Bài giảng Mạch điện tử - Chương VII: OP-AMP khuếch đại và ứng dụng

 f thỏa: 
, Rf không được quá lớn vì sự hồI tiếp âm sẽ yếu.
 d/ Mạch vi phân: 
 Dạng mạch 
 Vấn đề thực tế: giảm tạp âm. 
 Mạch đơn giản như trên ít được dùng trong thực tế vì có đặc tính khuếch đại tạp 
âm ở tần số cao, đây là do độ lợi của toàn mạchĠtăng theo tần số. Ðể khắc phục một phần nào, 
người ta mắc thêm một điện trở nối tiếp với tụ C ở ngõ vào như hình 7.19. 
Page 11 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 7.3.2 Mạch so sánh: 
 a/ Ðiện thế ngõ ra bảo hòa: 
 Ta xem mạch hình 7.20 
 Trong đó A là độ lợi vòng hở của op-amp. Vì A rất lớn nên theo công thức trên 
v0 rất lớn. 
 Khi Ed nhỏ, v0 được xác định. Khi Ed vượt quá một trị số nào đó thì v0 đạt đến trị 
số bảo hòa và được gọi là VSat.. Trị số của Ed tùy thuộc vào mỗi op-amp và có trị số vào khoảng 
vài chục mV. 
 - Khi Ed âm, mạch đảo pha nên v0=-VSat 
 - Khi Ed dương, tức v1>v2 thì v0=+VSat. 
 Ðiện thế ngõ ra bảo hòa thường nhỏ hơn điện thế nguồn từ 1 volt đến 2 volt. Ðể ý 
là |+VSat| có thể khác |-VSat|. 
 Như vậy ta thấy điện thế Ed tối đa là: 
 b/ Mạch so sánh mức 0: (tách mức zéro) 
 * So sánh mức zéro không đảo 
Page 12 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 * Mạch so sánh mức zéro đảo: 
Page 13 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 c/Mạch so sánh với 2 ngõ vào có điện thế bất kỳ: 
 * So sánh mức dương đảo và không đảo: 
 - So sánh mức dương không đảo: 
 - So sánh mức dương đảo: 
 * So sánh mức âm đảo và không đảo: 
Page 14 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 - So sánh mức âm đảo: 
 d/ Mạch só sánh với hồi tiếp dương: 
 * Mạch đảo: 
Page 15 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 tiếp dương nên v0 luôn luôn ở trạng thái bảo hòa. Tùy theo mức tín hiệu vào mà v0 giao hoán ở 
một trong hai trạng thái +VSat và -VSat. 
 Nếu ta tăng Ei từ từ, ta nhận thấy: 
 Khi Ei<Vref thì v0=+VSat 
 Khi Ei>Vref thì v0=-VSat 
 Trị số của Ei=Vref =b.(+VSat) làm cho mạch bắt đầu đổi trạng thái được gọi là điểm nảy 
trên (upper trigger point) hay điểm thềm trên (upper threshold point). 
VUTP=b.(+VSat) (7.12) 
 Bây giờ nếu ta giảm Ei từ từ, chú ý là lúc này v0=-VSat và Vref=β(-VSat), ta thấy khi 
Ei<β(-VSat) thì v0 chuyển sang trạng thái +VSat. Trị số của Ei lúc này: Ei= Vref = β(-VSat) được 
gọi là điểm nảy dưới hay điểm thềm dưới (lower trigger point-lower threshold point-VLTP). Như 
vậy chu trình trạng thái của mạch như hình 7.34. 
 Người ta định nghĩa: 
 VH=(Hysteresis)=VUTP-VLTP 
 VH=b{(+VSat)-(-VSat)] (7.13) 
 Nếu |+VSat|=|-VSat|ÞVH=|2b.VSat| 
Page 16 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 * Mạch không đảo: 
 Dạng mạch 
 - Bây giờ nếu ta giảm Ei (v0 đang là +VSat), khi VA bắt đầu nhỏ hơn Vref=0v thì 
v0 đổi trạng thái và bằng -VSat. Trị số của Ei lúc này gọi là điểm nảy dưới VLTP. 
Tính VUTP và VLTP 
Page 17 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 - Khi giảm Ei từ trị số dương dần xuống, lúc này v0=+VSat nên: 
 e/ Mạch so sánh trong trường hợp 2 ngõ vào có điện thế bất kỳ với hồi tiếp 
dương: 
 *Dùng mạch không đảo: 
 Dạng mạch 
Page 18 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 Khi VA=Vref thì mạch đổi trạng thái (v0 đổi thành +VSat), trị số của Ei lúc này gọi là 
điểm nảy trên VUTP. Từ (7.17) ta tìm được: 
 bằng Vref thì mạch sẽ đổi trạng thái, trị số của Ei lúc này gọi là điểm nảy dưới 
VLTP. Tương tự như trên ta tìm được: 
 nếu |+Vsat|=|-VSat| 
 * Dùng mạch đảo: 
 Dạng mạch căn bản như hình 7.38 
Page 19 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
đó, cũng là trị số của VA, gọi là điểm nảy trên VUTP. 
 Nếu ta giảm Ei từ từ, đến khi Ei=VA mạch sẽ đổi trạng thái (v0= -VSat) và Ei=VA
lúc đó có trị số là VLTP (điểm nảy dưới). 
 7.3.3 Mạch lọc tích cực: (Active filter) 
 Có 4 loại mạch chính: 
 - Mạch lọc hạ thông. 
 - Mạch lọc thượng thông. 
 - Mạch lọc dải thông. 
 - Mạch lọc loại trừ (dải triệt). 
 a/ Mạch lọc hạ thông(Low pass Filter-LPF) 
Page 20 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 * Mạch lọc hạ thông căn bản: 
 Dạng mạch 
 Nếu ta chọn R2=R1 thì |AV0|=1 
 Ðáp tuyến tần số độ dốc -20dB/dec vì khi tần số tăng lên 10 lần thì độ khuếch đại 
giảm đi 10 lần tức -20dB. Người ta hay dùng mạch voltage follower để làm mạch lọc như hình 
7.41. Ðây là mạch khuếch đại không đảo, nhưng do không có điện trở nối mass ở ngõ vào (-) 
nên độ lợi bằng +1. 
Page 21 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 Người ta thường chọn Rf=R để giảm dòng offset. 
 * Mạch lọc hạ thông -40dB/dec: 
 Trong nhiều ứng dụng, ta cần phải giảm nhanh độ lợi của mạch khi tần số vượt 
quá tần số cắt, có nghĩa là độ dốc của băng tần phải lớn hơn nữa. Ðó là mục đích của các mạch 
lọc bậc cao. 
 Dạng mạch 
Nếu chọn C2=2C1, ta có: 
Page 22 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 Ở mạch này độ khuếch đại sẽ giảm đi 40dB khi tần số tăng lên 10 lần (độ lợi giảm đi 100 
lần khi tần số tăng lên 10 lần). 
 * Mạch lọc hạ thông -60dB/dec: 
 Ðể đạt được độ dốc hơn nữa-gần với lý tưởng-người ta dùng mạch lọc -20dB/dec 
mắc nối tiếp với mạch lọc -40dB/dec để được độ dốc -60dB/dec (độ lợi giảm đi 60dB khi tần số 
tăng lên 10 lần-góc pha tại tần số cắt là -1350). 
 Dạng mạch căn bản như hình 7.44 
Page 23 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
Page 24 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 b/ Mạch lọc thượng thông (high-pass filter) 
 Ðây là một mạch mà độ lợi của mạch rất nhỏ ở tần số thấp cho đến một tần số 
nào đó (gọi là tần số cắt) thì tín hiệu mới qua được hết. Như vậy tác dụng của mạch lọc thượng 
thông ngược với mạch lọc hạ thông. 
 * Mạch lọc thượng thông 20dB/dec: 
 Dạng mạch như hình 7.46 
 Ðây là mạch voltage follower nên AV=1. Do điện thế ngõ ra v0 bằng với điện thế 
2 đầu điện trở R nên: 
Page 25 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 Khi tần số cao, tổng trở của tụ điện không đáng kể nên AV0=v0/vi=1. Khi tần số 
giảm dần, đến lúc nào đó độ lợi bắt đầu giảm. Tần số mà tại đó độ lợi giảm còn 0.707 AV0 gọi là 
tần số cắt. Lúc đó ta có: 
 Ta cũng có thể dùng mạch như hình 7.48 
Page 26 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 * Mạch lọc thượng thông 40dB/dec: 
 Dạng mạch 
 Do là mạch voltage follower nên điện thế 2 đầu R1 chính là v0. Ta có: 
Page 27 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 * Mạch lọc thượng thông 60dB/dec 
 Người ta dùng 2 mạch 40dB/dec và 20dB/dec nối tiếp nhau để đạt được độ dốc 
60dB/dec. 
Page 28 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 Chọn C1=C2=C3=C; 
 Tại tần số cắt: 
 c/ Mạch lọc dải thông: (band pass filter) 
Page 29 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 Ðây là một mạch mà ở ngõ ra chỉ có một dải tần giới hạn nào đó trong toàn bộ 
dải tần của tín hiệu đưa vào ngõ vào. 
 Với mạch này điện thế ngõ ra v0max đạt đến trị số tối đa ở một tần số nào đó gọi 
là tần số cộng hưởng wr. Khi tần số khác với tần số cộng hưởng, độ khuếch đại giảm dần. Tần số 
thấp hơn wr làm độ lợi giảm đi còn 0.707v0max gọi là tần số ngắt thấp wL và tần số cao hơn wr
làm độ lợi giảm còn 0.707v0max gọi là tần số ngắt cao wh. 
 Băng thông được định nghĩa: 
 B=wH - wL 
 Khi B<0.1wr mạch được gọi là lọc dải thông băng tần hẹp hay mạch lọc cộng 
hưởng. Khi B>0.1wr được gọi là mạch lọc dải thông băng tần rộng. 
 * Mạch lọc dải thông băng tần hẹp 
 Dạng mạch 
Page 30 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 Tại tần số cộng hưởng wr: 
 Từ phương trình (a) ta tìm được: 
Page 31 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 * Mạch lọc dải thông băng tần rộng 
 Thông thường để được một mạch dải thông băng tần rộng, người ta dùng hai 
mạch lọc hạ thông và thượng thông mắc nối tiếp nhau nhưng phải thỏa mãn điều kiện tần số cắt 
w2 của mạch lọc hạ thông phải lớn hơn tần số cắt w1 của mạch lọc thượng thông. 
Page 32 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
 Ta tìm được 2 tần số cắt là: 
 Phải chọn R1, R2, C1, C2 sao cho w1 < w2. 
 d/Mạch lọc loại trừ: (dải triệt-Notch Filter) 
 Ðây là mạch dùng để lọc bỏ một dải tần số nào đó trong toàn bộ dải tần. Mạch 
thường được dùng để lọc bỏ các nhiễu do một bộ phận nào đó trong mạch tạo ra thí dụ như tần 
số 50Hz, 60Hz hay 400Hz của môtơ. 
 Có rất nhiều dạng mạch lọc dải triệt, thông dụng nhất là mắc 2 mạch hạ thông và 
thượng thông song song với nhau hoặc có thể dùng mạch như hình 7.58. 
Page 33 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...
Giảng viên: Trương Văn Tám 
Page 34 of 34Chương 7:
1/23/2000file://D:\My Documents\My eBooks\Study\Cac bai giang ve KT mach dien tu-Viet Nam\C...