Mạch khuếch đại thuật toán

Mạch khuếch đại thuật toán (tiếng Anh: operational amplifier), thường được gọi tắt là op-amp là một mạch khuếch đại một chiều nối tầng trực tiếp với hệ số khuếch đại rất cao, có đầu vào vi sai, và thông thường có đầu ra đơn. Trong nhữngứng dụng thông thường, đầu ra được điều khiển bằng mộtmạch hồi tiếp âm sao cho có thể xác định độ lợi đầu ra, tổng trởđầu vào và tổng trở đầu ra....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mạch khuếch đại thuật toánMạch khuếch đại thuật toán (tiếng Anh: operationalamplifier), thường được gọi tắt là op-amp là một mạch khuếchđại một chiều nối tầng trực tiếp với hệ số khuếch đại rất cao,có đầu vào vi sai, và thông thường có đầu ra đơn. Trong nhữngứng dụng thông thường, đầu ra được điều khiển bằng mộtmạch hồi tiếp âm sao cho có thể xác định độ lợi đầu ra, tổng trởđầu vào và tổng trở đầu ra.Các mạch khuếch đại thuật toán có những ứng dụng trải rộngtrong rất nhiều các thiết bị điện tử thời nay từ các thiết bị điệntử dân dụng, công nghiệp và khoa học. Các mạch khuếch đạithuật toán thông dụng hiện nay có giá bán rất rẻ. Các thiết kếhiện đại đã được điện tử hóa chặt chẽ hơn trước đây, và một sốthiết kế cho phép mạch điện chịu đựng được tình trạng ngắnmạch đầu ra mà không làm hư hỏng.Mục lục[ẩn] • 1 Lịch sử o 1.1 Nguyên lý hoạt động • 2 Mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng • 3 Những giới hạn của bộ khuếch đại thuật toán thực tế o 3.1 Những sai lệch về mặt một chiều o 3.2 Những sai lệch về mặt xoay chiều o 3.3 Những sai lệch do phi tuyến o 3.4 Những lưu ý về mặt công suất • 4 Ký hiệu • 5 Ứng dụng trong thiết kế hệ thống điện tử • 6 Hoạt động - Đối với một chiều • 7 Hoạt động - Đối với xoay chiều • 8 Mạch khuếch đại không đảo cơ bản • 9 Sơ đồ bên trong của mạch khuếch đại thuật toán 741 o 9.1 Gương dòng điện o 9.2 Tầng khuếch đại vi sai đầu vào o 9.3 Tầng khuếch đại điện áp lớp A o 9.4 Mạch định thiên đầu ra o 9.5 Tầng xuất • 10 Chú thích [sửa] Lịch sửmột mạch khuếch đại thuật toán 741 được đóng gói trong vỏkim loại TO-5.Từ khi mới ra đời, mạch khuếch đại thuật toán được thiết kế đểthực hiện các phép tính bằng cách sử dụng điện áp như một giátrị tương tự để mô phỏng các đại lượng khác [1] Do đó, nó mớiđược đặt tên là Mạch khuếch đại thuật toán. Đây là thànhphần cơ bản trong các máy tính tương tự, trong đó mạch khuếchđại thuật toán sẽ thực hiện các thuật toán như Cộng, Trừ, Tíchphân và Vi phân vv... Tuy nhiên, mạch khuếch đại thuật toán lạirất đa năng, với rất nhiều ứng dụng khác ngoài các ứng dụngthuật toán. Các mạch khuếch đại thuật toán thực nghiệm, đượclắp ráp bằng các transistor, các đèn điện tử chân không hoặcnhững linh kiện khuếch đại khác, được trình mày dưới dạngnhững mạch linh kiện rời rạc hoặc các mạch tích hợp đã tỏ rarất tương hợp với những linh kiện thực sự.Trong khi các mạch khuếch đại thuật toán đầu tiên phát triểntrên các đèn điện tử chân không, giờ đây chúng thường được sảnxuất dưới dạng mạch tích hợp (ICs), mặc dù vậy, những phiênbản lắp ráp bằng linh kiện rời cũng được sử dụng nếu cầnnhững tiện ích vượt quá tầm của các IC.Những mạch khuếch đại thuật toán tích hợp đầu tiên được ứngdụng rộng rãi từ cuối thập niên 1960, là các mạch sử dụngtransistor lưỡng cực μA709 của hãng Fairchild, do Bob Widlarthiết kế năm 1965; nó nhanh chóng bị thay thế bằng mạch 741,mạch này có những tiện ích tốt hơn, độ ổn định cao hơn và dễsử dụng hơn. Mạch μA741 đến nay vẫn còn được sản xuất, vàcó mặt khắp nơi trong lĩnh vực điện tử - rất nhiều nhà chế tạođã sản xuất ra các phiên bản khác của mạch này, nhưng vẫn tiếptục thừa nhận con số ban đầu là 741. Những thiết kế tốt hơnđã được giới thiệu, một số dựa trên transistor hiệu ứng trườngFET (cuối thập niên 1970) và transistor hiệu ứng trường có cổngcách điện MOSFET(đầu thập niên 1980). Rất nhiều những linhkiện hiện đại này có thể thay thế được cho các mạch sử dụng741, mà không cần thay đổi gì, nhưng lại cho những hiệu năngtốt hơn.Các mạch khuếch đại thuật toán thường có những thông số nằmtrong những giới hạn nhất định, và có những vỏ ngoài tiêuchuẩn, cùng với nguồn điện cung cấp tiêu chuẩn. Chúng có rấtnhiều ứng dụng trong lĩnh vực điện tử; chỉ cần một số ít linhkiện bên ngoài nó có thể thực hiện cả một dải rộng các tác vụxử lý tín hiệu tương tự. Rất nhiều mạch khuếch đại thuật toántính hợp có giá chỉ chừng vài cent nếu mua với số lượng vừaphải, trong khi những mạch khuếch đại tích hợp hoặc rời rạcvới những thông số kỹ thuật không tiêu chuẩn có thể có giá đếncả 100 dollar nếu đặt hàng số lượng ít.[sửa] Nguyên lý hoạt độngĐầu vào vi sai của mạch khuếch đại gồm có đầu vào đảo vàđầu vào không đảo, và mạch khuếch đại thuật toán thực tế sẽchỉ khuếch đại hiệu số điện thế giữa hai đầu vào này. Điện ápnày gọi là điện áp vi sai đầu vào. Trong hầu hết các trường hợp,điện áp đầu ra của mạch khuếch đại thuật toán sẽ được điềukhiển bằng cách trích một tỷ lệ nào đó của điện áp ra để đưangược về đầu vào đảo. Tác động này được gọi là hồi tiếp âm.Nếu tỷ lệ này bằng 0, nghĩa là không có hồi tiếp âm, mạchkhuếch đại được gọi là hoạt động ở vòng hở. Và điện áp ra sẽbằng với điện áp vi sai đầu vào nhân với độ lợi tổng của mạchkhuếch đại, theo công thức sau:Trong đó V+ là điện thế tại đầu vào khôn ...