Khuếch đại thuật toán và ứng dụng

KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN VÀ ỨNG DỤNG Mục tiêu thực hiện: 	- Khái niệm và cấu tạo của 1 bộ khuếch đại thuật toán. 	- Ứng dụng của bộ khuếch đại thuật toán 1. Khái niệm khuếch đại thuật toán(KĐTT) 	Khuếch đại thuật toán(KĐTT) còn gọi là OPAMP( viết tắt là operational Amplifier), là 1 bộ khuếch đại DC có hệ số khuếch đại Av rất cao và thường được chế tạo dưới dạng tích hợp (IC: integrated Circuit). μA709 operational amplifier 2. Cấu trúc cơ bản của một bộ khuếch đại thuật toán Tầng nhập có công dụng khuếch đại tín hiệu vi sai ngõ vào (hai ngõ vào: đảo và không đảo). Tầng trung gian cũng là mạch khuếch đại vi sai để tăng cường độ khuếch đại cho mạch. Tầng này gồm hai ngõ vào, ngõ ra bất cân bằng . Tầng dịch mức: vì mức DC khi ghép giữa các tầng có chênh lệch do ảnh hưởng của chế độ ghép trực tiếp nên tầng này dùng để dịch mức DC. Tầng ra: thường là mạch phát theo hay mạch khuếch đại đẩy kéo bổ phụ nhằm tăng khả năng dòng ra và trở kháng ra nhỏ . Sơ đồ một bộ khuếch đại thuật toán Các transistor Q1,Q2 tạo thành mạch khuếch đại vi sai ở lối vào. Q3,Q4 là tầng khuếch đại vi sai đệm. Q5,Q6 là mạch ghép Darlington để dịch mức DC, tăng hệ số khuếch đại dòng và do mắc C.C nên có trở kháng ra thấp. Tín hiệu lấy ra trên điện trở R4 phân cực emitter cho Q6,Q7,Q8 là nguồn dòng cho các cặp vi sai Q1,Q2 và Q3 và Q4. Điện áp ra V0 đồng pha với điện áp vào trên B của Q1 và ngược pha với điện áp vào trên B của Q2. Các lối này, goi là lối vào không đảo(+) và lối vào đảo (-). Đặc tính và các thông số Điện áp offset vào : Điện áp vào Vio tại ngõ vào làm cho ngõ ra V0 = 0V được gọi là điện áp vào offset. Vio có thể có giá trị âm hoặc dương tuy nhiên giá trị tuyệt đối càng nhỏ càng tốt Dòng offset vào: Dòng offset vào được định nghĩa như sau:tại ngõ vào khi điện thế ra là 0V. Giá trị Iio càng nhỏ càng tốt Dòng định thiên vào Dòng này được định nghĩa là dòng trung bình của IB1 và IB2(IB= (IB1+IB2)/2) Điện trở vào vi sai Là điện trở đo tại một đầu và đầu kia nối đất. Thông thường giá trị này rất cao từ vài trăm k đến khoảngM, đối với FET trở kháng này còn cao hơn nhiều cở G Điện dung vào Được đo tại đầu cộng hoặc đầu trừ của op-amp còn đầu kia nối đất, giá trị này khoảng 1.4pF Tầm chỉnh điện áp offsetCó khả năng chỉnh offset zero. Khi chỉnh biến trở làm thay đổi điện áp offset vào, đối với 741C có khả năng chỉnh là 15mV Tầm điện áp vàoLà biên độ điện áp đồng pha lơn nhất ở ngõ vào khi mắc mạch như hình vẽ. Đối với 741C là 13V CMRRLà tỷ số của hệ số khuếch đại vi sai chia cho hệ số khuếch đại đồng pha như trong mạch vi sai	Vocm là áp ra đồng pha	Vcm là điện áp vào đồng pha.Tỉ số nén nguồn cung cấp Sự thay đổi nguồn cung cấp dẫn đến sự thay đổi điện áp offset Vio tỷ số đặc trưng là SVRR (Supply voltage rejection ratio) hoặc là PSRR (Power supply rejection ratio) hoặc PSS (Power supply sensitivity) Đơn vị V/V hoặc dB Swing điện áp Thông thường điện áp đỉnh đỉnh thường bé hơn +Vcc và –VEE Điện trở ra Điện trở R0 là điện trở đo từ ngõ ra so với đất, đối với 741C là 75 Dòng ngắn mạch raLà dòng ngắn mạch lớn nhất ở ngõ ra . Một op-amp lý tưởng phải thoả mãn các điều kiện sau đây: Độ lợi áp là  RI = Băng thông BW = 0 đến  CMRR =  SR = . Khi ngõ vào ở 0 volt, ngõ ra luôn ở 0 volt. Các đặc tính của một op-amp lý tưởng: Hai ngõ vào( ngõ vào đảo có điện áp Vi-, ngõ vào không đảo có điện áp Vi+) Một ngõ ra có điện áp V0 Nguồn cấp điện ± Vcc Trạng thái ngõ ra không có mạch hồi tiếp về ngõ vào gọi là trạng thái vòng hở. Hệ số khuếch đại vòng hở: Av0 	Theo đặc tuyến truyền đạt điện áp vòng hở của KĐTT có 3 vùng làm viêc: Vùng khuếch đại: V0 = Avo. ΔVi nằm trong khoảng ±Vs Vùng bão hòa dương: V0 = +Vcc, ΔVi > Vs Vùng bão hòa dương: V0 = -Vcc, ΔVi < Vs ±Vs là các mức ngưỡng của điện áp vào Đưa tín hiệu vào ngõ vào đảo: V0 = - Av0 Vi- Đưa tín hiệu vào ngõ vào không đảo: V0 = Av0 Vi+ Đưa tín hiệu vào đồng thời cả 2 ngõ( gọi là tín hiệu vào vi sai) V0 = Av0(Vi+ - Vi-) = Av0 ΔVi Ở trạng thái tĩnh, Vi+ = Vi- = 0 suy ra V0 = 0 Đáp ứng tín hiệu ra V0 theo cách đưa tín hiệu vào 3. CÁC MẠCH ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA KĐTT 3.1 Mạch khuếch đại không đảo dấu 3.2. Mạch khuếch đại đảo dấu 3.3. Mạch khuếch đại vi sai( Mạch trừ) 3.4. Mạch cộng đảo dấu 3.5. Mạch tích phân 3.6. Mạch vi phân 4. Ứng dụng của opamp