Mạch so sánh dùng khuếch đại thuật toán

Bài này nêu lên một số ứng dụng tiêu biểu của các linh kiện tích hợp mạch rắn - Mạch khuếch đại thuật toán. Trong bài có sử dụng các sơ đồ đơn giản hóa, và người đọc nên lưu ý rằng nhiều chi tiết như tên của linh kiện, số thứ tự chân ra và nguồn cung cấp không được thể hiện trong hình.

Các điện trở sử dụng trong các sơ đồ thường được ghi nhận giá trị trên đơn vị là kΩ. Các điện trở có dải < 1 kΩ có thể gây ra dòng điện quá mức và có khả năng phá hỏng linh kiện. Các điện trở có dải >1 MΩ có thể gây ra các tạp âm nhiệt và làm cho mạch vận hành kém ổn định ứng với dòng định thiên đầu vào.

Ghi chú: Một điều quan trọng cần lưu ý là các công thức dưới đây giả định rằng chúng ta sử dụng các mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng. Điều đó có nghĩa là khi thiết kế thực tế các mạch này cần phải tham khảo thêm một số tài liệu chi tiết khác.

Mục lục

• 1 Ứng dụng mạch tuyến tính
  • 1.1 Mạch khuếch đại vi sai
    • 1.1.1 Hệ số khuếch đại vi sai
  • 1.2 Mạch khuếch đại đảo
  • 1.3 Mạch khuếch đại không đảo
  • 1.4 Mạch đệm điện áp
  • 1.5 Mạch khuếch đại cộng đảo
  • 1.6 Mạch tích phân
  • 1.7 Mạch vi phân
  • 1.8 Mạch so sánh
  • 1.9 Mạch khuếch đại đo lường
  • 1.10 Mạch chuyển đổi kiểu Schmitt [Schmitt trigger]
  • 1.11 Mạch giả lập cuộn cảm
  • 1.12 Mạch phát hiện mức không
  • 1.13 Mạch biến đổi tổng trở âm
• 2 Các ứng dụng phi tuyến
  • 2.1 Mạch chỉnh lưu chính xác
  • 2.2 Mach khuếch đại đầu ra Lô-ga
• 3 Các ứng dụng khác
• 4 Tham khảo

Mạch khuếch đại vi saiSửa đổi

Bài chi tiết: Khuếch đại vi sai

Mạch điện này dùng để tìm ra hiệu số, hoặc sai số giữa 2 điện áp mà mỗi điện áp có thể được nhân với một vài hằng số nào đó. Các hằng số này xác định nhờ các điện trở.

Thuật ngữ "Mạch khuếch đại vi sai" không được nhầm lẫn với thuật ngữ "Mạch vi phân" cũng trong bài này.

• Tổng trở vi sai Z i n {\displaystyle Z_{\mathrm {in} }} [giữa 2 chân đầu vào] = R 1 + R 2 {\displaystyle R_{1}+R_{2}}

Hệ số khuếch đại vi saiSửa đổi

Nếu R 1 = R 2 {\displaystyle R_{1}=R_{2}} và R f = R g {\displaystyle R_{\mathrm {f} }=R_{\mathrm {g} }} ,

Mạch khuếch đại đảoSửa đổi

Dùng để đổi dấu và khuếch đại một điện áp [nhân với một số âm]

• Z i n = R i n {\displaystyle Z_{\mathrm {in} }=R_{\mathrm {in} }} [vì V − {\displaystyle V_{-}} là một điểm đất ảo]
• Một điện trở thứ ba, có trị số R f ‖ R i n = R f R i n / [ R f + R i n ] {\displaystyle R_{\mathrm {f} }\|R_{\mathrm {in} }=R_{\mathrm {f} }R_{\mathrm {in} }/[R_{\mathrm {f} }+R_{\mathrm {in} }]} , được thêm vào giữa đầu vào không đảo và đất mặc dù đôi khi không cần thiết lắm, nhưng nó sẽ giảm thiểu sai số do dòng định thiên đầu vào.

Mạch khuếch đại không đảoSửa đổi

Dùng để khuếch đại một điện áp [nhân với một hằng số lớn hơn 1]

• Z i n = ∞ {\displaystyle Z_{\mathrm {in} }=\infty } [thực ra, tổng trở bản thân của đầu vào op-amp có giá trị từ 1 MΩ đến 10 TΩ. Trong nhiều trường hợp tổng trở đầu vào có thể được xem như cao hơn, do ảnh hưởng của mạch hồi tiếp.]
• Một điện trở thứ ba, có giá trị bằng R f ‖ R i n {\displaystyle R_{\mathrm {f} }\|R_{\mathrm {in} }} , được thêm vào giữa nguồn tín hiệu vào V i n {\displaystyle V_{\mathrm {in} }} và đầu vào không đảo trong khi thực ra không cần thiết, nhưng nó sẽ làm giảm thiểu những sai số do dòng điện định thiên đầu vào.

Mạch đệm điện ápSửa đổi

Được sử dụng như một bộ khuếch đại đệm, để giới hạn những ảnh hưởng của tải hay để phối hợp tổng trở [nối giữa một linh kiện có tổng trở nguồn lớn với một linh kiện khác có tổng trở vào thấp]. Do có hồi tiếp âm sâu, mạch này có khuynh hướng không ổn định khi tải có tính dung cao. Điều này có thể ngăn ngừa bằng cách nối với tải qua 1 điện trở.

• Z i n = ∞ {\displaystyle Z_{\mathrm {in} }=\infty } [thực ra, tổng trở bản thân của đầu vào op-amp có giá trị từ 1 MΩ đến 10 TΩ.]

Mạch khuếch đại cộng đảoSửa đổi

Mach được sử dụng để làm phép cộng một số tín hiệu điện áp

• nếu R 1 = R 2 = ⋯ = R n {\displaystyle R_{1}=R_{2}=\cdots =R_{n}} , và R f {\displaystyle R_{\mathrm {f} }} độc lập thì

• Nếu R 1 = R 2 = ⋯ = R n = R f {\displaystyle R_{1}=R_{2}=\cdots =R_{n}=R_{\mathrm {f} }}

• Ngõ ra sẽ đổi dấu
• Tổng trở đầu vào Z n = R n {\displaystyle Z_{n}=R_{n}} , cho mỗi đầu vào [ V − {\displaystyle V_{-}} xem như điểm đất ảo]

Mạch tích phânSửa đổi

Mạch này dùng để tích phân [có đảo dấu] một tín hiệu theo thời gian.

[Trong đó, V i n {\displaystyle V_{\mathrm {in} }} và V o u t {\displaystyle V_{\mathrm {out} }} là các hàm số theo thời gian, V i n i t i a l {\displaystyle V_{\mathrm {initial} }} là điện áp ngõ ra của mạch tích phân tại thời điểm t = 0.]

• Lưu ý rằng cấu trúc của mạch này cũng được xem là mạch lọc thông thấp, một dạng của mạch lọc tích cực.

Mạch vi phânSửa đổi

Mạch này để lấy vi phân [có đảo dấu] một tín hiệu theo thời gian.

Thuật ngữ "Mạch vi phân" tránh không nên nhầm lẫn với "mạch khuếch đại vi sai", cũng trong trang này.

V o u t = − R C [ d V i n d t ] {\displaystyle V_{\mathrm {out} }=-RC\left[{dV_{\mathrm {in} } \over dt}\right]}

[Trong đó, V i n {\displaystyle V_{\mathrm {in} }} và V o u t {\displaystyle V_{\mathrm {out} }} là các hàm số theo thời gian]

• Lưu ý rằng cấu trúc của mạch này có thể xem như một mạch lọc thông thường, một dạng của mạch lọc tích cực.

Mạch so sánhSửa đổi

Mạch này để so sánh hai tín hiệu điện áp, và sẽ chuyển mạch ngõ ra để hiển thị mạch nào có điện áp cao hơn.

• V o u t = { V S + V 1 > V 2 V S − V 1 < V 2 {\displaystyle V_{\mathrm {out} }=\left\{{\begin{matrix}V_{\mathrm {S+} }&V_{1}>V_{2}\\V_{\mathrm {S-} }&V_{1}