Bài giảng Linh kiện và mạch điện tử - Chương 4: Khuếch đại thuật toán (OpAmp)

30 trang hapham 2130

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Linh kiện và mạch điện tử - Chương 4: Khuếch đại thuật toán (OpAmp)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_linh_kien_va_mach_dien_tu_chuong_4_khuech_dai_thua.pdf

Nội dung text: Bài giảng Linh kiện và mạch điện tử - Chương 4: Khuếch đại thuật toán (OpAmp)

dce 2016 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT Faculty of Computer Science and Engineering Department of Computer Engineering BK TP.HCM Vo Tan Phuong
dce 2016 Chapter 4 Khuếch đại thuật toán – Operational Amplifier (OpAmp) ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 2
dce 2016 Nội dung trình bày • Hoạt động của OpAmp • Hồi tiếp cho OpAmp • Các thông số kỹ thuật của OpAmp • Các mạch ứng dụng OpAmp ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 3
dce 2016 Định nghĩa OpAmp • OpAmp = Operational Amplifier (Khuếch đại thuật toán) • Gồm hai ngõ vào – Ngõ vào đảo (Inverting input) – Ngõ vào không đảo (Noninverting input) • Một ngõ ra • Thông thường OpAmp sử dụng hai nguồn (dương +V, âm –V) ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 4
dce 2016 Mô hình của OpAmp • Mô hình thực tế của OpAmp: – Tổng trở ngõ vào Zin rất lớn – Tổng trở ngõ ra Zout nhỏ – Độ khuếch đại vòng hở Av = Vout /Vin rất lớn • Mô hình lý tưởng (dùng để tính toán) – Tổng trở ngõ vào Zin = ∞ dòng điện ngõ vào Iin+ = Iin- = 0; Vin+ = Vin- – Tổng trở ngõ ra Zout = 0 – Độ khuếch đại vòng hở Av = Vout /Vin = ∞ ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 5
dce 2016 Hoạt động của OpAmp • Ngõ ra được khuếch đại có biên độ lớn hơn – Cùng pha (không đảo) với ngõ vào không đảo – Ngược pha với ngõ vào đảo ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 6
dce 2016 Hoạt động của OpAmp (tt) • Một cách tổng quát, hiệu điện thế sai khác (differental signal) giữa hai ngõ vào được khuếch đại Vd • Tín hiệu tác động giống nhau (điện thế chung – common signal) vào hai ngõ vào sẽ bị triệt tiêu ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 7
dce 2016 Hoạt động của OpAmp (tt) – Tổng trở ngõ vào Zin rất lớn – Tổng trở ngõ ra Zout nhỏ – Độ khuếch đại vòng hở sai biệt Ad rất lớn – Độ khuếch đại vòng hở chung Acm < 1 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 8
dce 2016 Nội dung trình bày • Hoạt động của OpAmp • Hồi tiếp cho OpAmp • Các thông số kỹ thuật của OpAmp • Các mạch ứng dụng OpAmp ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 9
dce 2016 Hồi tiếp cho OpAmp • Khi không có hồi tiếp (vòng hở - không có liên hệ giữa ngõ ra và ngõ vào), độ khuếch đại vòng hở rất lớn (> 100000), một sự khai biệt nhỏ ở ngõ vào cũng có thể làm ngõ ra bão hòa Vout = ±1mV * 100000 = ±100V bị xén ở +Vmax và -Vmax ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 10
dce 2016 Hồi tiếp cho OpAmp (tt) • Để tín hiệu không bị xén (khuếch đại tuyến tính) cần giảm độ khếch đại hồi tiếp âm, đưa một phần tín hiệu ngõ ra vào ngõ vào khuếch đại đảo ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 11
dce 2016 Hồi tiếp âm, mạch khuếch đại không đảo • Tín hiệu vào nối vào ngõ vào không đảo • Đường hồi tiếp nối vào ngõ vào đảo • Độ khuếch đại vòng kín ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 12
dce 2016 Hồi tiếp âm, mạch đệm điện thế • Ngõ vào đảo nôi trực tiếp ngõ ra Vf = Vout , B = 1 • Tín hiệu nối vào ngõ vào không đảo • Độ khuếch đại • Ngõ ra giống ngõ vào, trở kháng ngõ ra nhỏ tăng khả năng cung cấp dòng ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 13
dce 2016 Hồi tiếp âm, mạch khuếch đại đảo • Ngõ vào không đảo (+) nối đất • Ngõ vào đảo (-) nối với ngõ ra bằng điện trở Rf , nối với tín hiệu vào bằng điện trở Ri • Dùng mô hình lý tưởng Iin+ = Iin- = 0; Vin+ = Vin- ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 14
dce 2016 Nội dung trình bày • Hoạt động của OpAmp • Hồi tiếp cho OpAmp • Các thông số kỹ thuật (datasheet) của OpAmp • Các mạch ứng dụng OpAmp ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 15
dce 2016 Datasheet – Sơ đồ chân • Ví dụ IC LM358: có 8 chân, 2 khối OpAmp sử dụng chung chân nguồn Vcc+ và Vcc- ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 16
dce 2016 Datasheet – Các thông số giới hạn • Nguồn cấp tối đa ±22V (nguồn đôi) • Điện thế ngõ vào tối đa ±15V • Điện thế sai biệt tối đa ±30V • Dòng ngõ ra tối đa dựa vào power dissipation 500mW ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 17
dce 2016 Datasheet – Thông số khi hoạt động • Điện thế hoạt động 3 đến 30 nếu nguồn đôi là ±15V • Điện thế ngõ vào từ (Vcc-) – 0.3 đến (Vcc+) – 1.5 • AVD – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • ri – điện trở ngõ vào 2M • ro – điện trở ngõ ra 75 • CMRR – tỉ lệ hệ số khuêch đại sai biệt so với hệ số khuếch đại tín hiệu chung ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 18
dce 2016 Datasheet – Thông số khi hoạt động • Điện thế hoạt động 3 đến 30 nếu nguồn đôi là ±15V • Điện thế ngõ vào từ (Vcc-) – 0.3 đến (Vcc+) – 1.5 • Icc – dòng cung cấp • PD – công suất tiêu tán • VICR – điện thế trên ngõ vào cho phép ±13V • VOM – điện thế ngưỡng ngõ ra ±14V ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 19
dce 2016 Minh họa điện thế ngưỡng ngõ ra • Giá trị nằm ngoài sẽ bị xén tại điện thế ngưỡng ngõ ra ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 20
dce 2016 Datasheet – Thông số thường bỏ qua • VIO – Điện thế sai biệt ngõ vào cần để điện thế ngõ ra 0V, nói cách khác khi điện thế sai biệt ngõ vào 0V điện thế ngõ ra ≠ 0 • IIB – Dòng điện phân cực ngõ vào (tương tự dòng IB trong BJT) • IIO – Dòng điện sai biệt ngõ vào, là sự khác nhau của hai dòng phân cực ngõ vào ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 21
dce 2016 Nội dung trình bày • Hoạt động của OpAmp • Hồi tiếp cho OpAmp • Các thông số kỹ thuật của OpAmp • Các mạch ứng dụng OpAmp ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 22
dce 2016 Mạch so sánh • So sánh điện thế ngõ vào tạo ra ngõ ra hai mức: – Vout = Vmax+ khi V+ > V- – Vout = Vmax- khi V+ < V- • Tính chất hệ số khuếch đại vòng hở rất lớn Vout luôn bị xén ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 23
dce 2016 Mạch so sánh – bị nhiễu (tt) • Xét tín hiệu ngõ vào bị nhiễu • Sinh ra nhiều xung không mong muốn ngõ ra làm sao để loại bỏ? ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 24
dce 2016 Mạch so sánh – khử nhiễu với hysteresis • Hysteresis: – đang ở 0 muốn lên 1, ngõ vào phải lớn hơn mức β – Đang ở 1 muốn về 0, ngõ vào phải nhỏ hơn mức α ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 25
dce 2016 Ứng dụng mạch so sánh • Mạch bảo vệ quá nhiệt (tương tự mạch quá cường độ sáng) ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 26
dce 2016 Ứng dụng mạch so sánh (tt) • Mạch biến đổi ADC (tương tự sang số) ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 27