Bộ khuếch đại hoạt động là gì?
Bộ khuếch đại hoạt động là nền tảng cơ bản của Mạch điện tử tương tự . Chúng là các thiết bị tuyến tính với tất cả các thuộc tính của bộ khuếch đại DC. Chúng ta có thể sử dụng điện trở bên ngoài hoặc tụ điện cho Op Amp bằng nhiều cách khác nhau để biến chúng thành các dạng khuếch đại khác nhau như Bộ khuếch đại đảo, Bộ khuếch đại không đảo, Bộ theo điện áp, Bộ so sánh, Bộ khuếch đại vi sai, Bộ khuếch đại tổng hợp, Bộ tích hợp, v.v. OPAMP có thể là đơn lẻ, dual, quad, vv OPAMP như CA3130, CA3140, TL0 71, LM311, vv có hiệu suất tuyệt vời với dòng điện đầu vào và điện áp rất thấp. Op Amp lý tưởng có ba thiết bị đầu cuối quan trọng ngoài các thiết bị đầu cuối khác. Các thiết bị đầu cuối đầu vào là đầu vào Đảo ngược và đầu vào Không đảo. Đầu cuối thứ ba là đầu ra có thể chìm và nguồn dòng điện và điện áp. Tín hiệu đầu ra là độ lợi của bộ khuếch đại nhân với giá trị của tín hiệu đầu vào.
5 ký tự lý tưởng của một Op Amp:
1. Tăng vòng lặp mở
Độ lợi vòng hở là độ lợi của Op Amp mà không có phản hồi tích cực hoặc tiêu cực. Một OP Amp lý tưởng nên có độ lợi vòng lặp mở vô hạn nhưng thông thường nó nằm trong khoảng từ 20.000 đến 2, 00000.
2. Trở kháng đầu vào
Nó là tỷ số giữa điện áp đầu vào và dòng điện đầu vào. Nó phải là vô hạn mà không có bất kỳ sự rò rỉ nào của dòng điện từ nguồn cung cấp đến các đầu vào. Nhưng sẽ có một vài sự cố rò rỉ ampe Pico trong hầu hết các Ampe Op.
3. Trở kháng đầu ra
Op Amp lý tưởng phải có trở kháng đầu ra bằng không mà không có bất kỳ nội trở nào. Để nó có thể cung cấp đầy đủ dòng điện cho tải kết nối với đầu ra.
4. Chiều rộng băng tần
Op Amp lý tưởng phải có đáp ứng tần số vô hạn để nó có thể khuếch đại bất kỳ tần số nào từ tín hiệu DC đến tần số AC cao nhất. Nhưng hầu hết Op Amps có băng thông hạn chế.
5. Bù đắp
Đầu ra của Op Amp phải bằng không khi chênh lệch điện áp giữa các đầu vào bằng không. Nhưng trong hầu hết Op Amps, đầu ra sẽ không bằng 0 khi tắt nhưng sẽ có một điện áp phút từ nó.
Cấu hình Pin OPAMP:
Trong một Op Amp thông thường sẽ có 8 chân. đó là
Pin1 - Offset Null
Pin2 - Đầu vào đảo ngược INV
Pin3 - Đầu vào không đảo ngược Non-INV
Pin4 - Nối đất- Nguồn cung cấp âm
Pin5 - Offset Null
Pin6 - Đầu ra
Pin7 - Nguồn cung cấp tích cực
Pin8 - Nhấp nháy
4 loại tăng trong OPAMP:
Tăng điện áp - Điện áp vào và điện áp ra
Mức tăng hiện tại - Dòng vào và Dòng ra
Transconductance - Điện áp vào và dòng ra
Điện trở xuyên - Dòng điện vào và điện áp ra
Hoạt động của một bộ khuếch đại hoạt động:
Ở đây chúng tôi đã sử dụng một bộ khuếch đại hoạt động của LM358. Thông thường một đầu vào không đảo ngược phải được cấp cho một xu hướng và đầu vào đảo ngược là bộ khuếch đại thực được kết nối này với phản hồi điện trở 60k từ đầu ra đến đầu vào. Và một điện trở 10k được mắc nối tiếp với một tụ điện và một nguồn cung cấp sóng sin 1V, bây giờ chúng ta sẽ xem độ lợi sẽ được điều chỉnh như thế nào bởi độ lợi R2 / R1 = 60k / 10k = 6, khi đó công suất là 6V . Nếu chúng ta thay đổi độ lợi 40 thì đầu ra là 4V của sóng sin.
Video về hoạt động của bộ khuếch đại hoạt động
Thông thường, nó là bộ khuếch đại cấp nguồn kép, nó dễ dàng được cấu hình thành một nguồn cấp duy nhất bằng cách sử dụng mạng điện trở. Trong trường hợp này, điện trở R3 và R4 đặt điện áp bằng một nửa điện áp nguồn trên đầu vào không nghịch đảo, điều này làm cho điện áp đầu ra cũng bằng một nửa điện áp nguồn tạo thành một loại điện trở phân cực R3 và R4 có thể là bất kỳ giá trị nào từ 1k đến 100k nhưng trong mọi trường hợp chúng phải bằng nhau. Thêm một tụ điện 1 F đã được thêm vào đầu vào không đảo để giảm nhiễu do cấu hình gây ra. Việc sử dụng tụ điện ghép nối cho đầu vào và đầu ra là bắt buộc đối với cấu hình này.
3 ứng dụng OPAMP:
1. Khuếch đại
Tín hiệu đầu ra được khuếch đại từ Op Amp là sự khác biệt giữa hai tín hiệu đầu vào.
Sơ đồ hiển thị ở trên là kết nối Op Amp đơn giản. Nếu cả hai đầu vào được cung cấp cùng một điện áp, Op Amp sau đó sẽ nhận sự khác biệt giữa hai điện áp và nó sẽ là 0. Op Amp sẽ nhân điều này với độ lợi 1.000.000 của nó để điện áp đầu ra là 0. Khi 2 vôn là được cung cấp cho một đầu vào và 1 vôn ở đầu kia, sau đó Op Amp sẽ lấy chênh lệch của nó và nhân với mức tăng. Đó là 1 volt x 1.000.000. Nhưng độ lợi này rất cao nên để giảm độ lợi người ta thường thực hiện phản hồi từ đầu ra đến đầu vào thông qua một điện trở.
Bộ khuếch đại đảo ngược:
Mạch hiển thị ở trên là một bộ khuếch đại đảo với đầu vào Không đảo được kết nối với đất. Hai điện trở R1 và R2 được kết nối trong mạch theo kiểu sao cho R1 cấp tín hiệu đầu vào trong khi R2 trả đầu ra cho đầu vào Đảo ngược. Ở đây khi tín hiệu đầu vào là dương thì đầu ra sẽ là âm và ngược lại. Sự thay đổi điện áp ở đầu ra so với đầu vào phụ thuộc vào tỷ số của các điện trở R1 và R2. R1 được chọn là 1K và R2 là 10K. Nếu đầu vào nhận 1 vôn, thì sẽ có dòng điện 1 mA qua R1 và đầu ra sẽ phải trở thành - 10 vôn để cung cấp dòng điện 1 mA qua R2 và để duy trì điện áp bằng không ở đầu vào Đảo ngược. Do đó độ lợi điện áp là R2 / R1. Đó là 10K / 1K = 10
Bộ khuếch đại không đảo ngược:
Mạch hiển thị ở trên là một bộ khuếch đại không đảo. Tại đây đầu vào Không đảo nhận tín hiệu trong khi đầu vào Đảo ngược được kết nối giữa R2 và R1. Khi tín hiệu đầu vào di chuyển tích cực hoặc tiêu cực, đầu ra sẽ cùng pha và giữ cho điện áp ở đầu vào đảo ngược giống như điện áp của đầu vào không đảo. Mức tăng điện áp trong trường hợp này sẽ luôn cao hơn 1 do đó (1 + R2 / R1).
hai. Người theo dõi điện áp
Mạch trên là một mạch theo điện áp. Ở đây nó cung cấp trở kháng đầu vào cao, trở kháng đầu ra thấp. Khi điện áp đầu vào thay đổi, đầu ra và đầu vào đảo ngược sẽ thay đổi như nhau.
3. Máy so sánh
Bộ khuếch đại hoạt động so sánh điện áp đặt ở một đầu vào với điện áp đặt ở đầu vào khác. Bất kỳ sự khác biệt nào giữa các điện áp nếu nó là nhỏ sẽ đẩy op-amp vào trạng thái bão hòa. Khi điện áp cung cấp cho cả hai đầu vào có cùng độ lớn và cùng cực, thì đầu ra op-amp là 0Volt.
Bộ so sánh tạo ra điện áp đầu ra hạn chế có thể dễ dàng giao tiếp với logic kỹ thuật số, mặc dù tính tương thích cần được xác minh.
Video về Bộ khuếch đại hoạt động dưới dạng sơ đồ mạch so sánh
Ở đây chúng tôi có một op-amp được sử dụng như một bộ so sánh với các đầu cuối đảo ngược và không đảo và kết nối một số bộ chia và đồng hồ đo tiềm năng với chúng và một vôn kế ở đầu ra và LED đến đầu ra. Công thức cơ bản cho bộ so sánh là khi ’+’ nhiều hơn ‘–‘thì đầu ra là cao (một), nếu không thì đầu ra bằng 0. Khi điện áp trên đầu vào âm thấp hơn điện áp tham chiếu, đầu ra là cao và khi đầu vào tiêu cực vượt quá điện áp trên dương, đầu ra sẽ xuống thấp.
3 Yêu cầu đối với OPAMP:
1. Offset Nulling
Hầu hết OPAMP có điện áp bù ở đầu ra ngay cả khi điện áp đầu vào giống nhau. Để làm cho đầu ra có điện áp bằng không, phương pháp bù trừ được sử dụng. Trong hầu hết các Op-Amps, có một sự chênh lệch nhỏ do đặc tính vốn có của chúng và kết quả từ sự không khớp trong sắp xếp thiên vị đầu vào. Vì vậy, một điện áp đầu ra nhỏ có sẵn ở đầu ra của một số Op-amps ngay cả khi tín hiệu đầu vào bằng không. Hạn chế này có thể được khắc phục bằng cách cung cấp một điện áp bù nhỏ cho các đầu vào. Đây được gọi là điện áp bù đầu vào. Để loại bỏ hoặc làm trống phần bù, hầu hết các Op-Amps đều có hai chân để kích hoạt phần bù lệch. Đối với điều này, một Nồi hoặc Giá trị đặt trước có giá trị điển hình là 100K nên được kết nối giữa các chân 1 và 5 với Gạt nước của nó xuống đất. Bằng cách điều chỉnh cài đặt trước, đầu ra có thể được đặt ở điện áp Zero.
hai. Strobing hoặc bù pha
Op-Amps đôi khi có thể trở nên không ổn định và để làm cho chúng ổn định cho toàn bộ dải tần, Cap thường được kết nối giữa chân Strobe 8 và chân1 của nó. Thông thường, một tụ điện đĩa 47pF được thêm vào bù pha để OpAmp vẫn ổn định. Điều này là quan trọng nhất nếu OpAmp được sử dụng làm Bộ khuếch đại nhạy cảm.
3. Phản hồi
Như bạn đã biết, Op-Amp có mức độ khuếch đại rất cao, thường khoảng 1.000,00 lần. Giả sử Op-Amp có độ lợi 10.000, thì Op-Amp sẽ khuếch đại sự khác biệt của điện áp trong đầu vào Không đảo (V +) và đầu vào Đảo ngược (V-). Vậy điện áp đầu ra V ra là
10.000 x (V + - V-)
Trong sơ đồ, tín hiệu được áp dụng cho đầu vào Không đảo ngược và trong đầu vào Đảo ngược được kết nối với đầu ra. Vậy V + = V in và V- = Vout. Do đó Vout = 10.000 x (Vin - Vout). Do đó điện áp đầu ra gần như bằng điện áp đầu vào.
Bây giờ hãy để chúng tôi xem phản hồi hoạt động như thế nào. Chỉ cần thêm một điện trở giữa đầu vào đảo ngược và đầu ra sẽ làm giảm đáng kể độ lợi. Bằng cách lấy một phần nhỏ của điện áp đầu ra cho đầu vào đảo ngược có thể làm giảm đáng kể độ khuếch đại.
Theo phương trình trước đó, V out = 10.000 x (V + - V-). Nhưng ở đây một điện trở phản hồi được thêm vào. Vì vậy ở đây V + là Vin và V- là R1.R1 + R2 x V ra. Do đó V ra là 10.000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout). Vậy V ra = R1 + R2.R1x Vin
Phản hồi tiêu cực:
Tại đây đầu ra của Op-Amp được kết nối với đầu vào Inverting (-) của nó, do đó đầu ra được đưa trở lại đầu vào để đạt được trạng thái cân bằng. Do đó tín hiệu đầu vào ở đầu vào Non Inverting (+) sẽ được phản xạ ở đầu ra. Op-amp với phản hồi âm sẽ điều khiển đầu ra của nó đến mức cần thiết và do đó chênh lệch điện áp giữa đầu vào đảo ngược và không đảo của nó sẽ gần như bằng không.
Phản hồi tích cực:
Tại đây, điện áp đầu ra được đưa trở lại đầu vào Không đảo ngược (+). Tín hiệu đầu vào được đưa đến đầu vào Inverting. Trong thiết kế phản hồi tích cực, nếu đầu vào Đảo ngược được kết nối với đất, thì điện áp đầu ra từ Op-amp sẽ phụ thuộc vào độ lớn và cực tính của điện áp tại đầu vào Không đảo. Khi điện áp đầu vào là dương, thì đầu ra của Op-Amp sẽ là dương và điện áp dương này sẽ được cấp cho đầu vào Không đảo, dẫn đến đầu ra dương hoàn toàn. Nếu điện áp đầu vào là âm, thì điều kiện sẽ được đảo ngược.
Một ứng dụng của bộ khuếch đại hoạt động - Bộ tiền khuếch đại âm thanh
Bộ lọc và bộ tiền khuếch đại:
Bộ khuếch đại công suất sẽ đến sau bộ tiền khuếch đại và trước loa. Đầu đĩa CD và DVD hiện đại không cần bộ khuếch đại trước. Họ cần điều khiển âm lượng và bộ chọn nguồn. Bằng cách sử dụng các điều khiển chuyển mạch và âm lượng thụ động, chúng ta có thể tránh được các bộ tiền khuếch đại.
Hãy để chúng tôi tìm hiểu sơ lược về Bộ khuếch đại công suất âm thanh
Bộ khuếch đại công suất là một thành phần có thể điều khiển loa lớn bằng cách chuyển đổi tín hiệu mức thấp thành tín hiệu lớn. Công việc của bộ khuếch đại công suất là tạo ra điện áp tương đối cao và dòng điện cao. Thông thường, phạm vi tăng điện áp nằm trong khoảng từ 20 đến 30. Các bộ khuếch đại công suất có điện trở đầu ra rất thấp.
Thông số kỹ thuật của Bộ khuếch đại công suất âm thanh
- Công suất đầu ra tối đa:
Điện áp đầu ra không phụ thuộc vào tải, cho cả tín hiệu nhỏ và lớn. Điện áp đã cho đặt vào tải gây ra gấp đôi lượng dòng điện. Do đó, gấp đôi lượng điện năng sẽ được phân phối. Định mức công suất là công suất sóng hình sin trung bình liên tục sao cho công suất có thể được đo bằng cách sử dụng sóng hình sin có điện áp RMS được đo trên cơ sở dài hạn.
- Phản hồi thường xuyên:
Đáp tuyến tần số phải mở rộng toàn dải âm thanh 20 Hz đến 20 KHz. Dung sai cho đáp ứng tần số là ± 3db. Cách thông thường để chỉ định băng thông là bộ khuếch đại giảm 3db so với 0db danh nghĩa.
- Tiếng ồn:
Bộ khuếch đại công suất phải tạo ra tiếng ồn thấp khi bộ khuếch đại công suất đang sử dụng với tần số cao. Tham số nhiễu có thể có trọng số hoặc không có trọng số. Nhiễu không trọng số sẽ được chỉ định trên băng thông 20 KHz. Dựa trên thông số kỹ thuật về tiếng ồn có trọng số độ nhạy của tai sẽ được xem xét. Phép đo tiếng ồn có trọng số có xu hướng làm giảm tiếng ồn ở tần số cao hơn, do đó phép đo tiếng ồn có trọng số khá tốt hơn phép đo tiếng ồn không trọng số.
- Méo mó:
Méo hài tổng là méo phổ biến thường được chỉ định ở các tần số khác nhau. Điều này sẽ được chỉ định ở mức công suất được đưa ra với trở kháng tải điều khiển bộ khuếch đại công suất.
