Bài giảng Linh kiện và mạch điện tử - Chương 4: Khuếch đại thuật toán

BK 
TP.HCM 
2016 
dce 
ELECTRONIC DEVICES AND 
CIRCUIT 
Faculty of Computer Science and Engineering 
Department of Computer Engineering 
Vo Tan Phuong 
2016 
dce 
2 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Chapter 4 
Khuếch đại thuật toán – 
Operational Amplifier (OpAmp) 
2016 
dce 
3 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Nội dung trình bày 
• Hoạt động của OpAmp 
• Hồi tiếp cho OpAmp 
• Các thông số kỹ thuật của OpAmp 
• Các mạch ứng dụng OpAmp 
2016 
dce 
4 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Định nghĩa OpAmp 
• OpAmp = Operational Amplifier (Khuếch đại thuật toán) 
• Gồm hai ngõ vào 
– Ngõ vào đảo (Inverting input) 
– Ngõ vào không đảo (Noninverting input) 
• Một ngõ ra 
• Thông thường OpAmp sử dụng hai nguồn (dương +V, 
âm –V) 
2016 
dce 
5 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Mô hình của OpAmp 
• Mô hình thực tế của OpAmp: 
– Tổng trở ngõ vào Zin rất lớn 
– Tổng trở ngõ ra Zout nhỏ 
– Độ khuếch đại vòng hở 
 Av = Vout /Vin rất lớn 
• Mô hình lý tưởng (dùng để 
tính toán) 
– Tổng trở ngõ vào Zin = ∞  
dòng điện ngõ vào Iin+ = Iin- = 0; 
Vin+ = Vin- 
– Tổng trở ngõ ra Zout = 0 
– Độ khuếch đại vòng hở 
 Av = Vout /Vin = ∞ 
2016 
dce 
6 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Hoạt động của OpAmp 
• Ngõ ra được khuếch đại 
có biên độ lớn hơn 
– Cùng pha (không đảo) với 
ngõ vào không đảo 
– Ngược pha với ngõ vào 
đảo 
2016 
dce 
7 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Hoạt động của OpAmp (tt) 
• Một cách tổng quát, hiệu điện thế sai khác (differental 
signal) giữa hai ngõ vào được khuếch đại Vd 
• Tín hiệu tác động giống nhau 
(điện thế chung – common 
signal) vào hai ngõ vào sẽ bị 
triệt tiêu 
2016 
dce 
8 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Hoạt động của OpAmp (tt) 
– Tổng trở ngõ vào Zin rất lớn 
– Tổng trở ngõ ra Zout nhỏ 
– Độ khuếch đại vòng hở sai biệt Ad rất lớn 
– Độ khuếch đại vòng hở chung Acm < 1 
2016 
dce 
9 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Nội dung trình bày 
• Hoạt động của OpAmp 
• Hồi tiếp cho OpAmp 
• Các thông số kỹ thuật của OpAmp 
• Các mạch ứng dụng OpAmp 
2016 
dce 
10 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Hồi tiếp cho OpAmp 
• Khi không có hồi tiếp (vòng hở - không có liên hệ giữa 
ngõ ra và ngõ vào), độ khuếch đại vòng hở rất lớn (> 
100000), một sự khai biệt nhỏ ở ngõ vào cũng có thể 
làm ngõ ra bão hòa 
Vout = ±1mV * 100000 = ±100V 
 bị xén ở +Vmax và -Vmax 
2016 
dce 
11 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Hồi tiếp cho OpAmp (tt) 
• Để tín hiệu không bị xén (khuếch đại tuyến tính) cần 
giảm độ khếch đại  hồi tiếp âm, đưa một phần tín hiệu 
ngõ ra vào ngõ vào khuếch đại đảo 
2016 
dce 
12 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Hồi tiếp âm, mạch khuếch đại không đảo 
• Tín hiệu vào nối vào ngõ vào không đảo 
• Đường hồi tiếp nối vào ngõ vào đảo 
• Độ khuếch đại vòng kín 
2016 
dce 
13 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Hồi tiếp âm, mạch đệm điện thế 
• Ngõ vào đảo nôi trực tiếp ngõ ra  
Vf = Vout , B = 1 
• Tín hiệu nối vào ngõ vào không 
đảo 
• Độ khuếch đại 
• Ngõ ra giống ngõ vào, trở kháng 
ngõ ra nhỏ  tăng khả năng cung 
cấp dòng 
2016 
dce 
14 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Hồi tiếp âm, mạch khuếch đại đảo 
• Ngõ vào không đảo (+) nối đất 
• Ngõ vào đảo (-) nối với ngõ ra bằng điện trở Rf , nối với 
tín hiệu vào bằng điện trở Ri 
• Dùng mô hình lý tưởng Iin+ = Iin- = 0; Vin+ = Vin- 
 
2016 
dce 
15 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Nội dung trình bày 
• Hoạt động của OpAmp 
• Hồi tiếp cho OpAmp 
• Các thông số kỹ thuật (datasheet) 
của OpAmp 
• Các mạch ứng dụng OpAmp 
2016 
dce 
16 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Datasheet – Sơ đồ chân 
• Ví dụ IC LM358: có 8 chân, 2 khối OpAmp sử dụng 
chung chân nguồn Vcc+ và Vcc- 
2016 
dce 
17 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Datasheet – Các thông số giới hạn 
• Nguồn cấp tối đa ±22V (nguồn đôi) 
• Điện thế ngõ vào tối đa ±15V 
• Điện thế sai biệt tối đa ±30V 
• Dòng ngõ ra tối đa dựa vào power dissipation 500mW 
2016 
dce 
18 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Datasheet – Thông số khi hoạt động 
• Điện thế hoạt động 3 đến 30  nếu nguồn đôi là ±15V 
• Điện thế ngõ vào từ (Vcc-) – 0.3 đến (Vcc+) – 1.5 
• AVD – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 
• ri – điện trở ngõ vào 2M 
• ro – điện trở ngõ ra 75 
• CMRR – tỉ lệ hệ số khuêch đại sai biệt so với hệ số khuếch 
đại tín hiệu chung 
2016 
dce 
19 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Datasheet – Thông số khi hoạt động 
• Điện thế hoạt động 3 đến 30  nếu nguồn đôi là ±15V 
• Điện thế ngõ vào từ (Vcc-) – 0.3 đến (Vcc+) – 1.5 
• Icc – dòng cung cấp 
• PD – công suất tiêu tán 
• VICR – điện thế trên ngõ vào cho phép ±13V 
• VOM – điện thế ngưỡng ngõ ra ±14V 
2016 
dce 
20 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Minh họa điện thế ngưỡng ngõ ra 
• Giá trị nằm ngoài sẽ bị xén tại điện thế ngưỡng ngõ ra 
2016 
dce 
21 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Datasheet – Thông số thường bỏ qua 
• VIO – Điện thế sai biệt ngõ vào cần để điện thế ngõ 
ra 0V, nói cách khác khi điện thế sai biệt ngõ vào 
0V điện thế ngõ ra ≠ 0 
• IIB – Dòng điện phân cực ngõ vào (tương tự dòng 
IB trong BJT) 
• IIO – Dòng điện sai biệt ngõ vào, là sự khác 
nhau của hai dòng phân cực ngõ vào 
2016 
dce 
22 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Nội dung trình bày 
• Hoạt động của OpAmp 
• Hồi tiếp cho OpAmp 
• Các thông số kỹ thuật của OpAmp 
• Các mạch ứng dụng OpAmp 
2016 
dce 
23 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Mạch so sánh 
• So sánh điện thế ngõ vào 
tạo ra ngõ ra hai mức: 
– Vout = Vmax+ khi V+ > V- 
– Vout = Vmax- khi V+ < V- 
• Tính chất hệ số khuếch đại 
vòng hở rất lớn  Vout luôn 
bị xén 
2016 
dce 
24 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Mạch so sánh – bị nhiễu (tt) 
• Xét tín hiệu ngõ vào 
bị nhiễu 
• Sinh ra nhiều xung 
không mong muốn 
ngõ ra  làm sao để 
loại bỏ? 
2016 
dce 
25 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Mạch so sánh – khử nhiễu với hysteresis 
• Hysteresis: 
– đang ở 0 muốn lên 1, ngõ vào 
phải lớn hơn mức β 
– Đang ở 1 muốn về 0, ngõ vào 
phải nhỏ hơn mức α 
2016 
dce 
26 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Ứng dụng mạch so sánh 
• Mạch bảo vệ quá nhiệt (tương tự mạch quá cường độ 
sáng) 
2016 
dce 
27 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
Ứng dụng mạch so sánh (tt) 
• Mạch biến đổi ADC 
(tương tự sang số) 
2016 
dce 
28 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
IC 555 – Cấu tạo 
2016 
dce 
29 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
IC555 – Mạch tự dao động 
2016 
dce 
30 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016 
IC555 – Mạch trễ