Giới thiệu về Bộ khuếch đại hoạt động: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Trong phần Có thể hướng dẫn này, tôi sẽ giới thiệu về Bộ khuếch đại hoạt động, một trong những thiết bị hữu ích nhất của các thiết bị tương tự. Thiết bị này có thể được cấu hình như một bộ khuếch đại không đảo ngược hoặc đảo ngược, một bộ so sánh, bộ khuếch đại điện áp, bộ khuếch đại tổng, bộ khuếch đại thiết bị, bộ đệm, bộ lọc tích cực, bộ dao động cầu Wien cùng với nhiều ứng dụng khác. OpAmp có các cấu hình khác nhau như DIP 8 chân LM741 đơn lẻ hoặc Bộ khuếch đại op 4 chân LM324 14 được hiển thị ở trên. Cũng có những loại có các biến thể gắn trên bề mặt.

Bước 1: Bộ khuếch đại hoạt động là gì?

Bộ khuếch đại hoạt động còn được gọi tắt là op-amp, là bộ khuếch đại điện áp khuếch đại cao được ghép nối DC, được tích hợp vào một chip IC. Chúng có hai đầu vào (đầu vào vi sai) và một đầu ra. Chúng đã được sử dụng như các khối xây dựng trong thiết bị điện tử tương tự kể từ khi các thiết bị đầu tiên ra đời vào cuối những năm 1960. Một trong những điểm hay của các thiết bị này là chúng đã đơn giản hóa rất nhiều thiết kế điện tử theo bản chất tiêu chuẩn hóa của chúng. Thiết kế bộ khuếch đại với các thành phần rời rạc liên quan đến rất nhiều tinh chỉnh vì sự khác biệt giữa các thiết bị hoạt động. Nếu tất cả các bộ khuếch đại đều được chế tạo từ cùng một khuôn silicon, chúng có thể được làm giống nhau và có các đặc điểm giống nhau. Khi thiết kế với các bộ khuếch đại hoạt động, có thể thu được độ lợi cụ thể cho thiết bị bằng cách lắp đặt hai điện trở bên ngoài với tỷ số điện trở cụ thể. Ví dụ, nếu muốn tăng điện áp là 100, thì có thể đặt một điện trở 100k và một điện trở 1k vào mạch để thu được tỷ lệ là 100. Sử dụng chiến lược này, độ lợi này là như nhau ở mọi thời điểm. Op-amp phổ biến nhất mọi thời đại là 741, xuất hiện từ đầu những năm 70 và đã được nhiều thế hệ người có sở thích sử dụng trong mọi thứ, từ bộ khuếch đại âm thanh đến bộ nguồn. 741 đã không được ngành công nghiệp sử dụng trong nhiều năm vì các bộ khuếch đại op tốt hơn đã được phát triển, nhưng chúng vẫn được những người yêu thích và dễ dàng mua được. Các thiết bị đầu tiên xuất hiện trong phong cách gói nội tuyến kép 8 pin hoặc hộp kim loại hình tròn. Sau đó, các thiết bị gắn kết bề mặt trở nên sẵn có. 741 và các op-amp khác của bóng bán dẫn lưỡng cực đã qua sử dụng cổ điển của nó với các thiết bị sử dụng đầu vào bóng bán dẫn hiệu ứng trường sẽ ra mắt sau này. Đầu vào bóng bán dẫn hiệu ứng trường bắt đầu được sử dụng vì nhu cầu có trở kháng đầu vào lớn hơn và tiêu hao dòng điện thấp hơn.

Bước 2: Bộ khuếch đại không đảo

Bộ khuếch đại không đảo là mạch đầu tiên chúng ta sẽ đề cập đến. Trong sơ đồ trên, op amp được đấu dây với đầu vào là đầu vào tích cực với điện trở phản hồi đi đến đầu vào âm. Tỷ lệ Rf để Rg xác định độ lợi. Trong trường hợp của mạch trên, mức tăng điện áp là 10. Sơ đồ ở giữa giới hạn "thế giới thực" của amp op 741 khi một sóng vuông 10 kHz được đưa vào đầu vào nhưng xuất hiện dưới dạng sóng tam giác do tốc độ chuyển mạch hạn chế của thiết bị. Khi đầu vào được hạ xuống một sóng vuông 1 kHz, đầu ra sẽ cải thiện và trông giống một sóng vuông thực hơn. Phép đo khả năng của amp op theo những thay đổi của tín hiệu đầu vào trong biên độ được gọi là "Tốc độ quay" và được đo bằng vôn-trên-micro giây. 741 có đánh giá rất thuần thục ở 0,5 volt trên micro giây. Bộ khuếch đại op tốc độ cao có xếp hạng cao tới 5000 vôn-mỗi micro giây mặc dù một bộ khuếch đại điển hình như TL081 sẽ có xếp hạng trung bình là 13 vôn-mỗi micro giây.

Bước 3: Bộ khuếch đại đảo

OpAmp có thể được cấu hình theo cách sao cho dạng sóng âm 1 volt có thể được đảo ngược và khuếch đại để tạo ra dạng sóng dương 10 volt. Sử dụng cho cấu hình này có thể ở bất cứ nơi nào cần thay đổi pha, chẳng hạn như trong các giai đoạn trình điều khiển của bộ khuếch đại bóng bán dẫn rời rạc.

Bước 4: Sử dụng Op Amp làm bộ chuyển đổi sóng vuông sang sóng hình sin

Mạch trên sẽ thay đổi một sóng vuông 1000 Hz thành một sóng hình sin 1000 Hz. Nó thực hiện điều này bằng cách lọc ra tất cả các thành phần tần số (sóng hài) ở trên và dưới mức cơ bản, là sóng hình sin. Thay vì sử dụng điện trở trong mạch phản hồi, chúng tôi sử dụng các thành phần chọn lọc tần số (tụ điện) cung cấp phản hồi âm để loại bỏ các tần số không mong muốn. Sơ đồ giữa cho thấy mạch thực tế được mô phỏng và dạng sóng được tạo ra. Sơ đồ thứ ba cho thấy đáp ứng tần số của mạch. Tên kỹ thuật của loại mạch này là bộ lọc thông dải tích cực. Nó chỉ cho phép một dải tần số rất hẹp đi qua mà không bị suy giảm.

Bước 5: Sử dụng Op Amp làm bộ so sánh

Có những chip chuyên dụng là bộ so sánh tốt hơn, nhưng đôi khi bạn có thể không có trong tay, vì vậy, việc biết cách tạo bộ so sánh từ opamp luôn hữu ích. Đánh giá nhanh về bộ so sánh là gì, về cơ bản nó là một opamp được thiết lập như một bộ khuếch đại không có phản hồi, cho phép bộ khuếch đại hoạt động ở mức tăng tối đa. Khi một đầu vào được gắn với một điện áp cụ thể chẳng hạn như 3 vôn hiển thị trên sơ đồ, mạch sẽ cho một đầu ra gần như là điện áp đường ray cực đại khi hai đầu vào ở cùng một điện áp. Trong trường hợp mạch trên, sóng sin 1 kHz cho công suất khi nó tăng lên trên 3 vôn và lại chuyển mạch khi sóng sin giảm xuống dưới 3 vôn. Bộ so sánh thường được sử dụng trong (ADC) và bộ tạo dao động thư giãn.

Bước 6: Xây dựng một bộ khuếch đại tổng hợp với một Opamp

Bộ khuếch đại tổng hợp ở trên nhận hai tín hiệu 1 kHz, một tín hiệu có giá trị cực đại 10 mV đến đỉnh và một tín hiệu khác của đỉnh 20 mV để đạt đỉnh. Đầu ra kết quả là 60 mV từ đỉnh đến đỉnh. Vì nó là một bộ khuếch đại đảo ngược, nó phát ra tín hiệu có pha ngược lại.

Bộ khuếch đại tổng hợp được sử dụng trong bộ trộn âm thanh nơi các đầu vào khác nhau cần được thêm vào với nhau. Bằng cách cấp tín hiệu vào chiết áp, các tín hiệu có thể thay đổi để đưa ra đầu ra mong muốn.

Bước 7: Bộ trộn âm thanh ba đầu vào

Mạch này có thể được sử dụng để trộn hai nhạc cụ và một ca khúc giọng hát với nhau, có thể thêm nhiều đầu vào khi cần thiết. Mỗi mức đầu vào có thể được điều chỉnh độc lập với chiết áp.