Khuyếch đại thuật toán

(1)

Khuyếch đại thuật toán

Cơ sở lý thuyết mạch điện

(2)

Nội dung

• Khuyếch đại thuật toán

• Khuyếch đại thuật toán lý tưởng

• Khuyếch đại thuật toán đảo

• Khuyếch đại thuật toán không đảo

• Khuyếch đại thuật toán cộng

• Khuyếch đại thuật toán trừ

• Mạch nối tầng

(3)

Khuyếch đại thuật toán (1)

• 1947, operational amplifier, opamp

• Linh động, rẻ, dễ dùng

• Thực hiện các phép tính cộng, trừ, nhân, chia, vi phân, &

tích phân

• Xây dựng từ điện trở, transistor, tụ điện, điốt

(4)

Khuyếch đại thuật toán (2)

1 2 3 4

8 7 6 5 Cân bằng

Đầu vào đảo Đầu vào không đảo V ^–

Không nối V ⁺

Đầu ra Cân bằng

+ –

Đầu vào không đảo 3 Đầu vào đảo 2

6 Đầu ra

4 1 5 V ^–

7 V ⁺

(5)

Khuyếch đại thuật toán (3)

+ –

Đầu vào không đảo 3 Đầu vào đảo 2

6 Đầu ra

4 1 5 V ^–

7 V ⁺

3

2 7

4

6

V_cc

(6)

Khuyếch đại thuật toán (4)

3

2 7

4

6

V_cc

V_cc I₁

I₂ I_–

I₊ I_ra

I_ra = I₁ + I₂ + I₊ + I_–

φ₁

φ₂

R_vào R_ra φ_ra u_vào

Au_vào u_ra = Au_vào = A(φ₂ – φ₁)

Giá trị thực Giá trị lý tưởng A 10⁵ – 10⁸ ∞

R_vào 10⁶ – 10¹³ Ω ∞ Ω R_ra 10 – 100 Ω 0 Ω V_cc 5 – 24 V

(7)

Khuyếch đại thuật toán (5)

3

2 7

4

6

V_cc

V_cc I₁

I₂ I_–

I₊ I_ra

V_cc

–V_cc 0

u_vào u_ra

Bão hòa dương

Bão hòa âm

(8)

10k 20k v

E

r

u_ra

Khuyếch đại thuật toán (6)

3 3 6 3 3

1 1 1 1

10.10 20.10 2.10 ^v 20.10 ^r 10.10

ϕ ϕ E

⎛ + + ⎞ − =

⎜ ⎟

⎝ ⎠

u_vμo = −ϕv

VD

Kđtt 741 có A = 2.10⁵, R_vào = 2MΩ, R_ra = 50Ω.

Cho E = 2V, tính hệ số khuyếch đại u_ra/E & i.

3 3

1 1 1

20.10 50 20.10

vμo

v r 50

ϕ ^⎛ ^⎞ϕ Au

− +⎜⎝ + ⎟⎠ =

E

10k

20k

v r

u_ra R_vào

Au_vào R_ra u_vào

i i

1,9999699 u

→ E^ra = −

1,9999699

r E

ϕ

→ = −

3 0,1999 mA 20.10

v r

i = ϕ ϕ− =

(9)

Nội dung

• Khuyếch đại thuật toán lý tưởng

(10)

Khuyếch đại thuật toán lý tưởng (1)

1. A ≈ ∞ 2. R_vào ≈ ∞ 3. R_ra ≈ 0

φ₁

φ₂

R_vào R_ra φ_ra u_vào

Au_vào

u₁

u_vào

u_ra

u₂ i₁

i₂

1. i₁ = 0, i₂ = 0

2. u_vào = u₁ – u₂ ≈ 0

(11)

Khuyếch đại thuật toán lý tưởng (2)

1 _v 1V

u = u =

1 2

u = u

1 2 0

i = =i VD

Tính hệ số khuyếch đại u_r/u_v & i_r.

5 k 40 k

20 k 1V

1 r

2 i_r

2 v

u u

→ =

5k 40k

i i

→ =

5k 5.102 3 5.103

uv

i = u =

3 3 3

5.10 40.10 5.10

r uv

→ u =

+

40k 5.103 40.103

ur

i =

+ 45

5 9

r v

u

→ u = =

0,65 mA

r r

u u

i = i +i = + =

u_v

(12)

Nội dung

• Khuyếch đại thuật toán đảo

(13)

Khuyếch đại thuật toán đảo

1 f

i = i

u_v u_r

u₁ u₂ R₁

R_f

1 1

1

v r

f

u u u u

R R

− −

→ =

1 2 0

u = u =

1

v r

f

u u

R R

→ = −

1

r f v

u R u

→ = − R

(14)

Nội dung

• Khuyếch đại thuật toán không đảo

(15)

Khuyếch đại thuật toán không đảo (1)

1 f

i = i

u_v u_r

u₁ u₂ R₁

R_f

1 1

1

0 _r

f

u u u

R R

− −

→ =

1 2 v

u = u = u

1

v v r

f

u u u

R R

− −

→ = −

1

1 ^f

r v

u R u

R

⎛ ⎞

→ = +⎜ ⎟

⎝ ⎠

(16)

Khuyếch đại thuật toán không đảo (2)

u_v u_r

u₁ u₂ R₁

R_f

1

1 ^f

r v

u R u

R

⎛ ⎞

= +⎜ ⎟

⎝ ⎠

u_v u_r

(17)

Nội dung

• Khuyếch đại thuật toán cộng

(18)

Khuyếch đại thuật toán cộng

1 2 3

i i= + +i i

1 1

1

u ua

i R

= −

2 2

2

u ua

i R

= −

R₁ R₂ R₃

R_f u₁

u₂

u₃ u_r

i a

3 3

3

u ua

i R

= −

a r

f

u u

i R

= − ₁ ¹ ₂ ² ₃ ³

f f f

r

R R R

u u u u

R R R

⎛ ⎞

= −⎜ + + ⎟

⎝ ⎠

a 0 v =

(19)

Nội dung

• Khuyếch đại thuật toán trừ

(20)

Khuyếch đại thuật toán trừ

R₁

R₃

R₄

R₂

u₁

u₂

u_a u_b

u_r

1 2

i = i ¹

1 2

a a r

u u u u

R R

− −

→ =

3 4

i = i ²

3 4

b b 0

u u u

R R

− −

→ =

a b

u = u

2 4 2

2 1

1 3 4 1

r 1

R R R

u u u

R R R R

⎛ ⎞

→ = ⎜⎝ + ⎟⎠ + −

3 1

2 4

R R

R = R

NÕu ² ₂ ₁

1

( )

r

u R u u

→ = R −

2 1 & 3 4

R = R R = R

NÕu → u_r = u₂ −u₁

(21)

Nội dung

• Mạch nối tầng

(22)

Mạch nối tầng (1)

Tầng 1 A₁

u₁ Tầng 2

A₂

Tầng 3 A₃

u₂ = A₁u₁ u₃ = A₂u₂ u_r = A₃u₃

A = A₁A₂A₃

(23)

Mạch nối tầng (2)

12 k

3 k 10 k

4 k 20 mV

a

b u_r

i_r

VD

Tính u_r & i_r.

1 12 20 100 mV

a 3

u = +⎛⎜ ⎞⎟ =

⎝ ⎠

1 10 350 mV

r 4 a

u = +⎛⎜ ⎞⎟u =

⎝ ⎠

10

r a

u −u 10 =

r b

r

u u

i −

= (350 100)

10⁻ 25 Aμ

= =