Bài giảng IC tuyến tính: Phần 2 - Trường Đại học Thái Bình

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:63

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiếp nội dung phần 1, Bài giảng IC tuyến tính: Phần 2 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Các ứng dụng của OP-AMP; Các mạch dao động. 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 2 - Trường Đại học Thái Bình

Chöông 4: CAÙC ÖÙNG DUÏNG CUÛA OP-AMP 4.1 Khueách ñaïi toång Khueách ñaïi toång laø khueách ñaïi coäng hay keát hôïp hai hay nhieàu tín hieäu bao goàm “audio mixer” vaø nhöõng maïch ñeå coäng ñieän aùp offset DC. Coù theå söû duïng caû hai: khueách ñaïi toång ñaûo vaø khoâng ñaûo. Nhöng khueách ñaïi toång ñaïi thì thöïc teá hôn. 4.1.1 Khueách ñaïi toång ñaûo: Sô ñoà maïch: RF RA VA VB RB VC 2 - RC 6 Vout 3 + BiFET 0 Hình 4-1: Khueách ñaïi toång ñaûo duøng BIFET Theo lyù thuyeát thì baát cöù bao nhieâu input cuõng coù theå laáy toång. Vôùi maïch laáy toång tröïc tieáp, ta thöïc hieän RA=RB=RC =RF=R. Xeùt moät mình nguoàn A, vì ngoõ vaøo khoâng ñaûo noái ñaát, ngoõ vaøo ñaûo nhö laø “ñaát giaû” vaø ñieän trôû vaøo nhìn töø nguoàn A laø RA. Ñieän trôû hoài tieáp laø RF. vì caû hai RA vaø RF coù giaù trò R, do ñoù vôùi khueách ñaïi ñaûo ñoä lôïi laø: -RF/RA=-1. Töông töï cho hai ngoõ vaøo kia, ta coù output laø toång cuûa 3 ñieän aùp vaøo rieâng leû naøy: Vout = VA + VB + VC Bôûi vì ñaát aûo ôû ngoõ vaøo ñaûo: - Moãi ngoõ vaøo nguoàn xem coù cuøng ñieän trôû vaøo. - Khoâng coù crosstalk giöõa caùc input. Maïch naøy khoâng bò giôùi haïn ôû laáy toång ñôn giaûn. Neáu ta coù RA=RB=RC=3RF, Ta seõ taïo ra maïch laáy trung bình. Trong tröôøng hôïp naøy, moãi ngoõ vaøo coù ñoä lôïi 1/3. Töø ñoù: Vout = 1/3VA+1/3VB+1/3VC= (VA +VB +VC)/3  Thí duï 4.1: Thieát keá khueách ñaïi toång ñaûo 3 input duøng TL081C. Duøng ñieän trôû R F=10K. Tính taát caû caùc giaù trò ñieän trôû. 57
Giaûi: RF RA Vcc +15v VA VB RB U7 7 VC 2 - RC 6 V OUT 3 + TL 081C 4 0 Vcc -15v H4-2 Vì ta muoán khueách ñaïi toång ñôn giaûn, ñoä lôïi cuûa moãi input phaûi laø ñôn vò. Nghóa laø: RF/RI= 1. Do RF=10K  RA=RB=RC=RF=10K  Thí duï 4.2: Thieát keá moät maïch troän hai ngoõ vaøo duøng khueách ñaïi toång ñaûo vôùi TL081C. Tín hieäu vaøo A coù ñoä lôïi laø 0.5 vaø tín hieäu coù ñoä lôïi laø 3. Duøng RF =10 K. Tính taát caû caùc giaù trò ñieän trôû. RF Vcc +15v RA VA U7 7 RB VB 2 - 6 V OUT 3 + TL 081C 4 0 Vcc -15v H4-3 RF= 10K RA= 20K RB= 3.3K Ta coù : AVA = - RF/RA = -0.5 AVB= - RF/ RB = -3 58
RA=(1/2)–1RF= 2.RF =20K RB= - RF/3 =10K /3 = 3.3K 4.1.2 Khueách ñaïi toång khoâng ñaûo Chuù yù laø ôû ñaây chæ thieát keá khueách ñaïi toång khoâng ñaûo vôùi caùc ñieän trôû vaøo baèng nhau: RA=RB=RC=R (duøng caùc ñieän trôû khoâng baèng nhau laøm cho thieát keá phöùc taïp hôn) RT RF 0 2 - RA 6 V OUT VA 3 + BiFET RB VB RC VC Hình 4-4: Maïch khueách ñaïi toång khoâng ñaûo duøng Op-amp BiFET Ñaây laø maïch khueách ñaïi toång khoâng ñaûo duøng Op-amp BiFET. Xaùc ñònh ñieän aùp ôû moãi ngoõ vaøo khoâng ñaûo cho moãi nguoàn. Giaû söû chæ coù nguoàn A vaø 2 nguoàn kia noái ñaát. Do khoâng coù doøng vaøo, ngoõ vaøo khoâng ñoåi => doøng töø A chaïy vaøo RA vaø ra RB//RC. Vì RB=RC=R => RB//RC= ½R Ñieän aùp ôû ngoõ vaøo khoâng ñaûo do nguoàn A laø: VNIA =VA.{1/2R/ (R+ ½ R)}= 1/3VA Töông töï cho nguoàn B vaø C, ta coù ñieän aùp ôû ngoõ vaøo khoâng ñaûo: VNI= 1/3VA+1/3VB+1/3VC= (VA + VB +VC)/3 Neáu ñoä lôïi cuûa maïch KÑ laø moät thì coù trung bình cuûa 3 ngoõ vaøo. Ñeå laáy toång cuûa ba ngoõ vaøo, ta phaûi thieát keá maïch KÑ vôùi ñoä lôïi baèng 3. Duøng(3- 4) ñònh nghóa ñoä lôïi laø: AV =(RF / RI)+1 => RF/RI=2 hay RI= ½RF Toång quaùt khi thieát keá KÑ toång khoâng ñaûo vôùi caùc ñieän trôû baèng nhau, ta phaûi choïn ñoä lôïi baèng soá ngoõ vaøo. Neáu ñoä lôïi laø 1 thì ngoõ ra laø trung bình cuûa caùc giaù trò vaøo (ñieàu naøy chæ aùp duïng cho caùc ñieän trôû vaøo baèng nhau). Maïch naøy ít höõu duïng hôn KÑ toång ñaûo, vì: - Xaùc ñònh ñoä lôïi phöùc taïp hôn. 59
- Ngoõ vaøo khoâng ñaûo, khoâng laø ñaát aûo vaø coù ñieän trôû vaøo raát cao, do ñoù crosstalk vaø gaùnh taûi giöõa caùc ngoõ vaøo khaùc nhau  Thí duï 4.3: Thieát keá moät KÑ toång khoâng ñaûo 3 ngoõ vaøo duøng TL081C. Duøng caùc ñieän trôû 10K cho ñieän trôû hoài tieáp RF vaø ñieän trôû vaøo. Tính ñoä lôïi vaø giaù trò RI Giaûi: RT RF +15V U8 0 7 107 2 - RA 6 V OUT VA 3 + TL 081C RB VB 4 RC VC H4-5 -15V RF, RA, RB, RC= 10K RI = 5,1K Vôùi 3 ngoõ vaøo AVF =3 => (RF/RI)+1= 3 hay RF/RI= 2 RI=RF/2= 10/2= 5K Choïn giaù trò chuaån gaàn nhaát => RI= 5.1K 4.2 Khueách ñaïi tröø -Duøng ñeå KÑ hieäu soá giöõa 2 tín hieäu vaøo RF Ri VA 2 - 6 V OUT VB 3 + Rin BiFET Tín hieäu ra RFN H4-6 0 -Xeùt ngoõ vaøo ñaûo tröôùc: 60
Ñöa tín hieäu VA vaøo ngoõ vaøo ñaûo vaø tín hieäu xeùn vaøo ngoõ vaøo ngoõ khoâng ñaûo. (ñaët ngoõ vaøo khoâng vaøo khoâng ñaûo ôû theá ñaát). Khi ñoù AV = RF/ RI hay VOUT= (RF /RI) x VA -Xeùt ngoõ vaøo khoâng ñaûo: Ñöa tín hieäu VD vaøo ngoõ vaøo khoâng ñaûo vaø xeùn vaøo tín hieäu ngoõ vaøo ñaûo.  RF  Khi ñoù AV= RF /RI +1 => VOUT=    1VNI   RI  R FN vôùi VNI  .VB R FN  R NI R FN R  RI  VOUT  . F .VB R FN  R IN RI Neáu RFN=RF vaø RIN=RI thì Vout= RF/RI x VB Nhö vaäy keát hôïp 2 caâu laïi. RF VOUT = VB  VA  RI (Thaät ra neáu RFN/RF= RIN/RI thì ñieàu kieän ñoä lôïi cuõng thoûa)  AVdiff= RF/RI Xaùc ñònh ñieän trôû ôû moãi ngoõ vaøo giaû söû RFN=RF vaø RIN=RI Toång trôû vaøo cuûa ngoõ vaøo khoâng ñaûo: ZIN laø ZinNI = RI + RF -Toång trôû vaøo cuûa ngoõ vaøo ñaûo thì phöùc taïp hôn: RF Ta coù: VI  VNI  .VB RF  RI -Doøng vaøo ngoõ vaøo ñaûo cuûa khueách ñaïi laø doøng qua ñieän trôû R I Ñieän aùp qua RI laø VRI=VA–VIN vaø: RF V R  VA R I  VB R F VRI  VA  .VB  A F RF  RI RF  RI 61
Doøng vaøo Iin =doøng qua RI vaø baèng VRI/RI => Toång trôû vaøo cuûa ngoõ vaøo ñaûo ZinIN- laø: VA R ZinIN- =  VA i I in v ri VA R I VA R I R F  R I  =  (4-7) VA R F  VA R I  VB R F VA R F  VA R I  VB R F RF  RI Coù 2 caùch ñôn giaûn. neáu VB=0 => Zin = RI (khueách ñaïi ñaûo chuaån) neáu VA=0 => Zin = RI + RF (khueách ñaïi khoâng ñaûo) Toång quaùt thì toång trôû cuûa 2 ngoõ vaøo cuûa KÑ hieäu laø khaùc nhau * Khuyeách ñaïi hieäu ñôn giaûn Khi RF=RI=RFN=RIN => Vout=VB–VA * Khueách ñaïi hieäu nhaân RF=RFN vaø RI=RIN vaø choïn ñoä lôïi hay heä soá nhaân laø RF/RI: RF VOUT= VB  VA  RI * Khueách ñaïi hieäu vaø nhaân Moãi ngoõ vaøo ñöôïc nhaân vôùi moät haèng soá khaùc nhau. Tín hieäu A vaøo ngoõ vaøo ñaûo luoân luoân ñöôïc nhaân vôùi ñoä lôïi ñaûo: RF VoutA = - VA (4-8) RI Tín hieäu B vaøo ngoõ vaøo khoâng ñaûo seõ ñöôïc nhaân vaøo ñoä lôïi khoâng ñaûo vaø thöøa soá chia aùp cho:  RF  R FN  VoutB=    1  R  R VB  (4-9)  RI  FN IN  Kieåu KÑ naøy ñeå laøm vieäc phaûi luoân luoân choïn ñoä lôïi ñaûo lôùn hôn ñoä lôïi khoâng ñaûo.  Thí duï 4.4: Thieát keá moät KÑ hieäu ñeå taïo moät hieäu ñôn giaûn giöõa 2 ngoõ vaøo. Duøng TL081C vôùi nguoàn 15V. Thöïc hieän ñeå ñieän trôû vaøo cuûa ngoõ vaøo khoâng ñaûo= 200K 62
Giaûi: RF Ri VA 2 - 6 V OUT VB 3 + Ri TL081C Ri = 100 k RF RF =100 k H4-7 0 Vout =VB–VA => RF/RI= 1 Vì Zin = RI+RF = 200K = 2 RI RI=RF= 100K  Thí duï 4.5: Thieát keá moät khueách ñaïi hieäu ñeå tröø 10 laàn ñieän aùp vaøo ôû A vôùi 5 laàn ñieän aùp ôû B. Duøng TL081C laøm vieäc ôû  15 V. Cho RF = RFN = 100 K Giaûi: RF Ri VA 2 - 6 V OUT VB 3 + Rin TL081C RFn H4-8 0 RF Ta coù: VoutA = - VA RI Vì Vout/VA= -10 => RF /RI=10 => RI =RF/10= 100/10 = 10K 63
RI= 10 K, RF = RFN= 100K, RIN= 120K Do yeâu caàu VoutB/VB= 5, duøng(4-9)  RF  R FN  VoutB=    1  R  R VB   RI  FN IN   100  100k  5=   1     10  100k  R IN  => RIN = 11x100/ 5 –100 = 120K R I  10k ; R F  100k Vaäy  R IN  120k ; R FN  100k 4-3. Khueách ñaïi tích phaân (maïch tích phaân) VD: Ñieän aùp qua tuï ôû baát kì thôøi ñieåm naøo baèng ñieän tích ñöôïc tích tuï do doøng chaûy t V(t) = 1/C  o I(t)dt (4-10) Soùng vuoâng Tích phaân +v 0 -v to to ñoä cao cuûa ñöôøng thaúng tæ leä vôùi dieän tích phaàn gaïch cheùo cuûa soùng vuoâng +v 0 to t1 to, t1 -v +v 0 to t2 to t1 t2 -v +v 0 to t3 to t1 t2 t3 -v +v t4 0 t0 t4 -v +v t4 t5 t0 t5 64
0 -v +v t6 0 t0 t0 -v Hình 4-9: Minh hoïa tích phaân duøng soùng vuoâng Hình 4-10: maïch tích phaân ñôn giaûn Q= Iint, Q=CF=Vout Vout= Q CF = Iin/CF = -Vint/ RICF (4-11) Neáu Vin khoâng laø const vaø Vin= Vi(t) t => Vout= -1/CFRI  Vi(t)dt (4-12) 0 Thöôøng duøng maïch tích phaân ñeå taïo daïng soùng nhö hình 4-10 khi ñoù ta caàn moät phöông trình toång quaùt ñeå thieát keá RI hau CF. Ta seõ duøng phöông trình: Vout= -Vin/4fRICF (4-13) Vôùi Vin laø bieân ñoä cuûa daïng soùng vaøo, Vout laø bieân ñoä cuûa daïng soùng ra vaø f laø taàn soá (xuaát hieän 1/4f thay cho t vì ñaây laø coâng thöùc thöïc nghieäm ñeå thieát keá) 65
Hình 4-11: KÑ tích phaân thöïc teá vôùi caùc daïng soùng tuaàn hoaøn Duøng coâng thöùc (4-13) vôùi RI= (Vin/Vout) x 1/4fCF (4-14) Neáu ta thöïc hieän Vout=Vin thì RI = 1/4fCF Vaán ñeà vôùi maïch Hình 4-11 ñeå tích phaân caùc soùng tuaàn hoaøn laø ñoä lôïi aùp cuûa KÑ AV  f vaø nhieàu( chính xaùc ñònh nghóa soùng vuoâng) AV =XCF/RI= 1/2fCFRI (4-15) Vôùi nhöõng f daãn ñeán meùo daïng soùng ra. Ñeå giôùi haïn ñoä lôïi f thaáp, ta ñaët RF//CF. Vôùi nhöõng f thaáp, RF RF = 156K, Choïn trò chuaån RF =160 K 66
Hình 4-12: 4-4. Khueách Ñaïi Vi Phaân Ta coù quan heä V(t) vaø I(t) trong cuoän daây laø V(t)= LdI(t)/dt (4-16) Ta coù theå thöïc hieän pheùp toaùn dI(t)/dt baèng caùch duøng khueách ñaïi vi phaân. Ta ñaõ thaáy hieäu öùng cuûa maïch tích phaân treân soùng vuoâng laø ñoåi noù sang soùng tam giaùc ta seõ ñöôïc soùng vuoâng. Ta coù maïch vi phaân ñôn giaûn sau duøng op-amp BIFET Hình 4-13: Maïch KÑ vi phaân ñôn giaûn duøng Op-amp BiFet Q= CI Vin Ta coù: I = CI.dVI(t)/dt= -Vout/RF (4-17) => Vout = -CIRF dVI(t)/dt Vin= Q/CI=It/C => I=Vin.CI/t = -Vout/RF ( 4-18) 67
Phaàn lôùn ta duøng maïch KÑ vi phaân ñeå taïo daïng soùng caùc soùng tuaàn hoaøn. Maïch vi phaân ñôn giaûn ôû hình 4-13 khoâng ñuû cho kieåu öùng duïng naøy, vì ôû nhöõng taàn soá cao, tuï CI coù ñieän trôû raát thaáp vaø ñoä lôïi, cho bôûi (4-19) trôû neân raát lôùn gaây meùo AV = -RF /XC = -2fRFCI (4-19) Ñeå vöôït qua vaán ñeà naøy, ta ñaët 1 ñieän trôû RI noái tieáp vôùi tuï vaøo CI nhö ôû hình 1-14 vieäc naøy seõ giôùi haïn ñoä lôïi toái ña RF/RI ôû caùc taàn soá cao vaø khöû meùo Hình 4-14: KÑ vi phaân thöïc teá ñoái vôùi caùc daïng soùng tuaàn hoaøn Ta seõ caàn moät phöông trình laøm vieäc toång quaùt coù theå duøng ñeå thieát keá R F (hay CI) trong maïch naøy. Duøng phöông trình (4-20) sau: Vout= -Vin.CI.RF (4-20) Thay t baèng ¼ f ñeå coù ñöôïc: Vout= -4f.CI.RF.Vin (4-21) Vôùi Vin laø bieân ñoä soùng vaøo vaø Vout laø bieân ñoä soùng ra vaø f laø taàn soá. Thöôøng khi duøng (4-21), ta choïn giaù trò cuûa CI vaø roài tính RF. Ta coù theå giaûi (4-21) cho RF ñeå ñöôïc phöông trình thieát keá RF= Vout/(Vin.4fCI) (4-22) Neáu ta giaû söû bieân ñoä cuûa daïng soùng bò phaân gioáng nhö bieân ñoä vaøo thì: RF = 1/4fCI? Cuoái cuøng ta phaûi choïn ñoä lôïi taàn cao ñeå xaùc ñònh R I. Ñieån hình laø ñoä lôïi 25 cho keát quaû toát, vì vaäy ta choïn R I= RF/25.  Thí duï 4.7: Thieát keá KÑ vi phaân duøng Op-amp TL081C ñeå vi phaân soùng tam giaùc 7000Hz.  Ñieän aùp ra ñænh-ñænh gaàn baèng ñieän aùp vaøo ñænh-ñænh, duøng tuï vaøo 0,0022 F . Tính taát caû caùc giaù trò ñieän trôû. 68
Giaûi: RF =16 K RI =680 CI =0.0022MF Hình 4-15: Vì cho tröôùc CI vaø f, ta coù theå tính RF töø (4-21): RF =Vout/Vin.4fCI = 1/4fCI vì Vout=Vin = 1 /(4.7.103.0,0022.10-6) = 16.2k Choïn giaù trò chuaån 16,2K. Vì ta vi phaân tín hieäu tuaàn hoaøn, ta caàn ñieän trôû giôùi haïn ñoä lôïi R I ñaët noái tieáp vôùi CI. Tính RI=RF/25=16,2.103/25 hay RI=650. Choïn giaù trò chuaån gaàn nhaát laø RI=680 4-5 Khueách Ñaïi Logarithm KÑ log ñôn giaûn: KÑ loga ñöôïc xaùc ñònh baèng ñaët 1 BJT trong voøng hoài tieáp cuûa op- amp nhö chæ ôû hình 4-16. Ñoái vôùi BJT, quan heä giöõa doøng I C vaø ñieän aùp VBE ñöôïc cho bôûi phöông trình Shockley:   I C  I EO e qVBE / kT  1 (4-23) k: haèng soá Boltzman (1,38.10-23J/K) T: nhieät ñoä Kelvin (0K) q: ñieän tích e- (1,602.10 –19 C) IEO: doøng baûo hoaø cuûa diode base-emitter (doøng diode E- B ñöôïc phaân cöïc nhoû khi C-B ngaén: IEO gaàn baèng IS, IS: doøng væ döôùi phaân cöïc thaáp cuûa diode) IC: doøng collector VBE : ñieän aùp base-emitter Thöïc teá soá haïng haøm muõ >>1, do ñoù (4-23) gaàn baèng 69
I C  I EO e qVBE / kT (4-24) kT I C => VBE  ln (4-25) q I EO Phöông trình naøy chöùng toû raèng bieán ñoåi cuûa V BE chính xaùc baèng loga cuûa doøng collector IC. Ta coù theå ñoåi loge(ln) sang lg(cô soá 10) baèng caùch nhaân cho heä soá 0.4343: kT I C VBE  0.4343 lg (4-26) q I EO Hình 4-16: KÑ logarithm ñôn giaûn Töø hình 4-16, ta thaáy: IC= Vin/RI vaø Vout=-VBE thay vaøo (4-26) ta coù: kT Vin => -Vout = 0.4343 lg (4-27) q R I I EO Khueách ñaïi loga thöïc teá Coù moät vaán ñeà chính vôùi maïch hình 4-16 caùc phöông trình chöùa doøng, baõo hoaø ngöôïc IEO maø thay ñoåi maïnh vôùi nhieät ñoä. Ñeå khöû yeáu toá naøy, ta phaûi duøng maïch hình 4-17. 70
Hình.4-17: KÑ loga thöïc teá duøng caùc op-amp BiFet Maïch duøng moät caëp transistor phoái hôïp Q 1 vaø Q2 ñeå loaïi boû IEO khoâng mong muoán. Q1 hoaït ñoäng nhö phaàn töû hoài tieáp loga, vôùi hoài tieáp ñöôïc ñöa vaøo emitter cuûa Q1 qua caùc ñieän trôû chia aùp R1 vaø R2 vaø tieáp xuùc base-emitter cuûa Q2. doøng qua collector cuûa Q1 chính xaùc baèng doøng vaøo qua RI(=Vin/RI). Doøng collector trong Q2 baèng doøng qua ñieän trôû vaøo R3 ñeán op-amp 2nd. Neáu VCC = const, thì doøng colletor trong Q2 khoâng ñoåi thì VBE cuûa Q1 seõ thay ñoåi vôùi ñieän aùp vaøo theo(4-26) . Ñieän aùp ra tæ leä vôùi hieäu soá giöõa caùc ñieän aùp base-emitter cuûa 2 transistor: R1  R 2 Vout  VBE 2  VBE1  (4-28) R2 V1=VBE2–VVBE1 Neáu duøng (4-26) ta tìm ñöôïc kT I VBE2 – VBE1 = -0,4343 log C1 (4-29) q I C2 Chuù yù raèng soá haïng IEO ñaõ ñöôïc loaïi ñi. Hai phöông trình naøy coù theå ñöôïc keát hôïp ñeå cho bieåu thöùc cuoái cuøng cho ñieän aùp ra laø: kT  R 1  R 2  V R Vout  0.4343.   log in 3 (4-30) q  R2    VCC R I Heä soá nhaân soá haïng loga phaûi baèng 1 neáu output laø loga tröïc tieáp cuûa input, khi ñoù: kT  R 1  R 2    1 (4-31) q  R2    71
Chuù yù raèng phöông trình naøy chöùa t 0 tuyeät ñoái T. Neáu maïch KÑ hoaït ñoäng treân 1 daõy nhieät ñoä, caàn cung caáp boå chính nhieät. Vieäc naøy ñöôïc thöïc hieän baèng caùch duøng moät ñieän trôû ñaëc bieät boå chính nhieät cho R2 trong ñoù ñieän trôû cuõng thay ñoåi vôùi nhieät ñoä tuyeät ñoái. Toång quaùt thì ñieän trôû R2 cho bieát, vaø töø ñoù ta caàn tính R1 töø (4-31). Suy ra: R1 = (q.R2) / (kT0.4343) – R2 (4-32) Ñieåm zero cuûa chuyeån ñoåi loga ñöôïc xaùc ñònh baèng nhaän daïng soá haïng log trong (4-30). Nghóa laø: VinR3/VCC RI =1 (4-33) Veà vaät lyù, zero ñöôïc xaùc ñònh baèng doøng qua R3, vì vaäy ta phaûi giaûi phöông trình naøy cho R3: R3=VCC.RI/Vin (4-34) Toång trôû vaøo RI cuûa maïch KÑ thöôøng seõ ñöôïc giöõ.  Thí duï 4.8: Thieát keá moät KÑ loga ñeå coù output laø 1v vôùi tín hieäu input laø 0.1, output laø 2V vôùi input =1V, output = 3V, vôùi input = 10V. Duøng Op-amp TL081C vaø 2 trans, 2N4401. Choïn ñieän trôû vaøo 1000. Duøng ñieän trôû boå chính nhieät 1.0k (R2). Duøng nguoàn +15V nhö ñieän aùp chuaån. Giöõ t0 thieát keá laø 20 0C Giaûi: Ta thaáy: input = 0.1V cho output = 1V =1.0 V cho output =2V = 10 V cho output = 3V thì input = 0.01 V seõ cho output = 0V Soá haïng loga cuûa (4-30) phaûi = roãng, vôùi input V in=0.01V Vaäy: R3 =VCC.RI /Vin = 15V 1.0k / 0.01V = 1.5M Töø (4-32) suy ra R1: R1= (q/kT).(R2/0.4343)–R2 = (1.60210-191.0k)/(1.38110 –23 293 0.4343 –1.0k = 90.2k choïn R1= 91k 72
Coøn laïi R4 laø ta chöa xaùc ñònh. Ñieän trôû naøy ñôn thuaàn laø ñieän trôû baûo veä ñeå giôùi haïn doøng base cuûa moãi transiotor ñeå baûo veä transistor khoûi nhöõng ñieän aùp ngöôïc lôùn 4-6. Khueách Ñaïi Haøm Muõ (Exponential Amplifier) 1. KÑ haøm muõ ñôn giaûn: Hình 4-18: KÑ haøm muõ ñôn giaûn Ta coù quan heä giöõa doøng IC vaø VBE I C  I EO e qVBE / kT Ngoaøi ra: Vin= -VBE vaø IC =Vout /RF  Vin   Vout  R F .I EO . exp  q   kT  kT  R 1  R 2  V R Vout  0.4343.   log in 3 (4-35) q  R2    VCC. R I Heä soá nhaân soá haïng loga phaûi baèng 1 neáu output laø loga tröïc tieáp cuûa input . Khi ñoù: kT  R 1  R 2  0.4343   1 (4-36) q  R2    Chuù yù raèng phöông trình naøy chöùa nhieät ñoä tuyeät ñoái T. Neáu maïch KÑ hoaït ñoäng treân 1 daõy nhieät ñoä, caàn cung caáp boå chính nhieät. Vieäc naøy ñöôïc thöïc hieän baèng caùch duøng 1 ñieän trôû ñaëc bieät boå chính nhieät cho R2 trong ñoù ñieän trôû cuõng thay ñoåi vôùi nhieät ñoä tuyeät ñoái. Toång quaùt thì ñieän trôû R2 cho bieát , vaø töø ñoù ta caàn tính R1 töø (4- 36). Suy ra: q R2 R1    R2 (4-37) kT 0.4343 Ñieåm zero cuûa chuyeån ñoåi loga ñöôïc xaùc ñònh baèng nd cuûa soá troïng löôïng trong (4- 35). Nghóa laø 73
Vin.R3/Vcc.RI = 1 (4- 38 ) Veà vaät lyù, zero ñöôïc xaùc ñònh baèng doøng qua R3 ,vì vaäy ta phaûi giaûi phöông trình naøy cho R3. R3 = Vcc.RI/Vin (4- 39) Toång trôû vaøo cuûa maïch KÑ thöôøng ñöôïc giaû söû .  Thí duï 4.9: Thieát keá 1 KÑ loga ñeå coù output laø 1V vôùi tín hieäu input laø 0.1V, output=2V voùi input=1V, vaø output=3V vôùi input=10V. Duøng Op-amp TL081C vaø transistor 2N4401, choïn ñieän trôû vaøo 1000, duøng ñieän trôû boå chính nhieät 1.0K(R2). Duøng nguoàn +15V nhö ñieän aùp chuaån. Gæa söû nhieät ñoä thieát keá laø 20C . Giaûi: Ta thaáy: input =0.1V cho output= 1V 1.0V cho output= 2V 10V cho output= 3V R2=R4=R5=R8=2R6 Hình 4-19: 74
Chuù yù coøn coù maïch khaùc, hình 4-20: Hình 4-20: 2) KÑ haøm muõ thöïc teá: Ta coù theå khöû thöøa soá Ieo bieán ñoåi baèng caùch duøng moät caëp transistor phoái hôïp (matched) trong maïch hình 4-21. Maïch naøy raát gaàn gioáng maïch ôû hình 4-17 khaùc bieät chính laø ôû ñaây Q2 laø trans taïo ñöùng haøm muõ, traùi laïi Q1 laø trans chuaån ñöôïc phaân cöïc baèng Vcc qua R3. Ngoõ vaøo loga ñöa vaøo caùc ñieän trôû R1 vaø R2, ñöôïc noái vaøo cöïc bass cuûa Q1 .Ñaây laø maïch xuaát cho KÑ loga. Thieát keá cuûa KÑ haøm muõ haàu nhö ñoàng nhaát vôùi KÑ loga. Hình 4-21: 75
4-7 Chænh Löu Chính Xaùc (Precision Rectifiers) Vôùi caùc diode rôi chuaån, luoân luoân coù moät suït aùp thuaän 0,7V (0,35V vôùi diode germanium) khi diode daãn. Ñieàu naøy coù nghæa laø ñieän aùp ra luoân luoân laø V in–0,7V. trong moät soá öùng duïng thì suït aùp naøy gaây ra vaán ñeà. Cho thí duï, moät chænh löu diode ñôn giaûn ñöôïc duøng trong volt keá ñeå ñoåi AC ra DC laøm cho phaàn cuoái cuûa thang AC toái thieåu coù theå ñoïc ñöôïc xaáp xæ laø 0,7V. Do ñoù ôû ñaây caàn moät chænh löu coù suït aùp thuaän laø zero. Chænh löu naøy ñöôïc goïi laø chænh löu chính xaùc 4.7-1 Maïch chænh löu chính xaùc ñôn giaûn Hình 4-22: maïch chænh löu ñôn giaûn Ñaây laø maïch chænh löu baùn soùng vôùi maát maùt 0v khi daãn thuaän. Neáu 1 ñieän aùp döông >0,7V ñöôïc ñöa vaøo input, thì output döông vaø baèng input. Ñieàu kieän maø caû 2 ngoõ vaøo Op-amp cuøng ñieän aùp ñöôïc thoaû. Tuy nhieân neáu ñieän aùp input 0,07V. thaät ra maïch naøy chæ laøm vieäc ñeán f max, côõ vaøo traêm Hz. Taïi sao? Bôûi vì khi vaøo aùp aâm, Op-amp bò laùi ñeán ñieän aùp baõo hoaø aâm V sat. Khi tín hieäu vaøo ñi leân döông laàn nöõa, output cuûa Op-amp phaûi thay ñoåi töø ñieän aùp aâm lôùn naøy ñeán ñieän aùp 76