Phương pháp phân tích cơ bản cho op amp: mạch hở ảo, mạch ngắn ảo. Đối với các mạch ứng dụng op amp không quen thuộc, hãy sử dụng phương pháp phân tích cơ bản này.
Op amp là thiết bị được sử dụng rộng rãi. Khi được kết nối với mạng phản hồi thích hợp, chúng có thể được sử dụng như bộ khuếch đại AC và DC chính xác, bộ lọc chủ động, bộ dao động và bộ so sánh điện áp.
- Ứng dụng của op amp trong lọc chủ động
Hình trên là một mạch lọc chủ động điển hình (mạch Saron-Kayl, một loại mạch Butterworth). Ưu điểm của lọc chủ động là nó có thể làm cho tín hiệu lớn hơn tần số cắt suy giảm nhanh hơn và đặc tính lọc không yêu cầu điện dung và điện trở cao.
Các điểm thiết kế của mạch này là: trong điều kiện đáp ứng tần số cắt thích hợp, các giá trị điện trở của R233 và R230 nên được chọn càng nhất quán càng tốt và điện dung của C50 và C201 nên được chọn là nhất quán (khi các giá trị điện trở và điện dung của mạch RC hai tầng bằng nhau, thì được gọi là mạch Saron-Kayl), để các loại thiết bị có thể được chuẩn hóa trong khi đáp ứng hiệu suất lọc. Trong số đó, điện trở R280 ngăn không cho đầu vào bị treo, điều này sẽ gây ra đầu ra bất thường của bộ khuếch đại hoạt động.
Ba mạch lọc thông thấp chủ động bậc hai được sử dụng phổ biến nhất để lọc là: Butterworth, giảm đơn điệu, phẳng và đường cong mượt mà nhất;
Mạch được sử dụng nhiều nhất trong bộ lọc thông thấp Butterworth là mạch Saron-Kayl, đây là mạch mô phỏng.
Đối với bộ lọc, bạn cần biết tần số cắt của nó hoặc bạn có thể viết hàm truyền và đáp ứng tần số.
Nếu bộ lọc cũng có chức năng khuếch đại, bạn cần biết độ khuếch đại của bộ lọc.
Khi giá trị điện trở và điện dung của mạch RC hai tầng bằng nhau thì được gọi là mạch Serenka. Một phản hồi âm được đưa vào mạch hoạt động bậc hai để làm cho điện áp đầu ra giảm nhanh trong dải tần số cao.
Độ khuếch đại băng thông của mạch lọc thông thấp chủ động bậc hai là 1+Rf/R1, giống như mạch lọc thông thấp bậc một;
Lưu ý rằng đơn vị của m là ohm và đơn vị của N là u
Vì vậy, tần số cắt được tính là
Chebyshev, suy giảm nhanh chóng, nhưng có gợn sóng trong dải thông;
Bessel (hình elip), độ lệch pha tỷ lệ thuận với tần số và độ trễ nhóm về cơ bản là hằng số.
2. Ứng dụng của op-amp trong bộ so sánh điện áp
Mạch này thực chất là sự kết hợp giữa bộ so sánh điểm không và mạch khuếch đại sâu.
Đầu ra được khuếch đại bởi (1+R292/R273). Hệ số khuếch đại càng cao thì cạnh tăng của sóng vuông càng dốc.
Trong mạch này cũng có một giá trị điện trở thành phần quan trọng cần chú ý, đó là R275, giá trị này quyết định tốc độ tăng của sóng vuông.
3. Thiết kế mạch nguồn dòng điện không đổi
Như thể hiện trong hình, quá trình phân tích nguyên lý dòng điện không đổi như sau:
U5B (op-amp thấp hơn trong hình trên) là bộ theo điện áp, do đó V1=V4;
Theo nguyên lý ngắn mạch ảo của bộ khuếch đại hoạt động, đối với bộ khuếch đại hoạt động U4A (bộ khuếch đại hoạt động phía trên trong hình trên): V3=V5;
Kết hợp các phương trình trên, ta được:
Khi điện áp tham chiếu Vref cố định ở mức 1.8V, điện trở R30 là 3.6 và dòng điện đầu ra không đổi ở mức 0.5mA.
Mạch nguồn dòng điện không đổi này có thể được sử dụng để thiết kế các nguồn dòng điện không đổi của các dòng điện khác. Ý tưởng cơ bản là: tất cả các điện trở cần sử dụng điện trở có độ chính xác cao với các giá trị điện trở nhất quán. Điện áp tham chiếu đầu vào (sử dụng chip điện áp tham chiếu đặc biệt) được chia cho giá trị điện trở để thu được dòng điện đầu ra.
Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng thực tế, để bảo vệ mạch nguồn dòng điện không đổi, một diode và một điện trở thường được kết nối nối tiếp ở đầu ra. Lợi ích đầu tiên của việc này là ngăn chặn nhiễu bên ngoài xâm nhập vào mạch nguồn dòng điện không đổi, gây hư hỏng cho mạch nguồn dòng điện không đổi, và thứ hai là ngăn chặn tải bên ngoài bị đoản mạch, để không làm hỏng mạch nguồn dòng điện không đổi.
5. Mạch đo điện trở nhiệt
Mạch trong hình trên là mạch đo điện trở nhiệt/cặp nhiệt điển hình. Ý tưởng đo lường là: nguồn dòng điện không đổi 1-10mA được thêm vào tải, sẽ tạo ra một điện áp nhất định trên tải và điện áp được lọc chủ động. Sau khi xử lý, tín hiệu được điều chỉnh (khuếch đại hoặc suy giảm tín hiệu), và cuối cùng tín hiệu được gửi đến giao diện ADC.
Khi sử dụng mạch này, chú ý áp dụng bảo vệ ở đầu vào. TVS có thể được kết nối song song, nhưng chú ý đến tác động của tụ điện đến độ chính xác của phép đo. Tất nhiên, nếu trong một số trường hợp chi phí thấp, sơ đồ mạch trên có thể được đơn giản hóa thành mạch sau
Trong việc sử dụng bộ khuếch đại hoạt động, bộ theo điện áp là một ứng dụng phổ biến. Lợi ích của mạch này là: thứ nhất, nó làm giảm tác động của tải lên nguồn tín hiệu; thứ hai, nó cải thiện khả năng mang tải của tín hiệu.
7.Ứng dụng nguồn điện đơn
Trong quá trình sử dụng thực tế của op-amp, chúng ta thường sử dụng nguồn điện kép để duy trì đặc tính tần số của op-amp. Tuy nhiên, đôi khi trong quá trình sử dụng thực tế, chúng ta chỉ có một nguồn điện duy nhất và cũng có thể đạt được hoạt động bình thường của op-amp.
Đầu tiên, chúng ta sử dụng mạch theo op amp để đạt được bộ chia điện áp VCC/2:
Tất nhiên, nếu yêu cầu không quá cao, chúng ta có thể chia trực tiếp điện áp bằng điện trở để thu được +VCC/2, nhưng do đặc điểm của việc chia điện áp bằng điện trở nên tốc độ phản hồi động của nó sẽ rất chậm, vì vậy hãy sử dụng một cách thận trọng.
Sau khi có được +VCC/2, chúng ta có thể sử dụng nguồn điện duy nhất để đạt được chức năng khuếch đại tín hiệu, như minh họa bên dưới:
Trong mạch này, R66=R67//R68 và độ khuếch đại đầu ra của tín hiệu là G=-R67/R68.
Ứng dụng cụ thể được thể hiện trong hình bên dưới: op amp được cấp nguồn bởi một +5V_AD duy nhất và điện áp của chip AD là 3.3V (thu được từ chip điện áp tham chiếu REF3033). 3.3V được chia cho các điện trở và theo sau là op amp để thu được 1.65V, được cung cấp cho đầu vào pha của op amp.
