Bộ khuếch đại vi sai

Bộ khuếch đại vi sai

Bộ khuếch đại vi sai sử dụng opamp

Bộ khuếch đại vi sai là một loại bộ khuếch đại với điều kiện ngõ vào có thêm trạng thái đệm. Việc bổ sung các bộ đệm đầu vào giúp dễ dàng kết hợp trở kháng của bộ khuếch đại với giai đoạn trước. Thiết bị đo đạc thường được sử dụng trong ứng dụng thí nghiệm và đo lường công nghiệp. Bộ khuếch đại vi sai cũng có một số tính năng hữu ích như điện áp bù thấp, CMRR cao (tỷ lệ loại bỏ chế độ chung), điện trở đầu vào cao, độ lợi cao, …Sơ đồ mạch của bộ khuếch đại thiết bị điển hình sử dụng opamp được trình bày bên dưới.

Mạch cung cấp đầu ra dựa trên sự khác biệt giữa hai đầu vào (nhân với hệ số tỷ lệ) được đưa ra trong hình trên. Trong sơ đồ mạch, opamp A1 và A2 là bộ đệm đầu vào. Độ lợi của các giai đoạn đệm này không thống nhất vì sự hiện diện của R1 và Rg. Op-amp A3 được nối dây thành một bộ khuếch đại vi sai. R3 được kết nối từ đầu ra của A3 đến đầu vào không đảo của nó là điện trở hồi tiếp. R2 là điện trở đầu vào. Độ lợi điện áp của bộ khuếch đại thiết bị được tính bằng cách sử dụng phương trình dưới đây.

(Av) = Vo / (V2-V1) = (1 + 2R1 / Rg) x R3 / R2

Muốn thay đổi độ lợi hãy thay thế Rg bằng chiết áp phù hợp. Bộ khuếch đại vi sai thường được sử dụng trong các tình huống đòi hỏi độ nhạy, độ chính xác và độ ổn định cao. Bộ khuếch đại vi sai cũng có thể được thiết kế bằng cách sử dụng hai opamp, nhưng chúng hiếm khi được sử dụng và thực tế phổ biến là làm cho nó sử dụng ba opamp giống như những gì được hiển thị ở trên. Những lợi thế duy nhất của việc tạo ra một bộ khuếch đại vi sai sử dụng 2 opamp là chi phí thấp và cải thiện CMRR.

Độ khuếch đại chính xác cao có thể đạt được bằng cách sử dụng điện trở màng kim loại chính xác cho tất cả các điện trở. Do phản hồi âm lớn, bộ khuếch đại có độ tuyến tính tốt, thường là khoảng 0,01% cho mức tăng nhỏ hơn 10. Trở kháng đầu ra cũng thấp, nằm trong phạm vi mΩ. Dòng điện phân cực đầu vào của bộ khuếch đại thiết bị được xác định bởi op-amps A1 và A2.

Dưới đây là sơ đồ mạch đã được đơn giản hóa. Ở đây các điện trở có nhãn R1 được rút ngắn và Rg được loại bỏ. Điều này tạo nên đường phản hồi âm đầy đủ và độ lợi của A1 và A2 sẽ được thống nhất. Việc loại bỏ R1 và Rg đã đơn giản hóa phương trình thành Av = R3 / R2.

Mạch khuếch đại vi sai sử dụng uA741

 Đây là mạch khuếch đại vi sai đo thực tế được thiết kế dựa trên amp op uA 741. Bộ khuếch đại hoạt động từ +/-12V DC và có độ lợi 10. Nếu muốn thay đổi độ lợi, sau đó thay thế Rg bằng biến trở 5K. Thay vì sử dụng uA741, có thể sử dụng bất kỳ opamp nào nhưng điện áp nguồn phải được thay đổi theo op-amp. Op-amp LM324 cũng là một lựa chọn tốt. Trong số bốn opamp bên trong LM324, ba cái có thể được sử dụng cho IC1, IC2, IC3 và cái còn lại có thể để yên. Điều này làm giảm kích thước PCB rất nhiều và làm cho mạch nhỏ gọn. Điện áp cung cấp cho LM324 có thể lên tới +/- 16V DC.