Xem mẫu
19-Feb-11
Chương 5
CÁC MẠCH ỨNG DỤNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
(OPERATIONAL AMPLIFIER – OP AMP)
I. ĐỊNH NGHĨA VÀ KÝ HIỆU
- Khuếch đại là quá trình biến đổi một đại lượng (dòng điện
hoặc điện áp) từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm
thay đổi dạng của nó.
- Khuếch đại thuật toán (OP-AMP) cũng có những tính chất
của một mạch khuếch đại. OP-AMP có 2 ngõ vào – đảo và
không đảo – và một ngõ ra, một OP-AMP lý tưởng sẽ có
những tính chất sau:
+ Hệ số khuếch đại (vòng hở) là vô cùng.
+ Trở kháng ngõ vào là vô cùng.
+ Trở kháng ngõ ra là 0.
1
Ký hiệu
v i−
v i+
v i−
v i+
vo
-
vo
+
: Ngõ vào đảo
: Ngõ vào không đảo
: Ngõ ra
2
1
19-Feb-11
II. MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO (NGƯỢC PHA)
Xét mạch OPAMP lý tưởng:
Ri = ∞, Ii = 0 nên:
R1
v i− = v i+ ≈ 0
Dòng qua R1:
v
v
I= i = − o
R1
Rf
Hệ số khuếch đại vòng kín:
v
R
Av = o = − f
vi
R1
⇒ vo = −
Tổng trở vào:
R
R
f
Rf
I
v i−
vi
vi+ = 0
vo
vi
1
Zi =
vi
= R1
ii
3
III. MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO (ĐỒNG PHA)
Xét mạch OPAMP lý tưởng:
Ri = ∞, Ii = 0 nên:
Dòng qua R1:
v i−
vo
I=
=
R1
R1 + R f
Mặt khác, coi :
+
i
Ta có hệ số khuếch đại vòng kín:
Av =
vo
R + Rf
R
= 1
= 1+ f
vi
R1
R1
Rf
v i−
R1
v = v ≈ vi
−
i
I
v i− = v i+ ≈ 0
vo
v i+
vi
Rf
vi
⇒ v o = 1 +
R1
4
2
19-Feb-11
* MẠCH ĐỆM (MẠCH THEO ĐIỆN ÁP)
Đây là trường hợp đặc biệt của mạch khuếch đại không đảo,
với: Rf = 0 và R1 = ∞
Áp dụng công thức:
Av =
vo R1 + Rf
R
=
= 1+ f
vi
R1
R1
⇒ Av = 1
vo
vi
5
IV. MẠCH CỘNG
* Mạch cộng đảo dấu
vi1
vi2
vi3
R1
i1
R2
i2
R3 i3
i
Rf
vo
Dùng phương pháp xếp chồng:
Rf
v i1
R1
R
vo2 = − f vi 2
R2
R
v o3 = − f v i 3
R3
v o1 = −
6
3
19-Feb-11
Điện áp ở ngõ ra:
v o = v o1 + v o 2 + v o3
R
R
R
⇒ v o = − f v i1 + f v i 2 + f v i 3
R
R2
R3
1
Nếu chọn R1 = R2 = R3 = R, ta có:
vo = −
Rf
(vi1 + vi 2 + vi3 )
R
Và nếu Rf = R, ta có:
v o = −(v i1 + v i 2 + v i 3 )
7
* Mạch cộng không đảo dấu
Rg
vi1
vi2
Rf
R1
R2
v i+
vo
8
4
19-Feb-11
Dùng phương pháp xếp chồng
Rg
Khi vi2 = 0, mạch trở thành:
R2
v i+ =
R + R v i1
2
1
v
R1
i1
Áp dụng công thức
của mạch khuếch đại không đảo: :
Rf
v i+
vo
R2
R
v o 1 = 1 + f v i+
Rg
Rf R2
v o1 = 1 +
R g R1 + R 2
v i1
R
R1
v o2 = 1 + f
R +R
Rg 1
2
v i2
Tương tự:
9
Điện áp ở ngõ ra:
vo = vo1 + vo2
Rf R 2
R1
v i1 +
vi2
⇒ v o = 1 +
R g R1 + R 2
R1 + R 2
Nếu chọn R1 = R2 = R, ta có:
R
v o = 1 + f
R
v i1 + v i 2
2
Và nếu Rf = R, ta có:
v o = (v i1 + v i 2 )
10
5
nguon tai.lieu . vn
Chương 5
CÁC MẠCH ỨNG DỤNG KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
(OPERATIONAL AMPLIFIER – OP AMP)
I. ĐỊNH NGHĨA VÀ KÝ HIỆU
- Khuếch đại là quá trình biến đổi một đại lượng (dòng điện
hoặc điện áp) từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm
thay đổi dạng của nó.
- Khuếch đại thuật toán (OP-AMP) cũng có những tính chất
của một mạch khuếch đại. OP-AMP có 2 ngõ vào – đảo và
không đảo – và một ngõ ra, một OP-AMP lý tưởng sẽ có
những tính chất sau:
+ Hệ số khuếch đại (vòng hở) là vô cùng.
+ Trở kháng ngõ vào là vô cùng.
+ Trở kháng ngõ ra là 0.
1
Ký hiệu
v i−
v i+
v i−
v i+
vo
-
vo
+
: Ngõ vào đảo
: Ngõ vào không đảo
: Ngõ ra
2
1
19-Feb-11
II. MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO (NGƯỢC PHA)
Xét mạch OPAMP lý tưởng:
Ri = ∞, Ii = 0 nên:
R1
v i− = v i+ ≈ 0
Dòng qua R1:
v
v
I= i = − o
R1
Rf
Hệ số khuếch đại vòng kín:
v
R
Av = o = − f
vi
R1
⇒ vo = −
Tổng trở vào:
R
R
f
Rf
I
v i−
vi
vi+ = 0
vo
vi
1
Zi =
vi
= R1
ii
3
III. MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO (ĐỒNG PHA)
Xét mạch OPAMP lý tưởng:
Ri = ∞, Ii = 0 nên:
Dòng qua R1:
v i−
vo
I=
=
R1
R1 + R f
Mặt khác, coi :
+
i
Ta có hệ số khuếch đại vòng kín:
Av =
vo
R + Rf
R
= 1
= 1+ f
vi
R1
R1
Rf
v i−
R1
v = v ≈ vi
−
i
I
v i− = v i+ ≈ 0
vo
v i+
vi
Rf
vi
⇒ v o = 1 +
R1
4
2
19-Feb-11
* MẠCH ĐỆM (MẠCH THEO ĐIỆN ÁP)
Đây là trường hợp đặc biệt của mạch khuếch đại không đảo,
với: Rf = 0 và R1 = ∞
Áp dụng công thức:
Av =
vo R1 + Rf
R
=
= 1+ f
vi
R1
R1
⇒ Av = 1
vo
vi
5
IV. MẠCH CỘNG
* Mạch cộng đảo dấu
vi1
vi2
vi3
R1
i1
R2
i2
R3 i3
i
Rf
vo
Dùng phương pháp xếp chồng:
Rf
v i1
R1
R
vo2 = − f vi 2
R2
R
v o3 = − f v i 3
R3
v o1 = −
6
3
19-Feb-11
Điện áp ở ngõ ra:
v o = v o1 + v o 2 + v o3
R
R
R
⇒ v o = − f v i1 + f v i 2 + f v i 3
R
R2
R3
1
Nếu chọn R1 = R2 = R3 = R, ta có:
vo = −
Rf
(vi1 + vi 2 + vi3 )
R
Và nếu Rf = R, ta có:
v o = −(v i1 + v i 2 + v i 3 )
7
* Mạch cộng không đảo dấu
Rg
vi1
vi2
Rf
R1
R2
v i+
vo
8
4
19-Feb-11
Dùng phương pháp xếp chồng
Rg
Khi vi2 = 0, mạch trở thành:
R2
v i+ =
R + R v i1
2
1
v
R1
i1
Áp dụng công thức
của mạch khuếch đại không đảo: :
Rf
v i+
vo
R2
R
v o 1 = 1 + f v i+
Rg
Rf R2
v o1 = 1 +
R g R1 + R 2
v i1
R
R1
v o2 = 1 + f
R +R
Rg 1
2
v i2
Tương tự:
9
Điện áp ở ngõ ra:
vo = vo1 + vo2
Rf R 2
R1
v i1 +
vi2
⇒ v o = 1 +
R g R1 + R 2
R1 + R 2
Nếu chọn R1 = R2 = R, ta có:
R
v o = 1 + f
R
v i1 + v i 2
2
Và nếu Rf = R, ta có:
v o = (v i1 + v i 2 )
10
5