Op-amp khuếch đại thuật toán là gì?

Mạch khuếch đại thuật toán, hay còn được gọi tắt là op-amp, là một mạch khuếch đại tín hiệu có hệ số khuếch đại cao, đầu vào vi sai và đầu ra đơn. Op-amp thường 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. Op-amp là một vi mạch tương tự rất thông dụng vì có nhiều ưu điểm:

Op-amp là gì?

Op-amp là một mạch khuếch đại “DC-coupled” (tín hiệu đầu vào bao gồm cả tín hiệu BIAS) với hệ số khuếch đại rất cao, đầu vào vi sai và đầu ra đơn. Các ưu điểm của op-amp bao gồm:

Bạn đang xem: Op-amp khuếch đại thuật toán là gì?

• Hai ngõ vào đảo và không đảo cho phép op-amp khuếch đại được nguồn tín hiệu có tính đối xứng.
• Ngõ ra chỉ khuếch đại sự sai lệch giữa hai tín hiệu ngõ vào, giúp op-amp có độ miễn nhiễu rất cao.
• Hệ số khuếch đại của op-amp rất lớn, cho phép khuếch đại cả những tín hiệu với biên độ nhỏ.
• Các mạch khuếch đại vi sai trong op-amp được chế tạo trên cùng một phiến, nên độ ổn định nhiệt rất cao.
• Điện áp phân cực ngõ vào và ngõ ra bằng không khi không có tín hiệu, dễ dàng trong việc chuẩn hoá khi lắp ghép giữa các khối.
• Tổng trở ngõ vào của op-amp rất lớn, cho phép khuếch đại những nguồn tín hiệu có công suất bé.
• Tổng trở ngõ ra thấp, cho phép op-amp cung cấp dòng tốt cho phụ tải.
• Băng thông rất rộng, cho phép op-amp làm việc tốt với nhiều dạng nguồn tín hiệu khác nhau.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của op-amp

Cấu tạo của op-amp

Op-amp bao gồm ba khối chính:

• Khối 1: Tầng khuếch đại vi sai (Differential Amplifier) khuếch đại độ sai lệch tín hiệu giữa hai ngõ vào.
• Khối 2: Tầng khuếch đại trung gian, tạo nên một mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại rất lớn.
• Khối 3: Tầng khuếch đại đệm, tăng dòng cung cấp ra tải và giảm tổng trở ngõ ra.

Op-amp thực tế có một số khác biệt so với op-amp lý tưởng. Tuy nhiên, để dễ dàng trong việc tính toán trên op-amp, người ta thường tính trên op-amp lý tưởng và sau đó sử dụng các biện pháp bổ chính (bù) để op-amp thực tế tiệm cận với op-amp lý tưởng.

Nguyên lý hoạt động

Xem thêm : Đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm HC-SRF04 sử dụng board Arduino Uno

Op-amp có thể đáp ứng tín hiệu ngõ ra Vo dựa trên các cách đưa tín hiệu ngõ vào như sau:

• Đưa tín hiệu vào ngõ vào đảo, ngõ vào không đảo nối mass: Vout = Av0.V+
• Đưa tín hiệu vào ngõ vào không đảo, ngõ vào đảo nối mass: Vout = Av0.V-
• Đưa tín hiệu vào đồng thời trên hai ngõ vào: Vout = Av0.(V+-V-) = Av0.(ΔVin)

Op-amp có đặc tính truyền đạt như trong hình vẽ. Có ba vùng đáng chú ý:

• Vùng khuếch đại tuyến tính: trong vùng này, điện áp ngõ ra tỉ lệ với tín hiệu ngõ vào theo quan hệ tuyến tính.
• Vùng bão hoà dương: bất chấp tín hiệu ngõ vào, ngõ ra luôn ở +Vcc.
• Vùng bão hoà âm: bất chấp tín hiệu ngõ vào, ngõ ra luôn ở -Vcc.

Op-amp thường làm việc trong chế độ khuếch đại tuyến tính, trong đó phản hồi âm được sử dụng để giảm hệ số khuếch đại vòng hở và mở rộng vùng làm việc tuyến tính. Op-amp trong chế độ này được gọi là trạng thái vòng kín.

Nguồn cung cấp

Op-amp không nhất thiết phải sử dụng một nguồn đối xứng ±15VDC, mà có thể làm việc với một nguồn không đối xứng có giá trị thấp hơn hoặc một nguồn đơn. Tuy nhiên, việc thay đổi nguồn cung cấp cũng ảnh hưởng đến một số tính chất, ví dụ như điện áp tham chiếu.

Mạch so sánh và Schmitt Trigger

Xem thêm : Điện trở công suất là gì? 4 loại điện trở phổ biến nhất

Mạch so sánh và mạch Schmitt Trigger là hai dạng mạch sử dụng op-amp với mục đích so sánh tín hiệu. Mạch so sánh tận dụng hệ số khuếch đại vòng hở trong op-amp và thường được sử dụng cho các mạch chuyển đổi. Mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh có phản hồi, giúp khắc phục nhược điểm của mạch so sánh.

Ứng dụng của IC khuếch đại thuật toán trong thiết kế điện tử

Việc sử dụng op-amp trong mạch điện tử giúp dễ dàng và sáng sủa hơn trong việc thiết kế. Op-amp có thể được sử dụng như một khối mạch điện, giúp tiết kiệm thời gian tính toán và xác định thông số của các phần tử trong mạch. Việc thiết kế mạch được thực hiện với sự trợ giúp của các công cụ mô phỏng trên máy tính.

Op-amp thuật toán thông dụng và các linh kiện khác được chọn lựa sao cho phù hợp và nằm trong giới hạn cho phép. Sau đó, sản phẩm mẫu được thực hiện và thử nghiệm. Các thay đổi sẽ được thực hiện để tăng cường đặc tính, thay đổi chức năng hoặc giảm giá thành của mạch.

Với ứng dụng đa dạng và tiện ích của IC khuếch đại thuật toán, nó đã trở thành một phần không thể thiếu trong thiết kế điện tử hiện đại.

Images courtesy of the original article.

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