BỘ GIÁO DỤC VÀO ĐÀO TẠO
ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Bộ Môn Cơ Sở Kỹ Thuật Điện

Chương 10
0 : OP-AMP

CuuDuongThanCong.com

/>

10.1 Cấu trúc mạch
10.1.1. giới thiệu

Một mạch khuếch đại thuật toán tiêu biểu gồm 3 tầng phân biệt
+ tầng khuếch đại vi sai ngõ
gõ vào
+ tầng khuếch đại dời mức
+ tầng lấy tín hiệu ngõ ra

2
CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.1. giới thiệu
Kí hiệu mạch khuếch đại

CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi
v sai:
a. Mạch khuếch đại vi sai:

4
CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi sai:
Đặc điểm của mạch KĐVS:
Hai ngõ vào có các tín hiệu bao gồm:
 Tín hiệu cách chung (com
common): hai tín hiệu vào cùng
pha và cùng biên độ
vic1  vic 2  vic
 Tín hiệu vi sai (different
ential): nếu hai tín hiệu ngõ vào
ngược pha và cùng biên độ.
vid  vid1  vid 2  2vid1  2vid 2

hay

vid 1  vid 2  vid / 2

 Có hai ngõ ra đơn cực (VO1, VO2) và một ngõ ra vi sai
(VO12).

5
CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi sai:
Xét phân cực DC:

Ta có:

V E  0  V BE  0,7(V )
V E  (V EE ) V EE  0,7

IE 
RE
RE

I C1  I C 2

IE

2

Và:
VCE1  VCE 2  VCC  VEE

IE
 RC  I E RE
2
6


CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi sai:
Xét tín hiệu AC:
 Xét tín hiệu cách chung, ta có
c mạch tương đương
 Ta có
vO1  v O 2   h fe RC

 Hệ số khuếch đại của tín hiệu cách chung:
AVC1  AVC 2

h fe RC
vO
 AC 

vC
hie  2(h fe  1) R E
7

CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi sai:
Xét tín hiệu AC – tín hiệu vi sai:
s

 Hệ số KĐVS tầng 1:

AVd 1

 Hệ số KĐVS tầng 2:

AVd 2 

 Đặt:

Ad  

h fe RC

h fe RC
vO


vid 1
hie
h fe RC
VO

Vid 2
hie

hie

 Suy ra:
vO1  AC viC  Ad


vid

vO 2  AC viC  Ad

vid

2
2

vO12  vO1  vO 2  Ad vid
8
CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi sai:
So sánh cách chung và vi sai
ai:

Trong hoạt động với tín
tí hiệu cách chung (
common mode): kết quả tín hiệu ở ngõ ra vi
sai bằng zero, vì tín hiệu ở hai cực collector
của hai transistor đối xứng nhau đối với tín
hiệu này..
Và trong hoạt động với tín hiệu vi sai cho độ
lợi lớn hơn rất nhiều so với tín hiệu cách
chung..
9

CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi
v sai:

Tỉ số triệt tín hiệu đồng pha(CMRR:
ph
Common
Mode Rejection Ratio)
Trong KĐVS thì một bộ KĐVS lý tưởng có AVC =
0, hay nói cách khác tín hiệu nhiễu tại mỗi ngõ ra
đơn cực phải bằng 0, nhưng thực tế khó đạt được
vì để AVC = 0 thì RE ->
> ∞. Để đo lường sự sai lệch
so với lý tưởng người ta định nghĩa một hệ số gọi
là tỉ số triệt tín hiệu đồng pha (CMRR):

Ad
CMRR 
AC
10
CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi
v sai:


Biện pháp làm tăng hệ số CMRR

Để tăng CMRR biện pháp thường dùng là thay RE bằng
một nguồn dòng.
Ad
CMRR 
AC

11
CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi
v sai:

Gương dòng điện:
(giới thiệu gương dòng điện cơ bản)
Chức năng:
 Tạo ra một nguồn dòng ổn định
tại cực thu của transistor.
 Có điện trở ngõ ra rất lớn vì:
 Nguồn dịng thường có giá
trị rất bé từ 10-100
 ngõ ra của gương dòng điện
theo dạng CB điện trở ngõ
gõ ra
rất lớn

12

CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi sai:
Hoạt động của gương dòng
ng điện
 IR là dịng điện chuẩn.
 Q1 có cực B và C nối chung lại, nên Q1 được nối thành diode.
 Giả sử Q1, Q2 được chế trên cùng một một chíp có các thơng
số giống hệt nhau
VBE1  VBE 2

I E1  I E 2  I E

IB 

 2
I R  I C  2I B 
IE
 1

IE
 I B1  I B 2
 1

IC 

I E
 I C1  I C 2

 1

 I E (   1)
IC2

1



(   1)(   2) I E   2 1  2
IR



 Giả sử 1  2   1 rất lớn nên
nê do đó IC2 = IR. Vậy dòng điện
IR gần bằng dòng IC2 của Q2 nên gọi là gương dòng điện.

13
CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi sai:
Gương dòng điện cơ bản:

Đối với gương dòng điện cơ bản dòng
IR 

VCC  (V EE )  V BE1

R

Tổng trở ngõ ra là:
Z O  rO  1

hoe
o

14
CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi sai:
Bus phâ n cực:
Chính gương dịng điện cơ
bản đã tạo ra các dịng ổn
định có các thơng số khá
hác
nhau.
Các dịng khác nhau này dựa
trên tính chất dòng điện cực
thu tỉ lệ với dòng điện bảo
hòa IS trong transistor đơn
khối, dòng điện bảo hòa tỉ lệ
với kích thước transistor và
v
kích thước của vi mạch
15
CuuDuongThanCong.com


/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi sai:

Tải tích cực:

Thay vì dùng điện trở
mắc nối tiếp với cực
C của Q1 và Q2
trong mạch khuếch
đại vi sai, người ta
dùng transistor đóng
vai trị như điện trở
để tạo thành tải tích
cực
16
CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi
v sai:
Tầng dời mức:
 Tầng dời mức có chức năng là dịch mức điện áp DC tại cực
C của tầng KĐ vi sai xuống dưới mức điện áp thấp để ngõ
ra của op-amp có mức điện áp
á 0VDC khi ngõ vàoVin =
0VDC .


17
CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.2 Tầng khuếch đại vi sai:

Mạch xuất tín hiệu ngõ ra:
Có nhiệm vụ khuếch đại dịng,có
dị
tổng trở ngõ ra nhỏ, có
khả năng cho tín hiệu AC lớn nhưng vẫn khơng bị méo.
Các mạch xuất tín hiệu ngõ
gõ ra thường có dạng là mạch
KĐ công suất đẩy kéo.

18
CuuDuongThanCong.com

/>

10.1.3 Khảo sát sơ đồ nguyên lý của mạch Op-Amp

19
CuuDuongThanCong.com

/>

Đặc điểm của Opamp
Op

lý tưởng:
Có độ lợi áp lớn, một opop amp lý tưởng thì có
độ lợi bằng vơ cùng.
Tổng trở ngõ vào lớn, lý tưởng bằng vô cùng.
Tổng trở ngõ ra bé,trường hợp lý tưởng bằng
0.
Điện áp ngõ ra bằng 0 khi
k điện áp vào bằng 0.
CMRR lớn, lý tưởng bằng vô cùng.
20
CuuDuongThanCong.com

/>

10.2 Ứng dụng ở chế độ KĐ
10.2.1. KĐKĐ:
a. AVCL

AVOL  AV  A

RI
vO  Avid  vi  v A A  A vi  vO
RI  R F

vO 

AVCL 

AVCL






Avi
RI
1 A
RI  RF

vO

vi

A
1 A

RI
R I  RF

vO R I  R F
RF


1
RI
vi
RI
21

CuuDuongThanCong.com


/>

10.2 Ứng dụng ở chế độ KĐ
10.2.1. KĐKĐ:
b.Tổng trở ngõ vào
v id  i I R id

Z

i



Vi
Ii

vO  AVid  AiI Rid

i I Rid  vi  A

i I RI
Rid
RI  RF



RI
vi   Rid  A
Rid   i I

RI  RF



vi
RI
Rid
Z i   Rid  A
RI  R F
iI

Rid  2hie  2rx  r 
22
CuuDuongThanCong.com

/>

10.2 Ứng dụng ở chế độ KĐ
10.2.1. KĐKĐ:
b. Tổng trở ra

vO
Zo 
vi  0
iO
Zo 

RI
vid  0  v A  vO
RI  RF


vO  iO rO  Avid

vO
rO

 rO
iO 1  ARI
RI  RF

iO rO
vO 
ARI
1
RI  RF

AR I
v O  iO rO  v O
RI  RF
23

CuuDuongThanCong.com

/>

10.2 Ứng dụng ở chế độ KĐ
10.2.2. Khuếch đại đảo:
Giả định về dịng điện: “
đối với op-amp lý
tưởng thì xem tổng trở

vào Zi = ∞ nên có thể
xem như khơng có
dịng điện chạy vào opamp”.
vid vid
iid 

0
Ri


24
CuuDuongThanCong.com

/>

10.2 Ứng dụng ở chế độ KĐ
Hệ số ACLcủa KĐĐ
Cách 1: tính chính xác
iI 

vi  v A v A  vO
 iF

RI
RF

vid  vB  v A   0  v A 

vo
A


vi  vid  vid  vO

RI
RF
AVCL 

A CL

vO
ARF

vi
RF  1  ARI

Cách 2: tính gần đúng
Theo giảđịnh vềáp ta có

iI  iF 

ACL

vi  0 0  vO

RI
RF

vO
RF



vi
RI

vO
RF

 
vi
RI
25
CuuDuongThanCong.com

/>