Tìm hiểu về IC khuếch đại thuật toán Op Amp

Op Amp là gì?

Op Amp, viết tắt của operational amplifier hay khuếch đại thuật toán, là một mạch khuếch đại “DC-coupled” với hệ số khuếch đại cao, đầu vào vi sai, và đầu ra đơn. Trong ứng dụng thông thường, đầu ra được điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âm để xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào và tổng trở đầu ra.

Bạn đang xem: Tìm hiểu về IC khuếch đại thuật toán Op Amp

Op Amp là một thiết bị khuếch đại điện áp được thiết kế để sử dụng với các linh kiện phản hồi bên ngoài như điện trở và tụ điện giữa các đầu ra và đầu vào của nó. Các linh kiện phản hồi này xác định chức năng kết quả hoặc “thuật toán” của bộ khuếch đại. Với các cấu hình phản hồi khác nhau như điện trở, điện dung hoặc cả hai, bộ khuếch đại có thể thực hiện nhiều hoạt động khác nhau, từ đó có tên gọi khuếch đại thuật toán.

IC OPAMP LM318N

Ở Op Amp, có những ưu điểm như:

• Hai ngõ vào đảo và không đảo cho phép Op Amp khuếch đại tốt nguồn tín hiệu.
• Ngõ ra chịu trách nhiệm khuếch đại sự sai lệch ở 2 tín hiệu ngõ vào, vì thế, Op-Amps thường có khả năng khuếch đại tín hiệu ở tần số thấp.
• Op Amp có hệ số khuếch đại lớn, cho phép khuếch đại tín hiệu ở biên độ vài chục microVolt.
• Op Amp có thể làm việc tốt với rất nhiều dạng nguồn tín hiệu khác nhau.

Xem thêm : Khám phá điện cảm và Henry: 1H tương đương bao nhiêu mH, kH, Wb/A?

Cấu tạo của Op Amp

• Khối 1: Tầng khuếch đại vi sai (Differential Amplifier) khuếch đại độ sai lệch tín hiệu giữa hai ngõ vào V+ và V-. Nó có độ miễn nhiễu cao, khuếch đại được tín hiệu biến thiên chậm, và tổng trở ngõ vào lớn.
• Khối 2: Tầng khuếch đại trung gian, bao gồm nhiều tầng khuếch đại vi sai mắc nối tiếp nhau tạo nên một mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại rất lớn, nhằm tăng độ nhạy cho Op Amp. Tầng này còn có tầng dịch mức DC để đặt mức phân cực DC ở ngõ ra.
• Khối 3: Tầng khuếch đại đệm, nhằm tăng dòng cung cấp ra tải, giảm tổng trở ngõ ra giúp Op-Amps phối hợp dễ dàng với nhiều dạng tải khác nhau.

Nguyên lý hoạt động của Op Amp

Dựa trên ký hiệu của Op-Amp, tín hiệu ngõ ra V0 được đưa vào như sau:

• Đưa tín hiệu từ ngõ vào đảo: Vout = Av0 x V+
• Đưa tín hiệu vào ngõ không vào đảo: Vout = Av0 x V-
• Đưa tín hiệu vào trên cả hai ngõ một cách đồng thời: Vout = Av0.((V+) – (V-)) = Vout = Av0 x (ΔVin)

Đặc tính của Op Amp thể hiện ở 3 vùng:

• Vùng khuếch đại tuyến tính: Điện áp ngõ ra V0 tỉ lệ với tín hiệu ngõ vào theo quan hệ tuyến tính.
• Vùng bão hòa dương: Tín hiệu ngõ ra và ngõ vào đều ở mức +Vcc.
• Vùng bão hòa âm: Tín hiệu ngõ ra và ngõ vào đều ở mức -Vcc.

Ký hiệu Op Amp

Xem thêm : Chuyển Đổi Giữa Số Và String Trong C++

Trên thực tế, rất ít khi dùng Op Amp làm việc ở trạng thái vòng hở. Bởi vì số khuếch đại áp lớn nhưng điện áp ở ngõ vào lại quá bé. Một tín hiệu nhiễu nhỏ cũng có thể làm điện áp ngõ ra ở vùng bão hòa âm hoặc dương. Do đó, mạch khuếch đại sẽ dễ bị tạo xung và dao động.

Thường làm việc ở chế độ khuếch đại tuyến tính, người ta sẽ sử dụng phản hồi âm để giảm hệ số khuếch đại vòng hở xuống mức phù hợp. Vùng làm việc tuyến tính của Op Amp sẽ được mở rộng và Op Amp sẽ hoạt động ổn định.

Đặc tính của Op Amp

• Độ lợi vòng lặp hở: Độ lợi vòng lặp hở là độ lợi của Op Amp không có phản hồi dương hoặc âm. Độ lợi vòng lặp hở thường nằm trong khoảng từ 20.000 đến 200.000.
• Trở kháng đầu vào: Tỷ số giữa điện áp đầu vào và dòng điện đầu vào. Giá trị này phải là vô hạn và không có sự rò rỉ nào của dòng điện từ nguồn cấp đến các đầu vào. Tuy nhiên, có thể có một vài sự cố rò rỉ nhỏ trong hầu hết các Op Amp.
• Trở kháng đầu ra: Op Amp lý tưởng phải có trở kháng đầu ra bằng không, không có nội trở. Điều này cho phép cung cấp đầy đủ dòng điện cho tải kết nối với đầu ra.
• Chiều rộng băng tần: Op Amp lý tưởng phải có đáp ứng tần số vô hạn để khuếch đại bất kỳ tần số nào từ tín hiệu DC đến tần số AC cao nhất. Tuy nhiên, hầu hết các Op Amp có băng thông hạn chế.
• Giá trị bù: Đầu ra của Op Amp phải bằng không khi chênh lệch điện áp giữa các đầu vào bằng không. Tuy nhiên, trong hầu hết các Op Amp, đầu ra sẽ không bằng 0 khi tắt và sẽ có một ít điện áp.

Ứng dụng của Op Amp

Op Amp được sử dụng như một khối mạch điện để dễ dàng tính toán các thông số của các phần tử có trong mạch. Các Op Amp đầu tiên có thể được sử dụng như một khối mạch điện nếu có độ lớn đủ để khuếch đại. Trong các mạch sau, giới hạn của tầng khuếch đại sẽ lớn hơn, nó được áp đặt vào các dải thông số ở mỗi mạch.

Việc thiết kế Op Amp tương tự như thiết kế mạch khác. Các đặc tính trong mạch được vẽ ra trước để xác định những gì mạch cần thực hiện. Ví dụ, độ lợi cần là 100 lần, sai số không vượt quá 5%, thay đổi ít hơn 1% khi nhiệt độ thay đổi, tổng trở đầu vào không nhỏ hơn 1 MΩ.

Tất nhiên, các mẫu mạch được ứng dụng sẽ được thực hiện chặt chẽ và thử nghiệm. Những thay đổi sẽ được tính toán để đạt hoặc tăng cường những đặc tính khác nhau.

Nguồn: https://cite.edu.vn
Danh mục: Học tập