Mạch khuếch đại thuật toán là gì ?

Khuếch đại thuật toán, hay còn gọi là op-amp, có thể là một khuếch đại lý tưởng với Độ lợi và Băng thông vô hạn khi được sử dụng ở chế độ vòng hở với độ lợi DC điển hình trên 100.000 hoặc 100dB.

Cấu trúc cơ bản của op-amp là một thiết bị 3 đầu ra, với 2 đầu vào và 1 đầu ra (không bao gồm đấu nối nguồn).
Op-amp hoạt động từ nguồn cấp dương (+V) và nguồn cấp âm (-V) tương ứng, hoặc chúng có thể hoạt động từ một nguồn cấp DC đơn.
Hai định luật chính liên quan đến op-amp là nó có trở kháng đầu vào vô hạn (Z = ∞), dẫn đến “Không có dòng điện chảy vào bất kỳ đầu vào nào” và điện áp offset đầu vào bằng 0 V1 = V2.
Op-amp cũng có trở kháng đầu ra bằng 0 (Z = 0).
Op-amp cảm nhận sự khác biệt giữa các tín hiệu điện áp đã áp dụng vào hai đầu vào và sau đó nhân với một Độ lợi đã xác định trước (A).
Độ lợi này (A) thường được gọi là “Độ lợi vòng hở” của khuếch đại.
Đóng vòng hở bằng cách kết nối thành phần điện trở hoặc phản kháng giữa đầu ra và đầu vào của op-amp sẽ giảm và kiểm soát độ lợi vòng hở này.
Op-amp có thể được kết nối thành hai cấu hình cơ bản: Đảo pha và Không đảo pha.

Hai mạch Op-amp cơ bản

Đối với phản hồi âm, khi điện áp phản hồi ở “Ngược pha” với đầu vào, độ lợi tổng thể của khuếch đại sẽ bị giảm.
Đối với phản hồi dương, khi điện áp phản hồi ở “Cùng pha” với đầu vào, độ lợi tổng thể của khuếch đại sẽ tăng lên.
Bằng cách kết nối đầu ra trực tiếp trở lại đầu vào âm, phản hồi 100% được đạt được dẫn đến một mạch Theo dõi điện áp (bộ đệm) với độ lợi không đổi bằng 1 (Đơn vị).
Thay đổi điện trở phản hồi cố định (Rƒ) bằng một biến trở, mạch sẽ có Độ lợi có thể điều chỉnh.

Độ lợi của Mạch Khuếch đại thuật toán

Độ lợi vòng hở gọi là Tích số Độ lợi-Băng thông, hoặc (GBP) có thể rất cao và là một thước đo cho thấy khuếch đại tốt như thế nào.
GBP rất cao khiến mạch Mạch Khuếch đại thuật toán trở nên không ổn định vì một tín hiệu đầu vào micro vôn sẽ làm cho điện áp đầu ra dao động vào trạng thái bão hòa.
Bằng cách sử dụng một điện trở phản hồi thích hợp (Rƒ), độ lợi tổng thể của khuếch đại có thể được kiểm soát chính xác.

Khuếch đại vi sai và Khuếch đại Tổng

Bằng cách thêm nhiều điện trở đầu vào vào đầu vào đảo pha hoặc không đảo pha, các Bộ cộng điện áp hoặc Bộ tổng có thể được tạo ra.
Các op-amp theo dõi điện áp có thể được thêm vào đầu vào của Khuếch đại Phân biệt để tạo ra các Khuếch đại Đo lường có trở kháng đầu vào cao.
Khuếch đại Phân biệt tạo ra một đầu ra tỷ lệ với hiệu của hai điện áp đầu vào.

Mạch Vi phân và Tích phân

Khuếch đại Tích phân tạo ra một đầu ra là phép tính toán tích phân.
Khuếch đại Vi phân tạo ra một đầu ra là phép tính toán vi phân.
Cả Khuếch đại Tích phân và Vi phân đều có một điện trở và tụ điện kết nối song song với op-amp và bị ảnh hưởng bởi hằng số thời gian RC của nó.
Trong dạng cơ bản, Khuếch đại Vi phân bị mất ổn định và nhiễu nhưng các thành phần bổ sung có thể được thêm vào để giảm độ lợi vòng khép kín tổng thể.