Hỏi đáp công nghệ

Opamp là gì? Cấu tạo và ứng dụng của Opamp

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn

Table of Contents

Opamp là gì? Cấu tạo và ứng dụng của nó trong ngành điện tử ra sao? Hãy cùng Hỏi đáp Công nghệ giải đáp những thắc mắc này trong bài viết dưới đây nhé!

Opamp là gì?

Opamp (hay mạch khuếch đại thuật toán) chỉ đơn giản là một Mạch tích hợp tuyến tính (IC) có nhiều đầu ra. Op-amp có thể được coi là một thiết bị khuếch đại điện áp được thiết kế để sử dụng với các thành phần phản hồi bên ngoài như điện trở và tụ điện giữa các thiết bị đầu ra và đầu vào của nó. Nó là một bộ khuếch đại điện áp có hệ số khuếch đại rất cao với đầu vào vi sai và thường là đầu ra đơn. Op-amps là một trong những thiết bị điện tử được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay vì chúng được sử dụng trong một loạt các thiết bị tiêu dùng, công nghiệp và khoa học.

Opamp là gì?
Opamp là gì?

Lịch sử ra đời của Opamp

  • Năm 1947, bộ khuếch đại thuật toán đầu tiên được phát triển từ ống chân không bởi John R. Ragazzini của Đại học Columbia.
  • Với sự phát triển của bóng bán dẫn silicon, khái niệm về IC (vi mạch điện tử) đã trở thành hiện thực. Vào đầu những năm 1960, Robert J. Wildar của Fairchild Semiconductor đã chế tạo ra opamp, hay còn gọi là μA702.
  • Năm 1968, μA741 được phát hành và chúng bắt đầu được sản xuất rộng rãi.

2. Cấu tạo Op-amp gồm những gì?

Op-Amp được cấu tạo bởi 3 khối:

Khối 1: Đây được gọi là khối khuếch đại vi sai ở Op-Amp. Nhiệm vụ chính của khối này là khuếch đại độ sai lệch tín hiệu ở ngõ vào và ra. Bộ phần có đầy đủ các ưu điểm của một mạch khuếch đại vi sai, bao gồm độ miễn nhiễu cao, có khả năng khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm, có tổng trở ngõ vào lớn…..

Khối 2: Đây là tầng khuếch đại trung gian trong một mạch khuyếch đại thuật toán. Khối này bao gồm rất nhiều tầng khuếch đại vi sai được mắc nối tiếp với nhau để tạo nên một mạch khuếch đại lớn với hệ số khuếch đại lớn, giúp tăng độ nhạy cho OpAmp. Mức DC định mức sẽ được đặt ở đây.

Khối 3: Khối này có thể hiểu là tầng khuếch đại đệm. Nó đảm nhiệm nhiệm vụ tăng dòng cung cấp ra tải đồng thời giảm tổng trở ngõ xuống, giúp cho OpAmp sở hữu sự phối hợp nhẹ nhàng nhất.

Trên thực tế thì, Op Amp sẽ có một số khác biệt so với Op-Amp trong lý tưởng.

Nguyên lý hoạt động của OpAmp

Sơ đồ bên trong của một opamp – mạch khuếch đại thuật toán điển hình trông như thế này:

Opamp là gì?
Opamp là gì? Nguyên lý hoạt động của nó

– Quảng cáo –

Đầu vào có dấu (-) được gọi là đầu vào đảo và đầu vào có dấu (+) được gọi là đầu vào không đảo.

Các cực của nguồn điện V+ và V− được nối tương ứng với các cực dương và cực âm của nguồn điện áp một chiều. Đầu nối chung của V+ và V− được kết nối với điểm chuẩn hoặc mặt đất, nếu không điện áp cung cấp hai lần có thể làm hỏng op-amp.

Mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng là một op-amp chỉ khuếch đại sự khác biệt về điện áp giữa hai đầu, còn được gọi là điện áp đầu vào vi sai. Điện áp đầu ra của op-amp Vra được cho bởi phương trình:

Vra = AOL (V+ – V )

trong đó AOL là độ lợi vòng hở của bộ khuếch đại.

Trong bộ khuếch đại thuật toán tuyến tính, tín hiệu đầu ra là hệ số khuếch đại, được gọi là độ lợi của bộ khuếch đại (A) nhân với giá trị của tín hiệu đầu vào.

Tham số OpAmp

  • Độ lợi vòng hở là độ lợi không có phản hồi tích cực hoặc tiêu cực. Lý tưởng nhất, mức tăng phải là vô hạn, nhưng giá trị thực điển hình nằm trong khoảng 20.000 đến 200.000 ohms.
  • Trở kháng đầu vào là tỷ số giữa điện áp đầu vào và dòng điện đầu vào. Nó được giả định là vô hạn để ngăn chặn bất kỳ dòng điện nào chạy từ nguồn đến các bộ khuếch đại.
  • Trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng được giả định là bằng không. Trở kháng này mắc nối tiếp với tải, do đó làm tăng sản lượng khả dụng cho tải.
  • Băng thông của một opamp lý tưởng là vô hạn và có thể khuếch đại bất kỳ tín hiệu tần số nào từ DC đến các tần số AC cao nhất. Tuy nhiên, băng thông điển hình bị giới hạn bởi sản phẩm Độ lợi-Băng thông, bằng với tần số mà độ lợi của bộ khuếch đại trở nên thống nhất.
  • Đầu ra lý tưởng của bộ khuếch đại bằng không khi chênh lệch điện áp giữa đầu vào đảo và đầu vào không đảo bằng không. Các bộ khuếch đại thực thể hiện một điện áp bù đầu ra nhỏ.

Một số thông số quan trọng khác cần xem xét là:

  • Điện áp bù đầu vào: Là điện áp phải được áp dụng giữa các cực đầu vào của opamp để vô hiệu hóa đầu ra.
  • Dòng bù đầu vào: Là sự khác biệt đại số giữa dòng điện vào đầu vào (-) và đầu vào (+).
  • Dòng phân cực đầu vào: Là giá trị trung bình của dòng đi vào đầu vào (-) và (+) đầu vào của một op-amp.
  • Điện trở đầu vào: tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cực phát và sự thay đổi tương ứng của dòng điện cơ bản ở điện áp cực thu-phát không đổi
  • Điện dung đầu vào: Là điện dung tương đương có thể được đo ở một trong hai đầu nối đầu vào với đầu cuối còn lại được kết nối với đất. Rất quan trọng trong các ứng dụng cao tần vì điện dung đầu vào làm hạ thấp băng thông vòng hở của mạch khuếch đại.
  • Tốc độ quay: Nó được định nghĩa là tốc độ thay đổi lớn nhất của điện áp đầu ra do điện áp đầu vào gây ra. Tốc độ quay vòng được cải thiện với độ lợi vòng kín cao hơn và điện áp cung cấp DC. Nó cũng là một hàm để đo nhiệt độ và thường giảm khi nhiệt độ tăng.

Lưu ý: Mặc dù opamp lý tưởng không sử dụng dòng điện từ nguồn và phản ứng của nó không phụ thuộc vào nhiệt độ, nhưng opamp thực không hoạt động theo cách này.

Mạch khuếch đại thuật toán ngoài thực chỉ gần đạt được các điều kiện lý tưởng trên: bên cạnh các giá trị giới hạn về tốc độ quay, băng thông, điện áp bù đầu vào và những thứ tương tự như thế, các thông số thật của opamp thực tế sẽ bị thay đổi theo thời gian và cũng có thể bị thay đổi do nhiệt độ hay tình trạng của các đầu vào… Các mạch tích hợp hiện đại được sử dụng transistor hiệu ứng trường (FET) hoặc sử dụng transistor hiệu ứng trường có cổng cách điện bằng Oxit kim loại MOSFET sẽ mang các đặc tính sát với mạch lý tưởng hơn các loại mạch sử dụng transistor lưỡng cực khi các tín hiệu lớn được xử lý trong điều kiện là nhiệt độ phòng qua một băng thông giới hạn. Đặc biệt, tổng trở vào sẽ cao hơn rất nhiều, tuy nhiên các loại mạch dùng transistor lưỡng cực thường sẽ tốt hơn về mặt trôi điện áp bù cũng như độ ồn.

Xem thêm >> Full stack là gì? Các kĩ năng để trở thành Full stack developer

Các loại OpAmps

Một opamp có vô số ứng dụng và tạo thành khối xây dựng cơ bản của các hệ thống tuyến tính và phi tuyến tính. Một số loại op-amp bao gồm:

  • Bộ khuếch đại vi sai, là mạch khuếch đại sự khác biệt giữa hai tín hiệu.
  • Bộ khuếch đại đo lường, thường được chế tạo từ ba op-amps và giúp khuếch đại đầu ra của bộ chuyển đổi (bao gồm các đại lượng vật lý đo được).
  • Bộ khuếch đại cách ly khá giống bộ khuếch đại đo lường, nhưng thường được sử dụng khi có một sự chênh lệch điện áp chế độ chung cực kỳ lớn giữa 2 phía phía đầu vào và đầu ra (phá hủy một op-amp thông thường).
  • Bộ khuếch đại phản hồi âm, thường được xây dựng từ một hoặc nhiều op-amps và mạng phản hồi điện trở.
  • Bộ khuếch đại công suất để khuếch đại các tín hiệu nhỏ nhận được từ nguồn đầu vào như micrô hoặc ăng-ten.

Chức năng của mạch khuếch đại là gì?

Một opamp có rất nhiều ứng dụng và nó cũng tạo thành khối xây dựng cơ bản của các hệ thống tuyến tính và phi tuyến tính.

Trong mạch tuyến tính, tín hiệu đầu ra thay đổi theo tín hiệu đầu vào theo phương thức tuyến tính. Một số ứng dụng tuyến tính bao gồm:

  1. Bộ cộng điện áp (Adder)
  2. Bộ trừ điện áp
  3. Bộ chuyển đổi điện áp thành dòng điện (Bộ khuếch đại điện dẫn truyền)
  4. Bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp (Bộ khuếch đại điện trở truyền)
  5. Bộ khuếch đại đo lường
  6. Bộ khuếch đại Power

Một loại mạch khác có đặc tính đầu vào ra đầu ra phi tuyến tính cao là:

  1. Bộ chỉnh lưu
  2. Máy dò đỉnh
  3. Clipper (Bộ giới hạn)
  4. Clamper (Bộ phục hồi điện áp)
  5. Mạch lấy mẫu và giữ
  6. Bộ khuếch đại log và antilog
  7. Bộ nhân, bộ chia (Multiplier/Divider)
  8. Mạch so sánh

Nhờ op-amps và các mạch liên kết, chúng đã trở thành một phần không thể thiếu của bộ khuếch đại âm thanh, Máy phát xung (hay còn gọi máy phát sóng đo lường), bộ điều chỉnh điện áp, bộ lọc sóng hài tích cực, bộ định thời 555, bộ chuyển đổi AD và DA.

Cách chọn bộ khuếch đại thuật toán cho thiết bị của bạn

Phần dưới đây thảo luận về những cân nhắc nhất định khi bạn chọn bộ khuếch đại thuật toán thích hợp cho thiết của mình.

Đầu tiên, hãy chọn một ampop có thể hỗ trợ dải điện áp hoạt động dự kiến ​​của bạn. Thông tin này có thể biết được bằng cách xem điện áp nguồn của bộ khuếch đại. Điện áp nguồn có thể sẽ là VDD (+) và nối đất (bộ nguồn đơn), hoặc bộ khuếch đại có thể hỗ trợ cả bộ nguồn dương và bộ nguồn âm. Bộ nguồn âm rất hữu ích nếu đầu ra cần hỗ trợ điện áp âm.

Thứ hai, hãy xem xét GBP của bộ khuếch đại. Nếu thiết bị của bạn cần hỗ trợ tần số cao hơn hoặc yêu cầu hiệu suất cao hơn và giảm độ méo, hãy xem xét opamp với GBP cao hơn.

Ngoài ra, bạn cũng nên xem xét mức tiêu thụ điện năng, vì một số thiết bị nhất định có thể yêu cầu hoạt động năng lượng thấp. Các yêu cầu về nguồn điện được khuyến nghị thường có thể được tìm thấy trong giấy hoặc ghi chú dữ liệu của trên thiết bị và thường được liệt kê dưới dạng dòng điện cung cấp và mức tiêu thụ điện năng. Công suất tiêu thụ cũng có thể được ước tính từ tích của dòng điện cung cấp và điện áp nguồn cung cấp. Nói chung, bộ khuếch đại opamp với dòng cung cấp thấp hơn có GBP thấp hơn và tương ứng với hiệu suất mạch thấp hơn.

Đối với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao hơn, nhà thiết kế cần đặc biệt chú ý đến điện áp bù đầu vào của bộ khuếch đại, vì điện áp này dẫn đến bù trong điện áp đầu ra của bộ khuếch đại.

Trên đây là toàn bộ những thông tin liên quan đến mạch khuếch đại thuật toán mà Hỏi đáp Công nghệ đã tổng hợp được. Hy vọng, từ các kiến thức trên bạn đã nắm rõ đáp án cho câu hỏi Opamp là gì cũng như những ứng dụng cụ thể của nó trong ngành điện tử. Chúc các bạn vui vẻ!

Các bài viết liên quan

2 thoughts on “Opamp là gì? Cấu tạo và ứng dụng của Opamp”

  1. Pingback: Mô hình Agile là gì? Chi tiết ưu và nhược điểm của Agile

  2. Pingback: Nikola Telsa là ai? Tiểu sử của nhà phát minh thiên tài

Leave a Comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Bài viết liên quan