72
RC
re
RC
2RE
Chương 4 OP-AMP-KHUẾCH ÐẠI VÀ ỨNG DỤNG
4.1
VI SAI TỔNG HỢP:
Mạch vi sai trong thực tế thường gồm có nhiều tầng (và được gọi là mạch vi sai
tổng hợp) với mục đích.
-
Tăng độ khuếch đại A
VS
-
Giảm độ khuếch đại tín hiệu chung A
C
Do đó tăng hệ số λ1.
-
Tạo ngõ ra đơn cực để thuận tiện cho việc sử dụng cũng như chế tạo mạch khuếch
đại công suất. Thường người ta chế tạo mạch vi sai tổng hợp dưới dạng IC gọi là IC
thuật toán (op-amp _operational amplifier).
Người ta chia một mạch vi sai tổng hợp ra thành 3 phần: Tầng đầu, các tầng giữa và
tầng cuối. Tầng đầu là mạch vi sai căn bản mà ta đã khảo sát ở chương trước.
4.1.1 Các tầng giữa:
Các tầng giữa có thể là vi sai hay đơn cực.
a/Mắc nối tiếp vi sai với vi sai:
Mục đích:
Tăng AVS vì
Giảm AC vì
Avz
AC
 1
 1
Do đó tăng hệ số λ1
73
Ðể ý là tổng trở vào của tầng vi sai sau có thể làm mất cân bằng tổng trở ra của tầng vi
sai trước. Tầng sau không cần dùng nguồn dòng điện.
b/ Mắc vi sai nối tiếp với đơn cực:
Người ta thường dùng tầng đơn cực để:
-
Dễ sử dụng.
-
Dễ tạo mạch công suất.
Nhưng mạch đơn cực sẽ làm phát sinh một số vấn đề mới:
-
Làm mất cân bằng tầng vi sai, nên hai điện trở RC của tầng vi sai đôi khi phải có trị
số khác nhau để bù trừ cho sự mất cân bằng.
-
Làm tăng cả A và A nên (1 có thể thay đổi, do đó chỉ nên dùng tầng đơn cực ở nơi
VS C
đã có thành phần chung thật nhỏ (sau hai hoặc ba tầng vi sai)
Trong đó:
4.1.2 Tầng cuối:
RC = Rc’// Zv với ZV là tổng trở vào của tầng
Phải thỏa mãn các điều kiện:
-
Cho một tổng trở ra thật nhỏ.
-
Ðiện thế phân cực tại ngõ ra bằng 0 volt khi hai ngõ vào ở 0 volt.
a/ Ðiều kiện về tổng trở ra:
Ðể được tổng trở ra nhỏ, người ta thườngdùng mạch cực thu chung.
74
Ðể tính tổng trở ra ta dùng mạch tương đương hình 7.3b; Trong đó R S
của tầng (đơn cực) đứng trước.
Z vo
O v
là tổng trở ra
o
Phân giải mạch ta tìm được:
Z vo 
RE (RS
re )
io RE (1
)
re
RS
Thông thường βRE rất lớn nên
Zo=vo/io =re + RS/β
b/ Ðiều kiện về điện thế phân cực:
Vì các tầng được mắc trực tiếp với nhau nên điện thế phân cực ngõ ra của tầng cuối có
thể không ở 0 volt khi ngõ vào ở 0 volt. Ðể giải quyết người ta dùng mạch di chuyển
điện thế (Level shifting network) gồm có: một nguồn dòng điện I và một điện trở R
sao cho: E = RI.
Trong đó E là điện thế phân cực ngõ ra ( # 0 volt ) của tầng cuối. Tuy
nhiên, như vậy tổng trở ra sẽ tăng thêm một trị số là R. Vì vậy để thỏa mãn cảu hai
điều kiện, người ta dùng mạch di chuyển điện thế trước cực thu chung.
o
75
4.1.3 Một ví dụ:
Op-amp μpc 709 của hảng Fairchild.
T , T : Mạch vi sai căn bản ngõ vào.
1 2
T : Nguồn dòng điện cho T
3 1 và T . Ðiện thế phân cực tại cực nền của T
2 3 được xác định
bởi cầu phân thế gồm T
6 (mắc thành diode), điện trở 480Ω và 2.4kΩ.
T , T : không phải là vi sai vì 2 chân E nối mass. T có nhiệm vụ ổn định điện thế tại
4 5 4
điểm A cho T
1 và T .
2
76
T : Là tầng đơn cực chuyển tiếp giữa vi sai và tầng cuối.
5
T : Là mạch cực thu chung đầu tiên và T
7 8 là mạch di chuyển điện thế với điện trở
3.4k.
T9: Là mạch cực thu chung cũng là tầng cuối để đạt được tổng trở ra nhỏ.
4.2
MẠCH KHUẾCH ÐẠI OP-AMP CĂN BẢN:
Trong chương này, ta khảo sát op-amp ở trạng thái lý tưởng. Sau đây là các đặc tính
của một op-amp lý tưởng:
-
Ðộ lợi vòng hở A (open loop gain) bằng vô cực.
-
Băng tần rộng từ 0Hz đến vô cực.
-
Tổng trở vào bằng vô cực.
-
Tổng trở ra bằng 0.
-
Các hệ số λ bằng vô cực.
-
Khi ngõ vào ở 0 volt, ngõ ra luôn ở 0 volt.
Ðương nhiên một op-amp thực tế không thể đạt được các trạng thái lý tưởng như trên.