Công nghệ 12 — Công nghệ Điện–Điện tử / Lâm nghiệp–Thuỷ sản (hai nhánh lựa chọn)
Công nghệLớp 12Phần 7. Nhánh Điện–Điện tử (lựa chọn) · Phần hai. Công nghệ điện tử · Chương VII. Điện tử tương tự

Bài 19. Khuếch đại thuật toán

Mục tiêu bài học

  • Phân biệt được đầu vào đảo, hồi tiếp âm, bão hòa trong đúng điều kiện của bài.
  • Hoàn thành nhiệm vụ: Giải một mô hình cộng đảo: R_f=10 kΩ, R_1=10 kΩ, R_2=20 kΩ, U_1=1 V, U_2=2 V, giới hạn ra±9 V.

Bài giảng

Nguyên lí, phân biệt và điều kiện áp dụng

Khuếch đại thuật toán có đầu vào không đảo(+), đảo(−), đầu ra và chân nguồn. Mô hình hở vòng U_ra=A(U_+−U_−) với A rất lớn nhưng điện áp ra bị giới hạn bởi nguồn. Khi có hồi tiếp âm và còn vùng tuyến tính, có thể dùng gần đúng dòng vào rất nhỏ và U_+≈U_−; không dùng gần đúng này tùy tiện khi so sánh hở vòng hoặc bão hòa.

Phân tích nhiệm vụ, kiểm soát và thực hành an toàn

Mạch đảo có G=−R_f/R_in; không đảo G=1+R_f/R_g. Bộ cộng đảo hai ngõ: U_ra=−R_f(U_1/R_1+U_2/R_2). Cộng không đảo phải tính điện áp nút(+) theo mạng điện trở rồi nhân hệ số không đảo; không lấy tổng hai điện áp một cách máy móc. Mạch trừ cân đối tỉ số cho U_ra=k(U_2−U_1). Bộ so sánh đưa ra mức cao khi U_+>U_−, thấp khi ngược lại; mức thực không nhất thiết đúng bằng nguồn. Tất cả phép tính cần kiểm tra biên độ ra khả dụng.

Mạch khuếch đại đảo lí tưởng

Cộng không đảo, mạch trừ và so sánh

Với đầu(+) nối hai nguồnU1,U2 qua các điện trởRa,Rb và dòng vào lí tưởng bằng0, điện áp nút là U+=(U1/Ra+U2/Rb)/(1/Ra+1/Rb). Sau đó mạch không đảo có hệ số1+Rf/Rg nên Ura=(1+Rf/Rg)U+. NếuRa=Rb thì nút là trung bình hai điện áp, không phải tổng. Ví dụU1=1 V,U2=3 V,hai điện trở vào bằng nhau,Rf=Rg:U+=2 V,G=2 nên Ura=4 V; phải còn trong dải ra khả dụng.

Mạch trừ vớiR1 từU1 vào đầu(−),R2 hồi tiếp,R3 từU2 đến đầu(+),R4 từ đầu(+) xuống mốc:U+=(R4/(R3+R4))U2 và Ura=(1+R2/R1)U+−(R2/R1)U1. KhiR2/R1=R4/R3=k thì Ura=k(U2−U1). Ví dụk=2,U2=2 V,U1=0,5 V cho3 V. Bộ so sánh không dùng quan hệ gần bằng hai đầu vào:hở vòng U+>U− cho mức cao,U+<U− cho mức thấp; bằng nhau không bảo đảm đầu ra0 trong linh kiện thực vì sai lệch và nhiễu.

Khái niệm chính

Đầu vào đảo
Đầu vào kí hiệu trừ của khuếch đại thuật toán
Hồi tiếp âm
Đưa một phần tín hiệu ra về theo chiều giảm sai lệch đầu vào
Bão hòa
Trạng thái đầu ra chạm giới hạn nên không còn quan hệ tuyến tính dự kiến

Ví dụ

  1. Ví dụ 1

    Mạch đảo lí tưởng có R_in=3 kΩ, R_f=12 kΩ, U_vào=0,5 V và đầu ra cho phép±10 V. U_ra bằng bao nhiêu V?

    Xem lời giải

    G=−12/3=−4; U_ra=−4×0,5=−2 V, nằm trong±10 V nên phù hợp giả thiết tuyến tính.

  2. Ví dụ 2

    Giải một mô hình cộng đảo: R_f=10 kΩ, R_1=10 kΩ, R_2=20 kΩ, U_1=1 V, U_2=2 V, giới hạn ra±9 V.

    Xem lời giải

    U_ra=−10(1/10+2/20)=−2 V khi dùng đồng nhất đơn vị kΩ. Hai ngõ đóng góp−1 V và−1 V, không phải đơn giản−3 V. Đầu ra−2 V nằm trong±9 V nên mô hình tuyến tính tự nhất quán. Điều này chỉ là tính toán, chưa có số đo; cần đúng chân nguồn và hồi tiếp khi giáo viên dùng bộ thấp áp.

  3. Ví dụ 3

    Hai điện áp1 V và3 V vào đầu(+) qua hai điện trở bằng nhau. Mạng hồi tiếp không đảo cóRf=Rg. Tính điện áp ra lí tưởng nếu dải ra cho phép±8 V.

    Xem lời giải

    Dòng vào lí tưởng bằng0 nên U+=(1+3)/2=2 V. G=1+Rf/Rg=2, Ura=4 V. Giá trị4 V nằm trong±8 V; không tính(1+3)×2=8 V vì quên mạng lấy trung bình.

Ghi nhớ

Đầu vào đảo: Đầu vào kí hiệu trừ của khuếch đại thuật toán; Hồi tiếp âm: Đưa một phần tín hiệu ra về theo chiều giảm sai lệch đầu vào; Bão hòa: Trạng thái đầu ra chạm giới hạn nên không còn quan hệ tuyến tính dự kiến.

Ứng dụng

  • Sản phẩm học tập của bài: Giải một mô hình cộng đảo: R_f=10 kΩ, R_1=10 kΩ, R_2=20 kΩ, U_1=1 V, U_2=2 V, giới hạn ra±9 V. Dùng dữ liệu hoặc mô hình trong phạm vi được giao, không coi kết quả giả định là quan sát thật.

Dễ nhầm

  • Công thức khuếch đại lí tưởng vẫn cho điện áp ra lớn tùy ý dù nguồn có hạn. Điện áp ra bị giới hạn bởi nguồn và đặc tính IC; phải kiểm tra vùng tuyến tính.

Bài tập

Đã đúng 0/9 câu

  1. Câu 1Mức 1Trắc nghiệm 1 đáp án

    Trong chủ đề khuếch đại thuật toán, Đầu vào đảo được hiểu đúng là gì?

  2. Câu 2Mức 2Ghép nối

    Ghép các khái niệm với ý nghĩa phân biệt đúng.

    Chạm một ý bên trái rồi chạm ý tương ứng bên phải để ghép cặp.

  3. Câu 3Mức 2Đúng / Sai

    Đánh giá nhận định: Công thức khuếch đại lí tưởng vẫn cho điện áp ra lớn tùy ý dù nguồn có hạn.

  4. Câu 4Mức 2Điền vào chỗ trống

    Chọn thuật ngữ đúng với mô tả“Đưa một phần tín hiệu ra về theo chiều giảm sai lệch đầu vào”: .

  5. Câu 5Mức 2Sắp xếp thứ tự

    Sắp xếp các bước của quy trình học tập/phân tích này theo trình tự hợp lí.

    Sắp xếp các mục theo thứ tự đúng (kéo thả hoặc dùng nút mũi tên).

    1. 1Nhận dạng cấu hình và chiều đầu vào
    2. 2Tính giá trị điện áp ra lí tưởng
    3. 3Đối chiếu giới hạn nguồn và kết luận
    4. 4Xác định hệ số từ các điện trở
  6. Câu 6Mức 3Trả lời ngắn

    Mạch đảo lí tưởng có R_in=3 kΩ, R_f=12 kΩ, U_vào=0,5 V và đầu ra cho phép±10 V. U_ra bằng bao nhiêu V?

  7. Đọc ngữ liệu

    Dữ kiện mô hình dùng cho hai câu vận dụng tiếp theo (không phải kết quả đã thực hiện):

    Mạch đảo lí tưởng có R_in=3 kΩ, R_f=12 kΩ, U_vào=0,5 V và đầu ra cho phép±10 V.

    Mạch khuếch đại đảo lí tưởng

  8. Câu 7Mức 3Nhiều đáp án

    Với nhiệm vụ: Giải một mô hình cộng đảo: R_f=10 kΩ, R_1=10 kΩ, R_2=20 kΩ, U_1=1 V, U_2=2 V, giới hạn ra±9 V. Chọn các yêu cầu phù hợp với lập luận/sản phẩm cần nộp.

    Chọn tất cả đáp án đúng

  9. Câu 8Mức 4Tự luận

    Giải một mô hình cộng đảo: R_f=10 kΩ, R_1=10 kΩ, R_2=20 kΩ, U_1=1 V, U_2=2 V, giới hạn ra±9 V.

    0 từ

    0/10 ảnh

    Có thể chụp nhiều trang. Ảnh được lưu cùng bài làm và giáo viên sẽ chấm trên ảnh.

    Vẽ bài làm

    Ảnh bài làm

    Cuộn chuột hoặc chụm hai ngón để phóng to · kéo để di chuyển · phím R để xoay

  10. Câu 9Mức 3Trả lời ngắn

    Mạch không đảo lí tưởng cóRf=20 kΩ,Rg=10 kΩ,Uvào=1 V,dải ra cho phép±8 V. Ura bằng bao nhiêuV?

  11. Câu 10Mức 4Trả lời ngắn

    Mô hình cộng không đảo:U1=1 V,U2=3 V nối đến đầu(+) qua hai điện trở bằng nhau, dòng vào bằng0. Mạng hồi tiếp cóRf=Rg và dải ra±8 V. Ura bằng bao nhiêuV?