KHOA ĐIỆN TỬ
26
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TS. NGUYỄN LINH NAM
Transcript of KHOA ĐIỆN TỬ
ĐIỆN TỬ CƠ BẢN
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
TS. NGUYỄN LINH NAM
Chương 7:
KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN
(OP-AMP)
VÀ MẠCH ỨNG DỤNG
Mục tiêu của chương: - Trình bày được cấu trúc, ký hiệu, nguyên lý
hoạt động và các tham số cơ bản của OP-AMP
- Giải thích và tính toán được các mạch điện tử ứng dụng cơ bản dùng OP-AMP
- Áp dụng được các kiến thức về OP-AMP trong thực tế
Chương 7:
OP-AMP và mạch ứng dụng
7.1. KHÁI NIỆM
7.2. MỘT SỐ MẠCH ỨNG DỤNG a. Mạch khóa điện tử b. Mạch khuếch đại Mạch khuếch đại đảo
Mạch khuếch đại không đảo Mạch cộng Mạch trừ
Mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier/OP-AMP) có ngõ vào khuếch đại vi sai và có độ lợi rất lớn, thường hơn 100dB. Một mạch OP-AMP thường có 4 tầng:
KHÁI NIỆM
Vo = Ad.(v+ - v-). Ad: hệ số khuếch đại áp (~106)
Ngõ vào không đảo
Ngõ vào đảo
Các tham số chính của một KĐTT là:
-Trở kháng vào rất lớn cỡ từ hàng trăm KΩ tới hàng MΩ→dòng vào ≈0(A)
-Trở kháng ra rất nhỏ cỡ từ hàng Ω tới vài chục Ω
-Hệ số khuếch đại Ad từ vài trăm tới hàng triệu lần.
-Đáp ứng tần số có giới hạn.
Mạch tương đương của OP-AMP
Khoá điện tử (OP-AMP)
Đặc điểm của OP-AMP - Hệ số khuếch đại vi sai lớn (105~106) - Trở kháng ngõ vào lớn (Zin=∞) - Trở kháng ngõ ra nhỏ (Z0=0) → Chính vì vậy dòng chảy vào các đầu vào rất nhỏ (~0). Tuỳ thuộc điện áp ở hai ngõ vào không đảo (+) và ngõ vào đảo (-) so với nhau mà OP-AMP sẽ ở một trong hai trạng thái sau :
- Vin+ > Vin- thì V0=+Vcc, gọi là trạng thái bão hoà dương. - Vin+ < Vin- thì V0=-Vcc, gọi là trạng thái bão hoà âm.
Điện áp Vin vào ngõ đảo, VR vào ngõ không đảo
Điện áp Vin vào ngõ không đảo, VR vào ngõ đảo
Ứng dụng 1: Mạch cảm biến quang R2 là quang trở, giá trị R2 phụ thuộc
cường độ ánh sáng chiếu vào R2, giả sử khi chiếu sáng R2 = 10k, lúc che tối R2 = 100k
VA = V+ thay đổi theo cường độ ánh sáng chiếu vào R2, thiết lập VB = V- cố định
- Khi chiếu sáng VA < VB, Vout = -Vs =
0V
- Khi che tối(chiếu sáng yếu) VA > VB,
Vout = +Vs = +5V
Ứng dụng làm mạch cảm biến và điều khiển ánh sáng, mạch cảm biến dò đường trong Rôbốt.
Ứng dụng 2: Mạch cảm biến hồng ngoại(Infrared)
D1 là điốt thu hồng ngoại IR, D1 được phân cực ngược, điện áp rơi trên D1 phụ thuộc cường độ tia IR ánh sáng chiếu vào D1, khi có tia IR tác động rơi áp VD1 nhỏ( hay VA lớn), khi không có tia IR tác động rơi áp VD1 lớn ( hay VA nhỏ)
VA = V+ thay đổi theo sự tác động của tia IR vào D1, thiết lập VB = V- cố định
- Khi tia IR tác động VA > VB, Vout = +Vs = 5V
- Khi không tác động(hay tác động yếu) VA <
VB, Vout = -Vs = 0V
Ứng dụng làm mạch cảm biến và điều khiển hồng ngoại, mạch báo động,chống trộm.v.v.
A
B
D7
LED
Q72N1069
R26100
MK1
MICROPHONE
12
R231M
C6
10uF
R241M
R25100K
P3.4
VCC
C7
104
C8
104
-
+
U3A
LM358
3
21
84
R22
10k
Mạch amli kiểu OTL 50W dùng 2N3055
http://www.eleccircuit.com/circuit-power-amplifier-otl-50w-by-2n3055/
Mạch amli kiểu OTL 50W dùng LM3900 và 2N3055
http://www.eleccircuit.com/circuit-power-amplifier-otl-50w-by-2n3055/
Mạch khuếch đại đảo Mạch tương đương
Ta có: 21 iii d
Mà: 0di 21 ii
N
P
2
oN
1
Ni
R
VU
R
UV
Với Vo = Ad.(v+ - v-)=Ad.(UP - UN) Nếu coi KĐTT là lý tưởng → Ad≈∞ → (UP - UN)≈0 → UP = UN
Vì: UP = UN = 0
i
1
2o V
R
RV
1
2
i
oV
R
R
V
VA
Độ lợi:
Mạch khuếch đại không đảo N
P
Ta có: 21 iii d
Mà: 0di
21 ii
2
oN
1
N
R
VU
R
U
i2
Vì: UP = UN = Vi
Vi
id
i
1
2o V
R
R1V
1
2
i
oV
R
R1
V
VA
Độ lợi:
Mạch cộng
Fiiii 321
F
oN
3
N3
2
N2
1
N1
R
VU
R
UV
R
UV
R
UV
UP = UN = 0
3
3
2
2
1
1Fo
R
V
R
V
R
VRV
RF = R1 = R2 = R3 321o VVVV
Mạch cộng đảo
Mạch cộng
0321 iii
0R
UV
R
UV
R
UV
3
P3
2
P2
1
P1
Mạch cộng không đảo
Ngõ vào không đảo (+)
Ngõ vào đảo (-)
3
3
2
2
1
1P
321 R
V
R
V
R
VU
R
1
R
1
R
1
04 Fii
0R
VU
R
U
ht
oN
4
N
ht
oN
ht4 R
VU
R
1
R
1
o
4
ht4N V
R
RRU
Rht = R1 = R2 = R3 = R4
321o VVV6
1V
UP = UN
3
3
2
2
1
1o
4
ht4
321 R
V
R
V
R
VV
R
RR
R
1
R
1
R
1
Mạch trừ
2
oN
1
N1
R
VU
R
UV
2
P
1
P2
R
U
R
UV
Ngõ vào đảo
Ngõ vào không đảo
2
21
2NP V
RR
RUU
12
1
2o VV
R
RV
R1
Rht
Ur
Uv -
+
Bài tập 1: Cho mạch điện như hình vẽ
Tín hiệu vào Uv có dạng hình sin biên độ 12V;
R1 = 1kΩ; Rht = 2.2kΩ.
Phân tích, xác định và vẽ tín hiệu Ur ?
Tính hệ số khuếch đại của mạch?
Bài tập 2: Cho mạch điện như hình vẽ
Tín hiệu vào Uv có dạng hình sin biên độ 12V;
R1 = 1kΩ; Rht = 2.2kΩ.
Phân tích, xác định và vẽ tín hiệu Ur ?
Tính hệ số khuếch đại của mạch?
R1
Rht
Ur
Uv
-
+
Bài tập 3: Cho mạch điện như hình vẽ
U1 = 3V; R1 = 1kΩ;
U2 = 6V; R2 = 1.5kΩ;
U3 = 9V; R3 = 2kΩ;
Rht = 4kΩ.
Phân tích và xác định Ur ?
R1Rht
Ur
U1
-
+
R2
R3
U2
U3
Bài tập 4: Cho mạch điện như hình vẽ
U1 = 6V; R1 = 1kΩ;
U2 = 9V; R2 = 2kΩ;
R3 = 2kΩ; Rht = 2.2kΩ.
Phân tích và xác định Ur ?
R1 Rht
Ur
U1
-
+
R2
U2
R3
Bài tập về nhà 1:
Cho mạch điện như hình vẽ
U1 = 3V; R1 = 3.3kΩ;
U2 = 6V; R2 = 4.7kΩ;
R3 = 2R2; Rht = 1.2kΩ.
Phân tích và xác định Ur ?
R1 Rht
Ur
U1
-
+
R2
U2
R3
Bài tập về nhà 2:
Cho mạch điện như hình vẽ
U1 = 3V; R1 = 1kΩ;
U2 = 6V; R2 = 1.5kΩ;
U3 = 9V; R3 = 2kΩ;
R4 = Rht = 4kΩ.
Phân tích và xác định Ur ?
