Bài 19: Khuếch đại thuật toán

I. GIỚI THIỆU CHUNG

1. Khái niệm

- Khuếch đại thuật toán là mạch tích hợp có hai lối vào, một lối ra và hệ số khuếch đại lớn.

- Khuếch đại thuật toán có kí hiệu.

- Chú thích:

1. Lối vào đảo.

2. Lối vào không đảo.

3. Lối ra.

4. Nguồn dương.

5. Nguồn âm.

- Trong mạch nguyên lí thường sử dụng kí hiệu khuếch đại thuật toán rút gọn.

- Một IC khuếch đại thuật toán có thể có một hoặc nhiều khuếch đại thuật toán.

2. Nguyên lí làm việc

- Thực hiện khuếch đại sự chênh lệch giữa điện áp lối vào đảo và không đảo.

=> Kết quả đưa tới lối ra.

- Hệ số khuếch đại A của khuếch đại thuật toán lớn, có thể tới 10⁶.

- Khuếch đại thuật toán có hai điện áp:

+ Lối vào đảo U₁.

+ Không đảo U₂.

=> Điện áp lối ra U₃ = A(U₂ - U₁).

II. ỨNG DỤNG CƠ BẢN CỦA KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

Khuếch đại thuật toán được kết nối với các linh kiện điện tử khác để chế tạo nên nhiều mạch ứng dụng.

1. Khuếch đại đảo

- Thực hiện khuếch đại biên độ tín hiệu lối vào đảo U_vào.

- Hệ số khuếch đại phụ thuộc vào các điện trở R₁ và R₂.

- Mạch khuếch đại đảo có tín hiệu lối ra ngược pha so với tín hiệu lối vào:

U_ra = - \(\dfrac{R_2}{R_1}\)U_vào

G = \(\dfrac{R_2}{R_1}\)

- Trong đó:

+ G là hệ số khuếch đại của mạch.

+ Dấu trừ thể hiện sự ngược pha của tín hiệu lối ra so với tín hiệu lối vào.

2. Khuếch đại không đảo

- Ngược lại với khuếch đại đảo, mạch khuếch đại không đảo có tín hiệu lối vào U_vào đưa tới chân không đảo và được khuếch đại, có công thức:

\(U_{ra}=\left(1+\dfrac{R_2}{R_1}\right)U_{vào}\)

- Trong đó G là hệ số khuếch đại của mạch được xác định:

\(G=1+\dfrac{R_2}{R_1}\)

- Mạch khuếch đại đảo có tín hiệu lối ra cùng pha với tín hiệu lối vào.

3. Cộng đảo

-  Mạch cộng đảo hai tín hiệu U_vào1 và U_vào2 tại lối vào đảo với các trọng số khác nhau.

\(U_{ra}=-\left(\dfrac{R_f}{R_1}U_{vào1}+\dfrac{R_f}{R_2}U_{vào2}\right)\)

- Trong đó, trọng số của mỗi tín hiệu được xác định bởi tỉ số giữa điện trở R_f với điện trở tương ứng R₁ và R₂.

4. Cộng không đảo

- Mạch cộng không đảo hai tín hiệu U_vào1 và U_vào2 tại lối vào không đảo với trọng số được xác định bởi các điện trở của mạch:

\(U_{ra}=\left(1+\dfrac{R_f}{R_g}\right)\left(\dfrac{R_2}{R_1+R_2}+\dfrac{R_1}{R_1+R_2}U_{vào2}\right)\)

- Trọng số của mỗi tín hiệu được xác định bởi các điện trở của mạch.

5. Trừ

- Mạch trừ hai tín hiệu U_vào1 và U_vào2 tại lối vào đảo và không đảo với trọng số.

- Trường hợp tín hiệu vào không đảo trừ tín hiệu vào đảo được xác định bởi các điện trở của mạch.

\(U_{ra}=\left(\dfrac{R_4}{R_3+R_4}\right)\left(1+\dfrac{R_2}{R_1}\right)U_{vào2}-\dfrac{R_2}{R_1}U_{vào1}\)

6. So sánh

- Mạch so sánh hai điện áp lối vào. Điện áp lối vào không đảo lớn hơn điện áp lối vào đảo:

+ Điện áp lối ra xấp xỉ bằng nguồn dương.

+ Ngược lại điện áp lối ra xấp xỉ nguồn âm.

- Mạch so sánh đảo với điện áp U_vào tại lối vào đảo được so sánh với điện áp ngưỡng U_ngưỡng tại lối vào không đảo:

U_vào > U_ngưỡng thì U_ra \(\approx\) - U_cc

U_vào > U_ngưỡng thì U_ra \(\approx\) U_cc

- Mạch so sánh không đảo với U_vào tại lối vào không đảo và U_ngưỡng tại lối vào đảo:

U_vào > U_ngưỡng thì U_ra \(\approx\) U_cc

U_vào < U_ngưỡng thì U_ra \(\approx\) - U_cc