Bài giảng Kỹ thuật điện tử - Chương 5: Các mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán - Lê Chí Thông

19-Feb-11
1
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
+
iv : Ngõ vào không đảo
−
iv : Ngõ vào đảo
ov : Ngõ ra
vo
-
+
−
iv
+
iv
2
19-Feb-11
2
II. MẠCH KHUẾCH ĐẠI ĐẢO (NGƯỢC PHA)
vo0=+iv
−
iv
vi
R1
Rf
I
Xét mạch OPAMP lý tưởng:
Ri = ∞, Ii = 0 nên: 
0≈= +− ii vv
Dòng qua R1:
f
oi
R
v
R
vI −==
1
Hệ số khuếch đại vòng kín:
1R
R
v
vA f
i
o
v −==
i
f
o vR
R
v
1
−=⇒
Tổng trở vào: 1Ri
vZ
i
i
i == 3
III. MẠCH KHUẾCH ĐẠI KHÔNG ĐẢO (ĐỒNG PHA)
Xét mạch OPAMP lý tưởng:
Ri = ∞, Ii = 0 nên: 0≈= +− ii vv
Dòng qua R1:
f
oi
RR
v
R
vI
+
==
−
11
Ta có hệ số khuếch đại vòng kín:
Mặt khác, coi : iii vvv ≈=
+−
i
f
o vR
R
v 





+=⇒
1
1
vo
−
iv
vi
R1
Rf
+
iv
11
1 1
R
R
R
RR
v
vA ff
i
o
v +=
+
==
I
4
19-Feb-11
3
* MẠCH ĐỆM (MẠCH THEO ĐIỆN ÁP)
Đây là trường hợp đặc biệt của mạch khuếch đại không đảo, 
với: Rf = 0 và R1 = ∞
vi
vo
11
1 1
R
R
R
RR
v
vA ff
i
o
v +=
+
==
Áp dụng công thức:
1=⇒ vA
5
IV. MẠCH CỘNG
vo
vi1
vi2
vi3
RfR1
R2
R3
i1
i2
i3
i
* Mạch cộng đảo dấu
Dùng phương pháp xếp chồng:
1
1
1 i
f
o vR
R
v −=
2
2
2 i
f
o vR
R
v −=
3
3
3 i
f
o vR
R
v −=
6
19-Feb-11
4
Điện áp ở ngõ ra:
321 oooo vvvv ++=






++−=⇒ 3
3
2
2
1
1
i
f
i
f
i
f
o vR
R
v
R
R
v
R
R
v
Nếu chọn R1 = R2 = R3 = R, ta có:
( )321 iiifo vvvR
R
v ++−=
Và nếu Rf = R, ta có:
( )321 iiio vvvv ++−=
7
* Mạch cộng không đảo dấu
vo
R1
R2
+
iv
RfRg
vi1
vi2
8
19-Feb-11
5
Khi vi2 = 0, mạch trở thành:
1
21
2
ii vRR
R
v 





+
=
+
+








+= i
g
f
o vR
R
v 11
Tương tự:
2
21
1
2 1 i
g
f
o vRR
R
R
R
v 





+







+=
 Dùng phương pháp xếp chồng
vi1 vo
R1
Rf
R2
Rg
+
iv
1
21
2
1 1 i
g
f
o vRR
R
R
R
v 





+







+=
Áp dụng công thức
của mạch khuếch đại không đảo: :
9
Điện áp ở ngõ ra:
21 ooo vvv +=






+
+
+







+=⇒ 2
21
1
1
21
21 ii
g
f
o vRR
R
v
RR
R
R
R
v
Nếu chọn R1 = R2 = R, ta có:





 +






+=
2
1 21 iifo
vv
R
R
v
Và nếu Rf = R, ta có:
( )21 iio vvv +=
10
19-Feb-11
6
vi2
vo
R1
R4
R2
R3
vi1
+
iv
−
iv
V. MẠCH TRỪ (MẠCH KHUẾCH ĐẠI VI SAI)
1
21
2
ii vRR
R
v
+
=
+
* Khi vi2 = 0
1
21
2
3
4
1 1 io vRR
R
R
R
v 





+






+=⇒
2
3
4
2 io vR
R
v −=
* Khi vi1 = 0
11
Điện áp ở ngõ ra: 21 iio vvv +=
2
3
4
1
21
2
3
41 iio vR
R
v
RR
R
R
R
v −





+






+=⇒
Nếu chọn R1 = R2=R3 = R4, ta có:
21 iio vvv −=
Vo có dạng: Vo = a1 vi1 – a2 vi2 , với:
3
4
2
21
2
3
4
1 1 R
R
a;
RR
R
R
R
a =





+






+=
( )
3
4
2
21
2
21 1 R
R
a;
RR
R
aa:Hay =





+
+=
⇒ Điều kiện để thực hiện được mạch này: (1 + a2)> a1
12
19-Feb-11
7
VI. MẠCH TÍCH PHÂN
vi
vo
R C
+
iv
−
iv
i
Dòng đi qua tụ được tính:
dt
dvCiC =
dt
dVCi o−=⇒
Mặt khác:
R
Vi i=
idt
C
dv o
1
−=⇒
∫−=⇒ dtiCvo
1
∫−=⇒ dtvCRv io
1
13
VII. MẠCH VI PHÂN
+
iv
vovi
R
C
iDòng đi qua tụ:
dt
dVCi i=
Mặt khác:
R
V
dt
dVC oi −=⇒
dt
dVRCv io −=⇒
R
Vi o−=
14