Một trong những ứng dụng chính của op-amp là khuếch đại tổng hợp hoặc bộ cộng. Khi trở kháng đầu vào của op-amp lớn, trên một tín hiệu đầu vào sẽ được cung cấp cho bộ khuếch đại đảo ngược để thêm tín hiệu đã cho ở đầu ra, được gọi là bộ khuếch đại tổng hợp. Đây là mạch op-amp nơi các tín hiệu đầu vào điện áp khác nhau được thêm vào khuếch đại đảo ngược thành một điện áp đầu ra duy nhất. Vì vậy, mạch này được phân thành hai loại dựa trên dấu hiệu của đầu ra; bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược và bộ khuếch đại tổng hợp không đảo. Bài viết này cung cấp thông tin ngắn gọn về một bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược , hoạt động và ứng dụng của nó.
Bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược là gì?
Bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược là một trong những cấu hình op-amp chính trong đó tín hiệu đầu vào được tổng hợp và đảo ngược ở đầu ra. Bộ khuếch đại này đảo pha hoặc phân cực của tín hiệu đầu ra so với tín hiệu đầu vào. Trong cấu hình bộ khuếch đại này, đầu vào đảo ngược của op-amp nhận điện áp đầu vào và đầu vào không đảo được kết nối với GND. Do đó, mức tăng của bộ khuếch đại này có thể được kiểm soát thông qua việc lựa chọn giá trị điện trở phản hồi và điện trở đầu vào.
Vai trò Op-Amp trong Bộ khuếch đại tổng hợp:
Trong mạch khuếch đại tổng hợp, op-amp hoặc hoạt động khuếch đại giữ vai trò chủ chốt. Hiểu op-amp sẽ xác định hành vi của bộ khuếch đại tổng hợp. Op-amp là bộ khuếch đại điện áp có mức tăng cao bao gồm đầu vào vi sai và đầu ra một đầu. Điện áp đầu ra trong op-amp tỷ lệ thuận với sự thay đổi của hai điện áp đầu vào.
Bộ khuếch đại hoạt động trong bộ khuếch đại tổng hợp được sử dụng ở hai chế độ khác nhau; theo dõi điện áp và chế độ biến tần.
- Ở chế độ theo dõi điện áp, điện áp đầu ra op-amp tái tạo điện áp đầu vào để làm cho bộ khuếch đại hoạt động lý tưởng chủ yếu cho việc đệm tín hiệu.
- Ở chế độ Biến tần, điện áp đầu ra op-amp có thể được khuếch đại và đảo ngược thành điện áp đầu vào.
Chức năng của bộ khuếch đại tổng hợp phụ thuộc rất nhiều vào cấu hình Op Amp. Vì vậy, hoạt động của bộ khuếch đại hoạt động trong bộ khuếch đại tổng hợp cung cấp tính toán chính xác, khuếch đại và có khả năng đảo ngược điện áp đầu vào được cung cấp cho bộ khuếch đại tổng hợp.
Bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược đang hoạt động
Bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược này hoạt động bằng cách đảo ngược pha phân cực (hoặc) của tín hiệu o/p của bộ khuếch đại đối với tín hiệu i/p. Vì vậy, tín hiệu đầu vào của bộ khuếch đại này được đưa đến đầu vào đảo ngược và đầu vào không đảo được đưa đến cực nối đất. Tín hiệu đầu ra được khuếch đại có thể được tạo ra luôn lệch pha 180° với đầu vào. Đầu vào dương của bộ khuếch đại này mang lại đầu ra âm và ngược lại. Độ lợi của bộ khuếch đại này có thể được kiểm soát bằng cách chọn giá trị điện trở phản hồi và điện trở đầu vào. MỘT đảo ngược đầu ra bộ khuếch đại tổng hợp điện áp có thể được biểu thị như sau:
Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn
Các độ lợi của bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược là Tăng (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin
Ở đây, điều quan trọng cần lưu ý là bộ khuếch đại tổng hợp op-amp cũng có thể được thiết kế thông qua cấu hình Không đảo. Nhưng điểm khác biệt chính giữa bộ khuếch đại tổng hợp Đảo ngược và Không đảo ngược là đầu vào trở kháng . Bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược có trở kháng đầu vào ít hơn so với Bộ khuếch đại tổng hợp không đảo do mạng phản hồi. Vì vậy, tín hiệu đầu vào của bộ khuếch đại này có thể được khuếch đại dựa trên các điện trở được kết nối với op-amp và tổng tín hiệu đầu vào được khuếch đại có thể được đảo ngược và hiển thị tại op-amp.
Mạch khuếch đại tổng hợp đảo ngược
Bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược là phiên bản mở rộng của thiết kế bộ khuếch đại đảo ngược, nghĩa là một số đầu vào được cung cấp cho cực đảo ngược của op-amp trong khi cực không đảo được kết nối với GND. Mạch khuếch đại tổng hợp đảo ngược được hiển thị dưới đây. Mạch này có một số điện áp đầu vào được kết nối với đầu vào đảo ngược của bộ khuếch đại và đầu ra sẽ bằng tổng của tất cả các điện áp đầu vào được áp dụng nhưng bị đảo ngược.
Trong mạch trên, khi thiết bị đầu cuối Không đảo ngược được kết nối với GND, thiết bị đầu cuối Đảo ngược ở GND ảo. Do đó, nút đầu vào đảo ngược sẽ trở thành nút lý tưởng chủ yếu để tính tổng các dòng i/p.
Đảo ngược phương trình khuếch đại tổng hợp
Bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược sử dụng op-amp được hiển thị bên dưới. Trong mạch này, tất cả các tín hiệu đầu vào được thêm vào có thể được đưa đến đầu vào đảo ngược. Vì vậy, mạch có hai đầu vào
Trong mạch trên, thiết bị đầu cuối không đảo hoặc điểm B được nối đất, do khái niệm GND ảo, nút-A cũng có thể có điện thế GND ảo.
VA = VB = 0 —— (I)
Từ phía đầu vào của mạch này;
I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)
I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)
Áp dụng tại nút-A & dòng điện ở op-amp đầu vào bằng 0.
Tôi = I1 + I2—— (iv)
Từ đầu ra của bộ khuếch đại,
I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)
Thay thế phương trình ii, iii trong iv.
-Vo/Rf = V1/R1 + V2/ R2.
Võ = -Rf (V1/R1 + V2/ R2).
Võ = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2).
Nếu ba điện trở R1, R2 & Rf bằng nhau thì R1= R2 = Rf, do đó phương trình trên sẽ trở thành;
Võ = – (V1 + V2)………(Vi)
Bằng cách chọn đúng R1, R2 & Rf, chúng ta có thể bổ sung trọng số các tín hiệu đầu vào như; aV1 + bV2 được biểu thị bằng phương trình Vi. Trên thực tế, theo cách như vậy, điện áp đầu vào 'n' sẽ được thêm vào.
Do đó, độ lớn của điện áp đầu ra là lượng điện áp đầu vào và do đó mạch này được gọi là mạch cộng hoặc mạch mùa hè. Ở đầu ra, do dấu hiệu âm của tổng nên nó được gọi là bộ khuếch đại tính tổng đảo ngược.
Cách suy ra hàm truyền bộ khuếch đại tổng đảo ngược
Bộ khuếch đại này thêm tín hiệu đầu vào và đảo ngược đầu ra. Các tín hiệu đầu vào trong bộ khuếch đại này được cộng thêm mức tăng của chúng. Mạch sau đây hiển thị bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược bao gồm hai đầu vào. Hàm truyền của bộ khuếch đại này được hiển thị dưới đây.
Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]
Sử dụng định lý chồng chất , hãy bắt đầu bằng cách đặt đầu vào V2 về 0 như minh họa trong hình dưới đây. Điểm chính ở đây là phải hiểu rằng mức điện áp ở đầu vào đảo ngược của op-amp là 0 volt vì đầu vào không đảo được kết nối với GND.
Bộ khuếch đại hoạt động này sẽ đặt mức o/p ở điện áp đưa đầu vào đảo ngược của nó về phạm vi tương tự như đầu vào không đảo. Vì vậy, điều này là do mức tăng chênh lệch rất cao của op-amp này, chẳng hạn như 100.000. Nếu o/p là vài volt (5V), thì điện áp vi sai ở đầu vào của bộ khuếch đại thuật toán phải là
Vd = 5V/100.000 = 50uV.
Đầu vào đảo ngược và không đảo ngược được coi là có điện thế tương tự nhau với một vài microvolt ở giữa các đầu vào của op-amp. GND ảo trong đầu vào đảo ngược hỗ trợ xác định độ sụt điện áp trên điện trở phản hồi 'Rf'. Vì đầu vào đảo ngược ở mức 0V nên điện áp rơi trên Rf tương tự như Vout. Do đó, dòng điện qua Rf, If có thể được viết là;
Nếu = Vout/Rf
Dòng điện chạy qua điện trở R1 là dòng điện 'I1' và có thể được viết như phương trình sau.
I1=V1/R1
Bộ khuếch đại hoạt động là lý tưởng
Bộ khuếch đại hoạt động có thể được coi là lý tưởng, do đó dòng điện phân cực đầu vào 'Ib' rất gần bằng 0. Ngoài ra, điện trở 'R2' được kết nối bằng một chân với GND trong khi chân còn lại được kết nối với nút GND ảo. Dòng điện chạy qua điện trở ‘R2’ rất gần bằng 0. Ở đây luật hiện hành Kirchoff nói rằng tổng của tất cả các dòng điện trong một nút bằng 0, do đó chúng ta có thể viết rằng,
Nếu + I1 + I2 + Ib = 0
Sau khi thay thế 'Nếu' & I1,
Vout/Rf = -V1/R1 hoặc -V1 (Rf/R1)
Phương trình trên trông tương tự như hàm truyền op amp trong cấu hình đảo ngược. Bộ khuếch đại bao gồm V1 trong i/p của nó là một bộ biến tần thông thường vì dòng điện chạy qua 'R2' bằng không.
Trong các điều kiện định lý chồng chất sau đây, chúng ta lưu trữ ‘V2’ và tạo ra ‘V1’zero. Các ý tưởng tương tự sau đây đối với 'V1', điện áp o/p Vout2 bất cứ khi nào chỉ có 'V2' trong bộ khuếch đại đầu vào là;
Vout2 = -V2 (Rf/R1)
Chức năng chuyển:
Bằng cách cộng hai điện áp o/p, T.F của bộ khuếch đại tổng hợp đảo ngược
Vout = Vout1 + Vout2
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]
Hàm truyền của bộ khuếch đại này với tín hiệu đầu vào 'n' là
Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]
Ví dụ 1:
Giả sử các giá trị của điện trở để đảo ngược bộ khuếch đại tổng hợp Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms. Tín hiệu âm thanh đầu vào của bộ khuếch đại này là’ Vinput1 = 1V và Vinput2 = 2V, do đó hãy tính Vout cho bộ khuếch đại này.
Chúng ta biết rằng Rf = 100KOhms, R1=10KOhms & R2=10KOhms.
Vinput1 = 1V & Vinput2 = 2V
Nếu thay thế các giá trị này vào phương trình khuếch đại tổng, chúng ta có thể nhận được;
Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2
= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2
= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V.
Điện áp đầu ra là -30Volt, là tín hiệu khuếch đại và tổng hợp của tín hiệu đầu vào sau khi điều chỉnh giá trị điện trở. Các yếu tố khác nhau làm thay đổi đầu ra của bộ khuếch đại như; đạt được sản phẩm băng thông, cung cấp điện áp và hiệu ứng tải. Tuy nhiên, ví dụ trên về bộ khuếch đại tổng hợp cung cấp cái nhìn sâu sắc về số học cơ bản và sự tương tác của các thành phần điều khiển bộ khuếch đại này. Quá trình tổng hợp và khuếch đại tín hiệu có thể được mở rộng để bao gồm nhiều tín hiệu khác nhau.
Ví dụ2:
Điện áp đầu ra của mạch khuếch đại tổng hợp sau đây sẽ là bao nhiêu nếu ba tín hiệu âm thanh điều khiển bộ khuếch đại này?
Đối với mỗi kênh trong mạch trên, mức tăng điện áp vòng kín có thể được đo như sau;
ACL1 = – (Rf / R1) => – (100 Kilo Ohms / 20 Kilo Ohms) => – 5 Kilo Ohms.
ACL2 = – (Rf/R2) => – (100 Kilo Ohms/10 Kilo Ohms) => ACL2 = – 10 Kilo Ohms.
ACL3 = – (Rf / R3) => – (100 Kilo Ohms / 50 Kilo Ohms) => ACL3 = – 2 Kilo Ohms.
Điện áp o/p cho bộ khuếch đại tổng hợp này có thể được đưa ra là;
VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)
= – [(5 * 100 mVolt) + (10 * 200 mVolt) + (2 * 300 mVolt)]
= – (0,5 Vôn + 2 Vôn + 0,6 Vôn) => – 3,1 Vôn.
Ưu điểm và nhược điểm
Các Ưu điểm của việc đảo ngược bộ khuếch đại tổng hợp bao gồm những điều sau đây.
- Điểm tổng trong bộ khuếch đại này hầu như ở điện thế đất và do đó cài đặt cũng như tín hiệu từ mọi kênh khác nhau không ảnh hưởng lẫn nhau. Như thế này, mọi kênh được trộn lẫn hoặc tổng hợp ngoài mức tín hiệu, v.v.
- Bộ khuếch đại này cho phép các chuyên gia âm thanh hợp nhất tín hiệu từ các kênh khác nhau và tái tạo chúng thành một bản nhạc duy nhất. Mỗi đầu vào âm thanh được cấu hình riêng biệt mà không làm ảnh hưởng đến đầu ra.
Loại bộ khuếch đại này giúp cách ly giữa các đầu vào và đầu ra riêng lẻ nhờ GND ảo của nó tại nút.
Các nhược điểm của việc đảo ngược bộ khuếch đại tổng hợp bao gồm những điều sau đây.
- Nhược điểm chính của bộ khuếch đại tổng hợp nghịch đảo là nó có mức tăng khá thấp so với loại không đảo ngược .
- Bộ khuếch đại này nhạy cảm với nhiễu nên làm giảm tỷ lệ S/N và giảm độ chính xác của tín hiệu đầu ra.
- Việc tính toán bộ khuếch đại này trở nên phức tạp khi số lượng đầu vào tăng lên.
- Việc đảo ngược tổng trong bộ khuếch đại này có thể không được mong muốn trong một số trường hợp.
Các ứng dụng
Các ứng dụng khuếch đại tổng hợp đảo ngược bao gồm những điều sau đây.
- Đảo ngược bộ khuếch đại tổng hợp giúp đảo ngược pha phân cực (hoặc) của tín hiệu o/p của bộ khuếch đại với tín hiệu đầu vào.
- Đây là cấu hình bộ khuếch đại rất chuyên dụng trong đó tín hiệu đầu vào được tổng hợp và đảo ngược ở đầu ra.
- Loại bộ khuếch đại tổng hợp này được sử dụng để thêm tín hiệu.
- Bộ khuếch đại này được sử dụng để thêm các tín hiệu khác nhau với mức tăng tương đương trong bộ trộn âm thanh.
- Bộ khuếch đại tổng hợp này được sử dụng để cấp điện áp bù DC thông qua điện áp tín hiệu AC.
- Nó cũng có thể hoạt động như một bộ trừ bằng cách đơn giản cung cấp điện áp o/p tương đương với sự biến thiên của hai điện áp.
Vì vậy, đây là tổng quan về bộ khuếch đại đảo ngược, mạch, hoạt động, đạo hàm, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng. Chức năng chính của bộ khuếch đại này là đảo pha của tín hiệu o/p. Những cái này bộ khuếch đại có trở kháng đầu ra thấp, trở kháng đầu vào cao và các giá trị mạch rất linh hoạt có thể dễ dàng điều chỉnh để xử lý mức tăng của từng tín hiệu đầu vào.
Bộ khuếch đại hoạt động trong tổng hợp mạch khuếch đại xác định hành vi của nó. Op-amp trong bộ khuếch đại này hoạt động ở chế độ theo dõi điện áp hoặc chế độ biến tần. Phương trình của bộ khuếch đại này chỉ đơn giản biểu thị điện áp o/p liên quan đến điện áp đầu vào cũng như các điện trở trong mạch. Các bộ khuếch đại tổng hợp này được sử dụng trong các ứng dụng thực tế khác nhau như; bộ trộn âm thanh, nơi các tín hiệu đầu vào khác nhau được hợp nhất thành một đầu ra duy nhất. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, bộ khuếch đại tổng hợp không đảo là gì?
