Bộ khuếch đại thuật toán (viết tắt là op-amp) là một bộ khuếch đại điện áp cao, đầu vào chế độ vi sai, ghép nối trực tiếp, thường là đầu ra đơn cực. Nó có thể tạo ra điện thế đầu ra (so với đất) lớn hơn hàng trăm nghìn lần so với hiệu điện thế ở đầu vào. Tên gọi này xuất phát từ việc ban đầu nó chủ yếu được sử dụng trong các mạch tính toán tương tự như các phép toán cộng và trừ.

Nguyên lý hoạt động của bộ khuếch đại hoạt động

Đầu vào vi sai của bộ khuếch đại thuật toán bao gồm điện áp đầu vào không đảo và điện áp đầu vào đảo. Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng chỉ khuếch đại sự chênh lệch giữa hai điện áp, được gọi là điện áp đầu vào chế độ vi sai. Điện áp đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán được xác định theo công thức sau:

Vout = (V+ - V-) * Ado

trong đó Ado là độ khuếch đại vi sai vòng hở của bộ khuếch đại hoạt động.

Ampli hoạt động lý tưởng

Một bộ khuếch đại hoạt động lý tưởng thường có những đặc điểm sau:

1. Độ khuếch đại vòng hở vô hạn (Ado = +∞): Một tính chất quan trọng của bộ khuếch đại hoạt động lý tưởng là ở trạng thái vòng hở, tín hiệu vi sai ở đầu vào có độ khuếch đại điện áp vô hạn, khiến bộ khuếch đại hoạt động rất phù hợp để thêm cấu hình phản hồi âm trong các ứng dụng thực tế.

2. Trở kháng đầu vào vô hạn (Zin/Rin = ∞): Các đầu vào của bộ khuếch đại hoạt động lý tưởng không cho bất kỳ dòng điện nào chạy vào, nghĩa là tín hiệu dòng điện ở các đầu V+ và V- luôn bằng XNUMX, nghĩa là trở kháng đầu vào là vô hạn.

3. Điện áp bù đầu vào bằng không

4. Băng thông vô hạn (BW = ∞) với độ lệch pha bằng không và tốc độ thay đổi vô hạn: Bộ khuếch đại hoạt động lý tưởng sẽ khuếch đại tín hiệu đầu vào ở bất kỳ tần số nào với cùng độ khuếch đại vi sai, mà không thay đổi do sự thay đổi tần số tín hiệu.

5. Trở kháng đầu ra bằng 0 (Zout/Rout = XNUMX): Cực đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng là nguồn điện áp hoàn hảo. Bất kể dòng điện chạy đến tải bộ khuếch đại thay đổi như thế nào, điện áp đầu ra của bộ khuếch đại vẫn không đổi, tức là trở kháng đầu ra bằng XNUMX.

6. Không có tiếng ồn

7. Tỷ số loại bỏ chế độ chung vô hạn (CMRR = ∞): Bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng chỉ có thể đáp ứng với chênh lệch điện áp giữa các cực V+ và V-, tức là nó chỉ khuếch đại phần (V+ - V-). Phần chung của hai tín hiệu đầu vào (tức là tín hiệu chế độ chung) bị bỏ qua hoàn toàn.

8. Tỷ lệ từ chối nguồn điện vô hạn

Tất cả những lý tưởng hóa này không thể được hiện thực hóa hoàn toàn. Các điện trở và tụ điện tương đương có thể được sử dụng trong mô hình bộ khuếch đại thuật toán để mô phỏng các tham số không vô hạn hoặc khác không của một bộ khuếch đại thuật toán thực tế. Bằng cách này, các nhà thiết kế có thể tính đến những ảnh hưởng này trong hiệu suất tổng thể của mạch cuối cùng. Tác động của một số tham số lên thiết kế cuối cùng có thể không đáng kể, nhưng cần phải tính toán các tham số khác thực sự hạn chế hiệu suất cuối cùng.

Thiết kế ứng dụng phổ biến

(1) Bộ khuếch đại vòng kín đảo ngược

Hình trên minh họa mạch của bộ khuếch đại vòng kín đảo. Giả sử bộ khuếch đại vòng kín này sử dụng bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng, do hệ số khuếch đại vòng hở vô hạn, hai đầu vào của bộ khuếch đại thuật toán là đất ảo. Ngoài ra, vì trở kháng đầu vào là vô hạn, dòng điện từ Vin đến V- bằng dòng điện từ V- đến Vout, do đó:

(2) Bộ khuếch đại vòng kín không đảo

Hình trên minh họa mạch khuếch đại vòng kín không đảo. Phản hồi âm xác định độ lợi vòng kín Acl=Vout/Vin thông qua các điện trở chia điện áp Rf và Rg. Sự cân bằng được thiết lập khi Vout vừa đủ để làm cho điện áp tại cực đảo bằng Vin. Do đó, độ lợi điện áp của toàn bộ mạch là 1 + Rf/Rg. Công thức điện áp đầu ra là:

(3) Adder

Hình trên minh họa một mạch cộng. Trong điều kiện của một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng, do trở kháng đầu vào là vô hạn, dòng điện qua R1 bằng dòng điện qua R2, và tương tự, dòng điện qua R3 bằng dòng điện qua R4. Vậy:

(V1-V+)/R1=(V+-V2)/R2

(Vout-V-)/R3=V_/R4

Ngoài ra do hiện tượng đoản mạch ảo nên có: V+=V_

Khi đó có thể suy ra rằng :Vout=V1+V2

(4) Mạch tích hợp

Hình trên minh họa một mạch tích hợp. Trong điều kiện của một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng, độ lợi vòng hở là vô hạn, điện áp tại cực đầu vào đảo bằng điện áp tại cực không đảo, và vì trở kháng đầu vào là vô hạn, dòng điện qua R1 bằng dòng điện qua C1.

Dòng điện chạy qua R1 i=V?/R?

Dòng điện chạy qua C1 i=C·dU./dt

Vậy Vout =((-1/(R?·C?)·fV?dt

Điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với tích phân của điện áp đầu vào theo thời gian, đó là lý do tại sao nó được gọi là mạch tích hợp.

(5) Mạch vi phân

Hình trên cho thấy một mạch vi phân. Trong điều kiện của một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng, độ lợi vòng hở là vô hạn, điện áp tại cực đầu vào đảo bằng điện áp tại cực không đảo, và vì trở kháng đầu vào là vô hạn, dòng điện qua R1 bằng dòng điện qua C1.

Nếu V1 là điện áp DC được áp dụng đột ngột, Vout đầu ra tương ứng với xung theo hướng ngược lại với V1.

Slkor SL8634XS14 Op-amp tổng quát SOP-14

Giới thiệu SLKOR:

SLKOR, có trụ sở chính tại Thâm Quyến, Trung Quốc, là một doanh nghiệp công nghệ cao quốc gia đang nổi lên nhanh chóng trong lĩnh vực bán dẫn điện. Với các trung tâm R&D tại Bắc Kinh và Tô Châu, đội ngũ kỹ thuật cốt lõi của công ty có nguồn gốc từ Đại học Thanh Hoa. Là một nhà đổi mới trong công nghệ thiết bị điện silicon carbide (SiC), SLKORCác sản phẩm của 'được sử dụng rộng rãi trong các loại xe năng lượng mới, sản xuất điện quang điện, IoT công nghiệp và điện tử tiêu dùng, cung cấp các giải pháp bán dẫn quan trọng cho hơn 10,000 khách hàng trên toàn cầu.

Công ty cung cấp hơn 2 tỷ sản phẩm mỗi năm, với SiC MOSFET và điốt SBD phục hồi siêu nhanh thế hệ thứ 5 thiết lập chuẩn mực của ngành về tỷ lệ hiệu suất và độ ổn định nhiệt. SLKOR nắm giữ hơn 100 bằng sáng chế phát minh và cung cấp hơn 2,000 mẫu sản phẩm, liên tục mở rộng danh mục IP của mình trên các thiết bị điện, cảm biến và IC quản lý điện. Các chứng nhận bao gồm ISO 9001, EU RoHS/REACH và tuân thủ CP65 chứng minh cam kết vững chắc của công ty đối với đổi mới công nghệ, sản xuất tinh gọn và phát triển bền vững.