Amplifiers and operation amplifier circuit.
1 . Khuếch đại là gì ?
Khuếch đại ở đây có nghĩa là sự phóng đại các tín hiệu
đó lên (Maginifes signal). Trái tim của mạch khuếch đại chính là nguồn điều khiển
các tín hiệu đầu vào Chúng ta hãy xem 1 ví dụ đơn giản về mạch khuếch đại điện
áp :
+ Điện áp vào là V1, thì ta có tín hiệu vòng hở(open)
V2 = k.V1 , k được gọi là độ lợi vòng hở(open circuit gain).
+ Trong 1 mạch khuếch đại lý tưởng thì Ri = vô cùng và
Ro = 0 (Ohm- đọc là ôm).
ð Mạch khuếch đại vi sai ở đây có nghĩa là
khuếch đại những tín hiệu sai lệch có biên độ cực nhỏ .
a. Xét
ví dụ 1 :
Cho nguồn điện áp thực tế
Vs với nội trở là Rs, nối vào đầu input
của mạch khuếch đại với trở kháng là Ri .Tìm biểu thức quan hệ giữa V2/Vs ?
Bài giải :
-
Mạch
khuếch đại tải nguồn .
-
Độ lợi
vòng lặp hở (open loop gain) giảm bởi yếu tố
b. Ví
dụ 2 :
Cũng như ví dụ 1 nhưng tại
điện áp ra V2 nuôi thêm 1 tải Rload (Rl), tìm
?
Bài giải :
Cmtt như câu a , ta có biểu
thức :
+ Độ lợi vòng lặp mở giảm
nhanh hơn bởi có thêm yếu tố Rl/(Rl+Ro), điều này cũng làm điện áp đầu ra phụ thuộc vào tải.
2 . Hồi tiếp
trong mạch khuếch đại :
Khái niệm về hồi tiếp
là gì? Hồi tiếp hiểu nôm na là sự kiểm tra lại thông số của đầu ra để đưa lại
phần điều khiển control nhằm đảm bảo mức ra đạt yêu cầu .
Ví dụ về hồi tiếp :
+ Độ lợi của mạch khuếch
đại có thể điều khiển được bởi phần hồi tiếp giữa tín hiệu đầu vào input và đầu ra output .
+ Mạch hồi tiếp :
Hồi tiếp ở đây lấy
tín hiệu thông qua trở R2 , tỷ lệ hồi tiếp (the feedback ratio) theo công thức
sau :
chính vì vậy mà ta có
thể thay đổi được độ lợi
khuếch đại nhưng cũng
chính vì vậy làm cho độ khuếch đại này thấp hơn so với độ lợi vòng lặp hở(open
loop gain).Mạch hồi tiếp chính là 1 mạch điều khiển kín nên độ khuếch đại
đóng(close loop gain) .
Ví dụ 3 : Xét mạch điện
như hình dưới .Hãy tìm biểu thức lien hệ giữa V2/Vs ?
Áp dụng định luật KCL
(Kirffchof ‘s current Law).
Áp dụng KCL :
+ Tại nút A :
Từ 2 phương trình
trên, ta có:
3. Mạch khuếch đại thuật toán(Operational
aplifiers) :
a. Sơ đồ cấu tạo mạch opamp bên trong
opamp :
Đây chính là sơ đồ cấu tạo của opamp sử dụng các bóng
bán dẫn transistor. Sơ đồ nguyên lý của Op-Amp bên trong rất phức tạp. Hình trên chỉ là diễn giải cơ bản chưa hoàn toàn chi tiết. Chúng ta cũng không cần phải bỏ quá nhiều thời gian vào để phân tích nó làm gì, chỉ cần chúng ta hiểu được hoạt động và nguyên lý cơ bản để sử dụng.
b. Mạch opamp tích hợp (IC opamp ) :
+ Mạch khuếch đại thuật
toán (OpAmp) là 1 thiết bị có 2 đầu vào input- và input+
Input- : Inverting –
đầu vào đảo .
Iput+ : Noninverting
– đầu vào không đảo .
+ Cũng như tất cả các
linh kiện bán dẫn khác thì để opamp hoạt động được thì cần phải cấp nguồn DC (+Vcc
, -Vcc, và chân ground chung)
Ký hiệu của opamp là
đây!
+ Tín hiệu ra output của opamp phụ thuộc vào Ed = V+
- V- . Ở đây chúng ta sẽ bỏ qua sự ảnh hưởng của điện
dung, mà thực tế thì linh kiện bán dẫn nào cũng bị ảnh hưởng của điện dung cả( ảnh
hưởng rất nhỏ nhé.) . Trong phạm vi tuyến tính thì Vo = A*Ed , như vậy với vòng
lặp hở thì độ lợi A sẽ lớn vô cùng.
+ Vo sẽ bão hòa tại
thời điểm mà Ed vượt quá mức |Ed| > Vcc/A
+ Trong thực tế thì
trở kháng đầu vào Ri rất lớn, nhưng trở kháng ngõ ra lại rất nhỏ.Độ lợi A thuộc
từ khảng 105 đến vài triệu .
Vd2 :
Cho mạch opamp với
các thông số sau : Vcc = 15V, A = 105 , V- = 0 .Tính giới hạn trên V+ mà mạch
thuộc khoảng tuyến tính . ?
Giải :
Như vậy đối với các mạch khuếch đại opamp mà mắc kiểu
open loop thì độ khuếch đại là rất lớn , chỉ cần tín hiệu vào 1mV thì ở đầu ra
tín hiệu cũng đã bị bão hòa .
Để tránh trường hợp đó thì người ta sử dụng các mạch khuếch
đại hồi tiếp âm.
Còn tiếp.
