electronic devices and circuit - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/edac/chapter04.pdf ·...
TRANSCRIPT
![Page 1: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/1.jpg)
BK TP.HCM
2016
dce
ELECTRONIC DEVICES AND
CIRCUIT
Faculty of Computer Science and Engineering
Department of Computer Engineering
Vo Tan Phuong
http://www.cse.hcmut.edu.vn/~vtphuong
![Page 2: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/2.jpg)
2016
dce
2 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Chapter 4
Khuếch đại thuật toán –
Operational Amplifier (OpAmp)
![Page 3: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/3.jpg)
2016
dce
3 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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
![Page 4: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/4.jpg)
2016
dce
4 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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)
![Page 5: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/5.jpg)
2016
dce
5 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Mô hình của OpAmp
• Mô hình thực tế của OpAmp:
– Tổng trở ngõ vào Zin rất lớn
– Tổng trở ngõ ra Zout nhỏ
– Độ khuếch đại vòng hở
Av = Vout /Vin rất lớn
• Mô hình lý tưởng (dùng để
tính toán)
– Tổng trở ngõ vào Zin = ∞
dòng điện ngõ vào Iin+ = Iin- = 0;
Vin+ = Vin-
– Tổng trở ngõ ra Zout = 0
– Độ khuếch đại vòng hở
Av = Vout /Vin = ∞
![Page 6: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/6.jpg)
2016
dce
6 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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
![Page 7: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/7.jpg)
2016
dce
7 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Hoạt động của OpAmp (tt)
• Một cách tổng quát, hiệu điện thế sai khác (differental
signal) giữa hai ngõ vào được khuếch đại Vd
• Tín hiệu tác động giống nhau
(điện thế chung – common
signal) vào hai ngõ vào sẽ bị
triệt tiêu
![Page 8: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/8.jpg)
2016
dce
8 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Hoạt động của OpAmp (tt)
– Tổng trở ngõ vào Zin rất lớn
– Tổng trở ngõ ra Zout nhỏ
– Độ khuếch đại vòng hở sai biệt Ad rất lớn
– Độ khuếch đại vòng hở chung Acm < 1
![Page 9: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/9.jpg)
2016
dce
9 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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
![Page 10: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/10.jpg)
2016
dce
10 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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
Vout = ±1mV * 100000 = ±100V
bị xén ở +Vmax và -Vmax
![Page 11: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/11.jpg)
2016
dce
11 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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
![Page 12: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/12.jpg)
2016
dce
12 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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
![Page 13: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/13.jpg)
2016
dce
13 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Hồi tiếp âm, mạch đệm điện thế
• Ngõ vào đảo nôi trực tiếp ngõ ra
Vf = Vout , 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
![Page 14: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/14.jpg)
2016
dce
14 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Hồi tiếp âm, mạch khuếch đại đảo
• Ngõ vào không đảo (+) nối đất
• Ngõ vào đảo (-) nối với ngõ ra bằng điện trở Rf , nối với
tín hiệu vào bằng điện trở Ri
• Dùng mô hình lý tưởng Iin+ = Iin- = 0; Vin+ = Vin-
![Page 15: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/15.jpg)
2016
dce
15 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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
![Page 16: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/16.jpg)
2016
dce
16 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Datasheet – Sơ đồ chân
• Ví dụ IC LM358: có 8 chân, 2 khối OpAmp sử dụng
chung chân nguồn Vcc+ và Vcc-
![Page 17: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/17.jpg)
2016
dce
17 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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
![Page 18: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/18.jpg)
2016
dce
18 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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
• AVD – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000
• ri – điện trở ngõ vào 2M
• ro – điện trở ngõ ra 75
• CMRR – tỉ lệ hệ số khuêch đại sai biệt so với hệ số khuếch
đại tín hiệu chung
![Page 19: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/19.jpg)
2016
dce
19 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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
• PD – công suất tiêu tán
• VICR – điện thế trên ngõ vào cho phép ±13V
• VOM – điện thế ngưỡng ngõ ra ±14V
![Page 20: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/20.jpg)
2016
dce
20 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Minh họa điện thế ngưỡng ngõ ra
• Giá trị nằm ngoài sẽ bị xén tại điện thế ngưỡng ngõ ra
![Page 21: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/21.jpg)
2016
dce
21 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Datasheet – Thông số thường bỏ qua
• VIO – Điện thế sai biệt ngõ vào cần để điện thế ngõ
ra 0V, nói cách khác khi điện thế sai biệt ngõ vào
0V điện thế ngõ ra ≠ 0
• IIB – Dòng điện phân cực ngõ vào (tương tự dòng
IB trong BJT)
• IIO – Dòng điện sai biệt ngõ vào, là sự khác
nhau của hai dòng phân cực ngõ vào
![Page 22: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/22.jpg)
2016
dce
22 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 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
![Page 23: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/23.jpg)
2016
dce
23 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Mạch so sánh
• So sánh điện thế ngõ vào
tạo ra ngõ ra hai mức:
– Vout = Vmax+ khi V+ > V-
– Vout = Vmax- khi V+ < V-
• Tính chất hệ số khuếch đại
vòng hở rất lớn Vout luôn
bị xén
![Page 24: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/24.jpg)
2016
dce
24 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Mạch so sánh – bị nhiễu (tt)
• Xét tín hiệu ngõ vào
bị nhiễu
• Sinh ra nhiều xung
không mong muốn
ngõ ra làm sao để
loại bỏ?
![Page 25: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/25.jpg)
2016
dce
25 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Mạch so sánh – khử nhiễu với hysteresis
• Hysteresis:
– đang ở 0 muốn lên 1, ngõ vào
phải lớn hơn mức β
– Đang ở 1 muốn về 0, ngõ vào
phải nhỏ hơn mức α
![Page 26: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/26.jpg)
2016
dce
26 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Ứng dụng mạch so sánh
• Mạch bảo vệ quá nhiệt (tương tự mạch quá cường độ
sáng)
![Page 27: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/27.jpg)
2016
dce
27 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
Ứng dụng mạch so sánh (tt)
• Mạch biến đổi ADC
(tương tự sang số)
![Page 28: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/28.jpg)
2016
dce
28 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
IC 555 – Cấu tạo
![Page 29: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/29.jpg)
2016
dce
29 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
IC555 – Mạch tự dao động
![Page 30: ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT - cse.hcmut.edu.vncse.hcmut.edu.vn/vtphuong/EDAC/Chapter04.pdf · – hệ số khuếch đại sai biệt vòng hở 200V/mV = 200.000 • r i –](https://reader031.vdocument.in/reader031/viewer/2022022119/5e032437d9e2ea2f2041f346/html5/thumbnails/30.jpg)
2016
dce
30 ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUIT– Chapter 4 © Spring 2016
IC555 – Mạch trễ