Kỹ thuật mạch điện tử - Chương 3 : Khuếch đại thuật toán

Khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier – viết tắt là Op Amp) là một thuật ngữ được đưa ra để chỉ một bộ khuếch đại đặc biệt có thể có nhiều cấu hình hoạt động khác nhau bằng cách ghép nối hợp lý các thành phần bên ngoài.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật mạch điện tử - Chương 3 : Khuếch đại thuật toán Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö Ch¬ng 3 : KhuÕch ®¹i thuËt to¸n ==================================================== Ch¬ng 3 KhuÕch ®¹i thuËt to¸n KhuÕch ®¹i thuËt to¸n (Operational Amplifier – viÕt t¾t lµ Op Amp) lµ mét thuËt ng÷ ®îc ®a ra ®Ó chØ mét bé khuÕch ®¹i ®Æc biÖt cã thÓ cã nhiÒu cÊu h×nh ho¹t ®éng kh¸c nhau b»ng c¸ch ghÐp nèi hîp lý c¸c thµnh phÇn bªn ngoµi. C¸i tªn KhuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) ®îc ®Æt lµ do nh÷ng øng dông ®Çu tiªn trong c¸c m¸y tÝnh t¬ng tù víi c¸c phÐp tÝnh sè häc ®¬n gi¶n nh céng, trõ, nh©n, chia, vi ph©n vµ tÝch ph©n. Kh¶ n¨ng nµy lµ kÕt qu¶ cña sù kÕt hîp gi÷a hÖ sè khuÕch ®¹i lín vµ håi tiÕp ©m. Cïng víi sù ph¸t triÓn kh«ng ngõng cña kü thuËt ®iÖn tö tõ cÊu t¹o b»ng nh÷ng bãng ch©n kh«ng nÆng nÒ, sau ®Õn c¸c BJT rêi r¹c, tíi nay c¸c bé K§TT ®Òu ë d¹ng tÝch hîp. ViÖc nµy lµm cho c¸c bé K§TT trë nªn gän nhÑ, tiªu thô Ýt n¨ng lîng, lµm viÖc æn ®Þnh vµ chi phÝ thÊp. K§TT ® îc coi nh m¹ch ®a n¨ng v× nh÷ng øng dông rÊt réng r·i cña chóng nh khuÕch ®¹i, thùc hiÖn hµm to¸n häc, m¹ch läc, m¹ch t¹o dao ®éng, m¹ch so s¸nh …. Ch¬ng nµy sÏ giíi thiÖu c¬ b¶n vÒ K§TT còng nh c¸c kü thuËt ph©n tÝch m¹ch K§TT th«ng dông nhÊt. I. KH¸I NIÖM c¬ b¶n vÒ bé khuÕch ®¹i thuËt to¸n 1. Ký hiÖu vµ cÊu t¹o +V - + § Çu vµo ®¶o Zr + Zv § Çu ra + + § Çu vµo kh«ng ®¶o K - -V + H×nh 3. : Ký hiÖu, m¾c nguån pin ®èi xøng vµ s¬ ®å t¬ng ®¬ng cña mét bé K§TT Bé K§TT lµ vi m¹ch tÝch hîp cã hÖ sè khuÕch ®¹i rÊt lín. Chóng th êng cã hai ®Çu vµo tÝn hiÖu, mét ®Çu ra, hai ®Çu vµo cÊp nguån, vµ c¸c ch©n bï ®iÖn ¸p lÖch, bï tÇn sè … (th«ng thêng bé K§TT lµ IC cã 8 ch©n d¹ng DIP). 1 Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö Ch¬ng 3 : KhuÕch ®¹i thuËt to¸n ==================================================== Hai ®Çu vµo lµ ®Çu vµo ®¶o (ký hiÖu bëi dÊu “-“ hay ch÷ N) v× tÝn hiÖu ra ngîc pha víi tÝn hiÖu ë ®Çu vµo nµy; vµ ®Çu vµo kh«ng ®¶o (ký hiÖu bëi dÊu “+” hay ch÷ P) v× tÝn hiÖu ra cïng pha víi tÝn hiÖu ë ®Çu vµo nµy. Bé K§TT ®îc cÊp bëi nguån ®èi xøng +/-V nªn nÕu dïng nguån pin th× ®Êu nh trong h×nh 1. Gi¸ trÞ cña V tuú thuéc vµo tõng lo¹i K§TT, vÝ dô nh +/- 5V, +/-15V Ch© 7, 4: cÊp nguån cung n cÊp + /-V Ch© 2: ® vµo ® n Çu ¶o Ch© 3: ® vµo kh«ng n Çu ® ¶o Ch© 1, 5: ® n iÒu chØnh lÖch 0 Ch© 6: ® ra n Çu H×nh 3. : CÊu t¹o bªn trong vµ h×nh d¸ng thùc tÕ cña IC 741 Nh vËy, K§TT thùc chÊt lµ mét m¹ch bao gåm mét bé khuÕch ®¹i vi sai ë tÇng vµo, c¸c bé khuÕch ®¹i ®Öm vµ cuèi cïng lµ bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt. C¸c m¹ch khuÕch ®¹i nµy cã thÓ lµ transistor l ìng cùc (BJT) hoÆc transistor tr- êng (FET), v× vËy c¸c th«gn sè cña c¸c bé K§TT còng kh¸c nhau Ýt nhiÒu. §Ó hiÓu râ vÒ mét bé K§TT thùc tÕ ng êi ta thêng so s¸nh c¸c th«ng sè cña nã víi c¸c th«ng sè cña mét bé K§TT lý tëng. Th«ng sè Bé K§TT lý tëng Bé K§TT thùc tÕ ≈∞ Zv kho¶ng 106 (víi BJT) Trë kh¸ng vµo Zv vµ 109 – 1012 (víi FET) HÖ sè khuÕch ®¹i K0 ≈ ∞ K0 tõ 105 - 109 ®iÖn ¸p hë m¹ch §¸p øng tÇn sè nh nhau ë mäi tÇn sè suy gi¶m khi tÇn sè t¨ng lªn (tõ 1 – 10MHz) Zr tõ 100 - 1000 Ω Trë kh¸ng ra Zr = 0 2 Kü thuËt m¹ch ®iÖn tö Ch¬ng 3 : KhuÕch ®¹i thuËt to¸n ==================================================== Dßng vµo b»ng Iv = 0 Cì nA - pA kh«ng §iÖn ¸p lÖch 0 U0 = 0 #0 NhiÔu Kh«ng cã Cã II. c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña bé k®tt 1. HÖ sè khuÕch ®¹i a. HÖ sè khuÕch ®¹i hë m¹ch K0 HÖ sè khuÕch ®¹i hë m¹ch K0 ®îc ®Þnh nghÜa nh tû sè ®iÖn ¸p ®Çu ra vµ ®iÖn ¸p ®Çu vµo vi sai khi kh«ng cã håi tiÕp vÒ ®Çu vµo ®¶o. V1 + Ur V2 Ur = K0(V2 - V1) = K0UD H×nh 3. : M¹ch khuÕch ®¹i hë m¹ch HÖ sè khuÕch ®¹i K 0 cã gi¸ trÞ trong kho¶ng 10 5-106, nghÜa lµ chØ víi gi¸ trÞ rÊt nhá cña ®Çu vµo còng lµm cho ®Çu ra r¬i vµo tr¹ng th¸i b·o hoµ. Khi ®ã, ®Çu ra mang gi¸ trÞ +Vcc nÕu V 2 > V1 hoÆc –Vcc nÕu V1 > V2, ®iÒu nµy sÏ ®îc øng dông trong m¹ch so s¸nh. b. HÖ sè khuÕch ®¹i c ...