Opamp là gì
Opamp, viết tắt của Operational Amplifier hay Khuếch đại thuật toán, là một thiết bị tuyến tính có khả năng khuếch đại tín hiệu DC gần như lý tưởng. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như điều hòa tín hiệu, lọc tín hiệu, hoặc thực hiện các phép toán cộng, trừ, nhân, chia.
Bạn đang xem: Opamp là gì
Opamp cơ bản là một thiết bị khuếch đại điện áp được thiết kế để sử dụng với các linh kiện phản hồi bên ngoài như điện trở và tụ điện giữa các đầu vào và đầu ra của nó. Nhờ vào các cấu hình phản hồi khác nhau như điện trở, điện dung hoặc cả hai, opamp có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau, từ đó được gọi là khuếch đại thuật toán.
Cấu tạo opamp
Opamp cơ bản có ba cực, bao gồm hai đầu vào với trở kháng cao. Đầu vào một được gọi là đầu vào đảo ngược, được đánh dấu bằng dấu âm (-). Đầu vào hai được gọi là đầu vào không đảo ngược, được đánh dấu bằng dấu dương (+).
Cực thứ ba đại diện cho cổng đầu ra của opamp có thể đồng thời là cổng góp và cổng nguồn cho điện áp hoặc dòng điện.
Đặc tính của opamp
- Độ lợi vòng mở
Độ lợi vòng mở là độ lợi của opamp khi không có phản hồi dương hoặc âm. Opamp lý tưởng có độ lợi vòng mở vô hạn, nhưng thông thường nó nằm trong khoảng từ 20.000 đến 200.000.
- Trở kháng đầu vào
Trở kháng đầu vào là tỷ số giữa điện áp đầu vào và dòng điện đầu vào. Giá trị này phải là vô hạn mà không có sự rò rỉ nào từ nguồn cấp đến các đầu vào. Tuy nhiên, có thể có một số rò rỉ nhỏ pico-ampere trong hầu hết các opamp.
- Trở kháng đầu ra
Xem thêm : Cách Sử Dụng Thống Kê Rivatuner Statistics Server Là Gì Và Cách Sử Dụng Nó
Opamp lý tưởng phải có trở kháng đầu ra bằng không mà không có nội trở. Điều này cho phép nó cung cấp đủ dòng điện cho tải kết nối với đầu ra.
- Chiều rộng băng tần
Opamp lý tưởng phải có đáp ứng tần số vô hạn để khuếch đại tín hiệu từ tần số DC đến tần số AC cao nhất. Tuy nhiên, hầu hết opamp có giới hạn băng thông.
- Giá trị bù
Đầu ra của opamp phải bằng không khi chênh lệch điện áp giữa các đầu vào bằng không. Tuy nhiên, trong hầu hết các opamp, đầu ra sẽ không bằng không khi tắt và sẽ có một ít điện áp.
Nguyên lý hoạt động của opamp
Hoạt động vòng mở của opamp
Opamp có một đầu vào vi sai và một đầu ra đầu mút đơn. Chúng ta có thể sử dụng hai tín hiệu, một ở đầu vào đảo ngược và một tín hiệu khác ở đầu vào không đảo, opamp lý tưởng sẽ khuếch đại sự khác biệt giữa hai tín hiệu đầu vào. Chúng ta gọi sự khác biệt này là điện áp đầu vào vi sai. Phương trình dưới đây mô tả đầu ra của opamp:
VOUT = AOL(V1 – V2)
Trong đó, VOUT là điện áp tại đầu ra của opamp. AOL là độ lợi vòng mở của opamp (lý tưởng). Đối với IC 741, AOL là 2 x 105.
V1 là điện áp tại đầu vào không đảo.
V2 là điện áp tại đầu vào đảo ngược.
Xem thêm : Nhạc House là gì? Những bản nhạc house hay nhất
(V1 – V2) là điện áp đầu vào vi sai.
Rõ ràng từ phương trình trên, đầu ra của opamp sẽ khác không khi và chỉ khi điện áp đầu vào vi sai khác không (V1 và V2 không bằng nhau), và sẽ bằng không khi cả V1 và V2 bằng nhau. Lưu ý rằng đây là điều kiện lý tưởng, trong thực tế có một số không cân bằng nhỏ trong opamp. Độ lợi vòng mở của một opamp rất cao. Do đó, opamp có thể khuếch đại điện áp đầu vào vi sai nhỏ lên một giá trị lớn.
Bên cạnh đó, nếu áp dụng một điện áp đầu vào vi sai nhỏ, opamp sẽ khuếch đại nó lên một giá trị đáng kể, nhưng giá trị đáng kể này ở đầu ra không thể vượt quá điện áp cung cấp của opamp. Do đó, opamp không vi phạm nguyên lý bảo toàn năng lượng.
Hoạt động vòng kín
Hoạt động được mô tả ở trên của opamp là cho vòng lặp mở, tức là không có phản hồi. Chúng ta sẽ tìm hiểu về phản hồi trong cấu hình vòng kín. Đường phản hồi này cung cấp tín hiệu đầu ra cho đầu vào. Do đó, tại các đầu vào, hai tín hiệu có mặt đồng thời. Một trong số đó là tín hiệu được áp dụng ban đầu và tín hiệu còn lại là tín hiệu phản hồi. Phương trình dưới đây mô tả đầu ra của opamp trong vòng kín:
VOUT = ACLx(V1 – V2) = ACLxVD
Trong đó, VOUT là điện áp tại đầu ra của opamp. ACL là độ lợi vòng kín. Mạch phản hồi kết nối với opamp xác định độ lợi vòng kín ACL. VD = (V1 – V2) là điện áp đầu vào vi sai. Chúng ta nói rằng phản hồi là tích cực nếu đường phản hồi cung cấp tín hiệu từ cực đầu ra trở lại cực không đảo ngược (+). Phản hồi tích cực được sử dụng trong bộ tạo dao động. Phản hồi là tiêu cực nếu đường phản hồi cung cấp một phần tín hiệu từ cực đầu ra trở lại cực đảo ngược (-). Phản hồi tiêu cực được sử dụng trong opamp được sử dụng làm bộ khuếch đại. Mỗi loại phản hồi, tích cực hoặc tiêu cực, có ưu điểm và nhược điểm riêng.
Phản hồi tích cực ⇒ Bộ tạo dao động
Phản hồi tiêu cực ⇒ Bộ khuếch đại
Giải thích trên là nguyên lý hoạt động cơ bản của opamp.
