Mạch điện tử - Chương 6: Op-Amp

1Chương 6: 
Op-Amp
Chương 6-2
NỘI DUNG
„ Giới thiệu Op-Amp
„ Mạch Op-Amp cơ bản
„ Mạch Op-Amp nâng cao
Chương 6-3
6.1 Giới thiệu Op-Amp 
„ Tên gọi
„ Cấu tạo
„ Ký hiệu
„ Đặc tính
„ Đặc tuyến
„ Mô hình Op-Amp lý tưởng
„ Mạch so sánh
„ Một số Op-Amp thực tế
Chương 6-4
Tên gọi Op-Amp
Vi mạch khuếch đại thuật tốn (Operational Amplifier) –
ký hiệu là OpAmp đầu tiên được dùng để nĩi về các 
mạch khuếch đại cĩ khả năng thay đổi theo mạch ghép 
nối bên ngồi để thực hiện các phép biển đổi tốn học 
như cộng trừ, biến đổi tỷ lệ, vi tích phân... trong các máy 
tính tương tự. 
Nhờ sự phát triển của cơng nghệ bán dẫn, Op-Amp ngày càng
trở nên tin cậy, kích thước nhỏ, ổn định nhiệt, vì vậy, ngày 
nay opamp được sử dụng như là thành phần cơ bản của các 
ứng dụng khuếch đại, biến đổi tín hiệu, các bộ lọc tích cực, 
tạo hàm và chuyển đổi.
Chương 6-5
Cấu tạo Op-Amp
Cơ sở của vi mạch khuếch đại thuật tốn là các tầng khuếch đại vi sai.
Các vi mạch khuếch đại thuật tốn bao gồm ba phần:
9 Khuếch đại vi sai:
Dùng khuếch đại tín hiệu vào, cĩ đặc điểm là khuếch đại nhiễu thấp,
trở kháng vào cao, thường đầu ra vi sai.
9 Khuếch đại điện áp:
Tạo ra hệ số khuếch đại điện áp cao, thường đầu ra đơn cực.
9 Khuếch đại đầu ra:
Dùng với tín hiệu ra, cho phép khả năng tải dịng lớn, trở kháng ra 
thấp, cĩ các mạch chống ngắn mạch và hạn chế dịng điện.
Chương 6-6
Ký hiệu Op-Amp
„ Vi+: ngõ vào khơng đảo 
„ Vo: ngõ ra
„ Vi-: ngõ vào đảo
„ +/-VS cung cấp nguồn
Chương 6-7
Đặc tính Op-Amp
„ Một bộ vi mạch khuếch đại thuật tốn khuếch đại vi sai điện áp 
vd= v1 – v2 giữa 2 tín hiệu vào. Hệ số khuếch đại điện áp hở
mạch được tính theo cơng thức: 
„ AOL=V0/Vd
„ vd: ngõ vào vi sai
„ AOL độ lợi áp vịng hở
„ Rd điện trở vào
„ R0 điện trở ra
„ BW=f1-f2 :bandwidth
20log ( )vd
VC
ACMRR dB
A
ρ= =
11 cdo d
d
VV VA CMRR V
⎛ ⎞= +⎜ ⎟⎝ ⎠
Chương 6-8
Đặc tuyến Op-Amp
+/- Vs ngưỡng điện thế ngõ vào (rất bé vài 
trăm micro vol)
+/-V0max giá trị cực đại ngõ ra
ΔVi < -Vs: vùng bão hịa âm
ΔVi > -Vs: vùng bão hịa dương
-Vs< ΔVi<+Vs: Vùng khuếch đại tuyến tính
Chương 6-9
Mô hình Op-Amp lý tưởng
0
V
i
o
A
R
R
≈ ∞
≈ ∞
≈
„ Để tránh tín hiệu ra bảo hịa khi tín hiệu vào quá
nhỏ , khơng dùng cách khuếch đại vịng hở khi 
khơng cần thiết.
„ Để tín hiệu vào lớn và tín hiệu ra khơng bị bão 
hồ ( khơng bị xén)Ỉ khuếch đại hồi tiếp ( cho 
1 phần tín hiệu ra vào lại ngõ vào)
Chương 6-10
Mạch so sánh dùng Op-Amp
™ So sánh khơng đảo:
y Điện thế chuẩn Vref > 0V đặt ở ngõ vào (-)
y Điện thế so sánh Ei đưa vào ngõ vào (+)
y Khi Ei > Vref thì V0 = +Vsat
y Khi Ei < Vref thì V0 = -Vsat
Chương 6-11
Mạch so sánh dùng Op-Amp (tt)
Mạch so sánh đảo:
„ Điện thế chuẩn Vref > 0V đặt ở ngõ vào (+)
„ Điện thế so sánh Ei đưa vào ngõ vào (-)
„ Khi Ei > Vref thì V0 = -Vsat
„ Khi Ei < Vref thì V0 = +Vsat
Chương 6-12
Mạch so sánh dùng Op-Amp (tt)
Mạch khuếch đại cĩ hồi tiếp:
Lúc này do vin so sánh với tín hiệu ngõ vào v+ là điện thế trên mạch phân áp 
R4-R2, nên theo sự biến thiên giữa hai mức điện áp của vout, mạch hồi tiếp cũng
cĩ hai ngưỡng so sánh là VH và VL.
Chương 6-13
Một số Op-Amp thông dụng
Chương 6-14
Một số Op-Amp thông dụng (tt)
„ LM381: low noise dual amp., audio.
Voltage gain= 112dB; BW = 75KHz; Rin= 100K; Rout= 150.
„ LM380: audio power amp.
Voltage gain= 34dB; BW= 100KHz; out-put power = 2W
„ MC1553: Video amp.
Voltage gain= 52dB; BW=20MHz
„ LM703: RF/IF amp.
Chương 6-15
Op-Amp đơn
Chương 6-16
Op-Amp kép
Chương 6-17
Op-Amp 4
Chương 6-18
6.2 Mạch Op-Amp cơ bản 
„ Mạch khuếch đại không đảo
„ Mạch khuếch đại đảo
„ Mạch khuếch đại tổng
„ Mạch khuếch đại vi sai
„ Mạch tích phân
„ Mạch vi phân
„ Mạch tạo hàm mũ
„ Mạch tạo hàm logarith
Chương 6-19
Mạch khuếch đại không đảo
2 2
1 1
1 1oo i
i
VR RV V A
R V R
⎛ ⎞⇒ = + ⇒ = = +⎜ ⎟⎝ ⎠
™Nhận xét:
Ngõ ra Vo cùng pha với ngõ vào Vi được gọi là ngõ vào khơng đảo. 
R2 đĩng vai trị hồi tiếp âm để tăng độ khuếch đại AV.
Khi R2 =0, ta cĩ: A=1 => Vo =Vi hoặc R1=∞ ta cũng cĩ A=1 và Vo= Vi . 
Lúc này mạch được gọi là mạch “voltage follower” thường được dùng 
làm mạch đệm (buffer) vì cĩ tổng trở vào lớn và tổng trở ra nhỏ như mạch cực 
thu chung ở BJT.
Chương 6-20
Mạch khuếch đại đảo
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 đĩng vai trị mạch hồi tiếp âm. R2 càng lớn (hồi tiếp âm càng nhỏ) 
độ khuếch đại của mạch càng lớn. 
Mạch cĩ khả năng khuếch đại điện áp DC lẫn AC
Chương 6-21
Mạch khuếch đại cộng
01 2
1 2
1 2
1 2
0 ... 0
...
n
n f
n
o f
n
V VV Vv v
R R R R
VV VV R
R R R
+ −= = ⇒ + + + + =
⎛ ⎞= − + + +⎜ ⎟⎝ ⎠
9Nhận 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 ...fo nRV V V VR= − + + +
Chương 6-22
Mạch khuếch đại cộng (tt)
1 2
1 2
...
1 1 1 1...
1 2
n
f n
o
N
n
VV V
R R R RV
R
R R R
⎛ ⎞+ + +⎜ ⎟⎛ ⎞ ⎜ ⎟= + ×⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ + +⎜ ⎟⎝ ⎠
9Nhận 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 ...fo n
N
R
V V V V
R
⎛ ⎞= + × + + +⎜ ⎟⎝ ⎠
Chương 6-23
Mạch khuếch đại vi sai
2 1
2 1 1
1g f fo
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
1fo
R
V V V
R
= × −
Chương 6-24
Mạch tích phân
( ) ( ) ( )
0
1 1 0
t
o i i oV V t dt V t dt V tRC 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.
Ngồi ra chúng ra cịn cĩ thể lấy tích phân của một tổng.
1
cf RC
=
Chương 6-25
Mạch vi phân
0
i
oi o
v v
dvV 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 đĩ đặc tuyến 
biên độ-tần số: cĩ độ dốc 20dB/decade.
1
cf RC
=
( )o
i
V f
V
ω=
Chương 6-26
Mạch tạo hàm mũ
 : điện áp rơi trên hai đầu diode
 : dịng ngược bão hịa
1
. . .
. .
i
i
V
V V
o s
V
s
V R I e k e
k R I e
γ
γ
= − =
= −
Vγ
sI
Chương 6-27
Mạch tạo hàm logarith
 : điện áp rơi trên hai đầu diode
 : dịng ngược bão hịa
( ) ( )ln ln lnio i s
s
VV V V V V RI
I Rγ γ γ
⎛ ⎞= − = − +⎜ ⎟⎝ ⎠
Vγ
sI
Chương 6-28
6.3 Mạch Op-Amp nâng cao 
„ Mạch chuyển đổi dòng sang áp
„ Mạch chuyển đổi áp sang dòng
„ Mạch khuếch đại dòng
„ Mạch khuếch đại instrumentation
Chương 6-29
Mạch chuyển đổi dòng sang áp
Cịn gọi là bộ khuếch đại biến đổi điện trở, cĩ đầu vào là ii
và đầu ra là: vo =Aii trong đĩ: A là độ lợi của mạch.
Xem hình trên ta cĩ: ii +(vo -0)/R=0 hay vo = -Rii
Chương 6-30
Mạch chuyển đổi áp sang dòng
)3(2,1
)2(0
)1(
R
V
R
VIi
IiiZ
VVVA
i
o
odi
ioL
===⇒
=⇒=⇒∞=
==⇒∞=
−
−+
Chương 6-31
Mạch khuếch đại dòng
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +==
1
21
R
R
i
i
A
i
o
i
Chương 6-32
Mạch khuếch đại instrumentation
Vo = A(v2 – v1)
A = A1 .A2 = (1+2R3/RG).(R2/R1)
Chương 6-33
Mạch khuếch đại instrumentation (tt)
vo = -R2v3 /R1 +(1+R2)v2 /R1
Chương 6-34
TÓM TẮT
„ Giới thiệu Op-Amp
„ Mạch Op-Amp cơ bản
„ Mạch Op-Amp nâng cao