1. Trang Chủ
  2. Điện - Điện tử
  3. Bài giảng Điện tử 2: Phần 1 - Trường ĐH Công nghệ Sài Gòn

Bài giảng Điện tử 2: Phần 1 - Trường ĐH Công nghệ Sài Gòn

Bài giảng môn Điện tử 2 giới thiệu đến sinh viên các nội dung về một loại linh kiện tích hợp (IC) dạng Analog được gọi là Op Amp hay khuếch đại thuật toán. Phần 1 của bài giảng có nội dung trình bày: tổng quan về Op Amp; mạch Op Amp lý tưởng; mạch Op Amp cấp nguồn đơn; mạch Op Amp và diode;... Mời các bạn cùng tham khảo! LỜI NÓI ĐẦU Bài giảng môn Điện Tử 2 giới thiệu đến sinh viên các nội dung về môt loại linh kiện tích hợp (IC) dạng Analog được gọi là Op Amp hay Khuếch Đại Thuật Toán. Op Amp là

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện - Điện tử

Số trang 106

Ngày tạo 4/8/2023 8:51:30 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 4.80 M

Tên tệp

Tải Bài giảng Điện tử 2: Phần 1 - Trường ĐH Công nghệ ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. LỜI NÓI ĐẦU Bài giảng môn Điện Tử 2 giới thiệu đến sinh viên các nội dung về môt loại linh kiện tích hợp (IC) dạng Analog được gọi là Op Amp hay Khuếch Đại Thuật Toán. Op Amp là một mạch khuếch đại một chiều nối tầng trực tiếp với hệ số khuếch đại rất cao, có ngõ vào vi sai và thông thường có ngõ ra đơn. Trong những ứng dụng thông thường, ngõ ra được điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âm sao cho có thể xác định độ lợi ngõ ra, tổng trở ngõ vào và tổng trở ngõ ra. Hiện nay, Op Amp có những ứng dụng trải rộng trong rất nhiều các thiết bị điện tử từ các thiết bị điện tử dân dụng đến công nghiệp và khoa học. Ưu điểm của Op Amp là có giá bán rất rẻ, các thiết kế hiện đại đã được điện tử hóa chặt chẽ hơn trước đây và một số thiết kế cho phép mạch điện chịu đựng được tình trạng ngắn mạch đầu ra mà không làm hư hỏng. Với thời gian 45 tiết, môn học được trình bày trong 7 chương: Chương 1 trình bày mô hình toán của Op Amp và các đặc tuyến được áp dụng để khảo sát nguyên tắc hoạt động của nó. Phương thức khảo sát nguyên tắc hoạt động của linh kiện không đặt trên nền tảng Vật lý như đã khảo sát trong môn Điện Tử 1 cho các linh kiện diode, transistor, FET Thyristor …. Chương 2 trình bày các mạch ứng dụng cơ bản của Op Amp theo điều kiện lý tưởng. Các mạch Op Amp trong chương này được cấp nguồn kép. Trọng tâm chính của chương 2 là giới thiệu phương pháp xác định quan hệ giữa áp tại ngõ ra và các áp ngõ vào của mạch Op Amp. Công cụ chính được dùng đến khi khảo sát là phương pháp điện thế nút phối hợp với các giả thiết Op Amp lý tưởng. Chương 3 trình bày các mạch khuếch đại dùng Op Amp có hồi tiếp và dùng nguồn áp DC tham chiếu. Các mạch Op Amp trong chương này được cấp nguồn đơn. Trọng tâm chính của chương 3 là giới thiệu phương pháp xác định quan hệ giữa áp ngõ vào với ngõ ra để mạch không tác động sai khi được cấp nguồn đơn. Chương 4 trình bày các mạch phối hợp Op Amp với diode. Nội dung chính của chương là các mạch chỉnh lưu bán kỳ và toàn kỳ dùng Op Amp với tín hiệu sin có biên độ nhỏ. Một áp dụng khác được trình bày trong chương 4 là mạch tạo tín hiệu đồng bộ với áp xoay chiều sin, đây là mạch quan trong trong kỹ thuật tạo xung kích dẫn các SCR sẽ được trình bày trong môn Điện Tử Công Suất. Chương 5 trình bày các mạch tạo tín hiệu hay xung bằng Op Amp : xung răng cưa, xung chữ nhựt, xung vuông. Một số các áp dụng khác được quan tâm đến trong chương 5 là mạch phát hiện 0 ( Zero Crossing Detector) dạng Schmitt trigger và linh kiện tích hợp IC 555. Chương 6 trình bày các mạch khuếch đại đo lường bằng Op Amp. Đây là các mạch ứng dụng thường được dùng trong kỹ thuật đo lường các đại lượng không điện dùng điện. Trọng tâm của chương là phương pháp khử nhiểu trong các mạch khuếch đại đo lường và phương pháp hiệu chỉnh các đặc tính chuyển là các hàm quan hệ giữa áp ngõ ra của mạch theo các thông số vật lý cần đo lường. Chương 7 trình bày các mạch áp dụng Op Amp trong các khí cụ bảo vệ mạch điện. Trọng tâm chính của chương là trình bày các phương pháp phối hợp các mạch Op Amp cơ bản đã được trình bày trong các chương trên với các linh kiện rời để thực hiện các chức năng hay các yêu cầu định trước. Sau mỗi chương từ 1 đến 5 sinh viên nên giải các bài tập để lý luận và áp dụng các nội dung lý thuyết để hiểu rõ hơn các ứng dụng của Op Amp. Người Biên soạn NGUYỄN-THÊ-KIỆT
  2. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP [ 1 – 2010] CHƯƠNG 1 1.1.VỊ TRÍ OPAMP TRONG THẾ GIỚI NGÀY NAY: Năm 1934, Harry Black thường xuyên dùng xe lửa làm phương tiện di chuyển từ nhà thuộc thành phố Newyork đến làm việc tại phòng thí nghiệm công ty Bell ở New Jersey. Trong thời gian ngồi trên xe lửa, Harry đã suy nghỉ các vấn đề cần phải giải quyết liên quan đến đường dây dài điện thoại. Tín hiệu truyền trên các đường dây này cần phải được khuếch đại và các bộ khuếch đại không tin cậy sẽ giới hạn khả năng hoạt động của đường dây điện thoại. Đầu tiên, độ lợi khuếch đại rất thấp và vấn đề này được xử lý nhanh bằng các phương pháp hiệu chỉnh. Kế tiếp, ngay khi các bộ khuếch đại được hiệu chỉnh chính xác trong quá trình sản xuất, độ lợi vẫn trôi rất nhiều trong quá trình hoạt động; biên độ âm thanh rất nhỏ hay tiếng nói bị sái dạng. Có rất nhiều cải tiến hoàn thiện và ổn định bộ khuếch đại, nhưng do ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ và điện áp của bộ nguồn cung cấp tác động rất lớn đến đường dây điện thoại, đưa đến hiện tượng trôi không kiểm soát được độ lợi khuếch đại. Các phần tử thụ động có đặc tính làm trôi độ lợi nhiều hơn so với các các phần tử tác động. Đây là bài toán cần phải giải quyết. Chính Harry đã tìm được giải pháp về vấn đề này trong khoảng thời gian ngồi trên xe lửa, trên tuyến đường từ nhà đến văn phòng làm việc. Giải nghiệm đầu tiên là tạo ra các bộ khuếch đại có độ lợi lớn hơn giá trị yêu cầu. Một phần các tín hiệu ra được hồi tiếp về ngõ vào, để độ lợi của mạch phụ thuộc vào các phần tử thụ động hồi tiếp hơn là phần tử tác động của bộ khuếch đại (mạch khuếch đại có các phần tử hồi tiếp). Mạch điện này được gọi là hồi tiếp âm, đây chính là nguyên lý hoạt động nền tảng của tất cả các op amps hiện đại ngày nay. Tại thời điểm này, các mạch hồi tiếp được tạo ra đầu tiên này nhưng chắc chắn các nhà thiết kế không để ý đến hiệu quả của nó. Thời gian trôi qua đã chứng minh các suy nghĩ của Harry là đúng, nhưng có một vấn đề mà Harry không giải thích được là hiện tượng dao động. Một mạch khuếch đại được thiết kế với độ lợi vòng hở rất lớn đôi khi dao động khi hoạt động trong điều kiệnvòng kín. Nhiều người đã nghiên cứu tìm tòi hiện tượng bất ổn và hiểu thấu đáo vấn đề này vào năm 1940. Nhưng việc giải quyết vấn đề ổn định cần nhiều thời gian để tính toán các bài tóan phức tạp, nhiều năm trôi qua con người chưa tạo được giải nghiệm đơn giản dễ hiểu. Năm 1945 H.W.Bode biểu diễn một hệ thống giải tích sự ổn định của hệ thống hồi tiếp bằng phương pháp đồ thị. Cho đến nay, giải tích hồi tiếp được thực hiện bằng các phép tính nhân, chia, tính toán trên hàm chuyển (transfer functions – hay hàm truyền) là công việc cần nhiều thời gian và sự cố gắng. Chúng ta nên nhớ trong giai đoạn này cho đến năm 1970, các kỹ sư không tính toán trên các máy tính. Giản đồ Bode được biểu diễn bằng logarit, được chuyển sang phương pháp toán học mạnh mẻ hơn để tính toán sự ổn định của hệ thống hồi tiếp bằng phương pháp giải tích đồ thị đơn giản và dễ hiểu hơn. Việc thiết kế hệ thống hồi tiếp vẫn còn phức tạp, nhưng sau đó không lâu một số các kỹ sư điện đề nghị phương pháp dùng đến hộp đen. Bất kỳ một kỹ sư điện nào cũng có thể dùng phương pháp Bode xác định tính ổn định cho một mạch hồi tiếp, từ đó các áp dụng hồi tiếp cho máy móc thiết bị được phát triển. Thiết kế hệ thống hồi tiếp bằng mạch điện tử thực sự không cần đến nhiều cho đến khi thời đại của máy tính và các bộ chuyển đổi ra đời. Các máy tính đầu tiên ở dạng máy tính tương đồng (analog computer). Các máy tính này sử dụng các phương trình được lập trình trước và các dữ liệu nhập để tính toán và điều khiển các tác động. Sự lập trình được kết nối với một chuổi các mạch nối STU – KHOA CƠ KHÍ - TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT 1
  3. [ 1 – 2010 ] BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP tiếp để thực thi các phép tính trên các dữ liệu; cuối cùng chính sự kết nối này làm giãm tính thông dụng của máy tính tương tự. Thành phần chính của máy tính tương đồng là các linh kiện được gọi là khuếch đại thuật toán (operational amplifier) vì cấu hình của nó dùng thực thi các phép tính: cộng, trừ, nhân, chia dữ liệu của các tín hiệu ngõ vào. Tên gọi tắt của các linh kiện khuếch đại thuật toán là Op Amp. Op Amp được dùng để khuếch đại với độ lợi khuếch đại vòng hở giá trị lớn, và khi khuếch đại vòng kín, bộ khuếch đại tạo thành các phép tính toán học được ghi nhận bởi các phần tử thụ động bên ngoài. Các bộ khuếch đại này đầu tiên có kích thước rất lớn vì được tạo thành từ các đèn điện tử chân không và cần điện áp nguồn cung cấp có giá trị cao dẫn đến giá thành cao khi sử dụng trong lãnh vực thương mại. Ngày nay, các máy tính tương đồng có mục tiêu tổng quát được tìm thấy trong các trường đại học và trong các phòng thí nghiệm lớn với mục tiêu nghiên cứu các hoạt động. Cần thực hiện hoạt động song song tín hiệu của các bộ chuyển đổi trong các thí nghiệm và Op Amps tìm ra các phương thức ứng dụng các tín hiệu này. Khi những áp dụng các tín hiệu được mở rộng, yêu cầu sử dụng Op Amps phát triển, dẫn đến sự cần thiết về máy tính tương đồng: Op Amp tiếp tục tồn tại vì tính quan trọng của các áp dụng analog đa năng. Ngay khi máy tính số thay thế máy tính tương tự (khi cần đo lường theo thời gian thực) các yêu cầu về Op Amps vẫn gia tăng vì các áp dụng đo lường vẫn còn có nhu cầu. Các tín hiệu tác động đầu tiên được tạo thành bằng các đèn chân không rồi tiếp đến là do các transistor.Trong suốt khoảng thời gian của thập niên 1950, các đèn chân không có kích thước nhỏ hơn hoạt động với điện áp nguồn thấp hơn được các nhà sản xuất thu gọn kích thước và đưa vào các thiết bị dân dụng, một module Op Amps lúc bấy giờ có tên riêng là “brick”. Kích thước của các đèn chân không và các linh kiện được giảm dần cho đến khi một Op Amps được thu nhỏ kích thước chỉ còn bằng kích thước của một đèn octal chân không (đèn 8 cực chân không). Khi cáctransistor được đưa vào lãnh vực thương mại ở thập niên 1960, kích thước của Op Amps thu gọn đến vài inches3 (1 inch3  16,4 cm3) và vẫn còn được gọi là “brick”. Tên gọi “brick” được gọi cho bất kỳ module điện tử nào sử dụng phương pháp kết khối dùng phương pháp hổn hợp, không dùng phương pháp tạo khối dùng mạch tích hợp IC (intergrated circuit). Hầu hết các Op Amps đầu tiên được chế tạo với các ứng dụng riêng, không có mục tiêu chung tổng quát. Các IC được trang bị vào những năm cuối của thập niên 1950 và đầu thập niên 1960, nhưng cho đến giữa thập niên 1960 nhà sản xuất Fairchild cho ra linh kiện Op Amp đầu tiên là µA709 do Robert J.Widler thiết kế trong lãnh vực thương mại. Bất lợi chính của linh kiện µA709 là vấn đề ổn định, linh kiện cần bồi hoàn (bù) từ mạch ngoài . Tiếp theo là linh kiện µA741 là Op Amps có bồi hoàn bên trong không dùng mạch ngoài khi hoạt động theo tính năng hướng dẫn trong tài liệu kỹ thuật (data sheet). Tuy nhiên µA741 không được chấp nhận sử dụng nhiều hơn so với µA709. Tiếp sau đó các phiên bản khác của Op Amps được thiết kế liên tục với các đặc tính và độ tin cây được cải thiện không ngừng. Các Op Amp ngày nay có thể hoạt động ổn định trong dảy tần số (frequency spectrum) từ 5 kHz đến 1 GHz. Dảy điện áp nguồn cung cấp đảm bảo cho các hoạt động từ 0,9 V đến 1000 V. Op Amps thật sự trở thành một IC analog đa năng cho các họat động dưới dạng analog. Op Amps có thể hoạt động như bộ driver ,bộ so sánh (comparator), bộ khuếch đại (amplifier), bộ dời mức (level shifter) , bộ dao động (oscilator), bộ lọc (filter), bộ tạo tín hiệu điều khiển, actuatordriver, nguồn dòng (current source), nguồn áp (voltage source) và các áp dụng khác . . . Vấn đề thường được đặt ra cho người thiết kế là: bằng cách nào giải quyết nhanh chọn ra các mạch hiệu chỉnh dùng tổ hợp từ các Op Amps, và bằng cách nào tính nhanh các thông số cho các phần tử thụ động cần thiết trong các mạch dùng làm hàm chuyển (hàm truyền). Quá trình này được giải quyết bằng nhiều môn học: Mạch Điện Tử , Điều Khiển Tự Động . . . Với phần trình bày tóm tắt quá trình lịch sử hình thành và phát triển của linh kiện Op Amps, chúng ta có được tầm nhìn khái quát và hiểu được các phạm vi áp dụng cũng như công dụng của linh kiện Op Amps. 2 STU – KHOA CƠ KHÍ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT –TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ 2010
  4. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP [ 1 – 2010] 1.2.MÔ HÌNH CỦA OP AMPS: 1.2.1. MÔ HÌNH CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI: Bộ khuếch đại là linh kiện có tính năng làm tăng biên độ của các tín hiệu. Thành phần chính trong bộ khuếch đại là nguồn áp phụ thuộc điện áp ngõ vào. Mô hình đơn giản của bộ khuếch đại điện áp trình bày trong hình H.1.1. Từ mô hình này, chúng ta rút ra các nhận xét như sau: Khi ngõ ra hở mạch, điện áp trên ngõ ra được xác định theo quan hệ: H.1.1 v2  K.v1 (1.1) Trong đó, K là hệ số nhân; được gọi là Độ Lợi mạch hở (Open circuit Gain). Điện trở Ri và Ro lần lượt được gọi là: Điện trở ngõ vào và Điện Trở ngõ ra của bộ khuếch đại. Với yêu cầu hoạt động tốt nhất cho bộ khhuếch đại, giá trị Ri rất lớn và giá tri của Ro rất bé. Trong các bộ khuếch đại H.1.2 lý tưởng, Ri =  và Ro = 0. Mạch tương đương của bộ Khuếch đại lý tưởng được trình bày trong hình H.1.2. THÍ DỤ 1.1 v Cho mạch khuếch đại như trong hình H.13. Xác định độ lợi A v  2 theo hai trường hợp : Vs a./ Ngõ ra bộ khuếch đại hở mạch. b./ Tải trên ngõ ra bộ khuếch đại là điện trở RT. GIẢI a./ Trường hợp bộ khuếch đại hở mạch ngõ ra: Áp dụng cầu phân áp trên mạch ngõ vào, ta có quan hệ sau:  Ri  v1     vs (1.2)  Ri  R s  Suy ra:  K.Ri  H.1.3 v2  K.v1     vs (1.3)  Ri  R s  Độ lợi điện áp Av xác định theo quan hệ: v K.Ri Av  2  (1.4) v s Ri  R s Từ quan hệ (1.4) cho thấy. Độ lợi (hay độ khuếch đại) điện áp mạch hở giảm thấp và phụ thuộc vào giá trị nội trở Rs cuả Nguồn áp cấp đến ngõ vào bộ khuếch đại. Giá trị Rs càng thấp thì giá trị Av càng lớn. STU – KHOA CƠ KHÍ - TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT 3
  5. [ 1 – 2010 ] BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP b./ Trường hợp tải RT lắp trên ngõ ra bộ khuếch đại: Áp dụng cầu phân áp trên mạch ngõ vào, ta có quan hệ sau:  Ri  v1     vs (1.5)  Ri  R s  H.1.4 Tương tự, áp dụng cầu phân áp trên mạch ngõ ra, ta có quan hệ sau:  RT  v2     Kv1 (1.6)  RT  Ro  Từ (1.5) và (1.6) suy ra quan hệ sau: v  Ri   R T  AV  2     (1.7) v s  Ri  R s   R T  R o  Tóm lại, theo quan hệ (1.7) cho thấy độ lợi điện áp phụ thuộc giá trị Điện trở Tải RT. 1.2.2. MÔ HÌNH CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI LÝ TƯỞNG CÓ HỒI TIẾP: Với bộ khuếch đại lý tưởng có mạch tương đương trình bày trong hình H.1.2: cấp nguồn áp vs trên ngõ vào bộ khuếch đại; ngõ ra được nối vào điện trở tải RT; điện trở hồi tiếp Rf, nối hai điểm A từ một đầu ngõ vào đến điểm B trên một đầu ngõ ra , xem hình H.1.5. Bây giờ chúng ta khảo sát độ lợi điện áp của mạch khuếch đại có hồi tiếp. Áp dụng phương pháp giải mạch dùng phương trình điện thế nút tại A, ta có: H.1.5 v1  v s v1  v2  0 (1.8) Rs Rf Hay:  1 1  v2 v s v1     (1.9)  Rs Rf  Rf Rs Tại B ta có: v2  K.v1 (1.10) Từ (1.9) và (1.10) suy ra:  v2  1 1 K  vs  K  R  R  R   R   s f f  s Tóm lại: v  K  1  K  R sR f AV  2      vs  R s   1  1  K   Rs  R f   K  1 R s    Rs Rf Rf  4 STU – KHOA CƠ KHÍ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT –TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ 2010
  6. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP [ 1 – 2010] Thu gọn ta có: v KR f AV  2  (1.11) v s R f   K  1 R s Đặt: Rs B (1.12) Rs  Rf Tóm lại: v  1  B  .K AV  2  (1.13) vs 1  B.K Điều cần chú ý khi K có giá trị rất lớn, về mặt toán học xem như giá trị K  +; trong trường hợp này giá trị của độ lợi điện áp Av tiến đến giá trị sau:  1  B  .K B1 1 lim A V  lim   1 (1.14) K  K  1  B.K B B 1.2.3. MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA MỘT OPAMP: Theo Tài liệu Kỹ Thuật của nhà sản xuất National Semiconductor sơ đồ nguyên lý của mạch điện bên trong, cấu thành IC Op Amp LM 741 được trình bày trong hình H.1.6. Chúng ta có thể hiểu một cách đơn giản: Op Amps là linh kiện được tạo thành bằng sự tổ hợp từ nhiều phần tử tích cực (transistor) với các phần tử thụ động khác theo một qui luật riêng được qui định do nhà sản xuất. Qui luật riêng chính là mạch điện được trình bày trong sơ đồ nguyên lý . Hình dạng thực của linh kiện Op Amp LM741 được trinh bày trong hình H.1.7, kích thước thực sự của IC 8 chân trình bày trong hình H.18. H.1.6: Sơ đồ nguyên lý (Schematic Diagram) mô tả cấu trúc bên trong Op Amp LM 741 STU – KHOA CƠ KHÍ - TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT 5
  7. [ 1 – 2010 ] BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP H.1.7. Đế chân IC ( 8 DIP Socket) IC Opamp có 8 chân ra H 1.8: Kích thước thực của IC Op Amp 8 chân ra ( tính theo đơn vị inches và mm). Với IC Op Amp LM741 với kiểu vỏ 8 DIP 300 các chân ra được đánh số thứ tự từ 1 đến 8 và xếp tuần tự theo thứ tự tứ 1 đến 8 theo chiếu dương lượng giác. Vị trí chân 1 qui định xếp trên cùng của hàng chân phía trái khi nhìn xuống từ phía trên thân của IC. Vị trí chân 1 còn được qui định theo vị trí dấu chấm ở phía đầu trên thân IC (xem hình H.1.8). Mỗi chân ra IC được mang tên theo chức năng. Ký hiệu biểu diễn cho IC H.1.9: Chức năng các chân ra IC LM741 Opamp trình bày trong hình H.1.10 6 STU – KHOA CƠ KHÍ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT –TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ 2010
  8. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP [ 1 – 2010] Năm 1968, nhà sản xuất Fairchild Semiconductor đã sản xuất opamp A741 với các ứng dụng rộng rãi tổng quát trong các lãnh vực thương mại. Linh kiện có kiểu vỏ MINIDIP và có 8 chân ra . DIP là danh từ viết tắt từ thuật ngữ Dual In–line Packages, có nghĩa là tất cả các đầu ra của linh kiện trên mỗi phía được bố trí trên đường thẳng (các đầu ra tại một phía thẳng hàng với nhau). Khi khảo sát Opamp, cần quan tâm đến các đầu ra H1.10 sau đây : Đầu cấp nguồn điện DC để Opamp họat động: đầu Vcc+ và đầu Vcc-. Ngõ vào không đảo (noninverting input). Ngõ vào đảo (inverting input). Ngõ ra (output). Thông thường có thể đánh dấu các đầu cung cấp nguồn điện để Opamp họat động bằng ký hiệu V+ (hay Vcc+ ) ; V- (hay Vcc-) . Trên ngõ vào của khối Opamp, tín hiệu vào cấp tại ví trí có đánh dấu + là ngõ vào không đảo; ngược lại tín hiệu cấp vào tại vị trí có đánh dấu – ứng với ngõ vào đảo. 1.2.4. ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN TRÊN CÁC ĐẦU CỦA OP AMP: Khi khảo sát điện áp trên các đầu của Opamp, chúng ta cần chọn một nút làm nút điện thế chuẩn (0V). Trong trường hợp này nút chuẩn được chọn là giao điểm của một cực dương và một cực âm của hai nguồn DC có điện áp Vcc tạo thành nguồn kép cung cấp vào hai đầu V+ và V- của opamp, xem hình H1.11. Các tín hiệu điện áp cấp tại các ngõ vào đảo và không đảo của opamp cũng đấu chung một đầu về nút chuẩn. Các quan hệ điện áp trên ngõ ra với điện áp cấp đến các ngõ vào được xây dựng như sau: vo  A.(vin   Vin  ) (1.15) Với:  Vcc  vo  Vcc (1.16) Quan hệ (1.15) xác định điện áp ngõ ra theo độ chêch lệch điện áp giữa các ngõ vào của opamp vin   vin   vin   . Quan hệ (1.16) xác định điều kiện giới hạn của điện áp ngõ ra. A là hệ số khuếch đại điện áp vòng hở. Một cách tổng quát, khi cung cấp nguồn điện kép có giá trị Vcc cho Op Amp, điện áp ngõ ra vo thỏa tính chất sau: Opamp họat động theo chế độ khuếch đại tuyến tính khi vo  Vcc . Khi giá trị vo nằm ngòai khỏang giá trị cho trong quan hệ (1.16), Opamp họat động theo chế độ bảo hòa. Tại trạng thái này điện áp ngõ ra vo = +Vcc (bảo hòa dương) hay vo = Vcc (bảo hòa âm) và độc lập đối với giá trị vin   vin   vin   . STU – KHOA CƠ KHÍ - TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT 7
  9. [ 1 – 2010 ] BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP Đặc tính làm việc của Opamp mô tả quan hệ giữa vo theo v in  v in   v in   trình bày trong hình H.1.12. Đặc tính làm việc còn được gọi là đặc tính chuyển điện áp (Voltage Transfer characteristic). Chúng ta cần chú ý tính chất sau: v in với Opamp có hệ số khuếch đại điện áp vòng hở là A = 10000 =104, nếu cấp điện áp Vcc Vcc nguồn cho Opamp có giá trị Vcc = 20 V (giá  A A trị tối đa cho phép trên một số Opamp) thì giá trị tương ứng của v in  v in   v in   được xác định như sau: V 20V vin  cc   2mV A 10000 Với kết quả này chúng ta thấy được vùng khuếch đại tuyến tính mở rộng H.1.12: Đặc tính chuyển điện áp của Op Amp trong phạm vi vin từ - 2mV đến +2mV. Lúc này xem như Vin+  Vin- . vin   vin   vin    0   Vin  Vin  (1.17) Kết quả tìm được cho thấy điều kiện thật sự tại các ngõ vào opamp. Vấn đề được đặt ra là làm thế nào duy trì được điều kiện trên tại các ngõ vào opamp trong khi mạch điện đang họat động. Câu trả lời cho vấn đề này là: dùng tín hiệu trên ngõ ra hồi tiếp về ngõ vào đảo của opamp, quá trình phản hồi tín hiệu theo mô tả trên được gọi là hồi tiếp âm; tín hiệu nhận được trên ngõ ra sẽ đưa về và trừ với tín hiệu trên ngõ vào không đảo. Bây giờ chúng ta xét đến các thành phần dòng điện trên các đầu của opamp, xem hình H.1.13. Áp dụng định luật Kirchhoff 1 ta có kết quả sau: iin+ + iin- + ic+ + ic- + io = 0 (1.18) Với giả thiết ràng buộc các dòng điện trên các ngõ vào Opamp rất nhỏ so với dòng điện trên các đầu khác còn lại trên Opamp, chúng ta có mô hình Opamp lý tưởng với dòng điện trên các ngõ vào triệt tiêu, iin+ = iin-  0 .Với giả thiết này cho thấy tổng trở nhập của opamp có giá trị rất lớn. Dảy giá trị của tổng trở nhập từ vài trăm K đến vài ngàn M . Quan hệ iin+ = iin-  0 luôn được áp dụng để giải tích các mạch sử dụng opamp. Từ giả thiết trên,quan hệ (1.18) được H.1.13: viết lại như sau: io    ic   ic   (1.19) Tóm lại , khi bỏ qua ảnh hưởng các dòng điện trên ngõ vào opamp; dòng điện trên ngõ ra của opamp luôn bằng tổng giá trị các dòng điện từ các nguồn cung cấp vào opamp. 8 STU – KHOA CƠ KHÍ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT –TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ 2010
  10. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP [ 1 – 2010] 1.2.4. MÔ HÌNH TOÁN HAY MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA OP AMP: 1.2.4.1.MÔ HÌNH TÓAN C A OPAMP KHI H AT NG TRONG VÙNG KHU CH I: Trong phần này chúng ta trình bày mạch tương đương của opamp thực tế khi hoạt động trong vùng khuếch đại tuyến tính. Đây là mô hình tóan học mô tả + NGOÕ RA cấu trúc Op Amp gần giống thực tế, iin + NGOÕ VAØO - được sử dụng trong một số các phần KYÙ HIEÄU CUÛA + + OPAMP mềm dùng mô phỏng, hình H1.1.4. Để đơn giản cho quá trình khảo sát đề Ri Ro io nghị gọi tên cho mô hình này là mô + hình toán dạng chính xác.Trong mô Vin+ - A.(vin+ -vin-) + hình này, ta có: iin- Ri : tổng trở nhập Opamp. - Vo A: độ khuếch đại điện áp vòng hở. + Ro: tổng trở ngõ ra Opamp Vin- - - - Trên mạch tương đương chúng ta còn có nguồn áp phụ thuộc giá trị v in  v in   v in   của điện áp trên H.1.14: Mô Hình Toán ( hay mạch tương đương) các ngõ vào và độ khuếch đại điện áp của IC Op Amp. vòng hở A. Với IC Opamp LM741, giá trị của các phần tử trong mạch tương đương để tham khảo được tóm tắt như sau: Ri = 2 M ; A = 105 ; R0 = 75 . 1.2.4.2.MÔ HÌNH TÓAN CỦA OPAMPLÝ TƯỞNG: + NGOÕ RA Trong hình H.1.15 trình bày mô iin + NGOÕ VAØO - hình mạch tương đương của Opamp lý KYÙ HIEÄU CUÛA + + OPAMP tưởng thỏa các giả thiết được đặt ra như sau: io Ri   + RO = 0 Ri =  Vin+ - A.(vin+ -vin-) + A= iin- Ro = 0 - Vo Với các thông số trên thoả mãn + các điều kiện sau: Vin- - - - v in  v in   v in    0 (1.20) iin+ = iin- = 0. (1.21) H.1.15: Mô hìnhToán (hay mạch tương đương) của Op Amp lý tưởng. 1.3.GIẢI TÍCH MẠCH OP AMPS DÙNG MÔ HÌNH TOÁN DẠNG CHÍNH XÁC : Mô hình toán dạng chính xác của Op Amp, trình bày trong hình H.1.14, thường được dùng làm mẫu cho các mô hình Op Amp thực trong phần mềm Pspice khi thực hiện các bài toán mô phỏng. Phương pháp giải mạch được sử dụng để xác định các thông số mạch là phương trình điện thế nút . Các kết quả tìm được trên mô hình toán chính xác có thể chuyển sang mô hình OpAmp lý tưởng bằng cách áp dụng bài toán tính giới hạn trên các kết quả này khi cho các thông số : Ri  ; A  và Ro 0 STU – KHOA CƠ KHÍ - TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT 9
  11. [ 1 – 2010 ] BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP 1.3.1. MẠCH KHUẾCH ĐẠI NGÕ VÀO ĐÀO VỚI MÔ HÌNH OPAMP CHÍNH XÁC: Xét mạch khuếch đại trình bày trong hình H.1.16, khi chọn nút chuẩn 0V cho mạch chúng ta cần quan tâm đến các nút a và b trong mạch. Gọi điện thế tại các nút a và b (so với nút chuẩn) lần lượt là: va và vb. Ta có: vb  vo (Áp ra trên Tải) va   v1 (Áp chênh lệch giữa hai ngõ vào Op Amp) Áp dụng phương trình điện thế nút tại các nút a và b, chúng H.1.16: Mạch khuếch đại ngõ vào đảo với ta có được các quan hệ (1.22) và mô hình Op Amp dạng chính xác. (1.23) như sau: v a  v s va va  vb   0 (1.22) Rs Ri Rf Hay:  v1  v s v1  v1  vo   0 (1.23) Rs Ri Rf vb  K  v1  v  va vb  b  0 (1.24) Ro Rf RT Hay: vo  K  v1  v  v1 vo  o  0 (1.25) Ro Rf RT Từ (1.23) và (1.25) thu gọn ta có hệ phương trình hai ẩn số như sau:  1 1 1   1   vs     .v1    .vo   R s Ri R f   Rf  Rs  1 K   1 1 1     .v1      .vo  0  R f Ro   Ro R f RT  Đặt:  1 1 1  1 A    B  R s Ri R f  Rf  1 K   1 1 1  C   D     R f Ro   Ro R f R T  Suy ra:  vs A.v1  B.vo  Rs C.v1  D.vo  0 10 STU – KHOA CƠ KHÍ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT –TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ 2010
  12. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP [ 1 – 2010] Áp dụng phương pháp Cramer ta có kết quả sau:  v  A  s  Rs   C.v s    C 0  Rs  vo   (1.26) A B AD  BC C D Thu gọn ta có:  C.v s   1 K  vs  Ro         K  vs  Rs   R f Ro  R s   R f  vo   AD  BC AD  BC R s .R o  AD  BC Với  1 1 1   1 1 1  1  1 K  R s .R o  AD  BC   R sR o            R   s R i R f R   o R T R f  Rf  R f R o   Giải tích và thu gọn ta có kết quả sau:  Ro    K v Av  o   Rf  (1.27) vs  Rs   Ro  R s  Ro Ro  Ro 1   1  1 K     Ri   RT  R f  Ri R T  R f v Từ kết quả (1.27) cho thấy độ lợi điện áp A v  o phụ thuộc vào các thông số của vs Op Amp và các phần tử bên ngoài của mạch. Trong trường hợp các thông số của Op Amp tiến đến các giá trị củaOp Amp lý tưởng, từ kết quả (1.27) chúng ta suy ra giá trị của độ lợi sau:     Ro        K    A vLT  lim  lim  lim   Rf   K  R o  0 Ri    R   Ro  Rs  Ro Ro  Ro     1 s   1  1 K        Ri RT        Rf  Ri R T  Rf     Ro       K   A vLT  lim  lim   Rf    K  R o  0  R  R  R  R    1 o   s 1 K  o   o     RT  R f  R T  R f           K     K   R f A vLT  lim    lim   (1.28) K   Rs  K   R s K  R s  1   1  K   R    Rf   f  Tóm lại: khi Op Amp là lý tưởng độ lợi khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại ngõ vào đảo chỉ phụ thuộc các giá trị điện trở hồi tiếp Rf và điện trở nội Rs của nguồn áp cấp đến ngõ vào đảo của Op Amp. STU – KHOA CƠ KHÍ - TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT 11
  13. [ 1 – 2010 ] BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP 1.3.2. MẠCH KHUẾCH ĐẠI NGÕ VÀO KHÔNG ĐẢO VỚI MÔ HÌNH OPAMP CHÍNH XÁC: Tương tự như đã trình bày trong mục 1.3.1, trong hình H.1.17, ta chọn nút chuẩn 0V và gọi điện thế tại các nút a và b (so với nút chuẩn) lần lượt là: va và vb. Ta có: vb  vo (Áp ra trên Tải) va là điện áp đặt ngang qua 2 đầu điện trở Rs và cũng chính là điện thế tại ngõ vào đảo của Op Amp so với nút chuẩn. Gọi v1 là điện thế tại ngõ vào không đảo của Op Amp so với nút H.1.17: Mạch khuếch đại ngõ vào không đảo với chuẩn. Các phương trình điện thế mô hình Op Amp dạng chính xác. nút tại a và b, có dạng như sau: v a  v1 va v a  vb   0 (1.29) Ri Rs Rf vb  K  v1  va  v  va vb  b  0 Ro Rf RT (1.30) Thu gọn ta có hệ phương trình 2 ẩn số sau:  1 1 1   1  v1     .va    .vb   Ri R s R f   Rf  Ri  K 1   1 1 1  K.v1    .va      .vb  R  o R f  R  o R f R T  Ro Đặt các giá trị sau:  1 1 1  1  1 K   1 1 1  A    B C   D     R s Ri R f  Rf  R f Ro   Ro R f R T  Suy ra: v A.v a   B  .vb  1 Ri K.v1  C  .va  D.vb  Ro Áp dụng công thức Cramer ta có kết quả sau:  v1  A    Ri   K.v1   K.A C  C   v1.     Ro   R o Ri  vo  vb   (1.31) A B AD  BC C D 12 STU – KHOA CƠ KHÍ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT –TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ 2010
  14. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP [ 1 – 2010] Suy ra:  K.A C  K  1 1 1  1  1 K     .    .    R o Ri  R o  R s R i R f  Ri  R f R o  Hay:  K.A C  K  1 1  1 1  R .R K.R s     .    . o s  K    R o Ri  R o  R s R f  Ri .R f R o .R s  Ri .R f Rf   K.A C  1  R .R  R     . o s  K  1 s   (1.32)  R .R R f    R o Ri  R o .R s  i f  Tóm lại:  R o .R s  R    K  1  s   vo  Ri .R f  Rf    (1.33) v1 R o .R s .  AD  BC  Trong đó:  1 1 1   1 1 1  1  1 K  R s .R o  AD  BC   R sR o              R s Ri R f   R o R T R f  R f  R f R o   Suy ra:  R .R  R   o s  K  1  s   vo   Ri .R f  Rf   (1.34) v1  Rs   Ro  R s  Ro Ro  Ro 1   1  1 K     Ri   RT  Rf  Ri R T  Rf Áp dụng cầu phần áp trong mắt lưới ngõ vào của mạch khuếch đại Op Amp, ta có:  Ri  R s  v1    .v (1.35)  Ri  R s  R g  s   Từ các quan hệ (1.34 )và (1.35) suyra:  R o .R s  R    Ri  R s    K  1  s      vo  Ri .R f  R f    Ri  R s  R g   (1.36) vs  Rs   Ro  R s  Ro Ro  Ro 1   1  1 K     Ri   RT  Rf  Ri R T  R f v Từ kết quả (1.36) cho thấy độ lợi điện áp A v  o phụ thuộc vào các thông số của vs Op Amp và các phần tử bên ngoài của mạch. Trong trường hợp các thông số của Op Amp tiến đến các giá trị củaOp Amp lý tưởng, từ kết quả (1.36) suy ra giá trị của độ lợi như sau:       R .R  R    Ri  R s     o s  K  1  s           Ri .R f  R f    Ri  R s  R g   A vLT  lim  lim  lim   K   R o  0  Ri    R   R  R  R R  R    1 s   1 o   s 1 K  o  o   o    Ri   RT  Rf  Ri R T  R f        STU – KHOA CƠ KHÍ - TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT 13
  15. [ 1 – 2010 ] BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ OPAMP     Rs       K  1        R f    A vLT  lim  lim   K   R o  0    1  R o   R s  1  K  R o  Ro     RT  R f  RT  Rf       R     R   Rs    K  1  s     K 1 s   1    Rf    Rf Rf  A vLT  lim     lim      K  R R s .K Rs  1  s  1  K   K     Rf   Rf  Rf     Tóm lại:  R  R  R  A vLT   1  s  . f   1  f  (1.37)  Rf  Rs  Rs  Qua phương pháp tính toán trên, chúng ta rút ra các kết luận để từ đó đưa ra phương pháp tổng quát khi khảo sát mạch Op Amp trong các trường hợp tổng quát và lý tưởng: Áp dụng phương trình điện thế nút trong quá trình giải tích mạch . Các kết quả tính toán theo mạch Op Amp chính xác có dạng phức tạp. Áp dụng phép tính giới hạn để suy ra các kết quả cho mạch Op Amp lý tưởng từ các kết quả tính được theo mạch Op amp chính xác. Khi xác định trực tiếp độ lợi điện áp của mạch Op Amp lý tưởng, chúng ta cần áp dụng các giả thiết Op Amp lý tưởng trong quá trình tính toán. Các giả thiết của Op Amp lý tường được xác định theo các quan hệ (1.20) và (1.21) như sau: v in  v in   v in    0 iin+ = iin- = 0. 14 STU – KHOA CƠ KHÍ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT –TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ 2010
  16. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 2 – MẠCH OPAMP LÝ-TƯỜNG [ 1 – 2010] CHƯƠNG 2 2.1. TỔNG QUAN : 2.2.1. GIẢ THIẾT OPAMP LÝ TƯỞNG: Trong chương 2, chúng ta khảo sát các mạch ứng dụng dùng Opamps lý tưởng với nguồn áp DC cung cấp là dạng nguồn kép (+Vcc – 0 – Vcc). Hiện nay, với công nghệ chế tạo tiên tiến, các thông số của các Opamps thực sự có giá trị tiến rất gần đến thông số Opamps lý tưởng. Như vậy việc phân tích mạch Opamps lý tưởng được xem là giải tích mạch Opamps thực sự. Với các giả thiết Opamps lý tưởng, việc khảo sát đơn giản hơn và kết quả tính toán đạt được ở dạng dễ nhớ hơn tiện lợi cho quá trtình thiết kế hay tính toán thông số cho các mạch ứng dụng. Phương pháp giải mạch được áp dụng để khảo sát trong đa số trường hợp là phương trình điện thế nút. Mạch điện tương đương với các thông số của Opamps lý tưởng được trình bày trong hình H.1.15 chương 1. 2.1.2. MẠCH NGUỒN CUNG CẤP CHO OPAMPS: Chúng ta có nhiều phương pháp để tạo ra nguồn áp DC kép. Trong hình H.2.1 trình bày một dạng mạch nguồn kép dùng IC ổn áp không điều chỉnh họ 78XX và 79XX. Trong hình H.2.2. trình bày một dạng khác của nguồn kép dùng IC ổn áp có điều chỉnh LM 317 và LM 337. Các mạch nguồn này có dòng điện tối đa cho phép qua tải là 1 A. Trong các trường hợp có yêu cầu cao hơn, các mạch nguồn có thêm các tính năng khác như : bảo vệ quá tải hay ngắn mạch trên ngõ ra. H 2.1: Mạch tạo nguồn kép DC dùng IC ổn áp 7812 và 7912. STU – KHOA CƠ KHÍ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ 2010 15
  17. [ 1 – 2010 ] BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 2 – MẠCH OPAMP LÝ TƯỞNG H 2.2: Mạch tạo nhiều nhóm nguồn kép DC dùng IC ổn áp không điều chỉnh 7812 và 7912 và các IC ổn áp có điều chỉnh LM 317 và LM 337. 2.2. MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÓ HỒI TIẾP : 2.2.1.MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẦU VÀO KHÔNG ĐẢO (NON-INVERTING OPAMP): Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại đầu vào không đảo trình bày trong hình H.2.3. Trong đó: RF : điện trở hồi tiếp. RG : điện trở nối đến nút điện thế chuẩn (OV) từ ngõ vào đảo. Điện trở này còn được gọi là điện trở vào Opamp. Gọi Av là độ lợi (hay độ khuếch đại) điện áp của mạch khuếch đại Opamp. Ta có định nghĩa tổng quát như sau: Vo AV  (2.1) Vin Gọi Vb là điện thế tại b so với nút chuẩn, áp dụng phương trình điện thế nút tại b cho ta quan hệ như sau: Vb Vb  Vo   iin   0 (2.2) RG RF 16 STU – KHOA CƠ KHÍ - TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT
  18. BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 2 – MẠCH OPAMP LÝ-TƯỜNG [ 1 – 2010] Áp dụng các giả thiết Opamp lý tưởng ta có: iin   0 (2.3) Vin  Va  Vb  Vin  Vb  0 (2.4) Thế các kết quả xác định từ (2.3) và (2.4) vào (2.2), suy ra quan hệ: Vin Vin  Vo  0 RG RF Tóm lại:  1 1  Vo Vin     R G RF  RF Hay: Vo  R  AV   1 F  (2.5) Vin  RG  CHÚ Ý: Từ quan hệ (2.5) chúng ta rút ra các nhận xét như sau: Khi Opamp được cung cấp bằng nguồn kép, đặc tính chuyển điện áp của Opamp có dạng như trong hình H.1.12. Nếu điện áp ngõ vào Vin = K (hằng số), nói khác đi Vin là điện áp một chiều độc lập đối với biến thời gian. Theo (2.5) điện áp nhận trên ngõ ra cũng là điện áp một chiều có giá trị là Vo = K.AV và giá trị Vo phải nằm trong phạm vi giới hạn sau đây: Vcc  Vo  +Vcc Trong hình H.2.4 trình bày mạch khuếch đại đầu vào không đảo dùng Opamp mang mã số LM324, được cung cấp bằng nguồn kép  12V DC (tạo bởi các nguồn V1 và V2). Khi nguồn áp V3 (trên ngõ vào) thay đổi giá trị từ -12V đến +12V, điện áp Vo trên ngõ ra thay đổi tương ứng. Đặc tính chuyển mô tả quan hệ giữa Vo theo Vin trình bày trong hình H.2.5. H.2.4 Cần chú ý, với mạch khuếch đại trong hình H.2.4, hệ số Av = 2. Dựa vào Đặc Tuyến chuyển của Opamp LM324 trong hình H.2.5 ta suy ra được phạm vi của giá trị Vin để mạch khuếch đại tuyến tính là : -6,25V  Vin  5,25V. Kết quả nhận trên ngõ ra tương ứng là -12,5V  Vo  10,5V. Mức ngưỡng bảo hoà dương và mức ngưỡng bảo hoà âm của Opamp LM324 có giá trị khác nhau. Bây giờ, nếu tín hiệu Vin được cấp đến ngõ vào mạch khuếch đại là tín hiệu biến thiên theo thời gian, giả sử có dạng Vin  2 2 sin  100t   V  ; điện áp trên ngõ ra của mạch khuếch đại được trình bày trong hình H.2.6. Hệ số khuếch đại của mạch trong trường hợp này vẫn là AV = 2 và điện áp sin trên ngõ ra và ngõ vào đồng pha với nhau. Điều này có thể hiểu dễ dàng vì giá trị Av > 0. Trong hình H.2.7, khi biên độ điện áp ngõ vào rất lớn Vin  6 2 sin  100t   V  điện áp trên ngõ ra bị sai dạng vì biên độ điện áp ngõ ra bị giới hạn bởi mức ngưỡng bảo hòa đương và âm. Bây giờ, điện áp ngõ ra không còn dạng sin mà có dạng hình thang; biên độ của Vo đạt gía trị +10,5 V (biên độ dương) và -12,5V (biên độ âm). Kết quả này có thể đóan nhận được dựa vào đặc tuyến hình H.2.5. STU – KHOA CƠ KHÍ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT – TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ 2010 17
  19. [ 1 – 2010 ] BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ 2 – CHƯƠNG 2 – MẠCH OPAMP LÝ TƯỞNG H.2.5: Đặc tính chuyển DC của Opamp LM324 mô tả quan hệ giữa Vo theo Vin khi thay đổi Vi H.2.6: Dạng điện áp Vo trên ngõ ra và Vin trên ngõ vào mạch khuếch đại hình H.2.4 18 STU – KHOA CƠ KHÍ - TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ – BIÊN SOẠN : NGUYỄN-THẾ-KIỆT
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học