Kỹ thuật điện tử
Kỹ thuật điện tử
Nguyễn Duy Nhật Viễn

Chương 4
Chương 4
OPAMP và ứng dụng
OPAMP và ứng dụng


Nội dung
Nội dung

Khái
Khái


niệm
niệm
OPAMP
OPAMP

Ứng
Ứng


dụng
dụng

Mạch khuếch đại không đảo


Mạch khuếch đại đảo

Mạch khuếch đại đệm

Mạch cộng đảo

Mạch trừ

Mạch tích phân

Mạch vi phân

Khái niệm OPAMP
Khái niệm OPAMP


OPAMP (Operational Amplifier)
OPAMP (Operational Amplifier)

Khuếch đại: Biến đổi tín hiệu ngõ vào thành tín hiệu ngõ ra cùng dạng nhưng
Khuếch đại: Biến đổi tín hiệu ngõ vào thành tín hiệu ngõ ra cùng dạng nhưng
có biên độ lớn hơn.
có biên độ lớn hơn.

Khuếch đại thuật toán: bộ khuếch đại được sử dụng với mục đích thực hiện
Khuếch đại thuật toán: bộ khuếch đại được sử dụng với mục đích thực hiện
phép tính toán học.
phép tính toán học.


OPAMP là một mạch tích hợp IC (Integrated Circuit) tuyến tính (cho tín hiệu
OPAMP là một mạch tích hợp IC (Integrated Circuit) tuyến tính (cho tín hiệu
tương tự).
tương tự).

IC tích hợp nhiều linh kiện thành một mạch thực hiện một chức năng nhất
IC tích hợp nhiều linh kiện thành một mạch thực hiện một chức năng nhất
định.
định.


OPAMP
OPAMP
•
i
(+)
, i
(-)
: dòng vào OP-AMP ở ngõ vào không đảo và đảo.
•
v
id
: điện áp vào giữa hai ngõ vào không đảo và đảo của OPAMP.
•
+V
S
, -V
S
: nguồn DC cung cấp, thường là +15V và –15V
•

R
i
: điện trở vào
•
A : độ lợi của OPAMP. Với OPAMP lý tưởng, độ lợi bằg vô cùng.
•
R
O
: điện trở ra của OPAMP, lý tưởng bằng 0.
•
v
O
: điện áp ra; v
O
= A
OL
v
id
trong đó, A
OL
độ lợi điện áp vòng hở
+V
+V
S
S
-V
-V
S
S
v

v
id
id
Inverting
Inverting
Noninverting
Noninverting
Output
Output
+
+
_
_
i
i
(-)
(-)
i
i
(+)
(+)
v
v
O
O
= A
= A
d
d
v

v
id
id
R
R
O
O
A
A
R
R
i
i
N
N
P
P


OPAMP
OPAMP

Đặc trưng của OPAMP lý tưởng:
Đặc trưng của OPAMP lý tưởng:

R
i
= ∞

R

o
= 0

A
OL
= ∞

Băng thông phẳng và rộng vô cùng.

Ổn định nhiệt.

Cân bằng lý tưởng

Ứng dụng
Ứng dụng


Mạch khuếch đại không đảo
Mạch khuếch đại không đảo

v
v
in
in
: điện áp vào.
: điện áp vào.

v
v
o

o
: điện áp ra.
: điện áp ra.

R
R
F
F
: điện trở hồi tiếp.
: điện trở hồi tiếp.

R
R
1
1
: điện trở lấy tín hiệu.
: điện trở lấy tín hiệu.

Giả sử OPAMP là lý tưởng:
Giả sử OPAMP là lý tưởng:

A
OL
=∞. v
id
= v
o
/A
OL
nên

v
v
id
id
=0
=0

R
in
= ∞.
i(+) = i(-) =
i(+) = i(-) = v
id
/R
in
=
0
0

Áp dụng KVL:
Áp dụng KVL:

v
in
=v
id
+v
1
=v
1.


Áp dụng KCL cho nút N:
Áp dụng KCL cho nút N:

i
F
=i
1
+i
(-)
=i
1.

(v
(v
o
o
-v
-v
1
1
)/R
)/R
F
F
=v
=v
1
1
/R

/R
1
1
.
.

v
v
0
0
=
=
v
v
in
in
+ v
+ v
in
in
R
R
F
F





R

R
1
1

Điện áp ra:
Điện áp ra:



v
v
o
o
= v
= v
in
in
R
R
F
F
+ 1
+ 1



R
R
1
1

+
_
v
in
+
+
-
v
O
v
id
i
(+)
i
(-)
i
O
i
F
R
F
R
1
i
1
_
v
F
+
_

v
1
+
_
i
L
N
P
`
Độ lợi điện áp
vòng kín A
V


Mạch khuếch đại đảo
Mạch khuếch đại đảo

v
v
in
in
: điện áp vào.
: điện áp vào.

v
v
o
o
: điện áp ra.
: điện áp ra.


R
R
F
F
: điện trở hồi tiếp.
: điện trở hồi tiếp.

R
R
1
1
: điện trở lấy tín hiệu.
: điện trở lấy tín hiệu.

Giả sử OPAMP là lý tưởng:
Giả sử OPAMP là lý tưởng:

A
OL
=∞. v
id
= v
o
/A
OL
⇒
v
v
id

id
=0
=0

R
in
= ∞. i
(+)
= i
(-)
= v
id
/R
in
⇒
i
i
(+)
(+)
= i
= i
(-)
(-)
=
=
0
0

Áp dụng KCL cho nút N:
Áp dụng KCL cho nút N:


I
1
=i
F
+i
(-)
=i
F.

v
v
in
in
/R
/R
1
1
=(v
=(v
id
id
-v
-v
o
o
)/R
)/R
F
F

.
.

Điện áp ra:
Điện áp ra:

v
v
o
o
= - v
= - v
in
in
R
R
1
1



R
R
F
F

Độ lợi vòng kín: Av = R
Độ lợi vòng kín: Av = R
F
F

/R
/R
1
1
+
+
_
_
v
v
O
O
+
+
-
-
v
v
in
in
+
+
_
_
R
R
1
1
i
i

1
1
R
R
F
F
i
i
F
F
N
N
P
P


Mạch khuếch đại đệm
Mạch khuếch đại đệm

R
R
F
F
=0.
=0.

R
R
1
1

=
=
∞
∞
.
.

v
v
o
o
=v
=v
in.
in.
+
+
_
_
v
v
in
in
+
+
+
+
-
-
v

v
O
O
v
v
id
id
i
i
(+)
(+)
i
i
(-)
(-)
i
i
O
O
_
_
i
i
L
L
N
N
P
P
+

+
_
_
v
v
in
in
= v
= v
o
o
v
v
in
in
+
+
_
_
+
+
-
-
v
v
O
O

R
F

=0.

R
1
=0.

v
o
=v
in.
Độ lợi điện áp vòng kín: Av = Ai = 1
Độ lợi điện áp vòng kín: Av = Ai = 1
•
Thường sử dụng để phối hợp trở kháng.
•
Trở kháng vào rất lớn.
•
Trở kháng ra rất bé.
•
Không suy giảm tín hiệu, đặc biệt với tín hiệu nhỏ.


Mạch cộng không đảo
Mạch cộng không đảo

Giả sử OPAMP là lý tưởng:
Giả sử OPAMP là lý tưởng:

A
OL

=∞. v
id
= v
o
/A
OL
⇒
v
v
id
id
=0
=0

⇒


v
v
N
N
=v
=v
P
P
=v
=v

R
in

= ∞. i
(+)
= i
(-)
= v
id
/R
in
⇒
i
i
(+)
(+)
= i
= i
(-)
(-)
=
=
0
0

Áp dụng KCL cho nút N:
Áp dụng KCL cho nút N:

I=i
F
+i
(-)
=i

F.

v/R=v
F
/R
F
=(v-v
o
)/R
F
.

v=v
o
R/(R+R
F
).

Áp dụng KCL cho nút P:
Áp dụng KCL cho nút P:

i
1
+i
2
+ +i
n
=i
(+)
=0.


(v
1
-v)/R
1
+(v
2
-v)/R
2
+ +(v
n
-v)/R
n
=0.

v
1
+ v
2
+ + v
n
= v 1 + 1 + +1


R
1
R
2
R
n

R
1
R
2
R
n

Suy ra:

v
1
+ v
2
+ + v
n


v
o
= (R+R
F
) R
1
R
2
R
n

R 1 + 1 + +1


R
1
R
2
R
n
+
_
v
1
+
-
v
O
v
id
i
(+)
i
(-)
i
O
i
F
R
F
R
i
v
F

+
_
v
+
_
i
L
N
P
v
2
v
n

R
1
R
2
R
n
i
1
i
n
i
2
v1-vn: các nguồn tín hiệu vào.


Mạch cộng đảo

Mạch cộng đảo
v
v
1
1
-v
-v
n
n
: các nguồn tín hiệu vào.
: các nguồn tín hiệu vào.

Giả sử OPAMP là lý tưởng:
Giả sử OPAMP là lý tưởng:

A
OL
=∞. v
id
= v
o
/A
OL
⇒
v
v
id
id
=0
=0


⇒


v
v
N
N
=v
=v
P
P
=0
=0

R
in
= ∞. i
(+)
= i
(-)
= v
id
/R
in
⇒
i
i
(+)
(+)

= i
= i
(-)
(-)
=
=
0
0

Áp dụng KCL cho nút N:
Áp dụng KCL cho nút N:

i1+i2+ +in=i(-)+iF=iF.

v1+ v2 + + vn = -v
O

R1 R2 Rn RF

Suy ra:
Suy ra:

vo= -R
F
v1+ v2 + + vn

R1 R2 Rn
+
+
_

_
v
v
O
O
+
+
-
-
R
R
F
F
i
i
F
F
N
N
P
P
v
v
1
1
v
v
2
2
v

v
n
n


R
R
1
1
R
R
2
2
R
R
n
n
i
i
1
1
i
i
n
n
i
i
2
2
i

(-)
i
(+)


Mạch trừ
Mạch trừ

Giả sử OPAMP là lý tưởng:
Giả sử OPAMP là lý tưởng:

A
OL
=∞. v
id
= v
o
/A
OL
⇒
v
v
id
id
=0
=0

⇒



v
v
N
N
=v
=v
P
P

R
in
= ∞. i
(+)
= i
(-)
= v
id
/R
in
⇒
i
i
(+)
(+)
= i
= i
(-)
(-)
=
=

0
0

Áp dụng KCL tại nút N:
Áp dụng KCL tại nút N:

i
1
=i
F
+i
(-)
=i
F
.

(v
2
-v
N
)/R
1
=(v
N
-v
O
)/R
2
.


v
O
=v
N
(R
1
+R
2
)/R
1
-v
2
R
2
/R
1
.

Áp dụng KLC tại nút P:
Áp dụng KLC tại nút P:

i
2
+i
(+)
=i
4.

(v
1

-v
P
)/R
3
=v
P
/R
4
.

v
P
=v
1
R
4
/(R
3
+R
4
).

Suy ra:
Suy ra:

v
v
o
o
=v

=v
1
1
R
R
4
4
(R
(R
1
1
+R
+R
2
2
)
)


- v
- v
2
2
R
R
2
2






(R
(R
3
3
+R
+R
4
4
) R
) R
1.
1.
R
R
1
1

Nếu chọn R
Nếu chọn R
1
1
=R
=R
3
3
, R
, R
2

2
=R
=R
4
4
thì
thì
+
+
_
_
v
v
O
O
+
+
-
-
R
R
2
2
i
i
F
F
N
N
P

P
v
v
2
2
v
v
1
1
R
R
1
1
R
R
3
3
i
i
1
1
i
i
2
2
R
R
4
4
i

(+)
i
(-)
i
i
4
4
)vv(
R
R
v
21
1
2
o
−=


Mạch tích phân
Mạch tích phân

v
v
in
in
: điện áp vào.
: điện áp vào.

v
v

o
o
: điện áp ra.
: điện áp ra.

R
R
F
F
: điện trở hồi tiếp.
: điện trở hồi tiếp.

R
R
1
1
: điện trở lấy tín hiệu.
: điện trở lấy tín hiệu.

Với i
Với i
C
C
=CdU
=CdU
c
c
/dt
/dt


Giả sử OPAMP là lý tưởng:
Giả sử OPAMP là lý tưởng:

A
OL
=∞. v
id
= v
o
/A
OL
⇒
v
v
id
id
=0
=0

R
in
= ∞. i
(+)
= i
(-)
= v
id
/R
in
⇒

i
i
(+)
(+)
= i
= i
(-)
(-)
=
=
0
0

Áp dụng KCL cho nút N:
Áp dụng KCL cho nút N:

I=i
C
+i
(-)
=i
C.

v
v
in
in
/R=Cd(v
/R=Cd(v
id

id
-v
-v
o
o
)/dt=Cdv
)/dt=Cdv
o
o
/dt
/dt

Điện áp ra:
Điện áp ra:



t
t

v
v
o
o
= - 1 v
= - 1 v
in
in
dt +U
dt +U

0
0



RC
RC
0
0

Với U
Với U
0
0
: điện áp ban đầu trên tụ C
: điện áp ban đầu trên tụ C
+
+
_
_
v
v
O
O
+
+
-
-
v
v

in
in
+
+
_
_
R
R
i
i
C
C
i
i
C
C
N
N
P
P


Mạch vi phân
Mạch vi phân

v
v
in
in
: điện áp vào.

: điện áp vào.

v
v
o
o
: điện áp ra.
: điện áp ra.

R
R
F
F
: điện trở hồi tiếp.
: điện trở hồi tiếp.

R
R
1
1
: điện trở lấy tín hiệu.
: điện trở lấy tín hiệu.

Với i
Với i
C
C
=CdU
=CdU
c

c
/dt
/dt

Giả sử OPAMP là lý tưởng:
Giả sử OPAMP là lý tưởng:

A
OL
=∞. v
id
= v
o
/A
OL
⇒
v
v
id
id
=0
=0

R
in
= ∞. i
(+)
= i
(-)
= v

id
/R
in
⇒
i
i
(+)
(+)
= i
= i
(-)
(-)
=
=
0
0

Áp dụng KCL cho nút N:
Áp dụng KCL cho nút N:

i
C
=i+i
(-)
=i
.

Cd(v
Cd(v
id

id
)/dt=v
)/dt=v
o
o
/R
/R

Điện áp ra:
Điện áp ra:

v
v
o
o
= - RCdv
= - RCdv
in
in



dt
dt
+
+
_
_
v
v

O
O
+
+
-
-
v
v
in
in
+
+
_
_
R
R
i
i
N
N
P
P
C
C
i
i
C
C