Bộ so sánh Op-Amp

Bộ so sánh Op-Amp

Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về ứng dụng của op-amp như một bộ so sánh. Chúng ta đã trước đó bàn luận về các ứng dụng khác của op-amp trong các mạch tạo hình sóng hình chữ nhật như multivibrator astable (hoặc free-running), multivibrator monostable (hoặc one-shot), và multivibrator bistable (hoặc flip-flops).

Bộ so sánh quan trọng trong việc so sánh và phân biệt giữa hai tín hiệu điện áp, đặc biệt là trong thiết kế máy tạo hình sóng không tỏa hình. Trong cấu hình đóng mở của op-amp, nó tận dụng độ khuếch đại cực kỳ cao để đưa đầu ra về mức bão hòa, cắt đi tín hiệu ở trên các mức này. Nguyên lý này được áp dụng trong mạch so sánh với hai đầu vào, trong đó một là điện áp tham chiếu.

Cách hoạt động của mạch IC Op-amp 741

Mạch Op-amp IC 741 không đảo

Mạch so sánh của IC Op-amp 741 không nghịch được mô tả trong hình vẽ dưới đây. Nó được gọi là mạch so sánh không nghịch vì tín hiệu đầu vào hình sin Vin được áp dụng vào terminal không nghịch. Điện áp tham chiếu cố định Vref được cung cấp cho terminal nghịch (-) của Op-amp.

Khi giá trị của điện áp đầu vào Vin lớn hơn điện áp tham chiếu Vref, điện áp đầu ra Vo tăng lên đến dạng bão hòa dương. Điều này xảy ra vì điện áp tại đầu vào không nghịch lớn hơn so với điện áp tại đầu vào nghịch.

Khi giá trị của điện áp đầu vào Vin nhỏ hơn điện áp tham chiếu Vref, điện áp đầu ra Vo giảm xuống đạt dạng bão hòa âm. Điều này xảy ra vì điện áp tại đầu vào không nghịch nhỏ hơn so với điện áp tại đầu vào nghịch. Do đó, điện áp đầu ra Vo chuyển đổi từ điểm bão hòa dương sang điểm bão hòa âm mỗi khi sự chênh lệch giữa Vin và Vref thay đổi. Điều này được minh họa trong biểu đồ sóng dưới đây. Mạch so sánh có thể được gọi là bộ dò mức điện áp, vì đối với một giá trị cố định của Vref, mức điện áp của Vin có thể được dò ra.

Sơ đồ mạch hiển thị các diode D1 và D2. Hai diode này được sử dụng để bảo vệ Op-amp khỏi tổn thương do tăng điện áp đầu vào. Các diode này được gọi là diode kẹp vì chúng kẹp điện áp đầu vào chênh lệch về 0.7V hoặc -0.7V. Hầu hết các Op-amp không cần diode kẹp vì hầu hết chúng đã tích hợp bảo vệ sẵn có. Trở R1 được kết nối nối tiếp với điện áp đầu vào Vin và R được kết nối giữa đầu vào nghịch và điện áp tham chiếu Vref. R1 giới hạn dòng đi qua các diode kẹp và R giảm vấn đề lệch.

Mạch Op-amp IC 741 nghịch đảo

Bên dưới là sơ đồ mạch của một mạch so sánh với IC Op-amp 741 ở chế độ nghịch, được gọi là mạch so sánh nghịch vì tín hiệu đầu vào hình sin Vin được áp dụng vào terminal nghịch. Điện áp tham chiếu cố định Vref được cung cấp cho terminal không nghịch (+) của Op-amp. Một potentiometer được sử dụng như một mạch chia áp để tạo ra điện áp tham chiếu tại terminal đầu vào không nghịch. Cả hai đầu của POT được kết nối với điện áp cung cấp DC +VCC và -VEE. Wiper được kết nối với terminal đầu vào không nghịch. Khi wiper được xoay đến gần +VCC, Vref trở nên tích cực hơn, và khi wiper được xoay về phía -VEE, giá trị của Vref trở nên tiêu cực hơn. Các biểu đồ sóng được hiển thị bên dưới.

Đặc tính của Bộ so sánh:

Tốc độ Hoạt động:
- Mạch so sánh thể hiện tốc độ hoạt động nhanh chóng, nhanh chóng chuyển đổi giữa các mức bão hòa phản ứng với sự thay đổi trong điều kiện đầu vào.
- Phản ứng diễn ra ngay lập tức, đảm bảo hiệu suất hiệu quả.
Độ Chính Xác:
- Điện Áp Tăng Cao:
  - Mạch so sánh được đặc trưng bởi độ tăng điện áp cao, yêu cầu một điện áp hysteresis nhỏ hơn.
  - Điều này dẫn đến việc đầu ra của so sánh chuyển đổi mượt mà giữa các mức bão hòa phía trên và phía dưới.
- Tỉ Lệ Từ Chối Chế Độ Chung Cao (CMRR):
  - Bộ so sánh có tỉ lệ từ chối chế độ chung cao (CMRR), từ chối hiệu quả các tham số điện áp đầu vào chế độ chung như tiếng ồn.
- Dòng Offset Đầu Vào và Điện Áp Offset Đầu Vào Rất Nhỏ:
  - Bộ so sánh có các giá trị Dòng Offset Đầu Vào và Điện Áp Offset Đầu Vào rất nhỏ.
  - Vấn đề về lệch càng ít khi gặp do các giá trị này rất nhỏ.
  - Các biện pháp bổ sung như sử dụng mạng bù điện áp lệch và các trở kháng giảm thiểu điện áp lệch có thể được áp dụng để giảm thiểu vấn đề lệch một cách hiệu quả.