Bài giảng Mạch điện tử - Chương 6: Op-Amp - Nguyễn Thanh Tuấn

16
Op-Amp keùp
Chương 6-17
Op-Amp 4
Chương 6-18
6.2 Maïch Op-Amp cô baûn 
 Maïch khueách ñaïi khoâng ñaûo
 Maïch khueách ñaïi ñaûo
 Maïch khueách ñaïi toång
 Maïch khueách ñaïi vi sai
 Maïch tích phaân
 Maïch vi phaân
 Maïch taïo haøm muõ
 Maïch taïo haøm logarith
Chương 6-19
Maïch khueách ñaïi khoâng ñaûo
2 2
1 1
1 1oo i
i
VR R
V V A
R V R
 
       
 
Nhận xét:
Ngõ ra Vo cùng pha với ngõ vào Vi được gọi là ngõ vào không đảo. 
R2 đóng vai trò hồi tiếp âm để tăng độ khuếch đại AV.
Khi R2 =0, ta có: A=1 => Vo =Vi hoặc R1=∞ ta cũng có A=1 và Vo= Vi . 
Lúc này mạch được gọi là mạch “voltage follower” thường được dùng 
làm mạch đệm (buffer) vì có tổng trở vào lớn và tổng trở ra nhỏ như mạch cực 
thu chung ở BJT.
Chương 6-20
Maïch khueách ñaïi ñaûo
0
2 1
0 2
1
0 0 0 i
i
i i V V
v v R R
V R
V R
 
 
    
 
 
  
Nhận xét: 
Vo và Vi sẽ lệch pha 180 độ (nên được gọi là mạch khuếch đại đảo và 
ngõ vào ( - ) được gọi là ngõ vào đảo).
R2 đóng vai trò mạch hồi tiếp âm. R2 càng lớn (hồi tiếp âm càng nhỏ) 
độ khuếch đại của mạch càng lớn. 
Mạch có khả năng khuếch đại điện áp DC lẫn AC
Chương 6-21
Maïch khueách ñaïi coäng
01 2
1 2
1 2
1 2
0 ... 0
...
n
n f
n
o f
n
V VV V
v v
R R R R
VV V
V R
R R R
        
 
     
 
Nhận xét :
•Nếu R1=R2==Rn= R thì 
•Nếu Rf=R thì Vo là tổng của tất cả các ngỏ vào Vi (Tổng này phải 
nhỏ hơn Vsat của op-amp)
 1 2 ...
f
o n
R
V V V V
R
    
Chương 6-22
Maïch khueách ñaïi coäng (tt)
1 2
1 2
...
1
1 1 1
...
1 2
n
f n
o
N
n
VV V
R R R R
V
R
R R R
 
    
    
     
 
Nhận xét
•Nếu R1=R2==Rn thì 
•Giá trị ngỏ ra Vo bằng tổng các ngỏ vào khi và chỉ khi Rf=0 hoặc RN=∞.
 1 21 ...
f
o n
N
R
V V V V
R
 
      
 
Chương 6-23
Maïch khueách ñaïi vi sai
2 1
2 1 1
1
g f f
o
g
R R R
V V V
R R R R
 
      
  
Nhận xét:
Nếu thì
Nếu Rg=Rf =R1=R2 thì Vo =V2-V1
1 2
f gR R
R R
  2
1
1
f
o
R
V V V
R
  
Chương 6-24
Maïch tích phaân
     
0
1 1
0
t
o i i oV V t dt V t dt V t
RC RC
       
Nhận xét: 
Giá trị ngõ ra Vo tỉ lệ với tích phân giá trị ngõ vào.
Tần số cắt:
Nên mạch tích phân chỉ hoạt động đúng ở một dãy tần số nhất định.
Ngoài ra chúng ra còn có thể lấy tích phân của một tổng.
1
cf
RC

Chương 6-25
Maïch vi phaân
0
i
oi o
v v
dv
V RCdv V
dtC
dt R
   

 
 

Nhận xét:
Giá trị điện áp ngõ ra Vo tỉ lệ với vi phân điện áp vào .
Tần số cắt: 
Mạch vi phân hoạt trong trong một dãy tần số nhất định, tại đó đặc tuyến 
biên độ-tần số: có độ dốc 20dB/decade.
1
cf
RC

 o
i
V
f
V

Chương 6-26
Maïch taïo haøm muõ
: điện áp rơi trên hai đầu diode
: dòng ngược bão hòa
1
. . .
. .
i
i
V
V V
o s
V
s
V R I e k e
k R I e


  
 
V
sI
Chương 6-27
Maïch taïo haøm logarith
: điện áp rơi trên hai đầu diode
: dòng ngược bão hòa
   ln ln lnio i s
s
V
V V V V V RI
I R
  
 
     
 
V
sI
Chương 6-28
6.3 Maïch Op-Amp naâng cao 
 Maïch chuyeån ñoåi doøng sang aùp
 Maïch chuyeån ñoåi aùp sang doøng
 Maïch khueách ñaïi doøng
 Maïch khueách ñaïi instrumentation
Chương 6-29
Maïch chuyeån ñoåi doøng sang aùp
Còn gọi là bộ khuếch đại biến đổi điện trở, có đầu vào là ii
và đầu ra là: vo =Aii trong đó: A là độ lợi của mạch.
Xem hình trên ta có: ii +(vo -0)/R=0 hay vo = -Rii
Chương 6-30
Maïch chuyeån ñoåi aùp sang doøng
)3(2,1
)2(0
)1(
R
V
R
V
Ii
IiiZ
VVVA
i
o
odi
ioL





Chương 6-31
Maïch khueách ñaïi doøng







1
21
R
R
i
i
A
i
o
i
Chương 6-32
Maïch khueách ñaïi instrumentation
Vo = A(v2 – v1)
A = A1 .A2 = (1+2R3/RG).(R2/R1)
Chương 6-33
Maïch khueách ñaïi instrumentation (tt)
vo = -R2v3 /R1 +(1+R2)v2 /R1
Chương 6-34
TOÙM TAÉT
 Giới thiệu Op-Amp
 Mạch Op-Amp cơ bản
 Mạch Op-Amp naâng cao
Chương 6-35
BAØI TAÄP 1
Hãy tìm V+, V- và Vo trong mạch điện hình sau cũng như công
suất phát ra từ nguồn 4V. Hãy tìm ra 1 phương pháp để kiểm tra
kết quả. 
Chương 6-36
BAØI TAÄP 2
a) Hãy tìm V+ và Vo trong mạch điện ở hình sau.
b) Làm lại câu (a) với điện trở 5kΩ được nối giữa A và B.
Chương 6-37
BAØI TAÄP 3
a) Hãy tìm V-, V+, Vo cho mạch điện sau nếu vs = 9V.
b) Hãy tìm điện trở R sao cho khi nó được nối giữa 2 chân ngõ vào
đảo của KĐTT với đất thì làm cho Vo tăng lên gấp đôi.
Chương 6-38
BAØI TAÄP 4
a) Tìm vn, vp, vo trong mạch điện sau nếu is = 1mA.
b) Làm lại câu (a) với điện trở 3kΩ mắc nối tiếp với nguồn.
Chương 6-39
BAØI TAÄP 5

Chương 6-40
BAØI TAÄP 6
Một mạch âm tần cho trong
hình B14.25 được sử dụng để
thay đổi vị trí của tín hiệu
giữa các kênh stereo trái và
phải liên tục.
a) Nghiên cứu hoạt động của
mạch.
b) Xác định R1 và R2 sao cho
VL/Vi = -1V/V khi xoay nút
được kéo xuống hoàn toàn VR 
/ Vi=-1V/V khi xoay nút được 
kéo lên tối đa và VL/Vi= -1/√2 
khi nút xoay ở vị trí giữa. 
Chương 6-41
BAØI TAÄP 7
1/ Dùng 2 Op_Amp ,thiết kế 1 mạch có 2 nguồn dòng i1 và i2 song 
song với R1, R2 và cho v0=(0.1V/µA) x (i1-i2) trên tải RL bất kể
R1, R2, RL. Chiều của cả hai dòng điện là từ đất đi vào mạch. 
Cố gắng cực tiểu số điện trở cần dùng. 
2/ Thiết kế mạch biến dòng từ 4mA-20MA ở đầu vào thành áp từ 
0V -10V đầu ra. Chiều cho trước của dòng từ đất vào mạch, 
mạch được cấp nguồn V.
Chương 6-42
BAØI TAÄP 8
Cho 1 bộ biến đổi V-I có tải thả nổi như hình 
a) Tính i0=vi/(R1/k), k=1+R2/R3
b) Chỉ ra gái trị điện trở chuẩn 5% cho độ nhạy 1mA/V và 
Ri = 1MΩ, trong đó Ri là điện trở nhìn bởi nguồn.
c) Nếu ± Vsat = ±13V ,tìm điện áp cho phép của mạch. 
Chương 6-43
BAØI TAÄP 9
Giả sử mạch Howland 
trong hình có điện trở 
R3 không còn nối đất và 
đồng thời cấp 1 điện áp 
v1 vào R3 và một điện 
áp v2 vào R2. Chứng tỏ 
rằng mạch này là vi sai 
biến đổi V-I với
i0=(1/R1)(v2 - v1) –
(1/R0)vL, trong đó R0
cho bởi phương trình 
6.8 trong tập lý thuyết.
Chương 6-44
BAØI TAÄP 10
Tìm độ lợi cũng như trở kháng ra của mạch.
Chương 6-45
ÑAÙP AÙN 1
30
0.6
30 20
p o o
k
v v v
k k
 

0.6n p ov v v 
4 0.6 0.4o o oV v v v  
10ov V 6p nv v V 
1
6
0.6
10 10
nvi mA
k k
  
4 0.6 2.4sourceP Vx mA mW 
Chương 5-46
ÑAÙP AÙN 2
Nếu có điện trở 5kΩ nối giữa A và B thì ta dùng mạch tương đương Thevenin 
đưa về nguồn áp 5V nối tiếp điện trở 5kΩ,khi đó :
1 ( 1 ) 1pv k m V    
1n pv v V  
4 1 4 1n o ov v k m v      
5ov V 
5 ( ) 5n p pv k i v v     
5
1
5
i mA
k
  1 ( 1 ) 1pv k m V    
Chương 6-47
ÑAÙP AÙN 3
10
0.2
10 40
n p o
k
v v v
k k
  

9 0.2 0.2
50 20
o o ov v v
k k
 

5ov V  1n pv v V  
Giải ra ta có R = 11,11k
10ov V  2n pv v V  
9 2
2 10 850
50 20 20
50
R
R
R
R
 
   

Chương 6-48
ÑAÙP AÙN 4
1
3 3
A
p A
k v
v v
k
 
3 3A p nv v v 
2 2 2 1
1 ( )
3 2 3 2 3 1
A p p pA n
p
v v v vv v
m v
k k k k k k

     
0.6p nv v V 
3 0.6 0.6
4 0.6 4 1
3 3
A n
o n
v v
v v k V
k
  
       
Chương 6-49
ÑAÙP AÙN 4 (tt)
3 3A p nv v v 
3 33 2 1
3 3 3 2 2 1
p A pA A n
p
v v vv v v
v
k k k k k k
    
     
 
0.375p nv v V 
1.125Av V
1.125 0.375
4 0.375 4 0.625
3 3
A n
o n
v v
v v k V
k
 
       
Chương 6-50
ÑAÙP AÙN 5

Chương 6-51
ÑAÙP AÙN 6
a. Nghiên cứu hoạt động của mạch: mỗi opamp là một mạch
khuếch đại đảo, điều chỉnh biến trở là điều chỉnh các điện áp
V1,V2. Nếu biến trở nằm chính giữa thì V1=V2, nếu lên trên thì
V1 nhỏ hơn, xuống dưới thì V1 lớn hơn. Do đó kéo theo sự sai
lệch giữa VL và VR ở ngõ ra 2 opamp.
Chương 6-52
ÑAÙP AÙN 6 (tt)
b,Khi nút kéo xuống hoàn toàn : 
V2 =0 => VR=0 
Ta có : VL=
2
10
R
K
 V1 (khuếch đại đảo ) 
Suy ra : V1=
5
5 1
i
K
v
K R
2 5
10 5 1
R K
A
K K R
 

 cho A=-1 => R2 =2(5K+R1) (1) 
Chương 6-53
ÑAÙP AÙN 6 (tt)
*Khi nút kéo lên hoàn toàn ,tương tự như trên vì mạch đối xứng 
*Khi nút xoay nằm chính giữa : 
V1=V2=
5 ||10
5 ||10 1
i
K K
v
K K R
Mà VL=
2
10
R
K
 V1 
Nên 
2 3.33 1
1 3.33 1 2
R K
A
R K R
   

 =>R2=2.127(3.33K+R1) (4) 
Giải (3) và (4) ta được R1=57K ,R2 =23.5K . 
Chương 6-54
ÑAÙP AÙN 7
1 3 1
5 3
0 5 1 5 1 2
4 4
3 4 5 6
0.1
100
10
v R i
R R
v R v R i i
R R
R R R k

 
   
       
   
    
Chương 6-55
ÑAÙP AÙN 7 (tt)
3 3 1
0 1 1
2 2 4
0 4
4
2 3 0 1
0 1 1
( 15 )
15
4 0 4 3.57
10 ; ( 4 )
10
10 (20 4) 625
16
s
s
s
R R R
v v R i v
R R R
i mA v R k
R
cho R R k v R i mA
v v R R
 
      
 
       
    
       
Chương 6-56
ÑAÙP AÙN 8
2 3 1 3
2
0
1 1 3
2 1
1 3 2 3
1 1 2 1
6
3 3
6
3
3
1
)
1
1 ;
1 /
)
1 ; 1
10
10 ; ó: 10
1 1 10 /
1
)
13
I
R R R R I
I I
i
I
a
v R
i i i i i v
R R R
v R v R
R
R R R R R
b
R R R M Cho R R M
xv
R ta c
mA R
R k
c
v v volt
 
       
 
 
    
 
      
    

  
 
Chương 6-57
ÑAÙP AÙN 9
2 2
1 2 1 2 1 2
2 4 4
1
1 2 3 1 2 2 2 3
1 4 2 4 1 4
2 1 2 1
1 2 3 2 1 3 1 2 3
2
2 1 4 3
1 1
: ( )
1 1 1
( )
1 1
( ) ( ) ( ) ;
/ /
o L oL
o
o L
L L
o
o
v v vv v v
KCL i
R R R R R R
v R R
i v v
R R R R R R R R
R R v R R R R v
v v v v
R R R R R R R R R R
R
R
R R R R

     
     
      


 4 2 0 2 1 0
3 1 1
1
à
R R
i v v v R
R R R
     
Chương 6-58
ÑAÙP AÙN 10
2
2
0
1 2
2
0
1 2 1 2 2 0
22 1
0
2 3 2 1
2 1 0
( / / )
/ /
/ /
1
/ / / /
1 /
;
1 / 1 /
1 / à R
s
p s s L
s
p L
s s s L
s s
s
s
R
v R R i v
R R
v v
KCL i
R R
R R v R v
i i Ai
R R R R R R R
R RR R
A R
R R R R
R A R R v
 



 
     
 

 
 
    