Mạch Op Amp trong Proteus

Mạch Op Amp trong Proteus

Mạch p-Amplifier trong Proteus

Bộ khuếch đại hoạt động (Operational Amplifiers - Op Amps) có nhiều ứng dụng trong mạch analog. Trong hoạt động mở, nó hoạt động như một so sánh và cho ra các đầu ra rời rạc, tức là, +Vsat và -Vsat, trong khi trong hoạt động vòng đóng, nó hoạt động như một bộ khuếch đại và đầu ra dao động giữa +Vsat và -Vsat. Giá trị Vcc tối đa không giống nhau đối với tất cả các Op Amps. Người thiết kế phải tham khảo tới tờ dữ liệu (datasheet) của IC Op Amp cụ thể để biết giá trị tối đa hoặc tối thiểu tuyệt đối.

Có sẵn các Op-Amp trong các gói IC khác nhau. Ví dụ: IC 741 có một Op-Amp duy nhất, trong khi LM 324 và LM 339 có mỗi IC chứa 4 Op-Amps. Tần số hoạt động, tỷ lệ biến đổi và dải điện áp là các thông số chính để chọn Op-Amp phù hợp. Dưới đây là mô một số chế độ hoạt động cơ bản và mạch ứng dụng.

Sử dụng Op-Amp như một Bộ so sánh

Ứng dụng cơ bản của một Op-Amp là sử dụng nó như một bộ so sánh điện áp. Đây là hoạt động mở vòng của Op-Amp. Điện áp tại các chân Non-Inverting và Inverting (chân) tức là, V+ và V-, được so sánh, và nếu V+ > V-, thì đầu ra là +Vsat và nếu V+ < V-, thì đầu ra là –Vsat.

Mạch trên là một bộ so sánh điện áp. Các điện áp qua V+ và V- được kiểm soát bởi các biến trở POT1 và POT2. +Vsat là 5V và –Vsat là GND trong mạch này. Khi V+ > V-, đầu ra là 1.49V, tương ứng với trạng thái Logic Low. Khi V+ < V-, đầu ra là 4V, tương ứng với trạng thái Logic High.

Op-Amp như Mạch Khuếch Đại Không Nghịch

Trong mạch này, Op-Amp hoạt động trong vòng đóng. Đầu vào được áp dụng vào chân Non-Inverting và đầu ra được đưa lại vào chân Inverting như một phản hồi áp suất điện áp. Chiều của điện áp đầu ra giống như của đầu vào. Dưới đây là sơ đồ mạch cho điều kiện cung cấp điện áp đơn hoặc đối với hai nguồn điện áp.

Đầu ra biến đổi theo tỉ số khuếch đại của mạch khuếch đại đến Vsat. Vì vậy, việc lựa chọn dải điện áp cung cấp là quan trọng để có được điện áp đầu ra mong muốn. Tuy nhiên, cấu hình Không Nghịch không thể cung cấp tỉ số khuếch đại nhỏ hơn hoặc bằng đơn vị. Đầu ra của Op-Amp tuân theo phương trình,

Op-Amp như Mạch Khuếch Đại Nghịch

Trong mạch này, Op-Amp hoạt động trong vòng đóng. Đầu vào được áp dụng vào chân Inverting và đầu ra được đưa lại vào chân Inverting như một phản hồi áp suất điện áp. Chiều của điện áp đầu ra ngược với của đầu vào. Dưới đây là sơ đồ mạch cho mạch khuếch đại nghịch với điều kiện cung cấp điện áp đôi.

Cấu hình khuếch đại nghịch có thể cung cấp tỉ số khuếch đại bằng một, tức là, Vout=-Vin. Đầu ra biến đổi tùy theo tỉ số khuếch đại của mạch khuếch đại giữa +Vsat và -Vsat. Do đó, việc lựa chọn dải điện áp cung cấp là quan trọng để có được điện áp đầu ra mong muốn. Đầu ra của Op-Amp tuân theo phương trình

Op-Amp như Bộ Khuếch Đại/Trừu Tượng

Sự chênh lệch của điện áp giữa V+ và V- được khuếch đại trong mạch này. Nó tương tự như chế độ so sánh, và thêm vào đó, Op-Amp hoạt động trong một vòng đóng, làm cho việc kiểm soát tỉ số khuếch đại của mạch trở nên khả thi.

Đầu ra biến đổi tùy thuộc vào tỉ số khuếch đại của mạch khuếch đại giữa +Vsat và -Vsat. Điều này có thể được sử dụng như một Bộ trừu tượng analog. Nếu Vout=Va+Vb-Vc-Vd là điện áp đầu ra mong muốn, sau đó kết nối Vc, Vd với chân V- và Va, Vb với chân V+. Đầu ra của Op-Amp tuân theo phương trình,

Op-Amp như Mạch Khuếch Đại Cộng

Các điện áp từ các nguồn khác nhau được cộng vào mạch này, đều được tham chiếu đến một đất chung. Độ khuếch đại của đầu ra có thể được kiểm soát bằng cách chọn các giá trị trở kháng phù hợp. Nếu R1=R2=R3=R=2*Rf, thì đầu ra, Vout=Va+Vb+Vc. Bằng cách thay đổi giá trị Rf, có thể kiểm soát độ khuếch đại của mạch.

Đây là Mạch Khuếch Đại Cộng Không Nghịch. Nếu nút chung của các trở nối được kết nối với chân V-, thì nó được gọi là Mạch Khuếch Đại Cộng Nghịch. Đầu ra của mạch khuếch đại nghịch với các giá trị trở như đã nói trước đó là Vout=-(Va+Vb+Vc). Đầu ra của Mạch Khuếch Đại Cộng Không Nghịch tuân theo phương trình,

Op-Amp như Bộ Dò Điện Áp Cửa Sổ

Để phát hiện sự xuất hiện của một phạm vi điện áp cụ thể từ sự dao động của một tín hiệu đầu vào, mạch này được sử dụng. Hai Op-Amp ở chế độ so sánh được sử dụng trong mạch này. So sánh thấp giám sát giá trị tối thiểu của phạm vi mong muốn và so sánh cao giám sát giá trị tối đa của phạm vi mong muốn. POT Upper và POT Lower là các điều chỉnh trước cho các giá trị tối thiểu và tối đa.

Như trong hình ảnh trên, khi điện áp đầu vào nhỏ hơn giá trị Tối thiểu, đầu ra của Bộ So sánh Thấp và Bộ So sánh Cao đều là thấp. Các điện áp tại các cực của Cổng AND với đoạn là cao và thấp, nên đầu ra là thấp.

Khi điện áp đầu vào nằm trong phạm vi được thiết lập trước, đầu ra của Bộ So sánh Thấp (LC) là Cao và của Bộ So sánh Cao (UC) là Thấp.

Các điện áp tại cực của Cổng AND với đoạn là Cao và Cao, nên đầu ra là Cao.

Khi điện áp đầu vào cao hơn giá trị tối đa được thiết lập trước, đầu ra của Bộ So sánh Thấp (LC) là Cao và của Bộ So sánh Cao (UC) cũng là Cao. Các điện áp tại cực của Cổng AND với đoạn là Thấp và Cao, nên đầu ra là Thấp.

Do đó, mạch này hoạt động như một bộ dò điện áp cửa sổ. Mạch này có thể được sử dụng với nguồn điện áp đôi và bao gồm cả điện áp đầu vào âm.

Op-Amp Bộ Dò Vượt Ngưỡng Zero

Tín hiệu điện áp hình sin thường được chuyển đổi thành sóng vuông bằng cách sử dụng các Bộ Dò Vượt Ngưỡng Zero. Trong mạch này, Op-Amp hoạt động ở chế độ so sánh mở vòng. Điện áp cung cấp có thể là đơn hoặc đôi. Mạch này thường được sử dụng để bắt đầu một quy trình sau vượt ngưỡng zero, chẳng hạn như bật tải hoặc tạo xung kích thông qua một vi điều khiển bằng cách bắt đầu bộ đếm hoặc tần số của tín hiệu điện áp xoay chuyển, vv.

Khi tín hiệu đầu vào được kết nối với V+ và V- được nối đất, khi tín hiệu đầu vào tăng lên trên điện áp đất, tức là khi đầu vào là dương, đầu ra của Op-Amp là +Vsat và đầu ra là –Vsat khi đầu vào là âm.

Ngược lại, khi tín hiệu đầu vào được kết nối với V- và V+ được nối đất, khi điện áp đầu vào tăng lên trên điện áp đất, tức là khi đầu vào là dương, đầu ra của Op-Amp là -Vsat và đầu ra là +Vsat khi đầu vào là âm. Sự khác biệt này được sử dụng khi tín hiệu đầu vào được thu từ phụ của một biến áp, và đầu ra sóng vuông được sử dụng cho một số ứng dụng khác.

Tuy nhiên, các mạch lọc phù hợp phải được chèn giữa tín hiệu đầu vào và mạch Op-Amp để loại bỏ các bội số.

PWM - Modul Width Xung (Pulse Width Modulation)

Sự kết hợp giữa bộ dao động đa dạng, bộ tích hợp, và bộ so sánh tạo nên mạch PWM. Nhưng nếu tần số hoạt động cần phải là biến đổi, điều này trở nên khó khăn, vì cần phải điều chỉnh cả các nút điều chỉnh tần số và các điện trở của bộ tích hợp để phù hợp với tần số đầu vào, ngoài việc điều chỉnh nút chu kỳ nhiệm vụ.

Để đơn giản hóa yêu cầu này, Bộ Dao động Kiểm Soát Điện Áp được sử dụng như đã nêu trên. Điều này được cung cấp bởi nhà sản xuất trong tờ dữ liệu của IC LM324. Bằng cách thực hiện một số điều chỉnh và thêm một số thành phần, chúng ta có thể thiết kế một mạch PWM cho việc điều khiển tốc độ động cơ hoặc độ sáng của đèn, và các ứng dụng khác.

Sóng vuông có tần số có thể được điều chỉnh bằng nút điều chỉnh tần số, sau đó được chuyển đổi thành sóng tam giác. Nút điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ được sử dụng để biến đổi chu kỳ nhiệm vụ (đó là đường đỏ trên hình dạng sóng tam giác trong hình ảnh trên).

Khi điện áp tam giác tại một điểm thời điểm nào đó nhỏ hơn điện áp DC của nút điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ, đầu ra là ở trạng thái Cao và ngược lại. Điều này có thể đảo ngược bằng cách đảo ngược đầu vào V+ và V- của Op-Amp ở giai đoạn đầu ra.