Bài giảng Tóm tắt môn Điện tử 2 - Chương 5: Cơ bản về khuếch đại thuật toán - Phạm Hồng Liên

 32 
V
D
Vi
R
R
2
V
o
V+
+
V-
-
a
V
D
VN=V
- 
VD 
a
IN=0 
aVd 
Vo 
Vp=V
+ 
Chương 5 : CƠ BẢN VỀ KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 
I) KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN LÝ TƯỞNG : 
Ip=0 
II) CÁC CẤU HÌNH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN CƠ BẢN : 

 Khuếch đại không đảo : 
v
-
V+
I I1 2
< <
Vo
+
-
Vi
R2R1



=⇒=⇒∞=
==⇒∞= −+
)2(0
)1(
21 IIiZ
VVVA
di
iOL 
I2 = 
22
0
R
VV
R
VV io −=
− −
 (3) ; I1 = 
11 R
V
R
V i=
−
 (4) 
Từ 2 : 
12 R
V
R
VV iio =
−
 (5) ⇒ )
11
(
122 RR
V
R
V
i
o += (6) 
Vi Vo
+
-
iV
R
R
)1(
1
2+ 
AOL = a = ∞ = 
d
o
V
V
 (1)⇒ Vd = V+ - V- = 0 
 ⇒ V+ = V- (2) 
 Zi = rd = ∞ = 
d
d
i
V
 (3) ⇒ id = iN =iP = 0 (4) 
Zo = r0 = 0 (5) 
 33 
VL 
210
0
IIiZ
VVA
di
oL
=⇒=⇒∞=
==⇒∞= −+
(1) 
(2) 
)4()3(
2121 R
V
R
V
R
VV
R
VV oioi −=⇒
−
=
− −−
⇒ io V
R
R
V )1(
1
2+= (7) ⇒
1
21
R
R
V
V
A
i
o
vf +== (8) 
L
V
V+
-
+
-
Vs R
Rs
Hay từ (8) cho R2=0 ta có Avf=1; khi mạch KDTT không lý tưởng 
ta có : 
)
1
(1
1
)1(
1
21
2
a
R
RR
R
Avf
+
+
+= (9) 
2. Bộ khuếch đại đảo : 
I1 I2
V
V
-
M=R1//R
2
Vo
+
-
Vi
R
R1 R2
Avf+=
1
2
R
R
V
V
i
o −= (5) RM=R1//R2 (6) để cân bằng một chiều 
Khi bộ KDTT không lý tưởng ta có : 











 +
+
−=
a
R
RR
R
Avf
1
2
1
1
1
.
1
2 (7) 
3.Bộ khuếch đại tổng : 
AoL= ⇒∞ V+=V- (1) 
Mặt khác : V+=Vs (20 
 V-= VL (3) 
Do đó Vs=VL 1==⇒
s
L
vf
V
V
A (4) 
 34 
AoL= 0==⇒∞
−+ VV (1) 
Zi= fd IIIIi =++⇒=⇒∞ 3210 (2) 
f
o
R
V
R
V
R
V
R
V
−=++
3
3
2
2
1
1 (3) 






++=−
3
3
2
2
1
1
R
V
R
V
R
V
RV fo (4) 
If
=R1//R2//R3//
Rf
M
I1
I2
I3
>
>
>
Rf
R
Vo
R2
R1
R3
V3
V2
V1
+Nếu R1=R2=R3=3Rf từ 4 ta có : 
3
321 VVVVo
++
=− (6) : Bộ khuếch đại lấy trung bình 
4. Khuếch đại vi sai (khuếch đại trừ) : 
I4
>
>
>
I1
I2
I3
Vo
V2
V1
R4
R3
R2
R1






++−=⇒





++−= −−
1
2
1
1
2
211
1
2
1
11
R
R
VV
R
R
V
RR
V
R
V
R
V
o
o (5) 
2
34
4
433
2
43
2 V
RR
R
V
R
V
R
V
R
V
R
V
R
VV
+
=⇒+=⇒=
− +
++++
 (6) 
Từ(1 thay 6 vào 5 ta được : 
2
21
1
43
4
1
1
2 . V
RR
R
RR
R
V
R
R
Vo
++
+−= (7) 
Nếu R1=R2=R3=R4 hoặc R1=R2;R3=R4 ta có Vo=V2-V1 (8)-> gọi là mạch 
vi sai hay là bộ trừ. 
)4(:)2(
)3(
)2(
0
)1(
21
1
43
21
R
VV
R
VV
II
II
iZ
VVA
o
di
oL
−
=
−








=
=
→=→∞=
=⇒∞=
−−
−+
 35 
)4(
0
)3(
)()0(
)2(0
)1(0
R
V
R
V
R
VV
I
dt
tdV
C
dt
Vd
C
dt
dV
CI
IIiZ
VVA
ooo
c
iic
c
Rcdi
oL
−=
−
=
−
=
=
−
==
=⇒=→∞=
==→∞=
−
−+
)4(
)3(
)0(
)2(0
)1(0
R
V
VV
R
VV
I
dt
dV
C
dt
Vd
C
dt
dV
CI
IIidZi
VVA
i
i
i
R
ooc
C
cR
oL
=−=
−
=
−=
−
==
=⇒=→∞=
==→∞=
−
−
−+
Bộ khuếch đại trừ có thể có nhiều đầu vào, phương pháp tìm Vo theo 
các điện áp đầu vào tương tự như trên. 
5.Bộ vi phân: 
>
IR
>
Ic
>
idV
V+
-
C
Vi
Vo
R
(2) )6(
)(
)5(
)(
dt
tdV
RCV
R
V
dt
tdVi
C io
o −=⇒−=⇒ 
Nếu RC=1 ta có : )7(
)(
dt
tdV
V io −= 
6.Bộ tích phân : 
cR
-
+V
V d
i
>
I
>
I
>
R
Vo
Vi
C
(2) ⇒−=⇒−=⇒ )6()5(
RC
V
dt
dV
dt
dV
C
R
V iooi tích phân cả 2 vế ∫
t
0
ta có dtV
RC
Vo i∫−=
1
 (7); Nếu RC=1 ∫−=⇒ dtVV io (8) 
 36 
AoL= ⇒∞ V
+=V-=0 (1) 
Zi= Rid Iii =⇒=⇒∞ 0 (2) 
R
V
R
V
R
VV
I oooR −=
−
=
−
=
− 0
 (3) 
2 RiV
R
V
i io
o
i −=⇒−−=⇒ )4( (5) 
Hình 6_1 Bộ biến đổi I_V cơ bản 
 0==⇒∞= −+ VVAoL (1) 



+=
=
⇒=⇒∞=
)3(
)2(
0
21 III
ii
iZ
R
Ri
di 
1,2 )4(11
R
V
R
VV
Ii Ri −=
−
−==⇒
−
Chương 6 : Mạch Khuếch Đại Thuật Toán 
 Với Hối Tiếp Điện Trở 
I. Bộ biến đổi từ dòng sang áp : 
i
i
R
V
V
-
+
i
d
>
Vo
i
R
V1
i
i
R
V
V
-
+
d
> >
1
2
I I
I
R2
R1
Vo
i
R
⇒V1=-ii.R(5) Từ 3 : 
2
1
1
11
R
VV
R
V
R
V o−+=− (6) 
⇒ 





++=⇒++= 1)7(
1
22
1
2
1
1
11
2 R
R
R
R
VV
R
V
R
V
R
V
R
V
o
o (8) 
⇒Vo=-kRii (8) với 
R
R
R
R
k 2
1
21 ++= (9) 
Bộ biến đổi dòng sang áp được dùng làm bộ tách sóng quang 
 37 
Tải 
)3(2,1
)2(0
)1(
R
V
R
V
Ii
IiiZ
VVVA
i
o
odi
ioL
===⇒
=⇒=⇒∞=
==⇒∞=
−
−+
)4()3(
V
 1,2
)2(0
)1(0
i
o
i
o
odi
oL
i
R
V
i
R
V
iIiZ
VVA
=⇒=
−−
→
=⇒=⇒∞=
==⇒∞= −+
)5)(
11
(
)4(
)3(
)2(
0
)1(
2121
21
21
243
RR
V
R
V
R
V
i
i
R
VV
R
VV
iII
III
iZ
VVA
oi
o
o
oi
o
di
oL
+−+=
=
−
+
−



=+
≈=
⇒=→∞=
=⇒∞=
+
−+
−+
II. Bộ biến đổi áp sang dòng: 
V
+
i
V-
d
I
< <
io
+
-
Vi
Vo
R
tải
i
V
V
-
+
d
I i
> o>+
-
Vi
Vo
R
⊗Các bộ biến đổi tải nối đất : 
tải VL
+
-
i
V
V
-
+
d
I I
I
1
i
>
o
>
3 4
2
I
>
R2
R4
R1
+
-
Vi
Vo
R3
Mặt khác từ (2) : )7)(
11
()6(
43443 RR
V
R
V
R
VV
R
V oo +=⇒
−
=− −
−−
 38 
Khuếch đại thuật toán có đặc tính 
truyền đạt của khuếch đại dòng : 
 L
o
io V
R
Aii
1
−= 
Tải 
)7(
43
4
oV
RR
R
V
+
=⇒ − Thay vào (5) do V+=V- : 
21
21
43
4
21 .
.
.
RR
RR
RR
RV
R
V
R
V
i ooio
+
+
−+= 
Khi các điện trở tạo thành mạch cầu : )9(
4
2
3
1
R
R
R
R
= ta có ; 
R
V
RR
R
R
R
V
R
V
R
V
i iooio =





+






+
−+=
21
2
3
42
1
1
1
 (10) 
Nghĩa là mạch trở thành nguồn dòng có ngõ ra độc lập với Vo 
III. Khuếch đại dòng : 
I1Vo
>
I2
>
oi
+
-
V
V
ii
R1R2
Để io độc lập với VL thì Ro ∞→ 
Khuếch đại dòng thả nổi 
)2(
)1(0
12 IiIiZ
VVA
oii
oL
+==⇒∞=
==⇒∞= −+
 39 
)4(
)3(
)2(
0
)1(
1
2
s
L
s
Rs
L
Rss
di
LoL
R
V
R
V
i
ii
iii
iZ
VVVA
==



=
+=
⇒=⇒∞=
==⇒∞=
−
−+
Một mặt : )4();3(
1
1
2
2
R
V
I
R
V
R
VV
Ii o
c
oo
i =−=
−
==
−
)5(1
1
2
1
2
12 





+=+=−=⇒
R
R
i
R
Ri
iIIi i
i
io 
Hệ số khuếch đại dòng ; 





+==
1
21
R
R
i
i
A
i
o
i (6) (Khi Ro=∞ ) 
VL
Khuếch đại dòng tải nối đất
tải
s
VoA
>
>
 i
2
id
>
 i1 >
iO
R2
R1
Rsi
2,3 : i2 = is- iRs = is - 
s
L
R
V
(5) 
Mặt khác : VoA=V
-
 - R2i2 = VL - R2(is - 
s
L
R
V
) (6) 
Từ 3 : i1=io= )8()7( 1
1
LooA
LoA VRiV
R
VV
+=⇒
−
Từ 6,8 ta có : VL-R2(is - 
s
L
R
V
)= ioR1 +VL (9) 
)10(
1
2
1
2
o
L
sL
S
so
R
V
AiV
RR
R
i
R
R
i +=+−= 
 40 
Do khuếch đại thuật toán lý 
tưởng ta có : 
∞=∞= ioL ZA , 




==
==
⇒
−+
−+
)2(
)1(
222
111
VVV
VVV
do đó : 
)3(21
G
G
R
VV
I
−
= 
Với )12(&)11(
2
1
1
2
sO R
R
R
R
R
R
A =−= 
IV. Khuếch đại instrumentation(KĐIA) 
Là bộ khuếch đại có các đặc điểm sau : 
 Trở kháng vào rất lớn (Zi ∞→ ) 
 Trở kháng ra rất bé ( 0→oZ ) 
 Độ lợi chính xác ổn định, tiêu biểucho các tầm từù 1V/V đến 103 
V/V 
 Tỉ số nén đồng pha rất cao 
1. KĐIA 3 opamp 
+
-
> >
>>
I
I
I
I
V
V+
-V
V+
-
1
2
1 2
1
2
''
2
1
V
o
1
2
V
V
V 1
2
o
OA1
OA2
OA3
Vo
+
-
V1
+
-
V2
R2R1
R2R1
R3
RG
R3
Vo1-Vo2ø=(R3 + RG + R3). )4(
)( 21
GR
VV −
 )5)()(
2
1( 21
3
201 VV
R
R
VV
G
o −+=−⇒ 
)6(21 3
21
21
G
Oo
I
R
R
VV
VV
A +=
−
−
=⇒ 
Do : )7(333
−+ =⇒∞= VVAoL



=
=
⇒⇒∞= =
)9(
)8(
0
'
2
'
1
21
3
II
II
iZ di 
 41 
Vì OA1 là khuếch đại không đảo 
nên )1()1( 1
4
3
3 V
R
R
V += 
 OA2 lý tưởng nên 




=⇒=⇒∞=
==⇒∞= −+
)3(0
)2(
212
2222
IIiZ
VVVA
dì
oL 
TừØ (8) : )11()10(
2
3
1
3
1
21
2
3
1
31
R
V
R
V
R
RV
V
R
VV
R
VV o
o
Oo
−−−−
++−=⇒
−
=
−
Từ (9) : )13()12(
2
3
1
3
1
2
2
3
1
32
R
V
R
V
R
V
R
V
R
VV oo
++++
+=⇒=
−
)14(2
21
2
3 OV
RR
R
V
+
=+ Thay vào (11) ta có : 
)15)(( 12
1
2
21
21
2
12
2
1
1
2
ooooo VV
R
R
RR
RR
V
RR
R
V
R
R
V −=
+
+
+−= 
)16(
1
2
12 R
R
VV
V
A
oo
o =
−
=⇒ ΙΙ 
1
23
1212
12
12
)21(..
R
R
R
R
AA
VV
V
VV
VV
VV
V
A
Goo
oooo +==
−−
−
=
−
= ΙΙΙ (17) 
2. KD IA 2 OP-AMP 
=R1=R2
OA2OA1
>
I1 I2
>
V3
+
-
V1
R4 R3 R2
+
-
V2
R1
Vo
Từ 3 : )5()4(
2
2
1
2
1
3
22
12
1
23
R
V
R
V
R
V
R
V
R
VV
R
VV oo ++−=
−
=
− −−
2
1
2
1
4
3
1
2 )1()1( V
R
R
V
R
R
R
R
Vo +++−=⇒ 
)6)(
1
1
)(1( 1
2
1
4
3
2
1
2 V
R
R
R
R
V
R
R
+
+
−+= 
 42 
)1(1 2
1
2
GR
R
R
R
A ++= 
với Vo=A(V2-V1) (2) 
Nếu 
2
1
4
3 11
R
R
R
R
+=+ hay )7(
2
1
4
3
R
R
R
R
= Ta có : 
( ) )8(1 12
1
2 VV
R
R
Vo −





+= 
Để điều chỉnh độ lợi An thêm vào RG vào mạch trên : 
OA2OA1
>
I1 I2
>
V3
R2 R1
RG
+
-
V1
R2
+
-
V2
R1
Vo
V. Khuếch đại cầu cảm biến : 
 Từ hình vẽ ta có : 
 V1 = REFV
RR
R
.
)1(
)1(
1 σ
σ
++
+
 = 
 = 
σ
σ






+++
+
+
11
1
12
R
R
R
R
V
V
RR
R REF
REF (1) 
VREF 
vo 
V1 
R 
R1 
R(1+σ) 
R1 
V2 
sense 
RG 
Reference 
 43 
 V2 = REFV
RR
R
.
1 +
 (2) 
 Suy ra : V0 = A(V1 – V2) = A.VREF.
)1(11
1
1 σ
σ
+





+++
R
R
R
R
 (3)