Các thông số của Op amp
Nguyễn Quốc Cường – 3I
Giới thiệu
2
Giới thiệu
3
Điện áp lệch không đầu vào
• Điện áp lệch không (input offset voltage): do sự không cân bằng của các mạch điện tử trong op amp, khi điện áp đầu vào bằng không thì điện áp đầu ra khác không.
• Điện áp offset là điện áp cần đặt vào đầu vào để cho đầu ra bằng 0.
Ký hiệu VIO.
• Thường các op amp đầu vào bipolar có các thông số điện áp offset
Mạch kiểm tra điện áp offset đầu vào
V
V =
IO
OUT 1000
4
đầu vào tốt hơn các op amp đầu vào JFET hoặc CMOS
Ảnh hưởng của VIO
Vi
Z1
Z2
I1
I2
VIO
-
Vo
ideal op-amp
+
I
V
IO
V o
=
− IO Z
I = 1 2 V V − i Z 1
2
2
V
+
V → = − o
V i
IO
Z 2 Z 1
Z Z 1
+ 1
5
Hiệu chỉnh VIO
10K
-
+
offset
10M
R3
Vi
R2
-
Vo
+
R1
Mắc mạch hiệu chỉnh VIO bên ngoài
IC op amp có sẵn mạch hiệu chỉnh VIO
6
Dòng vào
• Theo mô hình op amp lý tưởng thì dòng vào tại các chân đảo vả không đảo đều bằng 0. Tuy nhiên thực tế thì các mạch đầu vào của các op amp đều tồn tại một dòng điện.
• Dòng bias trung bình đầu vào (input bias current) được
tính
I
I
N
P
I
=
IB
+ 2
gọi là dòng điện offset (input offset current)
I
I
I
=
−
IO
P
N
7
– Với IN và IP là dòng bias vào tại các đầu đảo và không đảo. • Hiệu dòng điện vào tại đầu không đảo và đầu đảo được
Dòng vào
8
Ảnh hưởng của dòng vào
I
Z
−
//
N
• Xem xét một mạch khuếch đại đảo như hình vẽ. • Dòng định thiên IN gây ra một điện áp ra
(
)
Z 1
2
Z 2 Z 1
+ 1
Vi
Z1
Z2
I
I
=
+
0
N
2
I 1
I1
I2
I
IN
−
=
+
N
V V += − V o Z
-
2
= V i Z 1
Vo
ideal op-amp
2
2
= −
V → = − o
i
N
V I − i
N
V Z I − 2
+
Z Z 1
Z Z 1 2 Z Z + 1
2
Z Z 1
Z 2 Z 1
+ 1
9
Bù dòng vào
Vi
R1
R2
I2
I1
IN
-
Vo
ideal op-amp
IP
+
R3
10
Dải điện áp đồng pha đầu vào
• Điện áp đồng pha đầu vào (Input Common Mode Voltage Range) được định nghĩa như là điện áp trung bình của điện áp tại đầu vào đảo và đầu vào không đảo, ký hiệu VICR.
• Nếu điện áp đồng pha quá lớn hoặc quá nhỏ thì các đầu vào của op amp có thể bị cắt và op amp hoạt động không còn đúng nữa.
-
0 = d V
+
V o
VCM
11
• VICR quy định vùng điện áp trong đó op amp hoạt động đúng.
Điện áp đầu ra cực đại
12
Các phần tử ký sinh đầu vào
• Cả hai đầu vào đều có các trở
kháng ký sinh.
• Thường thì các đầu vào được mô hình bởi các phần tử và tụ điện (ảnh hưởng điện cảm ký sinh là rất nhỏ khi op amp làm việc ở tần số thấp).
• Các trở kháng ký sinh được sử dụng khi mà nguồn áp tín hiệu có điện trở lớn, ảnh hưởng của trở kháng vào khi đó là đáng kể. • Cd và Rd: tụ điện và điện trở vi
Mô hình đơn giản cho các trở kháng vào của op amp
sai giữa hai nối vào.
13
• Cn, Cp, Rn, Rp là tụ điện và điện trở của các nối vào (so với đất)
Tụ và điện trở đầu vào
• Tụ đầu vào (input capacitance) Ci được đo giữa các đầu
vào, Ci thường cỡ vài pF. – Nếu đầu không đảo nối đất thì Ci = Cd // Cn – Tụ đầu vào trong chế độ đồng pha Cic (commom mode input
capacitance): Nếu VN và VP có điện áp bằng nhau thì Cic = Cn//Cp • Điện trở: Điện trở được đo giữa hai nối vào của op amp – Nếu đầu không đảo nối đất thì ri = Rd // Rp, tuỳ thuộc vào kiểu
vào của op amp ri có thể từ 107 đến 1012 ohm
– Nếu điện áp Vp = Vn thì điện trở vào là điện trở đồng pha ric =
14
Rn//Rp
Trở kháng đầu ra
• Trở kháng đầu ra ZO được định nghĩa như là trở kháng tín hiệu
nhỏ giữa đầu ra và đất.
Ảnh hưởng khi tải điện trở
Ảnh hưởng khi tải điện dung
15
• Giá trị ZO thường từ 50 đến 200 ohm. • Ảnh hưởng của trở kháng rr.
Ảnh hưởng của trở kháng vào
Z1
Z2
I2
I1
Z
+
d
d
I Z 2
-
) I
Z
Z
Z
+
+
d
d
o
d
)
i K V 0
2
K0Vd
Zo
V
= −
+
o
d
I Z ( 1 1 I Z = 1 I Z 2
0
+ ( + 2 K V 0
Zd
V
i
V o
+
1
2
= −
Sử dụng phương pháp dòng vòng V =
i
1
2
2
1
1
+
+
+
1 K
Z Z
Z Z
d
0
1
16
Nếu bỏ qua anh hưởng của Z0 (≈0) thì : V Z o Z V
Khuếch đại đồng pha và CMRR
• Khi Vd = 0 mà VCM ≠ 0 thì VO vẫn khác không. • Hệ số nén đồng pha (common-mode rejection ratio, CMRR) được
DIF
CMRR
=
A A
ADIF : hệ số khuếch đại tín hiệu vi sai ACOM: hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha
COM
định nghĩa bằng tỉ số
• Một cách lý tưởng hệ số CMRR là vô cùng lớn tức là hệ số khuếch
-
0 = d V
+
V o
VCM
17
đại đồng pha là vô cùng nhỏ so với hệ số khuếch đại tín hiệu vi sai.
Ảnh hưởng của ACM
R2
i
2
R1
Vout
-
i1
Vin
and
=
=
• Xét ảnh hưởng của ACM trong khuếch
V P
R 1
+
V o R R + 2
1
=
−
=
−
V d
V P
V N
V i
V o
R 1 R R + 2
1
V
≈
CM
V i
-
V
K V
V
=
+
=
−
+
o
d
C M C M
i
o
K V C M i
K V 0
R
Vd
R 1 +
R 1
2
K V 0
+
V
V o
V
+
i
VCM
V
=
o
R 2 R 1
+ 1
+ 1
1 K
0
C M C M RR R 2 1 + R 1
=
1
+
+
V o
V i
1/K0 ≈ 0
V CM CMRR
R 2 R 1
CMRR càng lớn thì ảnh hưởng của tín hiệu đồng pha càng nhỏ
18
đại không đảo (mạch khuếch đại đảo vì VCM ≈ 0 nên ảnh hưởng không đáng kể). V V i N
Tỉ số nén điện áp nguồn - PSRR
• Tỉ số nén điện áp nguồn (PSRR: Power Supply Voltage Rejection
±
k
=
SVR
V CC V
∆ ∆
OS
• Dấu cộng trừ ở đấy muốn nói là nguồn âm và dương là thay đối đối xứng.
– Cho nguồn cung cấp một dấu
CC
k
=
SVR
V V
∆ ∆
OS
Ratio) hoặc tỉ số nén điện áp cung cấp(kSVR: supply voltage rejection ratio) được định nghĩa bằng tỉ số giữa sự biến thiên của điện áp nguồn cung cấp và sự biến thiên của điện áp đầu ra. – Cho các op-amp có nguồn hai dấu +VCC và –VCC:
• Nếu giá trị kSVR càng lớn thì ảnh hưởng của nhiễu nguồn càng nhỏ. • Khi tần số tăng thì kSVR giảm. • Khi sử dụng các nguồn cung cấp switching thì tần số nhiễu nguồn
19
thường là từ 50kHz đến 500kHz. Tại tần số này thì kSVR giảm đến 0. Do vậy cần phải có sự chống nhiễu nguồn.
Slew rate tại hệ số khuếch đại = 1
• Slew rate (SR) là tốc độ biến thiên của tín hiệu đầu ra (V/ms hoặc
SR
=
dV dt
V/μs) khi đầu vào là tín hiệu bước nhảy.
20
• Thường thì khi dòng bias tăng thì slew rate tăng.
Bandwith
• Trong các mạch op-amp thực, hệ số khuếch đại vi sai của
mạch là hàm phụ thuộc tần số. – f = 0 hệ số hệ số khuếch đại có thể đạt
• Dải thông hệ số K = 1 (Unity Gain Bandwith): chỉ ra tần
số mà tại đó hệ số khuếch đại bằng 1.
• Tích hệ số khuếch đại và dải thông (Gain Bandwith
Product):
21
– Khi tần số tăng thì hệ số khuếch đại giảm.
