Bài giảng IC tuyến tính: Phần 1 - Trường Đại học Thái Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:56

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng IC tuyến tính: Phần 1 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Giới thiệu vi mạch tuyến tính; Khuếch đại thuật toán; Các mạch khuếch đại. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng IC tuyến tính: Phần 1 - Trường Đại học Thái Bình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÀI GIẢNG IC TUYẾN TÍNH Ths. Đào Thị Mơ (chủ nhiệm) Ths. Tống Thị Lan Ths. Nguyễn Thị Thu Hà Ths. Nguyễn Thị Bảo Thư Ths. Nguyễn Thị Nga Ths. Nguyễn Văn Nhương Lưu hành nội bộ, năm 2019 1
MỤC LỤC Danh mục Trang Chương I: Giới thiệu vi mạch tuyến tính 01 1.1 Phân loại vi mạch 01 1.2 Đóng gói các vi mạch 03 Chương 2: Khuếch đại thuật toán 04 2.1 Đặc tính mạch khuếch đại 04 2.1.1 Phân loại mạch khuếch đại 05 2.1.2 Ký hiệu số học 07 2.1.3 Độ lợi mạch khuếch đại 08 2.1.4 Tổng trở vào ra 10 2.2 Mạch khuếch đại vi sai 10 2.2.1. Mạch khuếch đại ghép AC 13 2.2.2. Mạch khuếch đại vi sai 17 2.2.3. Hoạt động của khuếch đại vi sai 20 2.2.4 IC khuếch đại vi sai 21 2.3. Các đặc tính của khuếch đại thuật toán 23 2.3.1. Hoạt động Op-amp 25 2
2.3.2. Các kiểu Op-amp, ký hiệu 27 2.3.4. Giới hạn nguồn cấp điện 29 2.3.4. Giới hạn băng thông: 31 2.4.Hồi tiếp trong Op-amp 33 Chương 3: Các mạch khuếch đại 35 3.1 Khuếch đại đảo 35 3.1.1 Sơ đồ và thiết lập biểu thức 37 3.1.2 Khuếch đại đảo dùng Op-amp lưỡng cực 39 3.2.3 Khuếch đại đảo dùng Op-amp BiFET 41 3.2 Khuếch đại không đảo 46 3.2 Khuếch đại không đảo 47 3.2.1 Sơ đồ và thiết lập biểu thức 48 3.2.2 Khuếch đại không đảo dùng Op-amp lưỡng cực 49 3.2.3 Khuếch đại không đảo dùng Op-amp BiFET 50 3.3 Khuếch đại đệm (Buffer Amplifier) 52 Chương 4: Các ứng dụng của OP-AMP 53 4.1 Khuếch đại tổng 53 4.1.1 Khuếch đại tổng đảo 57 3
4.1.2 Khuếch đại tổng không đảo 69 4.2 Khuếch đại trừ 71 4-3. Khuếch đại tích phân 73 4-4. Khuếch đại vi 75 Chương 5: Các mạch dao động 75 5.1 Dao động tạo sóng sin 75 5.2 Dao động cầu Wien 80 5.3 Dao động đa hài 91 4
Chöông I: GIÔÙI THIEÄU VI MAÏCH TUYEÁN TÍNH 1.1 Phaân loaïi vi maïch Ngöôøi ta chia vi maïch (Integrated Circuit -IC) laøm 2 loaïi chính: - IC tuyeán tính (linear) coøn goïi laø töông töï (analog). - IC soá (Digital) Coù nhieàu ñònh nghóa ñeå phaân nhoùm IC tuyeán tính hay soá (VD: theo tín hieäu vaøo lieân tuïc hay soá). Ôû ñaây ta phaân loaïi theo öùng duïng. Neáu IC ñöôïc duøng cho öùng duïng soá thì ñöôïc xeáp vaøo loaïi IC soá, ngöôïc laïi laø IC tuyeán tính (Linear Integrated Circuits). Caùc heä thoáng soá laøm vieäc baèng caùch söû duïng caùc coång logic AND, NAND, OR, NOR…. caùc duïng cuï giao tieáp (interface) nhö boä laùi ñöôøng daây (line drivers) vaø boä ñeäm (buffers) ñöôïc thieát keá cho öùng duïng soá, caùc vi maïch vi xöû lyù, caùc chip tính toaùn, ñoàng hoà laø caùc duïng cuï soá. Caùc boä chuyeån ñoåi analog sang digital vaø digital sang analog laø caùc IC soá. Caùc duïng cuï khaùc coøn laïi ñöôïc xem laø IC tuyeán tính bao goàm caùc maïch khueách ñaïi, caùc boä so saùnh, oån aùp, dao ñoäng vaø caùc vi maïch thoâng tin: audio vaø video (boä thu AM, FM, taùch soùng, giaûi ñieàu cheá stereo, equalizer…) 1.2 Ñoùng goùi caùc vi maïch (Packaging of Integrated Circuits) Coù nhieàu daïng ñoùng goùi nhö: TO-5, DIP-8, TO-3, SIP-9.. Daïng voû kim loaïi TO-5: coù caùc caáu hình: 8,10,12 chaân (duøng cho caùc IC cuõ). Daïng DIP (Dual In-line Package) ñoùng goùi theo 2 beân ñöôøng, coù caùc caáu hình: 8, 14, 16, 18, 20 caùc haøng chaân caùch nhau 0.3 inch. Dip –24, 28, 40 thì khoaûng caùch gaáp ñoâi 0.6 inch. Coøn caùc chaân keà nhau thì caùch nhau 0.1 inch. Nhöõng naêm gaàn ñaây ngöôøi ta cheá taïo caùc loaïi voû gaén treân beà maët (surface mount package) duøng ñeå gaén IC leân beà maët cuûa maïch in khoâng caàn khoang loã. VD: SO-8 vaø SO-14( SO: Small Outline) Daïng gaén beà maët PLCC 20 tieáp xuùc (PLCC - Plastic Leaded Chip Carrier). Caùc maïch xöû lyù coâng suaát nhö oån aùp vaø khueách ñaïi coâng suaát thöôøng duøng ñoùng goùi khaùc. Ñoái vôùi tieâu taùn coâng suaát töø 20W trôû leân ngöôøi ta duøng daïng TO-3. OÅn aùp ñôn giaûn chæ coù chaân thöù 3 (thöôøng laø ñaát) laø vo.û Ñoái vôùi coâng suaát tieâu taùn 15W thì daïng TO-220 laø phoå bieán nhaát 5
TO-39 cho oån aùp  2W TO-92 cho oån aùp  0.5W vaø cho caùc tham khaûo(chuaån) ñieän aùp. Caùc maïch khueách ñaïi coâng suaát ñoâi khi ôû daïng voû 1 ñöôøng ra SIP (Sigle In line Package) VD: SIP-9. I.3 Nhaän daïng caùc vi maïch tuyeán tính 1. Teân haõng saûn xuaát Döïa vaøo caùc tieáp ñaàu ngöõ (prefix). VD: A741. Baûng 1 cho bieát caùc tieáp ñaàu ngöõ thoâng thöôøng cho IC tuyeán tính duøng bôûi caùc haõng saûn xuaát chính. Baûng 1: Haõng saûn xuaát Tieáp ñaàu ngöõ Analog Devices AD Exar Coporation XR Fauchild Linear Division A, UA Intersil, Inc ICL Linear Technology Corp LT Motorola Semiconductor MC National Semiconductor Corp LF, LH, LM, TBA Precision Monolithics, Inc OP RCA Corpporation CA Signetics Corporation NE,SE Silicon general SG Texas Instruments TL Soá linh kieän theo sau tieáp ñaàu ngöõ haõng saûn xuaát. Theo sau soá linh kieän thöôøng laø 1 hay nhieàu chöõ. Ví duï: C: caáp thöông maïi (Commercial) M: Caáp quaân ñoåi (Military) I: caáp coâng nghieäp (Industrial) Vaø chöõ thöù hai tieáp theo loaïi voû tuøy theo haõng. Ví duï: P: voû DIP Plastic ñoái vôùi Motorola 6
N: voû DIP Plastic ñoái vôùi National Semi 2. Ngaøy xuaát xöôûng Thöôøng ta phaân bieät noù vôùi soá linh kieän nhôø vaøo soá linh kieän coù tieáp ñaàu ngöõ chæ teân haõng saûn xuaát. Ta seõ thaáy soá toå hôïp chöõ vaø soá (thöôøng laø 4 soá daïng YYWW) YY: chæ naêm saûn xuaát WW: chæ soá tuaàn trong naêm Ví duï: JG9102 cho bieát Soá 91: saûn xuaát naêm 1991 Soá 02: soá tuaàn thöù 2 trong naêm 1991. 7
Chöông 2: KHUEÁCH ÑAÏI THUAÄT TOAÙN (Operational Amplifier – Op-Amp) Moät trong nhöõng duïng cuï cô baûn nhaát trong caùc maïch ñieän töû analog laø maïch khueách ñaïi (amplifier). Noù laø neàn taûng cho söï phaùt trieån nhöõng maïch phöùc taïp hôn. Caùc maïch khueách ñaïi transistor ñôn giaûn thöôøng bao goàm caùc tuï ñeå ngaên caùc doøng phaân cöïc DC. Caùc tuï khoù ñöa vaøo IC; töø ñoù coù 1 loaïi khueách ñaïi ñaëc bieät- khueách ñaïi vi sai (differential amplifier) ñöôïc duøng trong vi maïch ñeå traùnh duøng tuï vaø vaán ñeà troâi(drift) vì caùc maïch khueách ñaïi vi sai ñaõ töøng ñöôïc duøng moâ phoûng caùc pheùp toaùn neân chuùng thöôøng ñöôïc goïi laø op-amp. Op-amp laø 1 loaïi duïng cuï raát linh ñoäng, coù theå duøng noù laøm maïch khueách ñaïi ñôn giaûn, khueách ñaïi ño löôøng hay khueách ñaïi doøng. Noù coù theå duøng ñeå laáy toång, tích, hieäu, bình phöông hay laáy logarithm caùc tín hieäu analog. Noù laø phaàn töû chính cuûa nhieàu maïch loïc, dao ñoäng vaø oån aùp. 2.1 Ñaëc tính maïch khueách ñaïi Moät maïch khueách ñaïi laø moät maïch laáy tín hieäu vaøo vaø cho ra cuøng tín hieäu, khoâng thay ñoåi daïng, nhöng taêng ñieän aùp hoaëc doøng ñieän vaø coâng suaát. Caùc maïch khueách ñaïi ñöôïc söû duïng roäng raõi trong caùc heä thoáng aâm thanh (audio), caùc boä thu radio vaø ti vi, thieát bò thoâng tin, thieát bò thöû ñieän töû vaø caùc öùng duïng ño löôøng quaù trình. 2.1.1 Phaân loaïi maïch khueách ñaïi: Thoâng thöôøng caùc maïch khueách ñaïi ñöôïc phaân loaïi theo öùng duïng cuï theå. Coù hai lôùp maïch khueách ñaïi chính: maïch khueách ñaïi taàn soá voâ tuyeán (RF=Radio Frequency) (hoaït ñoäng ôû taàn soá >100 KHz) vaø maïch khueách ñaïi aâm taàn (AF=AudioFrequency) (hoaït ñoäng ôû taàn soá
Maïch khueách ñaïi Maïch khueách ñaïi RF Maïch khueách ñaïi AF Maïch KÑ Maïch KÑ Maïch KÑ Op-amp Maïch KÑ daõi roäng daõi heïp audio ño löôøng Hình 2-1: Phaân loaïi caùc kieåu maïch khueách ñaïi Caùc maïch khueách ñaïi cuõng ñöôïc moâ taû theo caáu taïo cuûa noù. caùc maïch khueách ñaïi linh kieän rôøi thöôøng ñöôïc gheùp AC nghæa laø chuùng ñöôïc thieát keá ñeå chæ cho tín hieäu AC. Caùc maïch khueách ñaïi AF thöôøng ñöôïc gheùùp qua tuï, tín hieäu vaøo ñöôïc gheùp vaøo maïch khueách ñaïi qua tuï, noù ñöôïc gheùp töø taàng naøy qua taàng khaùc qua tuï vaø noù cuõng ñöôïc gheùp ñeán taûi qua tuï. Tín hieäu AC cuõng coù theå ñöôïc gheùp töø taàng naøy sang taàn keá duøng caùc bieán aùp (transformer). Caùc maïch khueách ñaïi AF thöôøng khoâng duøng bieán aùp vì ñoái vôùi taàn soá thaáp caùc bieán aùp lôùn, naëng vaø ñaét tieàn. Tuy nhieân caùc maïch khueách ñaïi RF thöôøng duøng gheùp bieán aùp bôûi vì ôû taàn soá cao caùc bieán aùp nhoû chæ moät ít voøng daây vaø khoâng ñaét tieàn. Quan troïng hôn laø caùc bieán aùp coù theå ñöôïc ñieàu hôïp ñeå cho qua chæ moät daõi heïp taàn soá maø lyù töôûng cho söï choïn keânh, ñaøi. Gheùp tuï hay bieán aùp caàn ñeå ngaên caùc tín hieäu phaân cöïc DC cuûa moät taàng, khoûi aûnh höôûng ñeán caùc taàn keá. Coù hai baát lôïi ñoái vôùi gheùp AC: caùc maïch khueách ñaïi gheùp AC khoâng theå duøng ñöôïc ñeå khueách ñaïi caùc tín hieäu AC taàn thaáp hay DC, vaø caùc maïch khueách ñaïi gheùp AC khoù thöïc hieän baèng IC vì caùc tuï vaø bieán aùp gheùp khoù cheá taïo trong caùc chip IC. Chuùng thöôøng laø caùc phaàn töû maïch ngoaøi laøm cho toaøn boä maïch coàng keành vaø phöùc taïp. Caùc maïch khueách ñaïi (ñöôïc taïo treân caùc chip IC) ñöôïc gheùp tröïc tieáp (direct- coupled). Chuùng söû duïng moät maïch phöùc taïp hôn bao goàm toaøn boä caùc ñieän trôû, diode vaø transistor ñeå giaûi quyeát caùc vaán ñeà phaân cöïc maø söû duïng tuï hay bieán aùp laø caàn thieát trong caùc maïch khueách ñaïi linh kieän rôøi. Maïch phöùc taïp hôn naøy thöôøng quaù ñaét tieàn khi duøng maïch linh kieän rôøi nhöng deã daøng vaø khoâng ñaét tieàn khi cheá taïo neân chip IC vì khoâng coù tuï vaø bieán aùp ñeå ngaên caùc möùc tín hieäu DC, caùc maïch khueách ñaïi gheùp tröïc tieáp coù theå cho qua taát caû caùc tín hieäu taàn soá thaáp vaø DC. 2.1.2 Kyù hieäu sô ñoà (Schematic Symbol) 9
Vcc KÑ Input . . Output Input . Output . -Vee a) kyù hieäu khueách ñaïi ñaày ñuû b) kyù hieäu khueách ñaïi ñôn giaûn Ngoõ vaøo Vcc ñaûo - Output Ngoõ vaøo + ñaûo Output Ngoõ vaøo - khoâng + Ngoõ vaøo khoâng ñaûo ñaûo -Vee c) kyù hieäu kñvs ñaày ñuû d) kyù hieäu kñvs ñôn giaûn Hình 2-2: Kyù hieäu sô ñoà cho KÑ ñôn giaûn vaø vi sai 2.1.3 Ñoä lôïi maïch khueách ñaïi Chöùc naêng cô baûn cuûa moät maïch khueách ñaïi laø taïo ra moät giaù trò ra lôùn hôn so vôùi giaù trò vaøo cho tröôùc. Ñaây ñöôïc goïi laø söï khueách ñaïi (amplification). Löôïng maø giaù trò vaøo ñöôïc khueách ñaïi ñöôïc goïi laø ñoä lôïi (gain) cuûa maïch khueách ñaïi. Töø ñoù maïch khueách ñaïi coù theå khueách ñaïi ñieän aùp, doøng ñieän hay coâng suaát. Coù 3 caùch ñeå ñònh nghóa ñoä lôïi cuï theå laø ñoä lôïi aùp, ñoä lôïi doøng vaø ñoä lôïi coâng suaát. Moãi ñoä lôïi ñöôïc ñònh nghóa moät caùch töông töï nhau. Ñoä lôïi AV ñöôïc ñònh nghóa laø tæ soá cuûa bieân ñoä tín hieäu ñieän aùp ra treân bieân ñoä ñieän aùp vaøo. Vout AV=ñoä lôïi aùp= (2-1) Vin Töông töï cho ñoä lôïi doøng vaø ñoä lôïi coâng suaát: Iout AV=ñoä lôïi doøng= (2-2) I in Pout AV=ñoä lôïi coâng suaát= (2-1) Pin 10
Chuù yù: Vout  Iout AV=ñoä lôïi coâng suaát=  AV  AI (2-4) Vin  I in Caùc ñoä lôïi ñoâi khi bieåu dieãn theo decibel(dB). Ñònh nghóa ñoä lôïi döôùi daïng decibel: Vout Ñoä lôïi aùp dB=20log (2-5) Vin Vout Ñoä lôïi doøng dB=20log (2-6) Vin Vout Ñoä lôïi coâng suaát dB=10log (2-7). Vin Khoâng phaûi luoân luoân ñònh nghóa ñöôïc ñoä lôïi xaùc ñònh cho 1 maïch khueách ñaïi. Thí duï moät maïch khueách ñaïi MOSFET haàu nhö khoâng keùo doøng töø nguoàn, tuy nhieân cung caáp doøng cho taûi. Töø ñoù ñoä lôïi doøng vaø ñoä lôïi coâng suaát laø voâ haïn trong tröôøng hôïp naøy. Moät khueách ñaïi nhö vaäy ñöôïc moâ taû nhö maïch khueách ñaïi aùp vôùi ñoä lôïi doøng vaø coâng suaát khoâng ñöôïc ñònh nghóa. Ñoâi khi ñoä lôïi aùp nhoû hôn 1. Ví duï moät maïch khueách ñaïi collector chung luoân luoân coù ñoä lôïi aùp
VoutNL - VoutL ZL = R L ´ VoutL Iout Vout R L Zin Vout Zin AI = = = ´ = ´ AV I in Vin R in R L Vin RL Zin A P = AI ´ AV = ´ AV 2 RL Vin R s V R Zin  Zin  in s (2-8) Vs  Vin Vs  Vin Ngoõ ra cuûa moät maïch KÑ lyù töôûng hoaït ñoäng nhö moät nguoàn aùp vôùi V out – AV.Vin. Thöïc teá thì khoâng coù maïch KÑ lyù töôûng, vaø luoân luoân coù ñieän trôû noái tieáp ôû ngoõ ra. Ñieän trôû naøy ñöôïc goïi laø toång trôû ra Zout (Output Impedance). Maïch ra goàm nguoàn vaø toång trôû ra nhö ôû hình 2-4(a). Thöôøng thì maïch KÑ laùi taûi R L nhö ôû hình 2-4(b). KÑ KÑ Vout Vin Vin Vout Input Input Output Output Iout RL Zout Zin AvVin AvVin (a) Töông ñöông ngoõ ra (b) Xaùc ñònh toång trôû ra Zout Hình 2-4: Toång trôû ra Toång trôû ra phaûi hoaëc raát nhoû hôn nhieàu toång trôû taûi ñeå coâng saáut tieâu taùn trong toång trôû ra khoâng laøm giaûm ñaùng keå ñieän aùp ra cuûa maïch KÑ ñeán taûi hoaëc phoái hôïp vôùi toång taûi ñeå truyeàn coâng suaát cöïc ñaïi hoaëc keát thuùc maïch KÑ ñuùng. Toång trôû ra khaùc khoâng (zero) ta coù theå ño noù baèng caùch sau. Do VoutL, ñieän aùp ra cuûa maïch KÑ coù taûi. Sau ñoù laáy taûi ra vaø ño ñieän aùp ra khoâng taûi. Vout NL (NL – No Load = khoâng taûi). Töø ñoù xaùc ñònh ñöôïc toång trôû ra: VoutNL - VoutL ZL = R L ´ (2-9) VoutL Ta coù theå keát hôïp hình 2-3 vaø 2-4 ñeå coù ñöôïc maïch töông ñöôïc cuûa maïch KÑ nhö sau: 12
KÑ Vin Vout Input Output Zin Zin AvVin Hình 2-5: Maïch töông ñöông cuûa 1 maïch KÑ Vôùi ñònh nghóa cuûa toång trôû vaøo vaø toång trôû ra, baây giôø coù theå xaùc ñònh quan heä giöõa ñoä lôïi aùp vaø ñoä lôïi doøng. Doøng vaøo thì baèng ñieän aùp vaøo chia cho Z in. Doøng ra thì baèng ñieän aùp ra chia cho ñieän trôû taøi RL. Töø ñoù coù theå vieát laïi ñoä lôïi doøng nhö sau: I out Vout R L Zin Vout Zin AI = = = ´ = ´ AV (2-10) I in Vin R in R L Vin RL Vaø ñoä lôïi coâng suaát: Zin AP = AI ´ AV = ´ A2 V (2-11) RL Ta chæ caàn bieát ñoä lôïi aùp, toång trôû taûi vaøo toång trôû vaøo thì coù theå suy ra ñoä lôïi doøng vaø coâng suaát. Töø ñaây ñeán cuoái giaùo trình khi noùi ñeán ñoä lôïi thì xem nhö haøm yù noùi ñeán ñoä lôïi aùp.  Thí duï 2-1: Xaùc ñònh ñaëc tính laøm vieäc cuûa 1 maïch tieàn khueách ñaïi qua audio. Maïch thöû ôû hình 2-6. Boä taïo haøm ñaët ôû taàn soá 1000Hz ñöôïc noái vaøo ngoõ vaøo cuûa maïch KÑ qua 1 ñieän trôû 10K W. Ñieän aùp ño ñöôïc ôû ngoõ vaøo ôû ñieän trôû maïch KÑ laø 95.2mVRMS, ôû ngoõ vaøo maïch KÑ laø 58.3 mVRMS. Ngoõ ra coù taûi 3.3K W. Ñieän aùp ra ño ñöôïc laø 4.27VRMS. Khi laáy taûi ra, ño ñöôïc ñieän aùp ra laø 7.35V RMS. Haõy tính: (a) ñoä lôïi aùp (b) toång trôû vaøo (c) toång trôû ra 13
(d) ñoä lôïi doøng (e) ñoä lôïi coâng suaát Giaûi: KÑ Rs Vin 58.3mV Vout 4.27V 10K Input Zout Output Vout Taûi Zin NL RL Nguoàn Vs 7.35V 1000Hz 3.3K 95.2mV AvVin Hình 2-6: Sô ñoà maïch thí duï 2-1 Maïch thöû ôû hình 2-6 vaø ño ñöôïc minh hoïc 1 caùch thöùc ñieån hình ñeå xaùc ñònh ñaëc tính cuûa 1 maïch KÑ audio. a) Tính ñoä lôïi aùp duøng phöông trình (2-1): Vout 4.27 V AV = = = 73.24 Vin 0.0583V b) Tính toång trôû vaøo Zin duøng phöông trình (2-8): Vin 58.3mV Zin = R s ´ = 10K ´ = 15.8K Vs - Vin 95.2mV - 58.3mV c) Tính toång trôû ra Zout, duøng phöông trình (2-9): VoutNL - VoutL Zout = R L ´ = 2.38K VoutL d) Tính ñoä lôïi doøng, duøng phöông trình (2-10): Zin 15.8K AI = ´ AV = ´ 73.24 = 350.7 RL 2.38K e) Tính ñoä lôïi coâng suaát, duøng (2-11) hay (2-4) AP = AV.AI = 73.24 x 350.7 = 25680 14
2.1.5. Ñaùp öùng taàn soá maïnh khuyeách ñaïi Ñoä lôï i BW 3 dB Ñoä lôï i –3dB Ñoä lôï i ñôn vò BW ñoä lôïi ñôn vò Taà n soá Ñoä lôï i BW 3 dB Ñoä lôï i –3dB Ñoä lôï i ñôn vò BW ñoä lôïi ñôn vò Taà n soá Hình 2-7 Ñaùp öùng taàn soá cho maïch KÑ gheùp DC Moät ñaëc tính quan troïng keá laø ñaùp öùng taàn soá maïch KÑ (anydifier frequency response). Ñaùp öùng taàn soá laø moâ taû ñoä lôïi thay ñoåi nhö theá naøo vôùi taàn soá tín hieäu vaøo, lyù töôûng thì maïch KÑ phaûi coù cuøng ñoä lôïi cho taát caû caùc taàn soá. Tuy nhieân, trong baát cöù maïch KÑ thöïc teá naøo thì ñoä lôïi luoân luoân giaûm vôùi taàn soá cao do maát maùt tín hieäu qua ñieän dung kyù sinh. Ñoái vôùi maïch KÑ gheùp AC, ñoä lôïi cuõng seõ giaûm vôùi caùc taàn soá raát thaáp do dung khaùng. Caùc ñöôøng cong ñaùp öùng taàn soá tieâu bieåu cho caû 2 maïch KÑ gheùp AC vaø tröïc tieáp nhö ôû H.2-7. Ñaùp öùng taàn soá cuûa maïch KÑ toång quaùt ñöôïc moâ taû baèng baêng thoâng (BandWidth) (BW). BW laø löôïng ño daûi taàn soá maø ñieän ñoù maïch KÑ seõ coù ñoä lôïi lôùn hôn moät giaù trò xaùc ñònh naøo ñoù. Toång quaùt thì ñaùp öùng taàn soá maïch KÑ ñöôïc moâ taû baèng BW – 3dB, nghóa laø ñoä lôïi aùp lôùn hôn 0,707 ñoä lôïi daûi giöõa. Neáu tæ soá ñieän aùp 0,707 ñöôïc ñoåi sang decibel, keát quaû gaàn vôùi –3dB, töø ñoù ñieåm maø ôû ñoù ñoä lôïi baèng 0,707 ñoä lôïi giöõa daûi ñöôïc goïi laø ñieåm –3dB. Noù cuõng coøn ñöôïc goïi laø ñieåm nöûa coâng suaát (half – Power point) vì tæ soá coâng suaát 0,5 cuõng ñoåi sang laø –3dB. Ñoâi khi ñaùp öùng taàn soá maïch KÑ ñöôïc moâ taû baèng BW ñoä lôïi ñôn vò (unity – gain bandwith) thay vì BW(– 3dB). BW ñoä lôïi ñôn vò laø daûi taàn soá maø ñoä lôïi lôùn hôn 1. 15
Neáu maïch KÑ ñöôïc gheùp tröïc tieáp, noù coù theå KÑ taát caû taàn soá giaûm tôùi zero (nghóa laø DC), vaø töø ñoù BW ñôn giaûn laø taàn soá –3dB treân hay taàn soá ñoä lôïi ñôn vò treân, phuï thuoäc vaøo duøng ñònh nghóa naøo. Neáu maïch KÑ gheùp AC thì BW laø taàn soá treân tröø taàn soá döôùi. Ñoái vôùi caùc taàn soá lôùn hôn taàn soá –3dB treân (vaø thaáp hôn taàn soá, taàn soá -3dB döôùi ñoái vôùi maïch KÑ gheùp AC) toång quaùt thì ñoä lôïi giaûm ñeàu. Töø roll-off ñöôïc duøng ñeå moâ taû söï suït ñoä lôïi naøy. Ñoái vôùi maïch KÑ AC moät transcotor, ñoä lôïi taàn cao giaûm 100 laàn khi taàn soá taêng 10 laàn. Tính theo dB thì giaûm 40dB/decade vôùi 1 decade laø tæ soá taàn soá laø 10. Ñoái vôùi op-amp thì roll-off laø 20dB/decade, vaø ñoä lôïi giaûm theo thöøa soá 10 khi taàn soá taêng 10 laàn.  Thí duï 2-2: Ñaùp öùng taàn soá cuûa maïch KÑ ñöôïc thöû ôû thí duï 2-1 ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch ño ñieän aùp vaøo Vin vaø ñieän aùp ra Vout cho daûi taàn soá. Maïch thì nhö H.2-6. Caùc giaù trò ño ñöôïc chæ ôû baûng 2-1. Töø nhöõng soá lieäu ño naøy : (a) Tính ñoä lôïi aùp ôû moãi taàn soá (b) Tính ñoä lôïi aùp baèng dB ôû moãi taànsoá (c) Veõ ñaùp öùng taàn soá logarithm, nghóa laø ñoä lôïi dB theo taàn soá treân giaáy semilog. (d) Xaùc ñònh BW – 3dB töø hình veõ (e) Xaùc ñònh BW ñoä lôïi ñôn vò töø hình veõ. 16
Baûng 2-1: Döõ lieäu thöïc nghieäm cho thí duï 2-2. Taàn soá (Hz) Vin (Volts) Vout (Volts) 20 0.100 0.031 30 0.100 0.074 50 0.100 0.195 100 0.100 0.806 200 0.100 3.12 300 0.100 5.18 500 0.100 6.68 1.000 0.100 7.33 2.000 0.100 7.33 3.000 0.100 7.33 5.000 0.100 6.72 10.000 0.100 3.51 20.000 0.100 0.880 30.000 0.100 0.389 50.000 0.100 0.141 100.000 0.100 0.034 Baøi giaûi: (a) Ñoä lôïi aùp ñöôïc tính baèng (2-1) cho moãi taàn soá. Thí duï ôû taàn soá 1000Hz : Vout 7.330V AV = = = 73.3 . Vin 0.100V Ta ghi keát quaû ôû baûng 2-2 (b) Ñoä lôïi aùp dB ñöôïc ñònh nghóa baèng (2-5) Thí duï ñoä lôïi dB ôû 100Hz : Vout 0.806V A V dB = 20 log = 20 log = 18.1dB Vin 0.100V Ta ghi keát quaû ôû baûng 2-2 (c) Ta coù ñaùp öùng taàn soá ôû H.2-8 (d) Ñeå tìm BW – 3dB, ta ñoïc töø ñoà thò caùc taàn soá maø ñoä lôïi – 3dB döôùi ñoä lôïi cöïc ñaïi hay giöõa daûi. Vì ñoä lôïi giöõa daûi laø 37,3dB, caùc taàn soá –3dB xaûy ra khi ñoä lôïi laø 37,3 – 3 = 34,3dB. Taàn soá döôùi laø 300Hz vaø taàn soá treân laø 7000Hz. 17
Baûng 2-2 : Toùm taét caùc tính toaùn ôû thí duï 2-2 Taànsoá (Hz) Vin (Volts) Vout (Volts) Ñoä lôïi aùp Ñoä lôïi dB 20 0.100 0.031 0.310 -10.2 30 0.100 0.074 0.740 -2.6 50 0.100 0.195 1.95 5.80 100 0.100 0.806 8.06 18.1 200 0.100 3.12 31.2 29.9 300 0.100 5.18 51.8 34.3 500 0.100 6.68 66.8 36.5 1.000 0.100 7.33 73.3 37.3 2.000 0.100 7.33 73.3 37.3 3.000 0.100 7.33 73.3 37.3 5.000 0.100 6.72 67.2 36.5 10.000 0.100 3.51 35.1 30.9 20.000 0.100 0.880 8.80 18.9 30.000 0.100 0.389 3.89 11.8 50.000 0.100 0.141 1.41 -2.98 100.000 0.100 0.034 0.340 -9.37 BW(– 3dB) laø 6300Hz. Trong thí duï naøy, BW tieâu bieåu cuûa maïch KÑ telephone. Maïch KÑ stereo chaát löôïng toát phaûi coù BW töø 50Hz ñeán toái thieåu 20KHz. (e) BW ñoä lôïi ñôn vò thì thöïc hieän töông töï BW – 3dB. Ñoä lôïi ñôn vò coù ñoä lôïi dB laø 0 dB. Ta tìm ñöôïc taàn soá treân laø 60KHz vaø taàn soá döôùi laø 36Hz. Vaäy BW ñoä lôïi ñôn vò nhöõng 60kHz. Chuù yù: Ngoaøi ra coøn coù caùc ñaëc tính khaùc ít quan troïng hôn nhö : ñieän aùp ra ñænh – ñænh cöïc ñaïi, ñoä nhaïy ngoõ vaøo, heä soá nhieãu, toác ñoä (slew rate) vaø tæ soá trieät nguoàn caáp ñieän. Coøn vôùi KÑ vi sai coù theâm caùc ñaëc tính khaùc nhö doøng phaân cöïc vaøo, doøng offset vaøo, ñieän aùp offset, ñoä lôïi caùch chung, vaø tæ soá trieäu caùch chung. 2.2. MAÏCH KHUEÁCH ÑAÏI VI SAI (Defferential amplifier) Ñeå thaáy nhöõng thuaän lôïi cuûa maïch KÑVS (khueách ñaïi vi sai), tröôùc heát ta xem laïi caùc maïch KÑ gheùp AC roài xem laïi chi tieát KÑVS. 2.2.1. Maïch KÑ gheùp AC 18
Moät maïch KÑ linh kieän rôøi transistor cöïc ñaïi (emitter) chung tieâu bieåu ñöôïc cho ôû H.2-8. Taát caùc BJT caàn doøng phaân cöïc vaøo cöïc neàn (base) ñeå thieát laäp ñieåm laøm vieäc. Vcc Rb1 Rc Cout Output Cin Input Q1 Taûi Nguoàn Rb2 Re Ce Hình 2-8 Maïch KÑ AC gheùp tuï. Caùc ñieän trôû RB1 vaø RB2 taïo thaønh caàu chia aùp ñeå phaân cöïc base cuûa transistor, ñieän trôû RE duøng ñeå laøm oån ñònh transistor choáng caùc bieán ñoåi trong b , vaø ñieän trôû RC laø toång trôû maø ñieän aùp ra ñaët leân. Coù 3 tuï caàn duøng: Tuï Cin ngaên caùch ngoõ vaøo maïch KÑ vôùi nguoàn ñeå baát cöù ñieän aùp DC naøo ôû nguoàn (hoaëc ngoõ ra cuûa taàng tröôùc) seõ khoâng aûnh höôûng vieäc phaân cöïc. Tuï Cout caùch ly ngoõ ra maïch KÑ ñeå ñieän aùp collector töø maïch KÑ seõ khoâng aûnh höôûng taûi. Ñoä lôïi cuûa maïch KÑ xaáp xæ R C/RE. Thöôøng thì RE coù giaù trò töông töï RC vaø ñoä lôïi nhoû. Tuï CE ñöôïc duøng ñeå cho qua (bypass) taát caû hay 1 phaàn cuûa RE veà maët AC ñeå coù ñöôïc caùc oä lôïi lôùn hôn. Kieåu maïch KÑ naøy khoù cheá taïo trong IC vì caùc tuï Cin vaø Cout coù giaù trò ñieån haønh laø 0,1 mF, trong khi CE coù theå lôùn ñeán 100 mF. Coù theå thieát keá maïch KÑ naøy laïi ñeå khöû caùc tuï. Khi laáy tuï CE ñi thì ñoä lôïi hoaøn toaøn nhoû. Ta coù theå khaéc phuïc baèng caùch duøng nhieàu taàng KÑ. Coù theå khöû tuï vaøo vaø ra baèng caùch duøng nguoàn aâm rieâng ñeå phaân cöïc. Nhöng laïi bò khuyeát ñieåm laø troâi DC. Khi coù thay ñoåi baát kyø ôû ñieän aùp DC, nhö söï thay ñoåi VBE cuûa transistor vaø coù theå xuaát hieän offset DC lôùn vaø thay ñoåi ôû ngoõ ra. 2.2.2. Maïch KÑVS: Ñeå traùnh vaán ñeà troâi, ngöôøi ta duøng maïch KÑVS (H.2-10) KÑVS goàm 2 transistor ñoàng nhaát Q1 vaø Q2 ñöôïc noái song song. Doøng phaân cöïc chaïy qua 2 ñieän trôû base R B. Ñieåm laøm vieäc ñöôïc thieát laäp baèng moät ñieän trôû emitter R E vaø nguoàn ñieän aâm -VEE. 19
Tín hieäu ra ñöôïc laáy ôû RC. Baát cöù troâi DC trong maïch aûnh höôûng caû 2 transistor, tuy nhieân noù bò trieät ôû ngoõ ra. 20