BÀI 2: CẤU TẠO - NGUYÊN LƯ LÀM VIỆC

1. Cấu tạo

Op-Amps lư tưởng có cấu tạo như h́nh vẽ

- Khối 1: Đây là tầng khuếch đại vi sai (Differential Amplifier), nhiệm vụ khuếch đại độ sai lệch tín hiệu giữa hai ngơ vào v+v-. Nó hội đủ các ưu điểm của mạch khuếch đại vi sai như: độ miễn nhiễu cao; khuếch đại được tín hiệu biến thiên chậm; tổng trở ngơ vào lớn ...

- Khối 2: Tầng khuếch đại trung gian, bao gồm nhiều tầng khuếch đại vi sai mắc nối tiếp nhau tạo nên một mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại rất lớn, nhằm tăng độ nhay cho Op-Amps. Trong tẩng này c̣n có tầng dịch mức DC để đặt mức phân cực DC ở ngơ ra.

- Khối 3: Đây là tầng khuếch đại đệm, tần này nhằm tăng ḍng cung cấp ra tải, giảm tổng trở ngơ ra giúp Op-Amps phối hợp dễ dàng với nhiều dạng tải khác nhau.

Op-Amps thực tế vẫn có một số khác biệt so với Op-Amps lư tưởng. Nhưng để dễ dàng trong việc tính toán trên Op-Amps người ta thường tính trên Op-Amps lư tưởng, sau đó dùng các biện pháp bổ chính (bù) giúp Op-Amps thực tế tiệm cận với Op-Amps lư tưởng. Do đó để thuận tiện cho việc tŕnh bày nội dung trong chương này có thể hiểu Op-Amps nói chung là Op-Amps lư tưởng sau đó sẽ thực hiện việc bổ chính sau.

2. Nguyên lư làm việc

Dựa vào kư hiệu của Op-Amps ta có đáp ứng tín hiệu ngơ ra Vo theo các cách đưa tín hiệu ngơ vào như sau:

- Đưa tín hiệu vào ngơ vào đảo, ngơ vào không đảo nối mass: Vout = Av0.V+

- Đưa tín hiệu vào ngơ vào không đảo, ngơ vào đảo nối mass: Vout = Av0.V-

- Đưa tín hiệu vào đổng thời trên hai ngơ vào (tín hiệu vào vi sai so với mass): Vout = Av0.(V+-V-) = Av0.(ΔVin)

Để việc khảo sát mang tính tổng quan, xét trường hợp tín hiệu vào vi sai so với mass (lúc này chỉ cần cho một trong hai ngơ vào nối mass ta sẽ có hai trường hợp kia). Op-Amps có đặc tính truyền đạt như h́nh sau

Trên đặc tính thể hiện rơ 3 vùng:

- Vùng khuếch đại tuyến tính: trong vùng này điện áp ngơ ra Vo tỉ lệ với tín hiệu ngơ vào theo quan hệ tuyến tính. Nếu sử dụng mạch khuếch đại điện áp ṿng hở (Open Loop) th́ vùng này chỉ nằm trong một khoảng rất bé.

- Vùng băo hoà dương: bất chấp tín hiệu ngơ vào ngơ ra luôn ở +Vcc.

- Vùng băo hoà âm: bất chấp tín hiệu ngơ vào ngơ ra luôn ở -Vcc.

Trong thực tế, người ta rất ít khi sử dụng Op-Amps làm việc ở trạng thái ṿng hở v́ tuy hệ số khuếch đại áp Av0 rất lớn nhưng tầm điện áp ngơ vào mà Op-Amps khuếch đại tuyến tính là quá bé (khoảng vài chục đến vài trăm micro Volt). Chỉ cần một tín hiệu nhiễu nhỏ hay bị trôi theo nhiệt độ cũng đủ làm điện áp ngơ ra ở ±Vcc. Do đó mạch khuếch đại ṿng hở thường chỉ dùng trong các mạch tạo xung, dao động. Muốn làm việc ở chế độ khuếch đại tuyến tính người ta phải thực hiện việc phản hồi âm nhằm giảm hệ số khuếch đại ṿng hở Av0 xuống một mức thích hợp. Lúc này vùng làm việc tuyến tính của Op-Amps sẽ rộng ra, Op-Amps làm việc trong chế độ này gọi là trạng thái ṿng kín (Close Loop).

3. Nguồn cung cấp

Op-Amps không phải lúc nào cũng đ̣i hỏi phải cung cấp một nguồn ổn áp đối xứng ±15VDC, nó có thể làm việc với một nguồn không đối xứng có giá trị thấp hơn (ví dụ như +12VDC và -3VDC) hay thậm chí với một nguồn đơn +12VDC. Tuy nhiên việc thay đổi về cấu trúc nguồn cung cấp cũng làm thay đổi một số tính chất ảnh hưởng đến tính đối xứng của nguồn như Op-amps sẽ không lấy điện áp tham chiếu (reference) là mass mà chọn như h́nh sau:

Mặc dù nguồn đơn có ưu điểm là đơn giản trong việc cung cấp nguồn cho op-amps nhưng trên thực tế rất nhiều mạch op-amps được sử dụng nguồn đôi đối xứng.

4. Phân cực cho op-amps làm việc với tín hiệu ac

Cũng như mạch khuếch đại nối tầng RC, các op-amps dùng trong khuếch đại tín hiệu ac cần có tụ liên lạc để tránh ảnh hưởng của thành phần dc giữa các tầng khuếch đại. Dưới đây là sơ đồ một mạch khuếch đại âm tần có độ lợi 40dB Sử dụng nguồn đơn.

5. Mạch so sánh và Schmitt Trigger

Hai dạng mạch này có một điểm chung là được phân cực để làm việc ở vùng băo hoà. Tuy nhiên giữa chúng vẫn có những điểm khác biệt.

a. Mạch so sánh

Mạch so sánh tận dụng tối đa hệ số khuếch đại ṿng hở trong op-amps (tối thiểu khoảng 100 000 lần) và được chế tạo thành những vi mạch chuyên dụng (comparators) như LM339, LM306, LM311, LM393, NE527, TLC372 ... Các VI MẠCH NÀY ĐƯỢC THIẾT KẾ ĐỂ ĐÁP ỨNG RẤT NHANH THEO SỰ THAY ĐỔI CỦA TÍN HIỆU VÀO (Slew rate khoảng vài ngàn volt/microsecond). Tuy nhiên với đáp ứng cực nhanh như vậy đôi lúc dẫn đến những phiền toái, ví dụ trong mạch điện sau

Rơ ràng tín hiệu ngơ ra bị dao động mỗi khi chuyển trạng thái, điều này rất nguy hiểm cho các mạch phía sau. Để khắc phụ nhược điểm trên người ta sử dụng mạch Schmitt Trigger.

b. Mạch Schmitt Trigger

Mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh có phản hồi như h́nh sau

Lúc này do vin so sánh với tín hiệu ngơ vào v+ là điện thế trên mạch phân áp R4-R2, nên theo sự biến thiên giữa hai mức điện áp của vout, mạch Schmitt Trigger cũng có hai ngưỡng so sánh là VH và VL.

Qua h́nh trên ta nhận thấy, mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh vin theo hai ngưỡng VH và VL. Khi điện áp vin vượt qua VH th́ giá trị của vout là 0V và khi vin thấp hơn VL th́ vout sẽ ở +Vcc (nghĩa là có sự đảo pha). Để minh hoạ trực quan cho dạng mạch này người ta thường sử dụng kư hiệu

Mạch Schmitt Trigger c̣n có một dạng kư hiệu khác ngược chiều với kư hiệu trên khi ta thay đổi cực tính ngơ vào vin, lúc này vin và vout sẽ đồng pha.

 

Trở lên đầu trang

        Bài 1: Khái niệm cơ bản
        Bài 2: Cấu tạo - Nguyên lư làm việc
        Bài 3: Phản hồi & ổn định chế độ làm việc
        Bài 4: Các mạch cơ bản
        Bài 5: Phân tích mạch sử dụng Op-Amps
        Bài 6: Các mạch ứng dụng
 

 

   
© Bản quyền thuộc trang thông tin Cơ Điện tử,vui ḷng ghi rơ nguồn Codientu.info khi phát lại thông tin từ trang này.