BÀI 19. KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Trong các mạch điện tử người ta thường sử dụng các khuếch đại thuật toán. Trình bày những hiểu biết của em về khuếch đại thuật toán.

Giải rút gọn:

Khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier - Op-amp) là một khối khuếch đại điện áp tích hợp có độ lợi rất cao (thường là hàng nghìn hoặc hàng triệu), được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử do tính linh hoạt và hiệu suất cao.

I. KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

Câu hỏi 1: Khuếch đại thuật toán có kí hiệu như thế nào?

Giải rút gọn:

Kí hiệu khuếch đại thuật toán

Câu hỏi 2: Trình bày nguyên lí làm việc của khuếch đại thuật toán.

Giải rút gọn:

Chức năng mạch giải điều chế âm thanh:

• Chức năng: Tách tín hiệu âm thanh gốc từ sóng mang cao tần.
• Vai trò: Giúp thu nhận âm thanh rõ ràng, trung thực.
• Vị trí: Trong hệ thống thu phát sóng âm thanh.

II. ỨNG DỤNG CỦA KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

1. Mạch khuếch đại

Câu hỏi 1: Trình bày ứng dụng của mạch khuếch đại đào và không đảo.

Giải rút gọn:

• Ứng dụng mạch khuếch đại đảo
  • Khuếch đại tín hiệu điện áp DC hoặc AC
  • Mạch lọc tích cực (active filters)
  • Mạch tạo dao động (oscillators)
  • Mạch so sánh (comparators)
  • Mạch tích hợp (integrators)
  • Mạch vi phân (differentiators)
• Ứng dụng mạch khuếch đại không đảo
  • Khuếch đại tín hiệu điện áp DC hoặc AC (buffer)
  • Mạch lọc thụ động (passive filters)
  • Mạch theo dõi điện áp (voltage followers)
  • Mạch đệm (buffers)

Câu hỏi 2: Phân biệt mạch khuếch đại đảo và không đảo.

Giải rút gọn:

2. Mạch cộng

Câu hỏi 1: Trình bày ứng dụng của mạch cộng.

Giải rút gọn:

Mạch cộng tín hiệu sử dụng khuếch đại thuật toán để thực hiện phép cộng đối với các tín hiệu điện áp ở đầu vào.

Câu hỏi 2: Phân biệt mạch cộng đảo và mạch cộng không đảo.

Giải rút gọn:

3. Mạch lưu trữ

Câu hỏi 1: Trình bày ứng dụng của mạch trừ tín hiệu

Giải rút gọn:

Mạch trừ tín hiệu sử dụng khuếch đại thuật toàn để thực hiện phép trừ đối với các tín hiệu điện áp ở đầu vào.

Câu hỏi 2: Viết biểu thức điện áp ra của mạch trừ ở hình 19.7

Giải rút gọn:

4. Mạch so sánh

Câu hỏi 1: Trình bày ứng dụng của mạch so sánh

Giải rút gọn:

Mạch so sánh là một khối IC linh hoạt và phổ biến trong nhiều lĩnh vực. Nó có khả năng so sánh hai điện áp hoặc dòng điện và tạo ra tín hiệu đầu ra chỉ ra điện áp hoặc dòng điện nào cao hơn. Mạch so sánh đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện nhiều chức năng khác nhau trong mạch điện tử, thiết bị điện tử, và các hệ thống tự động hóa.

Câu hỏi 2: Phân biệt mạch so sánh đảo và mạch so sánh không đảo

Giải rút gọn:

LUYỆN TẬP

Câu hỏi 1: Trong một mạch khuếch đại đảo, tín hiệu U_vào là sóng hình sin có biên độ 4 V, R₂ = 1 k và R₁ = 200 . Hãy vẽ dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu ra trên cùng một đồ thị.

Giải rút gọn:

  = -20 (V)

Câu hỏi 2: Trong một mạch khuếch đại không đảo, tín hiệu U_vào là sóng hình sin có biên độ 4 V, R₂ = 500 và R₁ = 200 . Hãy vẽ dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu ra trên cùng một đồ thị.

Giải rút gọn:

U_vào = 4V

U_ra =

Câu hỏi 3: Mạch cộng không đảo 3 đầu vào có các điện áp vào U₁ = 3 V, U₂ = 6 V, U₃ = 2 V. Các điện trở R₁ = R₂ = R₃ = 100 và R = R_ht = 200 . Hãy xác định điện áp ở đầu ra.

Giải rút gọn:

Câu hỏi 4: Với một mạch trừ dùng khuếch đại thuật toán, nếu R₁ =R₂ = 100 và R₃ = R₄ = 200 Ω, tín hiệu vào U₁ = 3 V và U₂ = 5 V thì điện áp ra có giá trị bao nhiêu?

Giải rút gọn:

Câu hỏi 5: Một mạch so sánh đảo dùng khuếch đại thuật toán có nguồn cấp là +9 V và –9 V, nếu đặt điện áp ngưỡng ở đầu không đảo là 2 V, điện áp vào ở đầu vào đảo có giá trị là 1 V. Hỏi giá trị điện áp ra là bao nhiêu?

Giải rút gọn:

Ta có U_vào = 1V

U_n = 2V

• U_n > U_vào
• U_ra = +E = +9V

VẬN DỤNG

Câu hỏi: Tìm hiểu các ứng dụng của mạch khuếch đại thuật toán trong thực tế và chia sẻ hiểu biết của em với các bạn trong lớp.

Giải rút gọn:

- Ứng dụng cơ bản:

• Khuếch đại âm thanh: Op-amp được sử dụng để tăng cường tín hiệu âm thanh từ các nguồn như micro, guitar và đầu ra loa.
• Bộ lọc tín hiệu: Sử dụng để chế tạo các bộ lọc, loại bỏ tạp âm và nhiễu để tín hiệu trở nên rõ ràng.
• Mạch dao động: Đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các tín hiệu dao động với tần số mong muốn, sử dụng trong các bộ tạo xung và đồng hồ.
• So sánh điện áp: Sử dụng để so sánh hai điện áp và đưa ra tín hiệu báo hiệu khi có sự chênh lệch, ứng dụng trong các mạch điều khiển và bảo vệ thiết bị.

- Ứng dụng nâng cao:

• Máy trợ thính: Khuếch đại âm thanh để phù hợp với mức độ thính lực của người khiếm thính.
• Máy đo điện tim (ECG): Thu nhận và khuếch đại tín hiệu điện tim yếu từ cơ thể, giúp chẩn đoán bệnh tim mạch.
• Bộ chuyển đổi tín hiệu: Chuyển đổi tín hiệu analog sang số và ngược lại, quan trọng trong các hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển tự động.
• Hệ thống xử lý ảnh: Sử dụng để tăng cường độ sáng, độ tương phản và xử lý chi tiết hình ảnh trong thiết bị chụp ảnh và camera.