theo biểu thức:
CM
0
K
K
G =
(2-3)
Thường G =10
3 ÷
10
5
.
Một bộ khuếch đại thuật toán thường có 4 tầng ghép trực tiếp với nhau. Tầng vào là tầng
khuếch đại vi sai, tiếp theo là tầng khuyếch đại trung gian (có thể là tầng đệm hay khuếch đại
vi sai hai), đến tầng dịch mức và tầng khuếch đại ra.
2.2. MẠCH KHẾCH ĐẠI VI SAI
Trong IC khuếch đại thuật toán, ở phía đầu vào mạch khuếch đại vi sai có một đến
hai tầng. Hình 2-4 là cấu trúc điển hình của một tầng khuếch đại vi sai làm việc theo nguyên
lý cầu cân bằng song song. Hai nhánh cầu là R
C1
và R
C2
, còn hai nhánh kia là các Tranzito
T
1
và T
2
được chế tạo trong cùng một điều kiện sao cho
2C1C
RR

=
và T
1
, T
2
có các thông
số giống hệt nhau.
Điện áp lấy ra giữa hai cực góp (kiểu ra đối xứng) hay trên mỗi cực góp với đất (kiểu
ra không đối xứng). Tranzito T
3
làm nguồn ổn dòng giữ ổn định dòng I
E
(là tổng dòng I
E1
và
I
E2
) của tranzito T
1
, T
2
. Trong sơ đồ nguồn ổn định dòng còn có R
1
, R
2
, R
3
và nguồn cung
cấp E
C2

, T
4
mắc thành điôt làm phần tử bù nhiệt ổn định nhiệt cho T
3
.
Trong sơ đồ rút gọn (hình 2-4b) phần nguồn ổn dòng T
3
được thay bằng nguồn dòng I
E
.






∨
R
C2
T
2
T
1
I
E1
I
E2
I
E
U

C1
=U
r
U
r
T
1
T
3
R
2
R
3
T
4
T
2
I
C1
I
C2
I
E1
I
E2
I
C
_
E
C2

+
U
r
z
R
C2
R
C1
R
1
U
V2
U
V1
U
C1
=U
r
U
C2
=U
r
+
E
C1
a
)

R
C1

U
V2
U
V1
U
C2
=U
r
+
E
C1
<<
-
E
C2
+
b)
I
C1
I
C2
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

60

Tín hiệu vào tầng vi sai có thể từ hai nguồn riêng biệt U
V1
và U
V2
hoặc từ một nguồn
(hình 2-4c, d). Trong trường hợp sau tín hiệu vào đặt lên cực gốc của một trong hai Tranzito
hay giữa hai cực gốc của chúng. Các đầu vào U
V1
và U
V2
nối theo sơ đồ hình 2-4c, d được
gọi đầu vào vi sai.
Điện áp một chiều cung cấp cho tầng vi sai là hai nguồn E
C1
và E
C2
có thể khác nhau hay
bằng nhau về trị số. Vì hai nguồn nối tiếp nhau nên điện áp cung cấp tổng là E
C
= E
C1

+ E
C2
.
Do có E
C2
nên điện thế cực phát của Tranzito T
1
và T
2
giảm nhiều so với trong sơ đồ
hình 2-5 và điều này cho phép đưa tín hiệu tới đầu vào của bộ khuếch đại vi sai mà không
cần mạch bù điện áp ở đầu vào.
Xét một số trường hợp điển hình.
Sơ đồ tầng vi sai yêu cầu dùng Tranzito T
1
, T
2
có tham số giống nhau và R
C1
= R
C2
,
do đó khi tín hiệu vào bằng không, cầu cân bằng, điện áp trên cực góp của hai Tranzito
bằng nhau và như vậy điện áp ra lấy trên đường chéo cầu U
ra
= U
ra1
+U
ra2
= 0. Sơ đồ có độ

ổn định cao đối với sự thay đổi điện áp cung cấp, nhiệt độ và yếu tố khác vì độ trôi của hai
nhánh giống nhau, điện áp trên cực góp thay đổi cùng một gia số và độ trôi đầu ra gần như
bị triệt tiêu.
Dòng phát
E
I
chia đều cho hai Tranzito nghĩa là
2
I
II
E
2E1E
==
. Dòng cực gốc được
xác định:

0V
E
02B01B
I
)1.(2
I
II =
β+
== .
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

61
Dòng cực góp
2

I
2
I
.II
EE
2C1C
≈α==
.
và điện áp cực góp là:

2
R.I
EUU
CE
1C2C1C
−== (2-4)
ở đây
2C1CC
RRR == .
Trạng thái này đặc trưng cho chế độ cân bằng của tầng và gọi là chế độ cân bằng tĩnh.
Khi có tín hiệu đưa tới một trong các đầu vào giả sử
0U
1V
>
,
.0U
2V
=

Do tác dụng của tín hiệu vào, xuất hiện dòng điện vào của hai tranzito, dòng cực gốc
T
1
tăng lên, dòng cực gốc T
2
giảm xuống. Khi đó I
E1
và I
C1
tăng lên còn I
E2
và I
C2
giảm. Sự
thay đổi dòng điện của các tranzito xẩy ra ngược chiều nhau và với cùng một số gia vì tổng
dòng điện
E2E1E
III =+
giữ nguyên không đổi.
Điện áp trên cực góp của tranzito T

1
là
1C1C1C1C
R.IEU
−
=
giảm một lượng
1C
UΔ
ngược pha với điện áp vào. Điện áp
2C
U tăng và tạo ra số gia điện áp
2C
U
Δ
cùng pha với
điện áp tín hiệu vào.
Như vậy với cách đưa tín hiệu vào như sơ đồ đang khảo sát đầu ra của tầng lấy trên
cực góp T
1
gọi là đầu ra đảo, còn đầu ra lấy trên cực góp T
2
gọi là đầu ra không đảo (thuận).
Tín hiệu lấy giữa hai cực góp gọi là tín hiệu vi sai.

.R.I.2U.2UUUUU
CCC1C2C1C2Cra
Δ≈Δ=Δ+Δ=−=

Ta xác định hệ số khuếch đại điện áp của tầng vi sai. Khi hai Tranzito có tham số

giống nhau thì dòng vào của tầng là:

[]
)1(rr.2R
E
rrR
E
I
EBn
n
2v1vn
n
V
β+++
=
++
=
(2-5)
Hình 2-5:
a) Sơ đồ tầng vi sai khi có tín hiệu vào với
0
1
>
V
U , .0
2
=
V
U b) Biểu đồ điện thế.
I

C2
R
C2
ΔU
C1
U
r
U
C2
E
C1
U
C1
ΔU
C2
U
r
R
C2
R
C1
I
E
I
C1
I
C2
I
E1
I

E2
I
V
∨
R
n
U
V
U
C1
U
C
+
E
C1
-
∨
+
E
n
-
a)
I
C1
R
C1
b)
-
+
E

C2
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

62
trong đó E
n
là nguồn tín hiệu vào
R
n
là điện trở nguồn
r
V
là điện trở vào Tranzito.
Dòng điện vào tạo ra số gia dòng điện ra nên
VC
I.I
β
±
=
Δ
±
khi đó

CVCCC2,1r
R IR.IUU
β
Δ
±
=
Δ

±
=
Δ
±=Δ±
(2-6)
Hệ số khuếch đại của tầng riêng rẽ:

[]
1,2
1,2
.
2. (1 ).
r
C
nnB E
U
R
K
ERr r
β
β
Δ
==
+++
(2-7)
Nếu
n
R
= 0 thì

[]
EB
C
2,1
r).1(r.2
R.
K
β++
β
=
(2-8)
Hệ số khuếch đại của tầng vi sai khi R
t
∞
→ .

[]
2. 2. .
2. (1 ).
ra C
VS
nnB E
UR
K
ERr r
β
β
Δ
==
+++

(2-9)
Nếu tính đến R
t
thì:
Vn
C
VS
r.2R
)Rt//R.(.2
K
+
β
=
(2-10)
Khi R
t
∞→
,
0R
n
→
thì:
EB
C
V
C
VS
r).1(r
R.
r

R.
K
β++
β
=
β
=
(2-11)
Trong tầng khuếch đại vi sai của các IC thuật toán, người ta thường thay R
C1
, R
C2

bằng Tranzito, thực hiện chức năng tải động của tầng. Sơ đồ này có hệ số khuếch đại K
VS

lớn hơn nhiều lần so với sơ đồ đã
khảo sát có tải R
C
. Điều này rất
quan trọng khi thiết kế bộ
khuếch đại một chiều nhiều tầng.
Một trong những sơ đồ như vậy
vẽ trên hình 2-6. Tranzito T
5
, T
6

dùng làm tải động của tầng có
tham số giống nhau, T

5
được
mắc thành điôt. Cách mắc như
vậy còn được gọi là sơ đồ gương
dòng điện. Dòng I
C
của T
1
chảy
qua T
5
tạo nên điện áp
5BE
U xác
định điện áp vào U
BE6
. Vì T
5
và
T
6
có tham số giống nhau nên I
C6

T
5
T
6
T
2

R
t
R
n
U
U
t
U
BC
I
C
I
C2
I
t
I
E
I
E1
I
E2
I
V
+

-
E
C
2
+

E
C
1
>>
T
1
E
n

+

+

Hình 2-6: Sơ đồ tầng vi sai có tải động kiểu
gương dòng điện
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

63
giống I
C1
.Tín hiệu vi sai lấy ở cực góp T
2
.
Khi E
n
= 0 sơ đồ ở chế độ cân bằng tĩnh, dòng
2
I
III
E

6C2C1C
===
. Dòng
6C
I
chảy
qua T
2
nên U
ra
= 0 vì i
tải
= 0.

Giả thiết tín hiệu vào có cực tính như ở hình 2-6. Dưới tác dụng của E
n
dòng I
B1
tăng,
và như vậy làm giảm dòng I
B2
. Sự thay đổi dòng cực gốc làm thay đổi dòng cực góp.

V
E
1C
I.
2
I
I β+=

.
V
E
2C
I.
2
I
I β−=
.
Bởi vì dòng
1C6C
II =
nên
V
E
6C
I.
2
I
I β+=
.
Khi đó dòng tải : I
tải
V2C6C
I 2II
β
=
−
= . Nên điện áp đầu ra trên tải:

tVra
R.I 2U β= .
Nếu tải tín hiệu vào đổi dấu thì làm đổi chiều
V
I , I
tải
và cực tính điện áp ra.
Hệ số khuếch đại điện áp của tầng.

[]
2. . 2. .
2. 2. (1 ).
ra
nnVn B E
U
Rt Rt
K
ER rR r r
β
β
β
== =
++++
(2-12)
Khi R
n
= 0:

EB
t

r).1(r
R.
K
β++
β
=

(2-13)
Sơ đồ hình 2-6 có ưu điểm cơ bản là
khả năng chịu tải cao và tải có ưu điểm nối
đất và hệ số khuếch đại lớn khoảng vài trăm
lần. Trở kháng vào có thể đạt hàng chục
hoặc hàng trăm K
Ω . Khi cần có trở kháng
vào lớn hơn hàng chục
ΜΩ dùng T
1
và T
2

là tranzito trường. Sơ đồ như ở hình 2-7.
Nguyên lý làm việc tương tự như sơ đồ
hình 2-4.
2.3. MẠCH KHUẾCH ĐẠI
Do vi mạch khuếch đại thuật toán
có hai cửa vào. Khi đưa tín hiệu vào cửa
R
C1
R
C2

U
r1
U
V1
T
1
U
r2
U
r
T
2
I
S
-
E
C2
+
Hình 2-7: Sơ đồ tầng vi sai dùng Tranzito trường.

U
V2
+
E
C1
-
<<
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

64

đảo ta có mạch khuếch đại đảo, nếu đưa tín hiệu vào cửa thuận ta có mạch khuếch đại
thuận.
2.3.1. Mạch khuếch đại đảo
Mạch khuếch đại đảo cho ở hình 2-8 có
thực hiện hồi tiếp âm điện áp qua R
ht
. Đầu vào
thuận được nối đất. Tín hiệu qua R
1
đưa tới
đầu vào đảo. Nếu coi IC có trở kháng vào vô
cùng lớn tức Z
V
→ ∞ thì dòng vào IC vô cùng
bé I
0
= 0, khi đó tải nút N có phương trình
dòng điện.
I
V
≈ I
ht

Từ đó có:
ht
ra0
1
0V
R
UU

R
UU
−
=
−

(2-14)
Khi K → ∞ điện áp đầu vào
0
K
U
U
ra
0
→=
vì vậy 2-14 có dạng:

ht
ra
1
V
R
U
R
U
−=

Do đó hệ số khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại đảo K có hồi tiếp âm song song
được xác định bằng phần tử thụ động trong sơ đồ:

1
ht
R
K
R
=−
(2-15)
Nếu chọn R
ht
= R
1
thì K
1−=
, sơ đồ có tính chất tầng đảo lặp lại điện áp (đảo tín hiệu).
Nếu R
1
= 0 thì từ phương trình
htV
II
=
ta có
ht
ra
V
R
U
I −=
hay
htVra
R.IU −= tức là

điện áp ra tỷ lệ với dòng điện vào. Mạch trở thành bộ biến đổi dòng thành áp.
Vì U
0
= 0 nên R
v
= R
1
, khi
∞
→K thì
R
ra
= 0.
2.3.2. Mạch khuếch đại thuận
Mạch khuếch đại thuận có hình 2-9 gồm
một mạch hồi tiếp âm điện áp đặt vào đầu đảo
còn tín hiệu đặt vào cửa thuận.
_

+
R
ht
R
1
U
V
U
ra
Hình 2-9: Mạch khuếch đại thuận
R

1
N
I
V
I
ht
I
o
u
V
U
0
_

+
R
ht
u
ra
Hình 2-8: Mạch khuếch đại đảo
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

65
Vì điện áp đặt vào giữa hai cửa rất bé, xem U
0
= 0 nên quan hệ giữa U
V
và U
ra
xác

định bởi:
ht1
1
raV
RR
R
.UU
+
=

Hệ số khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại thuận.
1
11
1
ra ht ht
V
URR R
K
UR R
+
== =+
(2-16)
Vì
∞=
V
R nên 0I
V
= . Được
dùng khi cần mạch khuếch đại có trở
kháng vào lớn. Khi R

ht
= 0 và R
1
= ∞ ta
có sơ đồ bộ lặp lại điện áp với K = 1
(hình 2-10). Điện trở vào của mạch
khuếch đại thuận rất lớn, bằng điện trở
vào của IC, còn điện trở ra
0R
ra
→
.
2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG TRÔI VÀ BÙ ĐIỂM KHÔNG
Khi dùng bộ khuếch đại thuật toán để khuếch đại tín hiệu một chiều có trị số nhỏ thì
các sai số chủ yếu do dòng điện tĩnh, điện áp lệch không và hiện tượng trôi gây ra.
Các dòng điện tĩnh I
t
, I
đ
ở đầu vào bộ khuếch đại thuật toán thực chất là các dòng cực
gốc tranzito tầng vào mạch khuếch đại vi sai. Dòng tĩnh cửa thuận I
t
và dòng tĩnh cửa đảo
gần bằng nhau. Các dòng tĩnh I
t
và I
đ
gây sụt áp trên các cửa vào. Do sự khác nhau trị số các
điện trở cửa thuận T và cửa đảo Đ nên sụt áp
này cũng khác nhau. Hiệu điện thế của

chúng chính là điện áp lệch không. Để giữ
cho điện áp lệch không nhỏ, trong mạch
khuếch đại đảo, cửa thuận không đấu trực
tiếp xuống đất mà đấu qua điện trở R
C
như
trên hình 2-11.
R
C
có trị số bằng điện trở vào cửa đảo,
nghĩa là:
ht1
ht1
C
RR
R.R
R
+
=

Lúc đó dòng tĩnh gây ra trên hai đầu vào
các sụt áp là I
t
.R
C
và I
đ
.(R
1
//R

ht
). Thường
II
t
≈
đ
nên các sụt áp đó gần bằng nhau.
Thực tế I
t
≠ I
đ
nên dòng tĩnh I
0
= I
t
- I
đ

còn gây ra một hiệu điện áp ở đầu vào, gọi là điện áp lệch không U
0
. Khi đó điện áp ra sai
số là:
U
ra
=U
V
_

+
U

V
Hình 2-10: Mạch khuếch đại lặp lại điện áp
U
r
_

+
U
V
Hình 2-11: Mạch khuếch đại mắc thêm
điện trở R
C
R
1
R
ht
R
C
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

66

0
1
ht
r
U).
R
R
1(U

0
+=
(2-17)
Để khử sai số này dùng các mạch bù điển hình ở hình 2-12. Việc bù điện áp lệch
không được thực hiện theo nguyên tắc: một trong hai đầu vào của bộ khuếch đại thuật toán
với một nguồn điện áp biến đổi để có một điện áp ngược với điện áp lệch không trên.
Khi cần phải để trống cả hai cửa vào thì mắc mạch bù vào cửa khác có liên quan đến
c
ửa vào. Cần phải chọn các linh kiện mạch bù sao cho bộ khuếch đại thuật toán làm việc
bình thường.
Ngoài ra còn có hiện tượng trôi điện áp đầu ra do lượng trôi điện áp đầu vào ΔU
0
và
lượng trôi của dòng tĩnh vào ΔI
0
.
Lượng trôi điện áp đầu ra được xác định:

ht0
1
ht
00r
R.I)
R
R
1.(UU Δ−+Δ=Δ
(2-18)
trong đó:
0
UΔ là lượng trôi điện áp lệch không đầu vào.

0
IΔ là lượng trôi dòng lệch không đầu vào.
Biến đổi (2-18) ta có:

[]
)R//R.(IU).
R
R
1.(
R
R
U
ht100
ht
1
1
ht
0r
Δ−Δ+=Δ
(2-19)

Từ (2-19) rút ra kết luận:
- Nếu nguồn tín hiệu có trở kháng lớn (R
1
// R
ht
lớn) thì điện áp sai số ở đầu ra chủ yếu
do trôi dòng lệch không đầu vào sinh ra. Ngược lại nếu nguồn tín hiệu có trở kháng nhỏ (R
1

nhỏ) thì sai số đầu ra chủ yếu do điện áp lệch không đầu vào sinh ra. Do đó khi cần khuếch
đại dòng một chiều nhỏ thì chọn R
1
// R
ht
nhỏ, nếu cần khuếch đại điện áp một chiều nhỏ thì
chọn R
1
lớn.
Hình 2-12: Mạch bù điện áp lệch không

Ra

_

+
+


_

R
1
R
ht
R
3
R
2
R
4
Vào

Ra

+

_
+


_

R
1
R
2
R
3
R

4
Vào

R
ht
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

67
Trong bộ khuếch đại tín hiệu xoay chiều không cần quan tâm đến vấn đề bù lệch không.
2.5. MẠCH CỘNG
2.5.1. Mạch cộng đảo
Mạch này các tín hiệu vào đưa tới cửa đảo. Sơ đồ hình 2-13. Coi các điện trở vào
bằng nhau.
Vn21ht
RR RRR <====
.









Khi I
V
= 0 thì (vì R
V
của IC xem =

∞
)
.I III
n21ht
+++= hay
)202(U)U UU(U
n
1i
in21ra
−−=+++−=
∑
=

Tổng quát khi
n1
R R ≠≠
có:

)U.
R
R
U.
R
R
U.
R
R
(U
n
n

ht
2
2
ht
1
1
ht
ra
+++−=

=
∑
=
α−=+++−
n
1i
ii
n
n
2
2
1
1
ht
U.)
R
U

R
U

R
U
.(R
(2-21)
với
i
ht
i
R
R
=α

2.5.2. Mạch cộng thuận
Sơ đồ mạch điện ở hình 2-14, ở đây các
tín hiệu vào đưa tới cửa thuận. Khi U
0
= 0
điện áp ở hai đầu vào bằng nhau và bằng.
U
1

U
2
U
n
R
R

R

I
n
I
1
U
ra
R
ht
_

+
Hình 2-14: Mạch cộng thuận
U
0
U
V+
U
V_
R
1
I
n
U
1

U
2
U
n

R
1

R
2
R
n

I
1
I
ht
U
ra
R
ht
_

+
Hình 2-13: Mạch cộng đảo
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

68

.U.
RR
R
UU
ra
ht1

1
VV
+
==
−+

Khi dòng vào đầu thuận bằng không (R
V
=
∞
) ta có:
0
R
UU

R
UU
R
UU
VnV2V1
=
−
++
−
+
−
−−−

Hay:
−

=
+
+
+
Vn21
U.nU UU

Æ
ra
ht1
1
n21
U.
RR
R
.nU UU
+
=+++

Từ đó

∑
=
+
=++
+
=
n
1i
i

1
ht1
n1
1
ht1
ra
U.
R.n
RR
)U U.(
R.n
RR
U
(2-22)
Chọn các tham số của mạch thích hợp để có thừa số đầu tiên của vế phải công thức
(2-22) bằng 1
1
R.n
RR
1
ht1
=
+
và khi đó:

∑
=
=+++=
n
1i

in21ra
UU UUU

2.6. MẠCH TRỪ
Khi cần trừ hai điện áp người ta có thể thực hiện theo sơ đồ hình 2-15. Khi đó điện áp
đầu ra được tính theo

2211ra
UKU.KU
+
= (2-23)
Có thể tìm K
1
, K
2
theo phương pháp cho điện áp vào từng cửa bằng không.
Cho U
2
= 0 thì mạch làm việc như một bộ khuếch đại đảo. Ta có:

.U.U
1ara
α−= vậy .K
a1
α
−
=

Khi U
1

= 0 mạch trở thành mạch khuếch đại thuận có phân áp vào. Khi đó:

b
b
b
b
2
b
R.
R
R
U
U
α
+
= .
Hệ số phân áp:
b
b
α
α
+1

Khi đó
2
b
b
ara
U.
1

).1(U
α+
α
α+=

Hệ số khuếch đại
R
b
/α
b

R
a
R
a
/α
a

_

+
U
a
U
b
U
ra
R
b
Hình 2-15: Mạch trừ

U
1
U
2
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

69

b
b
a2
1
).1(K
α+
α
α+=

nên U
ra
khi có U
1
, U
2
là :

1a2
b
b
ara
U.U.

1
).1(U α−
α+
α
α+=
Nếu điện trở trên cả hai lối vào là như nhau tức là: α
a
= α
b
= α
thì
α−=α=
12
K,K

Vậy :
)UU.(U
12ra
−α= (2-24)
2.7. MẠCH VI PHÂN, MẠCH TÍCH PHÂN
2.7.1. Mạch vi phân
Mạch vi phân là mạch điện áp đầu ra tỷ lệ với vi phân điện áp đầu vào, tức là
dt
dU
.KU
V
ra
= , trong đó K là một hệ số.
Mạch vi phân dùng IC khuếch đại thuật toán như hình 2-18
Xem như U

0
= 0; I
0
= 0 nên
dt
dU
CI
V
V
=

Mà
R.IU
Vra
−= nên
dt
dU
.C.RU
V
ra
−=
(2-26)
trong đó
τ== C.RK
gọi là hằng số
vi phân của mạch. Dấu (-) nói lên U
ra
ngược
pha U
V

.
Khi tín hiệu vào là hình sin thì mạch vi
phân làm việc như một bộ lọc tần cao.
2.7.2. Mạch tích phân
Mạch tích phân là mạch mà điện áp đầu ra tỷ lệ với tích phân điện áp đầu vào.

dtUkU
t
0
Vra
∫
=

trong đó k là hệ số.
Mạch tích phân dùng IC khuếch
đại thuật toán có mạch hình 2-19.
I
V
R

U
V
A

U
R
_
+
Hình 2-19: Mạch tích phân
I

C
C

I
V
C I
0
U
V
U
0
R
U
R
_
+
Hình 2-18: Mạch vi phân
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

70
Tại nút A ta có I
V
= I
C
hay:
R
U
dt
dU
.C

Vra
=−

nên
0ra
t
0
Vra
Udt.U.
C.R
1
U +−=
∫
(2-27)
Ở đây U
ra0
là điện áp trên tụ C khi t=0 (là hằng số tích phân xác định từ điều kiện ban
đầu)
Thường khi t=0 U
V
= 0 và U
ra
= 0 nên

dtU.
1
U
t
0
Vra

∫
τ
−=
(2-28)
τ = R.C gọi là hằng số thời gian của mạch tích phân.
Khi tín hiệu vào thay đổi từng nấc, tốc độ thay đổi của điện áp ra bằng:

C.
R
U
t
U
Vra
−=
Δ
Δ

nghĩa là ở đầu ra bộ tích phân có điện áp tăng hay giảm tuyến tính theo thời gian.
Đối với tín hiệu hình sin mạch tích phân trở thành mạch lọc thông thấp.
2.8. MẠCH TẠO HÀM LOGARIT VÀ LŨY THỪA
Trong thực tế thường cần tạo ra một điện áp U
r
là hàm số nào đó của điện áp U
V
, tức
là U
r
= f(U
V
). ở đây f là một quan hệ hàm như hàm lôgarit, hàm mũ, hàm lượng giác Ta

xét một vài mạch tạo hàm cụ thể.
2.8.1. Mạch tạo hàm lôgarit
Mạch tạo hàm số lôgarit cho điện áp đầu ra: U
r
= α
1
.ln(α
2
.U
V
)
Muốn vậy ta có thể dùng biểu thức của dòng qua điốt ở phần cấu kiện điện tử

ak
t
U
.(exp 1)
nU
DS
II=−

trong đó: I
S
là dòng điện ngược bão hoà.
U
T
là điện thế nhiệt KT/e
0
.
m là hệ số hiệu chỉnh. 1 < m < 2.

U
ak
là điện áp đặt lên điốt.
Trong miền làm việc I
D
>> I
S
gần đúng có thể coi:

.exp
ak
DS
t
U
II
mU
=

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

71
Từ đó
S
D
Tak
I
I
ln.U.mU =
(2-29)
chính là hàm lôgarit cần tìm.

Để thực hiện quan hệ này, có thể sử dụng như hình 2-20. Nếu vi mạch khuếch đại
thuật toán là lý tưởng ta có thể tính như sau:

R
U
I
V
D
=
,
akra
UU
−
=

rút ra:
)
R.I
U
ln(.U.mU
S
V
Tra
−=

Có thể thay điốt bằng tranzito nối kiểu điốt, khi đó loại trừ được m và mở rộng phạm vi
làm việc của mạch.
Lúc này:

)
R.I
U
ln(.UUU
ES
V
TBEra
−=−=
(2-30)
Mạch điện ở hình 2-21.
2.8.2. Mạch tạo hàm đối lôgarit (hàm mũ)
Để tạo hàm đối lôgarit ta mắc phần tử phi tuyến là điốt hay Tranzito vào nhánh vào
của IC khuếch đại thuật toán. Mạch nguyên lý được biểu diễn trên hình 2-22.
Với mạch dùng điốt ta có:

.exp
v
DS
t
U
II
mU
=

.
Nên
exp
v
ra S
t
U
URI
mU
=−
. (2-31)



I
D
D

U
V

U
R
U
Ra

_
+
Hình 2-20: Mạch logarit dùng điôt
U

V
R
U
Ra

_
+
Hình 2-21: Mạch logarit dùng
Tranzitor nối kiểu điốt
T
I
C
U
0
U
0
U
0
I
D
D

U
V
R
U
Ra

_
+

Hình 2-22: Mạch khuyếch đại đối loga
a) Mạch dùng điốt
U
V
R
U
Ra

_
+
T
I
C
(a)
(b)
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

72






Với mạch b ta dùng tranzito đấu theo kiểu điốt, lúc đó

exp
v
ra S
t

U
URI
U
=−
. (2-32)
2.9. MẠCH NHÂN TƯƠNG TỰ
Mạch nhân tương tự có sơ đồ quy ước trên hình 2-23. Tín hiệu trên đầu ra của nó tỷ lệ
với tích các tín hiệu đặt lên hai đầu vào.
Z = k.X.Y.
Trong đó: X, Y Là các tín hiệu vào.
Z: tín hiệu ra
k: hệ số tỷ lệ còn gọi là hệ số
truyền đạt của mạch nhân.
Trên hình 2-24 là sơ đồ mạch nhân điện áp và mạch tương đương của nó.Mạch nhân
điện áp lý tưởng có trở kháng vào hai cửa Z
VX
, Z
VY
=
∞
và trở kháng ra Z
r
= 0. Hệ số
truyền đạt lý tưởng không phụ thuộc vào tần số và trị số các điện áp vào U
X
, U
Y
nghĩa là k
là một hằng số.

Mạch nhân thực hiện bởi mạch khuếch đại lôga và đối lôga có sơ đồ khối như hình 2-25.




k
X
Y
Z
Hình 2-23: Sơ đồ quy ước của mạch
nhân tương tự
k
X
Y
~
~
U
X
U
Y
U
Z
(a)

~
U
X
U
Y
Z
Y
Z
VX
Z
ra
k.U
X
.U
Y
U
ra
(b)

Hình 2-24: Mạch nhân điện áp và mạch nhân tương đương
ln
ln
Tổng exp
X
Y
Z
Hình 2-25: Sơ đồ khối mạch nhân dùng mạch khuếch đại lôga và đối lôga
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

73

Gọi X = k
X
.U
X

Y = k
Y
.U
Y
và Z = k
Z
.U
Z
.
trong đó k
X
, k
Y
, k
Z
lần lượt là hệ số tỷ lệ của các điện áp vào U
X
, U
Y
và điện áp ra U
Z
.
Từ mạch trên ta có:

x
exp(lnU ln )
Z
y
UU=+

tức là:
xy
XY
exp(ln ln ) expln
zxy
ZXY
kkkkk
=+=

Suy ra:

.Y.X.
k.k
k
Z
yx
z
=
(2-33)
Các mạch khuếch đại lôga và đối lôga đã xét ở tiết trước, còn mạch tổng nhờ vi mạch
khuếch đại thuật toán thực hiện.
2.10. MẠCH LỌC TÍCH CỰC
Ở tần số cao thường dùng các mạch lọc thụ động RLC. ở tần số thấp các mạch lọc đó

có điện cảm quá lớn làm cho kết cấu nặng nề và tốn kém cũng như phẩm chất của mạch
giảm. Vì vậy trong phạm vi tần số
≤
100kHz người ta hay dùng bộ lọc khuếch đại thuật
toán và mạng RC- gọi là mạch lọc tích cực để lọc.
Khác với mạch lọc thụ động, mạch lọc tích cực được đặc trưng bởi ba tham số cơ
bản: tần số giới hạn ω
C
, bậc của bộ lọc và loại bộ lọc.
- Tần số giới hạn ω
C
là tần số tại hàm truyền đạt giảm đi 3 dB so với tần số ở trung tâm.
- Bậc của bộ lọc xác định độ dốc của đặc tuyến biên độ tần số ngoài giải tần. Bậc của
bộ lọc được tính bằng số tụ trong mạch lọc.
- Loại bộ lọc xác định dạng đặc tuyến biên độ tần số xung quanh tần số cắ
t và trong
khu vực thông của mạch lọc. Cần chú ý rằng mạch điện của các loại bộ lọc thì giống nhau,
chúng chỉ khác nhau ở giá trị các linh kiện RC mà thôi. Người ta quan tâm đến 3 loại bộ
lọc: lọc Bessel, lọc Butteewroth và lọc Tschcbyscheff. Đặc tính của các bộ lọc đó như ở
hình 2-26.





g
f
f
=Ω
Hình 2-26: Đặc tính biên độ- tần số của mạch lọc thông thấp bậc bốn:

10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
0,01 0,03 0,1 0,3 1 3 10 30
4 3 2 1
|K
d
| (dB)
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

74







Để tiện xét các mạch lọc, ta đưa vào hàm truyền đạt tổng quát của một mạch lọc
thông thấp:

n
n
3
3

2
21
0d
)p(d
p.C p.Cp.Cp.C1
K
K
+++++
=
(2-34)
trong đó:
Ω=
ω
ω
= j
.j
P
C
C
i
là các hệ số thực, dương.
Bậc của bộ lọc chính là số mũ lớn nhất của p. Để thực hiện bộ lọc đó thuận lợi ta
phân tích mẫu số của biểu thức (2-34) thành tích các thừa số - có biểu thức:

)p.bp.a1(
K
K
2
ii
0d

)p(d
++
=
∏
(2-35)
K
d0
hệ số truyền đạt ở tần số thấp.
a
i
, b
i
là các số thực, dương.
Với bộ lọc bậc lẻ thì có một hệ số b
i
= 0.
Để tính toán các linh kiện của bộ lọc ta dựa vào loại mạch lọc, bậc của bộ lọc n và các
hệ số a
i
, b
i
( i

là số thứ tự các mắt lọc ), fc
i
/ fc, hệ số phẩm chất của mắt lọc thứ i: Q
i
được
tra theo bảng:
a. Bảng tham số của mạch lọc Butterworth (b¶ng 1).

Bảng 1
n i a
i
(p) b
i
(p
2
) f
Ci
/f
C
Q
i
1 1 1,0000 0,0000 1,0000 -
2 1 1,4142 1,0000 1,0000 0,71

3

4
1 1,0000 0,0000 1,0000 -
2 1,0000 1,000 1,2720 1,00
1 1,8478 1,0000 0,7910 0,54
2 0,7654 1,0000 1,3900 1,31
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

75
b. Bảng tham số của mạch lọc Bessel (b¶ng 2).
Bảng 2:
n i A
i

(p) b
i
(p
2
) f
Ci
/f
C
Q
i
1 1 1,0000 0,0000 1,0000 -
2
1 1,3617 0,6180 1,0000 0,58
3

1 0,7560 0 1,3230 -
2 0,9996 0,4772 1,4140 0,69
4 1 1,3397 0,4889 0,9780 0,52
2 0,7743 0,3890 1,7970 0,81

2.10.1. Mạch lọc tích cực bậc một
Loại này chỉ dùng cho mạch lọc thông thấp hay thông cao.
2.10.1.1. Mạch lọc thông thấp bậc một
Theo (2-35) khi đó hàm truyền đạt có dạng:

pa
K
K
do
d

.1
1
+
=
(2-36)







Mạch điện như ở hình 2-27 a,b.
Mạch (a) ta có:

C.R p1
1
C.R j1
1
U
U
K
CV
r
ω+
=
ω+
==
(vì
p

j
C
=
ω
ω
.
)
ở đây
1K
do
=

C.R.a
C1
ω=
Biết a,
C
ω ; chọn R ta có
R.
a
C
C
1
ω
=

U
ra
R
C

U
V
-

+

a
)

C
R

R
U
V
U
ra
-
+
b)
Hình 2-27: Mạch lọc tích cực thông thấp bậc 1
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

76
Mạch b ta có:

C.R p1
1
K
C

d
ω+
−
=

ở đây
1K
do
−= và
C1
.C.Ra
ω
= .
Khi biết
1
a
,
C
ω và chọn R ta cũng có:
R.
a
C
C
1
ω
=

2.10.1.2. Mạch lọc tích cực thông cao bậc một
Đổi chỗ R bởi C và C bởi R, ở mạch thông thấp ta có mạch lọc tích cực thông cao.
Mạch như ở hình 2-28.

Khi đó trong công thức 2-36 thay
p
1
p ↔

Mạch a có:
C.R.
1
.
p
1
1
1
C.R p
1
1
1
K
CC
ω
+
=
ω

+
=

ở đây:
1K
do
=

C.R.
1
a
C
1
ω
=

Khi biết
1
a
,
C
ω
và chọn C ta tính được:
C
.C.a
1
R
ω
=

Mạch b:
C.R p
1
1
1
K
C
ω
+
−=

ở đây:
1K
do
−=
và tương tự khi biết
C
ω , chọn C ta tính được R (theo a) =
C
.C.a
1
ω
.
C
R
U
V
U
ra
-_

+
b)
Hình 2-28: Mạch lọc tích cực thông cao bậc 1
U
ra
R
C
U
V
_

+

a)
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

77
2.10.2. Mạch lọc tích cực bậc hai
2.10.2.1. Mạch lọc thông thấp bậc hai
Mạch lọc tích cực thông thấp bậc hai có các dạng hồi tiếp âm một vòng, hồi tiếp âm
nhiều vòng, hồi tiếp dương một vòng như ở hình 2-29.

+ Xét mạch ở hình 2-29a ta có hàm truyền đạt (dùng phương trình điện thế nút):

21
22
C
2
1C
V
r
d
C.C.R pC.R p.21
1
U
U
K
ω+ω+
==
(2-37)
So sánh với (2-35) ta có:

1K
do
= ;

1C1
C.R 2a
ω
=
;
21
22
C1
C.C.R.b ω=
.
Dựa vào loại bộ lọc xác định a
1
, b
1
, chọn trước C
1
theo giá trị chuẩn và tính R, C
2

theo:

1C
1
C 2
a
R
ω
=
;
2

1
11
2
a
C.b.4
C =

+ Với mạch 2-29b ta có:

3221
2
C
2
1
32
321C
12
d
R.R.C.C p)
R
R.R
RR(C p1
R/R
K
ω+++ω+
=

R R
C
1

C
2
1

C
2
U
1
_

+

a
)

R R
U
1
2

3

1

C
2
U
1
_

+

b)

R
3
R
1
U
r
2

R
2
C
1
1

C
1
U
1
+

_

c
)
R
3

R
1
U
2
2

R
2
C
2
(K-1)R
3
Hình 2-29: Mạch lọc thông thấp bậc hai:
a) hồi tiếp âm một vòng
b) hồi tiếp âm nhiều vòng
c) hồi tiếp dương một vòng

Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

78
Từ đây xác định:

1
2
do
R
R
K =

)
R
R.R
RR.(C.a
1
32
321C1
++ω=


3221
2
C1
R.R.C.C.b ω= .
Cho trước
C
ω ,
d
o
K , chọn C
1
và C
2
tính được:

21C
do121
2
2
2

121
2
C.C 2
)K1.(b.C.C.4C.aC.a
R
ω
+−−
=


do
2
1
K
R
R =
và
221
2
C
1
3
R.C.C.
b
R
ω
=

Để R
2

có giá trị thực:

2
1
1
1
2
)1.(.4
a
Kb
C
C
do
+
≥

+ Với mạch 2-29c có hàm truyền đạt:
[]
2121
2
C
2
211211C
d
RRC.C pC.R).K1(C.RC.R.p1
K
K
ω+−++ω+
=
(2-38)

Để đơn giản chọn K=1 khi đó (K-1).R
3
=0 .
Biểu thức trên viết lại:
K
đ
=
2121C
2
211C
R.R.C.C p)RR.(C p1
1
ω++ω+

Nếu cho trước ω
C
, C
1
, C
2
ta tính được K
đo
, R
1
, R
2
.
K
đo
=1

21C
211
2
2
2
121
2,1
C.C 2
C.C.b.4C.aC.a
R
ω
−±
=

Để R
1,2
là số thực cần:

2
1
1
2
1
a
b.4
C
C
≥
.

2.10.2.2. Mạch lọc thông cao bậc hai
Mạch lọc thông cao bậc hai có thể dùng các dạng ở thông thấp
hình 2-29. Trong đó phải đổi chỗ C và R cho nhau. Ví dụ mạch lọc thông cao bậc hai hồi
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

79
tiếp dương một vòng có hình 2-30. Thay
p
1
p =
, C bởi R và R bởi C vào công thức (2-38)
ta có:
K
đ
=
2211
2
C
2
2121C
21212
C.R.R.C.
1
.
p
1
C.C.R.R.
)K1.(C.R)CC(R
.
p

1
1
K
ω
+
ω
−++
+

Cho K=1 và C
1
= C
2
= C ta có:

K
đ
=
21
2
2
C
2
1C
R.R.C.
1
.
p
1
C.R.

2
.
p
1
1
1
ω
+
ω
+
.
ở đây
K
đo 1=


C.R.
2
a
1C
1
ω
=

nên
C.a.
2
R
1C
1

ω
=


21
2
2
C
1
R.R.C.
1
b
ω
=

nên
1C
1
2
b.C 2
a
R
ω
=


2.10.2.3. Mạch lọc tích cực bậc hai
thông giải
Nếu mắc nối tiếp một mắt lọc
thông thấp và một mắt lọc thông cao ta

nhận được bộ lọc thông giải. Đặc tính tần
số là tích tần số của hai khâu lọc riêng rẽ.
K = K
đ1
.K
đ2

Mạch lọc tích cực thông giải bậc
hai như ở hình 2-31.
2.10.3. Mạch lọc tích cực bậc cao
Khi cần đặc tính biên độ, tần số của bộ lọc vuông góc người ta phải thực hiện bộ lọc
bậc cao. Muốn vậy mắc nối tiếp các bộ lọc bậc một và hai đã biết. Lúc đó đặc tính tần số
của mạch là tích các đặc tính tần số của các m
ạch riêng rẽ.
C
1
U
+

-

Hình 2-30: Sơ đồ mạch lọc thông cao bậc hai một
vòng hồi tiếp dương
R
3
R
1
U
a
R

2
C
2
(K-1)R
3
C
1
-
+
Hình 2-31: Mạch lọc thông giải
R
U
ra
R
U
V
C
2
R
3
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

80
TÓM TẮT
Kết thúc chương hai yêu cầu người học hiểu và nắm được:
- Các tính chất chung của BKĐTT: Trở kháng vào rất lớn, lý tưởng Z
v
= ∞. Trở
kháng ra rất nhỏ, lý tưởng Z
r

= 0. Hệ số khuếch đại điện áp rất lớn ký hiệu K
0,
lý tưởng K
0
=
∞. Đặc tuyến truyền đạt BKĐTT nêu quan hệ điện áp ra U
r
là hàm số của điện áp vào U
v
.
Khi U
v
còn bé U
r
tăng tuyến tính theo U
v
. Khi U
v
tăng mà U
r
không tăng nữa là BKĐTT
bão hoà. U
r
= +U
r max
gọi là bão hoà dương. Khi U
r
= -U
r max
gọi là bão hoà âm. Có thể xem

gần đúng ⎜±U
r max
⎜ = E -2V khi nguồn nuôi đối xứng ±E.
- Đặc tuyến tần số mô tả quan hệ hệ số khuếch đại K
0
theo tần số của tín hiệu vào. Do
các tầng khuếch đại trong BKĐTT ghép trực tiếp nên nó có thể khuếch đại được tín hiệu
một chiều. BKĐTT có khả năng nén tín hiệu đồng pha.
- Tầng khuếch đại vi sai: cấu tạo tầng khuếch đại vi sai, xác định hệ số khuếch đại
điện áp của nó. Tầng khuếch đại vi sai có tải động kiểu gương dòng có hệ số khuếch đạ
i rất
lớn. với tầng khuếch đại vi sai dùng tranzito trường còn có ưu điểm trở kháng vào lớn.
- Mạch khuếch dại dùng BKĐTT có mạch khuếch đại thuận, khuếch đại đảo. Đặc
điểm chung của các mạch khuếch đại hệ số khuếch đại của mạch phụ thuộc vào trị số các
linh kiện ngoài được đáu nối để có hồi tiếp âm điệ
n áp. Mạch khuếch đại đảo có hệ số
khuếch đại âm, tức là tín hiệu ra ngược pha tín hiệu vào. Mạch khuếch đại thuận cho tín
hiệu ra cùng pha.
- Các phương pháp chống trôi và bù điểm không là tìm biện pháp để giữ cho đầu ra
BKĐTT có điện áp ra bằng không ở chế độ tĩnh. Có thể dùng điện trở cân bằng R
C
để thực
hiên như ở hình 2-11. Cũng có thể dùng mạch hiệu chỉnh nhờ điện áp nguồn nuôi như ở
hình 2-12.
- Mạch cộng. Mạch cộng đảo là mạch các tín hiệu cần cộng đưa vào cửa đảo. Điện áp
đầu ra bằng trừ tổng tỷ lệ các điện áp đầu vào. Mạch cộng thuận là mạch các tín hiệu cần
cộng đưa vào cửa thuận.
Đầu ra nhận được điện áp tỷ lệ với tổng các điện áp vào.
- Mạch trừ tín hiệu đưa vào hai cửa. Tín hiệu bị trừ đưa vào cửa thuận. Tín hiệu trừ
đưa vào cửa đảo. Đầu ra nhận được điện áp tỷ lệ với hiệu của hai điện áp vào.

- Mạch tích phân cho điện áp ra tỷ lệ với tích phân điện áp vào. Khi cho tín hiệu vào
mạch là dãy xung vuông
đầu ra nhận được dãy xung tam giác.
- Mạch vi phân cho điện áp ra tỷ lệ với vi phân của điện áp vào. Đầu ra mạch này
nhận được dãy xung nhọn có cực tính thay đổi khi đầu vào tác dụng vào dãy xung vuông.
- Mạch tạo hàm logarit cho tín hiệu ra tỷ lệ với loga tự nhiên của điên áp vào.
- Mạch tạo hàm mũ cho tín hiệu ra tỷ lệ với hàm mũ tự nhiên của tín hiệu vào.
- Mạch nhân tương tự cho tín hiệu ra tỷ lệ với tích t
ức thời của hai tín hiệu vào. Trong
kỹ thuật mạch nhân tương tự có thể dùng để điều chế tín hiệu, tách sóng tín hiệu.
- Mạch lọc tích cực. Cấu tạo mạch lọc tích cực gồm BKĐTT và các phần tử RC. Ưu
điểm của mạch lọc tích cực dùng ở vùng tần số thấp là đơn giản gọn nhẹ và có phẩm chất
lọc cao. Nếu dung mạch lọc th
ụ động L, R, C nặng, cồng kềnh do điện cảm L phải lớn,
Chương 2: Bộ khuếch đại thuật toán

81
phẩm chất lọc kém do tiêu hao năng lượng nhiều. Bậc của bộ lọc tích cực là số tụ điện trong
mạch lọc đó. Phân tích các loại mạch lọc thông thấp, thông cao, thông giải và chặn giải.
Cách xác định giá trị các điện trở, tụ điện trong các mạch lọc tích cực nói trên.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
2.1. Nêu các tính chất của BKĐTT lý tưởng?
2.2. Tại sao khi dùng BKĐTT làm mạch khuếch đại phải đấu nối thêm linh kiện ngoài tạo
hồi tiếp âm?
2.3. Trình bày mạch khuếch đại đảo?
2.4. Trình bày mạch khuếch đại thuận? Mạch khuếch đại lặp?
2.5. Nêu tác dụng của điện trở cân bằng Rc ở hình 2-11? Biểu thức tính giá trị Rc?
2.6. Trình bày mạch cộng thuận?
2.7. Trình bày mạch cộng đảo?
2.8.Trình bày mạch trừ?

2.9. Các mạch cộng, mạch trừ làm việc ở chế độ tuyến tính hay phi tuyến? Tại sao?
2.10. Trình bày mạch vi phân? ứng dụng của nó?
2.11. Trình bày mạch tích phân? ứng dụng của nó?
2.12. Trình bày mạch tạo hàm loga?
2.13. Trình bày mạch tạo hàm mũ?
2.14. Thế nào là mạch nhân tương tự?
2.15. Thế nào là mạch lọc thụ động, mạch lọc tích cực?
2.16 Tại sao ở dải tần số ≤ 100KHz ta nên dùng mạch lọc tích cực để th
ực hiện?
2.17. Cho mạch hình P2-17. Biết nguồn nuôi E = ± 12v, R
1
= 10KΩ, Rht = 50KΩ





Hình 2-17.
a. Xác định hệ số khuếch đại của mạch?
b. Xác định trở kháng vào của mạch?
c. Xác định điện áp ra đối với mỗi giá trị sau của điện áp vào U
V
= 0v, -1v, 2v, -3v.
2.18 Cho mạch điện hình P2-17 với R
1
= 1,2KΩ; Rht = 18KΩ, nguồn E = ±15v.
a. Xác định hệ số khuếch đại của mạch?
b. Xác định trở kháng vào của mạch?
c. Xác định điện áp vào đỉnh Uv để mạch hoạt động tuyến tính?

Uv
Rht
Ur
R1