Op amp là gì? Tổng quan về Op amp cho người mới bắt đầu

0
734

Hiện nay, lĩnh vực điện tử đã và đang áp dụng rất phổ biến các mạch khuếch đại thuật toán. Với lượng linh kiện ít bên ngoài, nhưng thông qua Op amp lại có thể thực hiện được vô số tác vụ hỗ trợ xử lý tín hiệu tương tự. Vậy, Op amp là gì? Tham khảo thông tin mà ITNavi chia sẻ trong bài viết sau để tìm ra đáp án cho câu hỏi này nhé!

Định nghĩa Op amp là gì?

Opamp được viết tắt từ operational amplifier, dịch nghĩa tiếng việt là mạch khuếch đại thuật toán “DC-coupled”. Mạch khuếch đại này có hệ số khuếch đại vô cùng cao, đầu vào vi sao và có đầu ra đơn. Đầu ra của mạch được điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âm giúp xác định độ lợi đầu ra, tống trở đầu vào và tổng trở đầu ra. 

Các Opamp được ứng dụng vô cùng phổ biến và rộng rãi hiện nay. Những lĩnh vực đã đánh dấu sự góp mặt của nó là: điện tử dân dụng, khoa học và công nghệ. Loại mạch khuếch đại thuật toán này có giá thành rẻ, độ bền cao nên rất được ưu tiên sử dụng. 

Mạch khuếch đại thuật toán op amp là gì?

Mạch khuếch đại thuật toán op amp là gì?

Mạch khuếch đại đai đảo opamp là bộ khuếch đại đảo có sử dụng opamp với dạng song đầu ra ngược lại với dạng song đầu vào. Trong đó, dạng song đầu vào sẽ được khuếch đại theo hệ số AV và theo độ lớn. Khi đó, pha của nó sẽ bị đảo ngược lại. 

Ở trong một mạch khuếch đại đảo ngược, thì tín hiệu sau khi được khuếch đại sẽ kết nối với đầu vào đảo ngược của opamp thông qua điện trở đầu vào R1. 

Bạn đọc tham khảo thêm: Chia sẻ những ưu nhược điểm nổi bật của một file XML

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Op amp là gì?

Cấu tạo của op-amp

  • Khối 1: Đây là dạng tầng khuếch đại vi sai có nhiệm vụ khuếch đại độ sai lệch tín hiệu giữa 2 ngõ vào v+ và v-.  Nó thường hội đủ mọi ưu điểm của bộ phận mạch khuếch đại vi sai như: khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm, tổng trở ngõ vào lớn, độ miễn nhiễu cao. 
  • Khối 2: Là tầng khuếch đại trung gian với nhiều tầng khuếch đại vi sai được mắc nối tiếp với nhau nhằm tạo nên một mạch khuếch đại có hệ số lớn. Từ đó, gia tăng độ nhạy cho Op-Amps. Ở tầng này còn có một tầng dịch mức DC giúp đặt mức phân cực DC ngõ ra. 
  • Khối 3: Tầng này là khuếch đại đệm, chúng giúp làm tăng dòng cung cấp ra tải. Từ đó, làm giảm tổng trở ngõ ra giúp cho Op-Amps phối hợp với những tải khác dễ dàng hơn. 

Nguyên lý hoạt động của Op amp

Op-amp dựa vào ký hiệu để đáp ứng các tín hiệu ngõ ra V0 dựa theo cách đưa tín hiệu ngõ vào như sau: 

  • Đưa tín hiệu ngõ vào đảo, ngõ vào không đảo bằng các nối mass: Vout=Avo.V+
  • Tín hiệu ngõ vào không đảo, ngõ vào đảo nối mass: Vout= Av0.V_
  • Đưa các tín hiệu vào cùng một lúc trên hai ngõ vào: Vout= Av0.(V+-V_)= Av0. (ΔVin)

Đặc tính của Opamp thể hiện rõ đặc tính của 3 vùng cụ thể là: 

  • Vùng khuếch đại: Vùng này điện áp ngõ ra V0 tỉ lệ với tín hiệu của ngõ vào dựa theo quan hệ tuyến tính. Nếu như bạn sử dụng mạch khuếch đại điện áp vòng hở thì vùng này sẽ chỉ nằm trong khoảng nhỏ. 
  • Vùng bão hòa dương: Vùng này thường bất  chấp tín hiệu ngõ vào và ngõ ra ở +Vcc. 
  • Vùng bão hòa âm: Thường bất chấp tín hiệu ngõ vào và ngõ ra luôn ở -Vcc. 

Nguyên lý làm việc của opamp

Nguyên lý làm việc của opamp

Theo các chuyên gia, thực tế thì Opamp rất ít khi được sử dụng để làm việc trong trạng thái vòng hở vì hệ số khuếch đại áp Av0 lớn nhưng tầm điện áp ngõ vào do Opamp khuếch đại tuyến tính sẽ rất bé. Nếu như một tín hiệu bị nhiễu nhỏ hoặc trôi theo nhiệt độ sẽ đủ giúp cho điện áp ngõ ra ở ±Vcc.

Bởi vậy, mạch khuếch đại vòng hở sẽ chỉ sử dụng cho các mạch tạo xung và dao động. Nếu cần làm việc trong chế độ khuếch đại tuyến tính thì người ta sẽ thực hiện quá trình phản hồi âm nhằm giảm được hệ số khuếch đại vòng hở Av0 xuống mức thích hợp hơn. 

Chính lúc này, vùng làm việc tuyến tính của OpAmp sẽ được mở rộng và khi opamps làm việc trong chế độ này sẽ được gọi là trạng thái close loop (vòng kín). 

Bạn đọc tham khảo thêm: Tìm hiểu ứng dụng và các loại DOM trong Javascript

Nguồn cung cấp, phân cực và mạch so sánh

Nguồn cung cấp Opamp

Opamp có khả năng làm việc với những nguồn cung không đối xứng có giá trị thấp hơn ±15VDC hoặc với một nguồn đơn +12VDC. Mặc dù vậy, sự thay đổi về cấu trúc của nguồn cung cấp có thể khiến cho một số tính chất bị thay đổi làm ảnh hưởng đến tính đối xứng của nguồn. 

Dù cho nguồn đơn vẫn có nhiều ưu điểm trong việc cung cấp nguồn cho op-amps. Tuy nhiên, thực tế vẫn còn nhiều mạch op-amps chỉ được sử dụng nguồn đôi đối xứng. 

Phân cực cho op-amps

Tương tự khuếch đại nối tầng RC, những op amps sẽ sử dụng khuếch đại tín hiệu AC cần có tụ liên lạc để không làm ảnh hưởng đến thành phần giữa các tầng khuếch đại. 

Schmitt Trigger và mạch so sánh

Đây là 2 dạng mạch đã được phân cực để làm việc trong một vùng bão hòa. Tuy nhiên, giữa chúng vẫn tồn tại một số điểm khác biệt. Cụ thể như sau: 

  • Mạch so sánh: Tận dụng tối đa hệ số khuếch đại vòng hở trong op-amps rồi chế tạo thành các vi mạch chuyên dụng. 
  • Mạch Schmitt Trigger: Là dạng mạch so sánh có phản hồi. 

Ưu điểm nổi bật của Op amp là gì?

  • Nhờ 2 ngõ đầu vào có thể là đảo hoặc không đảo nên Opamp có thể khuếch đại được nguồn tín hiệu đối xứng. Những nguồn này có thể là: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, mực chất lỏng, dòng sinh học,… Chúng đều là nguồn có tính đối xứng. 
  • Ngõ ra diễn tả khuếch đại sự sai lệch giữa 2 tín hiệu ngõ vào. Vì vậy, Opamp có tính miễn nhiều cao vì khi tín hiệu nhiễu đến 2 ngõ vào cùng một lúc thì ở ngõ ra sẽ không xuất hiện nữa. Bởi vậy, opamp có khả năng khuếch đại những tín hiệu có tần số cực thấp hoặc tín hiệu một chiều. 
  • Hệ số khuếch đại lớn nên opamp có thể khuếch đại cả những tín hiệu chỉ có biên độ vài chục mico Volt. 
  • Tính ổn định nhiệt cao vì các mạch khuếch đại vi sai trong opamp được chế tạo trên cùng một phiến. 
  • Khi không có tín hiệu, điện áp phân cực ngõ vào và ra chỉ bằng không. Nhờ vậy, việc chuẩn hóa khi lắp ghép giữa các khối sẽ dễ dàng hơn. 
  • Nhờ tổng trở ngõ vào của opamp lớn nên nó cho phép mạch khuếch đại cả những tín hiệu công suất bé. 
  • Vì tổng trở ngõ ra thấp nên opamp có thể cung cấp dòng tốt cho các phụ tải. 
  • Opamp có thể làm việc được với nhiều dạng tín hiệu do băng thông rất rộng. 

Ứng dụng của Op amp

Ứng dụng của Op amp

Ứng dụng trong thiết kế điện tử của Op amp là gì?

Opamps được sử dụng như một khối mạch điện với mục đích giúp cho việc tính toán thông số của phần tử có trong mạch dễ dàng hơn. Những opamp đầu có thể được sử dụng như một khối mạch điện nếu nó là khối khuếch đại vi sai và có độ lớn vừa đủ. Các mạch sau vì giới hạn của tầng khuếch đại lớn hơn nên opamp bị áp đặt vào các dải thông số ở mỗi mạch. 

Opamp sẽ được thiết kế giống như mọi mạch và đặc tính trong mạch sẽ được vẽ trước để áp đặt cho nhiệm vụ của mạch cũng như giới hạn cho phép của nó. 

Bạn cần sự hỗ trợ của những công cụ mô phỏng trên máy tính để mạch điện được thiết kế hoàn hảo hơn. Khi đó, mạch khuếch đại thuật toán thông dụng và linh kiện sẽ được lựa chọn sao cho phù hợp nhất với các yêu cầu của mạch để đảm bảo mức chi phí hợp lý. Trường hợp không đạt được những yêu cầu này của mạch thì giá trị sẽ bị thay đổi. Nếu các mẫu mạch được ứng dụng thì sẽ được thử nghiệm chặt chẽ để đánh giá sự thay đổi nhằm tăng cường thêm các đặc tính khác. 

Tổng kết

Trên đây là toàn bộ những thông tin liên quan đến mạch khuếch đại thuật đoán mà ITNavi đã tổng hợp được. Hy vọng, từ các kiến thức trên bạn đã nắm rõ Op amp là gì cũng như những ứng dụng cụ thể của mạch khuếch đại này trong ngành điện tử. 

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here