Bài giảng Electronic devices and circuit - Chapter 4: Khuếch đại thuật toán – Operational Amplifier (OpAmp)

dce

2016

ELECTRONIC DEVICES AND

CIRCUIT

Faculty of Computer Science and Engineering

Department of Computer Engineering

BK

TP.HCM

Vo Tan Phuong

http://www.cse.hcmut.edu.vn/~vtphuong

dce

2016

Chapter 4

Khuếch đại thuật toán –

Operational Amplifier (OpAmp)

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

2

dce

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

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

3

dce

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)

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

4

dce

2016

Mô hình của OpAmp

• Mô hình thực tế của OpAmp:

– Tổng trở ngõ vào Z_inrất lớn

– Tổng trở ngõ ra Z_outnhỏ

– Độ khuếch đại vòng hở

A_v= V_out/V_inrất lớn

• Mô hình lý tưởng (dùng để

tính toán)

– Tổng trở ngõ vào Z_in= ∞ 

dòng điện ngõ vào I_in+= I_in-= 0;

V_in+= V_in-

– Tổng trở ngõ ra Z_out= 0

– Độ khuếch đại vòng hở

A_v= V_out/V_in= ∞

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

5

dce

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

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

6

dce

2016

Hoạt động của OpAmp (tt)

• Một cách tổng quát, hiệu điện thế sai khác (differental

signal) giữa hai ngõ vào được khuếch đại V_d

• Tín hiệu tác động giống nhau

(điện thế chung – common

signal) vào hai ngõ vào sẽ bị

triệt tiêu

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

7

dce

2016

Hoạt động của OpAmp (tt)

– Tổng trở ngõ vào Z_inrất lớn

– Tổng trở ngõ ra Z_outnhỏ

– Độ khuếch đại vòng hở sai biệt A_drất lớn

– Độ khuếch đại vòng hở chung A_cm< 1

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

8

dce

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

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

9

dce

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

V_out= ±1mV * 100000 = ±100V

 bị xén ở +V_maxvà -V_max

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

10

dce

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

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

11

dce

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

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

12

dce

2016

Hồi tiếp âm, mạch đệm điện thế

• Ngõ vào đảo nôi trực tiếp ngõ ra 

V_f= V_out, 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

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

13

dce

2016

Hồi tiếp âm, mạch khuếch đại đảo

• Ngõ vào không đảo (+) nối đất

• Ngõ vào đảo (-) nối với ngõ ra bằng điện trở R_f, nối với

tín hiệu vào bằng điện trở R_i

• Dùng mô hình lý tưởng I_in+= I_in-= 0; V_in+= V_in-



ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

14

dce

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

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

15

dce

2016

Datasheet – Sơ đồ chân

• Ví dụ IC LM358: có 8 chân, 2 khối OpAmp sử dụng

chung chân nguồn Vcc+ và Vcc-

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

16

dce

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

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

17

dce

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

• A_VD– hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000

• r_i– điện trở ngõ vào 2M

• r_o– điện trở ngõ ra 75

• CMRR – tỉ lệ hệ số khuêch đại sai biệt so với hệ số khuếch

đại tín hiệu chung

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

18

dce

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

• P_D– công suất tiêu tán

• V_ICR– điện thế trên ngõ vào cho phép ±13V

• V_OM– điện thế ngưỡng ngõ ra ±14V

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

19

dce

2016

Minh họa điện thế ngưỡng ngõ ra

• Giá trị nằm ngoài sẽ bị xén tại điện thế ngưỡng ngõ ra

ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4

20

Bài giảng Electronic devices and circuit - Chapter 4: Khuếch đại thuật toán – Operational Amplifier (OpAmp) - Võ Tấn Phương