Đồ Án Những ứng dụng của op amp trong thiết kế mạch

MỤC LỤC
PHẦN A: LÝ THUYẾT


I. Giới thiệu về IC thuật toán.
1. Khái quát về Op_amp.
2. Những thông số lý tưởng.
II. Những ứng dụng của op_amp trong thiết kế mạch.

1. Mạch khuếch đại.
1.1 Mạch khuếch đại đảo.
1.2 Mạch khuếch đại không đảo.
2. Mạch lặp điện thế.
3. Mạch so sánh & mạch trigger schmitt.
4. Mạch tích phân & mạch vi phân.
5. Mạch GIC, mạch NIC.
6. Mạch lọc tích cực. .
7. Các loại mạch dao động.
7.1 Dao động dịch pha.
7.2 Dao động cầu wien.
7.3 Mạch dao động tinh thể.
7.4 Dao động Colpitts & Harley
7.5 Mạch dao động tích thoát.
8. Mạch dao động dùng IC 555.
9. Vòng kháo pha (Phase Locked Loop) dùng IC565.


PHẦN B CÁC BÀI THỰC HÀNH


Bài 1 Kiểm tra tham số của Op_Amp.
Bài 2 Mạch khuếch đại AC và DC.
Bài 3 Một số ứng dụng đơn giản của Op_Amp.
Bài 4 Các lọai mạch lọc.
Bài 5 Dao động sóng Sin, Hartley và Colpitt.
Bài 6 Dao động sóng vuông, tam giác, răng cưa.
Bài 7 Mạch So sánh và Trigger Schmitt.
Bài 8 Bộ biến đổi DAC.
Bài 9 Các lọai IC chuyên dùng.


Phần A: Lý thuyêt


I. Giới thiệu về IC thuật toán.


1. Khái quát về op_amp.
Vào năm 1965, mạch tích hợp lưỡng cực đầu tiên, IC được hãng Fairchild Semiconductor giới thiệu và là một trong những IC đầu tiên được sử dụng hoạt động theo hướng thuật toán. Sau đó, IC , cũng của hãng này, được giới thiệu sau thập niên 60. Từ đó, mạch khuếch đại thuật toán sử dụng lưỡng cực và kỹ thuật MOS trong thiết kế. Hầu hết những IC op-amp rất rẻ (không tới 1đô la) nên được sử dụng một cách rộng rãi.
Dựa vào ký hiệu IC thuật toán, có hai ngõ vào và một ngõ ra, hình 1.1(a) mô tả ký hiệu của mạch khuếch đại thuật toán tín hiệu nhỏ. Khi tất cả transistor hoạt động, cần cấp nguồn DC cho IC thuật toán để transistor phân cực trong vùng tác động thuận (active region). Hầu hết IC thuật toán được cấp cả nguồn âm và nguồn dương như hình 1.1(b).

Hình 1.1: (a ) Ký hiệu mạch khuếch đại thuật toán tín hiệu nhỏ
(b) IC thuật toán với điện thế nguồn cấp dương và điện thế nguồn cấp âm
Thường một mạch thuật toán được tạo thành từ 20 đến 30 transistor. IC thuật toán điển hình có những thông số gần như lý tưởng. Do đó ta có thể xem IC thuật toán như một linh kiện điện tử “đơn giản”, có nghĩa là ta có thể dùng IC thuật toán để thiết kế mạch dễ dàng.
Trong chương này, ta phát triển việc thiết lập những thông số thuật toán lý tưởng và sau đó xem xét phương pháp phân tích và thiết kế mạch thuật toán đa dạng. Công việc này giúp ta hiểu quá trình thiết kế mạch điện. Trong chương này, ta giả sử IC thuật toán là lý tưởng. Mạch khuếch đại IC thuật toán không lý tưởng sẽ được khảo sát ở các chương sau, lúc đó phải kể đến dòng vào trong kết quả ra.
1. Những thông số lý tưởng.

Hình 1.2: (a) Ký hiệu mạch op-amp tương đương lý tưởng
(b) Đặc tuyến truyền DC
IC thuật toán nhận biết sự khác biệt giữa hai tín hiệu ngõ vào, và khuếch đại sự khác biệt này để cho ra một tín hiệu ngõ ra. Xem mạch tương đương lý tưởng ở hình 1.2(a). Điều kiện lý tưởng, tổng trở vào vô hạn, có nghĩa là dòng vào bằng không. Ngõ ra của op-amp lý tưởng hoạt động giống như ngõ ra của một nguồn điện thế lý tưởng, nghĩa là tổng trở ngõ ra ở chế độ tín hiệu nhỏ là bằng không.
Vì IC thuật toán là kết hợp của nhiều transistor được phân cực trong vùng tác động thuận và do điện thế nguồn DC , nên điện thế ngõ ra bị giới hạn. Khi tiến tới gần , điện thế ngõ ra bão hòa hay bị giới hạn đến một giá trị gần bằng , vì nó không thể vượt quá điện thế . Tương tự khi , nó bị giới hạn tới một giá trị gần bằng . Nói chung, điện thế ngõ ra bị giới hạn trong khoảng với trong khoảng 1V tới 2V. Hình 1.2(b) mô tả đặc tuyến truyền điện thế của IC thuật toán, cho thấy ảnh hưởng của điện thế bão hòa này.
IC thuật toán lý tưởng được xét ở đây liên quan hai thông số quan trọng là độ lợi vi sai và băng thông hay còn gọi là đáp ứng tần số. Độ lợi vi sai rất lớn, thậm chí đạt tới vô cùng ở trường hợp lý tưởng.


II. Những ứng dụng của op_amp trong thiết kế mạch.


1. Mạch khuếch đại
3.1. Mạch khuếch đại đảo dấu.
Một trong những mạch sử dụng IC thuật toán rộng rãi nhất là mạch khuếch đại đảo dấu (inverting amplifier). Hình 2.1 mô tả mạch vòng lặp kín. IC thuật toán được phân cực với điện thế một chiều DC, mặc dù những nối này ít khi được chỉ ra trực tiếp.

Hình 2.1 Mạch op-amp đảo dấu
Xem mạch tương đương lý tưởng ở hình 2.1. Hệ số khuếch đại điện thế vòng lặp kín hay còn gọi là độ lợi điện thế vòng lặp kín (closed-loop voltage gain) được định nghĩa là:
(2.1)
Giả sử hệ số khuếch đại của mạch hở là rất lớn, khi đó hai ngõ vào và phải gần bằng nhau. Vì là điện thế nối đất, nên điện thế cũng gần bằng không. Tuy nhiên, chúng ta phải chỉ ra rằng chỉ là điện thế mass ảo (virtual ground). Điều đó có nghĩa là tại đó điện thế bằng 0V nhưng không cấp dòng qua mass ảo ().