Bộ khuếch đại không đảo

Bộ khuếch đại không đảo

Cấu hình cơ bản thứ hai của mạch khuếch đại thuật toán là cấu hình của thiết kế Bộ khuếch đại không đảo .

Trong cấu hình này, tín hiệu điện áp đầu vào, (  VIN  ) được áp dụng trực tiếp đến đầu vào không đảo (+), có nghĩa là độ lợi đầu ra của bộ khuếch đại trở thành giá trị “dương” trái ngược với mạch “Bộ khuếch đại đảo” chúng ta đã thấy trong hướng dẫn trước có độ lợi đầu ra có giá trị âm. Kết quả của việc này là tín hiệu đầu ra “cùng pha” với tín hiệu đầu vào.

Điều khiển phản hồi của Bộ khuếch đại không đảo được thực hiện bằng cách áp dụng một phần nhỏ của tín hiệu điện áp đầu ra trở lại đầu vào đảo (  – ) thông qua mạng phân áp Rƒ – R2 , một lần nữa tạo ra phản hồi âm. Cấu hình vòng kín này tạo ra một mạch khuếch đại không đảo có độ ổn định rất tốt, trở kháng đầu vào rất cao, Rin tiến gần đến vô cùng, vì không có dòng điện nào chạy vào đầu vào dương, (điều kiện lý tưởng) và trở kháng đầu ra thấp,như hình minh họa phía dưới.

Cấu hình Bộ khuếch đại không đảo

Trong hướng dẫn Bộ khuếch đại đảo trước đây, chúng tôi đã nói rằng đối với một op-amp lý tưởng “Không có dòng điện nào chạy vào đầu vào” của bộ khuếch đại và “V1 luôn bằng V2” . Điều này là do đường giao nhau của tín hiệu đầu vào và tín hiệu phản hồi (  V1  ) có cùng điện thế.

Nói cách khác, đường giao nhau là điểm tổng tính “đất ảo”. Do nút đất ảo này mà các điện trở, Rƒ và R2 tạo thành một mạng phân chia điện thế đơn giản trên bộ khuếch đại không đảo với độ lợi điện áp của mạch được xác định theo tỷ số R2 và Rƒ như hình dưới đây.

Mạng phân chia điện áp tương đương

Sau đó, sử dụng công thức để tính toán điện áp đầu ra của mạng phân chia điện áp, chúng ta có thể tính toán độ lợi điện áp vòng kín (  AV  ) của Bộ khuếch đại không đảo như sau:

Khi đó, độ lợi điện áp vòng kín của Bộ khuếch đại không đảo sẽ được đưa ra là:

Chúng ta có thể thấy từ phương trình trên, rằng độ lợi vòng kín tổng thể của bộ khuếch đại không đảo sẽ luôn lớn hơn nhưng không bao giờ nhỏ hơn một , nó có bản chất là dương và được xác định bằng tỷ lệ giữa các giá trị của Rƒ và R2 .

Nếu giá trị của điện trở hồi tiếp Rƒ bằng 0, độ lợi của bộ khuếch đại sẽ chính xác bằng một . Nếu điện trở R2 bằng 0, độ lợi sẽ đạt đến vô cùng, nhưng trong thực tế nó sẽ bị giới hạn ở Bộ khuếch đại thuật toán độ lợi vi sai vòng hở, (  AO  ).

Chúng ta có thể dễ dàng chuyển đổi cấu hình Bộ khuếch đại đảo thành cấu hình bộ khuếch đại không đảo chỉ bằng cách thay đổi các kết nối đầu vào như hình minh họa.

Mạch theo điện áp hoặc mạch đệm điện áp (Unity Gain Buffer)

Nếu chúng ta tạo điện trở phản hồi, Rƒ bằng 0, ( Rƒ = 0 ) và điện trở R2 bằng vô cùng, ( R2 =  ∞ ), thì mạch kết quả sẽ có độ lợi cố định là “1” khi tất cả điện áp đầu ra được đưa trở lại đầu vào đảo (phản hồi âm). Cấu hình này sẽ tạo ra một loại mạch khuếch đại không đảo đặc biệt được gọi là Bộ theo điện áp hay bộ đệm điện áp , còn được gọi là “bộ đệm độ lợi đơn vị”.

Vì tín hiệu đầu vào được kết nối trực tiếp với đầu vào không đảo của bộ khuếch đại, tín hiệu đầu ra không đảo dẫn đến điện áp đầu ra bằng điện áp đầu vào, do đó Vout = Vin . Điều này làm cho mạch theo điện áp lý tưởng như một nguồn điện áp không đổi hoặc bộ điều chỉnh điện áp vì đặc tính cách ly đầu vào đầu ra của nó.

Ưu điểm của cấu hình theo điện áp là nó có thể được sử dụng khi kết hợp trở kháng hoặc cách ly mạch quan trọng hơn khuếch đại điện áp hoặc dòng điện vì nó duy trì điện áp tín hiệu đầu vào ở đầu ra của nó. Ngoài ra, trở kháng đầu vào của mạch theo điện áp cực kỳ cao, thường trên 1MΩ vì nó bằng với trở kháng đầu vào của Bộ khuếch đại thuật toán nhân với độ lợi của nó (  Rin x AO  ). Trở kháng đầu ra op-amps rất thấp vì điều kiện op-amp lý tưởng được giả định để không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi trong tải.

Mạch theo điện áp không đảo

Trong cấu hình mạch không đảo này, trở kháng đầu vào Rin đã tăng đến vô cùng và trở kháng phản hồi Rƒ giảm xuống không. Đầu ra được kết nối trực tiếp trở lại đầu vào đảo âm để phản hồi là 100% và Vin chính xác bằng Vout tạo cho nó một độ lợi cố định là 1. Khi điện áp đầu vào Vin được áp dụng cho đầu vào không đảo, do đó, độ lợi điện áp của bộ khuếch đại được cho là:

Vì không có dòng điện nào chạy vào đầu vào không đảo, trở kháng đầu vào là vô hạn (điều kiện lý tưởng) nên dòng điện bằng không sẽ chạy qua vòng phản hồi. Do đó, bất kỳ giá trị nào của điện trở có thể được đặt trong vòng phản hồi mà không ảnh hưởng đến các đặc tính của mạch vì không có dòng điện nào chạy qua nó nên không có điện áp giảm trên nó dẫn đến tổn thất công suất bằng không.

Vì trở kháng đầu vào cực cao, bộ đệm khuếch đại (bộ theo điện áp) có thể được sử dụng để cung cấp độ lợi công suất lớn vì công suất phụ đến từ các đường cung cấp op-amps và thông qua đầu ra op-amps đến tải chứ không phải trực tiếp từ đầu vào. Tuy nhiên, trong hầu hết các mạch đệm độ lợi =1 có dòng điện rò rỉ và điện dung ký sinh hiện diện vì vậy điện trở giá trị thấp (thường là 1kΩ) được yêu cầu trong vòng phản hồi để giúp giảm ảnh hưởng của các dòng điện rò rỉ này, cung cấp sự ổn định, đặc biệt nếu Bộ khuếch đại thuật toán là loại phản hồi dòng điện.

Bộ theo điện áp hoặc bộ đệm khuếch đại đơn vị là một loại mạch khuếch đại không đảo đặc biệt và rất hữu ích thường được sử dụng trong điện tử để cách ly các mạch với nhau, đặc biệt là trong biến trạng thái bậc cao hoặc bộ lọc dương loại Sallen-Key để tách riêng một bộ lọc giai đoạn khác. IC đệm kỹ thuật số điển hình có sẵn là bộ đệm 74LS125 Quad 3 trạng thái hoặc bộ đệm 74LS244 Octal phổ biến hơn.

Độ lợi điện áp vòng kín của mạch theo điện áp là “1” . Độ lợi điện áp vòng hở của Bộ khuếch đại thuật toán không có phản hồi là Vô hạn .Bằng cách lựa chọn cẩn thận các thành phần phản hồi, chúng tôi có thể kiểm soát lượng khuếch đại được tạo ra bởi Bộ khuếch đại không đảo ở bất kỳ đâu từ một đến vô cùng.

Như vậy, chúng ta đã phân tích một mạch khuếch đại đảo và không đảo chỉ có một tín hiệu đầu vào là Vin . Trong hướng dẫn tiếp theo về Bộ khuếch đại thuật toán, chúng ta sẽ xem xét ảnh hưởng của điện áp đầu ra, Vout bằng cách kết nối nhiều đầu vào hơn với bộ khuếch đại. Sau đó, điều này tạo ra một loại mạch khuếch đại thuật toán phổ biến khác được gọi là Bộ khuếch đại tổng có thể được sử dụng để “cộng” các điện áp có trên đầu vào của nó lại với nhau.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button