Bộ khuếch đại hoạt động lý tưởng
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| operational amplifier/ˌɒpəˈreɪʃənl ˈæmplɪfaɪə/ | bộ khuếch đại hoạt động |
| ideal operational amplifier/aɪˈdɪəl ˌɒpəˈreɪʃənl ˈæmplɪfaɪə/ | bộ khuếch đại hoạt động lý tưởng |
| negative feedback/ˈneɡətɪv ˈfiːdbæk/ | phản hồi âm |
| virtual short/ˈvɜːtʃuːəl ʃɔːt/ | ngắn mạch ảo |
| inverting/ɪnˈvɜːtɪŋ/ | khuếch đại đảo pha |
| non-inverting/nɒn ɪnˈvɜːtɪŋ/ | khuếch đại không đảo pha |
| saturation/ˌsætʃəˈreɪʃn/ | bão hòa |
Ampli khuếch đại lý tưởng và hai quy tắc vàng của nó
- Ampli khuếch đại khuếch đại hiệu điện thế giữa các đầu vào của nó. Ampli khuếch đại lý tưởng có độ lợi vô hạn, điện trở vào vô hạn và điện trở ra bằng không.
- Với phản hồi âm vào đầu vào
−: (1) không có dòng vào; (2) hai đầu vào nằm ở cùng một mức điện áp — tạo thành ngắn mạch ảo.
{exercise:uni-ee15-golden}
Quy tắc cực tiểu hóa cho biết hai điện áp đầu vào bằng nhau. Tại sao?
Độ khó 1/5 · 100 xu + phần thưởng nhỏ khi hoàn thành lần đầu tiên hôm nay
Đầu ra chỉ giữ được trong dải nguồn nếu hiệu điện thế phản hồi gần bằng không - A × (v+ − v−) hữu hạn với A → ∞ yêu cầu v+ ≈ v−.
Độ lợi nghịch pha và không nghịch pha
- Nghịch pha: tín hiệu vào qua $R_{in}$ đến nút
−, phản hồi $R_{f}$: độ lợi $-R_{f}/R_{in}$. Nút−là nối đất ảo, nên nguồn chỉ nhìn thấy chính xác $R_{in}$ là điện trở vào. - Không đảo pha: tín hiệu tại
+, bộ chia điện áp tại−: hệ số khuếch đại $1 + R_{f}/R_{in}$, luôn lớn hơn hoặc bằng 1.
$R_{in} = 10 kΩ$, $R_{f} = 100 kΩ$ đảo pha: hệ số khuếch đại −10; 0.2 V đầu vào cho ra −2 V. Không đảo pha với $R_{f} = 30 kΩ$: hệ số khuếch đại 4; 0.5 V đầu vào cho ra 2 V.
{exercise:uni-ee15-gain}
Bộ khuếch đại đảo có R_in = 4.7 kΩ và R_f = 47 kΩ. v_in = +0.15 V sẽ tạo ra đầu ra nào?
Độ khó 1/5 · 100 xu + phần thưởng nhỏ khi hoàn thành lần đầu tiên hôm nay
Độ lợi = −47/4.7 = −10, nên đầu ra là −10 × 0.15 = −1.5 V, nằm thoải mái trong khoảng ±15 V.
Sự bão hòa kết thúc câu chuyện về vùng tuyến tính
- Bão hòa: đầu ra không thể vượt quá các thanh nguồn. Một op-amp ±15 V yêu cầu −30 V sẽ dừng lại gần −14 V; vượt qua đó thì sự nối ngắn ảo chỉ là giả định sai lầm.
- Luôn kiểm tra $|gain \times input|$ so với các thanh nguồn trước khi đưa ra giá trị đầu ra.
Hệ số khuếch đại −100 với $v_{in} = 0.3 V$ muốn −30 V; nhưng đầu ra thực tế bão hòa gần −14 V. "Đầu ra bão hòa" là đáp án đúng, không phải −30 V.
{exercise:uni-ee15-saturation}
Một giai đoạn khuếch đại đảo có độ lợi −100 với nguồn cung cấp ±15 V nhận được 0.3 V. Câu trả lời tốt nhất là —
Độ khó 1/5 · 100 xu + phần thưởng nhỏ khi hoàn thành lần đầu tiên hôm nay
Giá trị tuyến tính −30 V vượt quá các thanh nguồn, nên tầng đầu ra bị cắt gần −14 V và sự ngắn mạch ảo bị phá vỡ.
Các tầng nối tiếp nhân hệ số khuếch đại
- Hai tầng đảo pha nhân hệ số khuếch đại của chúng: (−2) × (−3) = +6. Mỗi tầng giữ vòng phản hồi riêng, nên mỗi tầng đều có sự nối ngắn ảo riêng.
- Kiểm tra từng tầng so với các thanh nguồn, không chỉ tầng cuối cùng: 0.4 V → −0.8 V → +2.4 V vẫn nằm thoải mái trong khoảng ±15 V.
{exercise:uni-ee15-cascade}
Hai tầng đảo với độ khuếch đại lần lượt là −2 và −3 được mắc nối tiếp. Độ khuếch đại tổng cộng là —
Độ khó 1/5 · 100 xu + phần thưởng nhỏ khi hoàn thành lần đầu tiên hôm nay
Độ khuếch đại mắc nối tiếp nhân với nhau: (−2) × (−3) = +6, hai lần đảo cực tính sẽ khôi phục lại dấu ban đầu.