Bộ khuếch đại vi phân

Bộ khuếch đại vi phân

Bộ khuếch đại vi phân cơ bản tạo ra tín hiệu đầu ra là đạo hàm đầu tiên của tín hiệu đầu vào.

Ở đây, vị trí của tụ điện và điện trở đã được đảo và bây giờ dung kháng, XC được kết nối với cực đầu vào của bộ khuếch đại đảo trong khi điện trở, Rƒ tạo thành phần tử phản hồi âm qua bộ khuếch đại thuật toán như bình thường.

Mạch khuếch đại thuật toán này thực hiện hoạt động toán học vi phân , đó là nó “ tạo ra điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi điện áp đầu vào theo thời gian ”. Nói cách khác, sự thay đổi tín hiệu điện áp đầu vào càng nhanh hoặc càng lớn, dòng điện đầu vào càng lớn, thì sự thay đổi điện áp đầu ra theo đáp ứng càng lớn có hình dạng “tăng vọt”.

Giống như với mạch tích phân, chúng ta có một điện trở và tụ điện tạo thành một Mạng RC trên bộ khuếch đại thuật toán và dung kháng (  Xc  ) của tụ điện đóng một vai trò chính trong hiệu suất của Mạch vi phân op-amp.

Mạch vi phân Op-amp

Tín hiệu đầu vào bộ vi phân được áp dụng cho tụ điện. Tụ điện chặn bất kỳ tín hiệu DC nào để không có dòng điện chạy đến điểm tổng của bộ khuếch đại, X dẫn đến điện áp đầu ra bằng không. Tụ điện chỉ cho phép thay đổi điện áp đầu vào loại xoay chiều đi qua và có tần số phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của tín hiệu đầu vào.

Ở tần số thấp, dung kháng của tụ điện là “Cao” dẫn đến độ lợi thấp (  Rƒ / Xc  ) và điện áp đầu ra thấp từ op-amp. Ở tần số cao hơn, dung kháng của tụ điện thấp hơn nhiều dẫn đến độ lợi cao hơn và điện áp đầu ra cao hơn từ Bộ khuếch đại vi phân.

Tuy nhiên, ở tần số cao, Mạch vi phân op-amp trở nên không ổn định và sẽ bắt đầu dao động. Điều này chủ yếu là do hiệu ứng bậc nhất, xác định đáp ứng tần số của mạch op-amp gây ra đáp ứng bậc hai, ở tần số cao sẽ tạo ra điện áp đầu ra cao hơn nhiều so với mức mong đợi. Để tránh điều này, cần giảm độ lợi tần số cao của mạch bằng cách thêm một tụ điện có giá trị nhỏ bổ sung trên điện trở hồi tiếp Rƒ .

Ok, một số phép toán để giải thích những gì đang xảy ra !. Vì điện áp nút của bộ khuếch đại thuật toán tại cực đầu vào đảo của nó bằng 0, dòng điện i chạy qua tụ điện sẽ được cho là:

Điện tích trên tụ điện bằng điện dung lần Hiệu điện thế trên tụ điện

Như vậy tỷ lệ điện tích thay đổi theo thời gian là :

nhưng dQ / dt là dòng tụ điện, i

từ đó chúng tôi có một đầu ra điện áp lý tưởng cho bộ vi phân op-amp được đưa ra là:

Do đó, điện áp đầu ra Vout là một hằng số –Rƒ * C nhân với đạo hàm của điện áp đầu vào Vin theo thời gian. Dấu trừ (-) cho biết lệch pha 180 o do tín hiệu đầu vào được kết nối với cực đầu vào đảo của bộ khuếch đại thuật toán.

Một điểm cuối cùng cần đề cập, mạch vi phân op-amp  ở dạng cơ bản có hai nhược điểm chính so với mạch tích hợp bộ khuếch đại thuật toán trước đây. Một là nó bị mất ổn định ở tần số cao như đã nói ở trên, hai là đầu vào điện dung khiến nó rất dễ bị nhiễu tín hiệu ngẫu nhiên và bất kỳ nhiễu hoặc sóng hài nào có trong mạch nguồn sẽ được khuếch đại nhiều hơn chính tín hiệu đầu vào. Điều này là do đầu ra tỷ lệ với độ dốc của điện áp đầu vào nên cần phải có một số biện pháp hạn chế băng thông để đạt được sự ổn định vòng kín.

Các dạng sóng vi phân Op-amp

Nếu chúng ta áp dụng tín hiệu thay đổi liên tục chẳng hạn như tín hiệu dạng sóng Vuông, sóng Tam giác hoặc sóng Hình sin vào đầu vào của mạch khuếch đại bộ vi phân, tín hiệu đầu ra kết quả sẽ bị thay đổi và hình dạng cuối cùng của nó phụ thuộc vào hằng số thời gian RC của Điện trở / Tổ hợp tụ điện.

Bộ khuếch đại vi phân Op-amp cải tiến

Mạch vi phân op-amp đơn điện trở cơ bản và tụ điện đơn không được sử dụng rộng rãi để cải tiến hàm toán học vi phân vì hai hạn chế được đề cập ở trên, “Tính không ổn định” và “ nhiễu”. Vì vậy, để giảm độ lợi vòng kín tổng thể của mạch ở tần số cao, một điện trở phụ, Rin được thêm vào đầu vào như hình dưới đây.

Bộ khuếch đại vi phân Op-amp cải tiến

Việc thêm điện trở đầu vào RIN hạn chế bộ vi phân tăng độ lợi với tỷ lệ Rƒ / RIN . Mạch giờ đây hoạt động giống như Bộ khuếch đại vi phân ở tần số thấp và bộ khuếch đại có phản hồi điện trở ở tần số cao giúp loại bỏ nhiễu tốt hơn nhiều.

Sự suy hao bổ sung của các tần số cao hơn được thực hiện bằng cách kết nối một tụ điện Cƒ song song với điện trở phản hồi của bộ vi phân, Rƒ . Điều này cho ta thấy nó giống Bộ lọc thông cao tích cực như chúng ta đã thấy trước đây trong phần bộ lọc.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button