1
CHỈÅNG 1
CẠC MẢCH TÊNH TOẠN, ÂIÃƯU KHIÃØN V TẢO HM
DNG KHÚCH ÂẢI THÛT TOẠN
Chỉång ny nhàòm giåïi thiãûu viãûc ỉïng dủng mảch khúch âải thût toạn
(KÂTT) trong cạc mảch khúch âải, tênh toạn, âiãưu khiãøn, tảo hm. Kho sạt cạc mảch
cäüng, trỉì, nhán chia, khai càn, mảch khúch âải loga v âäúi loga, mảch vi, têch phán,
PD,PID, mảch chènh lỉu chênh xạc, mảch so sạnh tỉång tỉû

1.1 Khại niãûm chung
Hiãûn nay, cạc bäü khúch âải thût toạn (KÂTT) âọng vai tr quan trng v âỉåüc
ỉïng dủng räüng ri trong k thût khúch âải, tênh toạn, âiãưu khiãøn, tảo hm, tảo tên
hiãûu hçnh sine v xung, sỉí dủng trong äøn ạp v cạc bäü lc têch cỉûc Trong k thût
mảch tỉång tỉû, cạc mảch tênh toạn v âiãưu khiãøn âỉåüc xáy dỉûng ch úu dỉûa trãn bäü
KÂTT. Khi thay âäøi cạc linh kiãûn màõc trong mảch häưi tiãúp ta s cọ âỉåüc cạc mảch tênh
toạn v âiãưu khiãøn khạc nhau.
Cọ 2 dảng mảch tênh toạn v âiãưu khiãøn : tuún tênh v phi tuún.
Tuún tênh : cọ trong mảch häưi tiãúp cạc linh kiãûn cọ hm truưn âảt tuún tênh.
Phi tu
ún : cọ trong mảch häưi tiãúp cạc linh kiãûn cọ hm truưn phi tuún tênh.
Vãư màût k thût, âãø tảo hm phi tuún cọ thãø dỉûa vo mäüt trong cạc ngun tàõc
sau âáy :
1. Quan hãû phi tuún Volt - Ampe ca màût ghẹp pn ca diode hồûc BJT khi
phán cỉûc thûn (mảch khúch âải loga)
2. Quan hãû phi tuún giỉỵa âäü däúc ca âàûc tuún BJT lỉåỵng cỉûc v dng Emitå
(mảch nhán tỉång tỉû).
3. Lm gáưn âụng âàûc tuún phi tuún bàòng nhỉỵng âoản thàóng gáúp khục (cạc
mảch tảo hm dng diode).
4. Thay âäøi cỉûc tênh ca âiãûn ạp âàût vo phán tỉí têch cỉûc lm cho dng âiãûn ra
thay âäøi (khoạ diode, khoạ transistor).

1
1in
=++++









+++=
inn
n
N
2in
1
N
1in
1
N
out
v
R
R
v
R
R
v

vv
+
=
(õióửu kióỷn R
N
R
3
)in
3
2
1
N
out
v)
R
R
1(
R
R
v +=

hóỷ sọỳ khuóỳch õaỷi cuớa maỷch : K =
3
2
1
N
R

g
õaớo
R
N
v
3
R
3
R
2
v
in
v
out
R
1
Hỗnh 1.2. Sồ õọử maỷch khuóỳch õaỷi õaớo vồùi trồớ khaùng vaỡo lồù
n3
Trỉåìng håüp u cáưu hãû säú khúch âải låïn thç phi chn R
1
nh. Lục âọ tråí khạng
vo ca mảch Z
V
= R
1
nh. Cọ thãø khàõc phủc nhỉåüc âiãøm âọ bàòng cạch chn R
1

P
P
P
2inP
+
=
Âiãûn ạp åí cỉía vo âo :

()
out
N
N
N
out1inN
v
a
R
R
R
vvv +
+
−=
Vç v
d
= v
p
- v
N
= 0 ⇒ v
p

⇒ v
out
= a (v
in2
-v
in1
) (Nãúu R
N
= R
P
)
1.2.4 Mảch trỉì våïi tråí khạng vo låïn R/n
KR
R
V
ín2

v
out
V
in1

Hçnh 1.4.a. Så âäư mảch trỉì cọ mäüt ng vo tråí khạng låïn
v

v
R
vv
NoutNN1in
=

+

Maỡ v
N
= v
in2
v
in1
-v
in2
= nv
in2
+
K
vv
2inout

= 0
Kv
in1
- (n + 1) Kv
in2
+ v
out

= r
d
), nón khọng yóu cỏửu
nguọửn v
in2
coù cọng suỏỳt lồùn.

Hỗnh 1.4.b trỗnh baỡy maỷch õióỷn coù trồớ khaùng vaỡo cuớa caớ hai cổớa (cổớa v
in1
vaỡ v
in2
)
õóửu lồùn.
Vióỳt phổồng trỗnh doỡng õióỷn nuùt cho N
1
vaỡ N
2
ta coù :




1
2in1in
2
2inout
3
2in3
2
1in
1
1in2in
3
1in3

Suy ra: v
out
= (1 + R
2

31
31
RR
R2R
+
)(v
in2
-v
in1
)
v
in2

d
cuớa KTT. Coù thóứ thay
õọứi õổồỹc hóỷ sọỳ khuóỳch õaỷi K = 1 + R
2
31
31
RR
R2R
+
khi thay õọứi R
1.
K = K
min
khi R
1
=
Luùc õoù: v
out
= (1 +
3
2
R
R
)(v
in2
-v
in1
)
Vỗ R
2


Vỗ : v
P
= v
N

2
vv
out1in
+
= qv
in1
v
out
= (2q - 1)v
in1

Khi thay õọứi tióỳp õióứm trón chióỳt aùp R
2
ta coù hóỷ sọỳ cuớa v
out
luùc dổồng, luùc ỏm.
Khi q = 1/2 v
out
= 0 mỷc duỡ v
in1
0
Khi q > 1/2 v
out
vaỡ v

1
v
in1
v
out
R
Hỗnh 1.6.a. Sồ õọử maỷch tờch phỏn õaớo

6
Phổồng trỗnh doỡng õióỷn nuùt taỷi N:
i
1
+ i
c
= 0 hay
0
dt
dv
C
R
v
out
1in
=+

Suy ra
)0t(vdt)t(v
RC
1
dt).t(v

v
out
1in
1inout



===


bión õọỹ õióỷn aùp ra tyớ lóỷ nghởch vồùi tỏửn sọỳ.
ỷc tuyóỳn bión õọỹ - tỏửn sọỳ cuớa maỷch tờch phỏn :

1in
out
V
V
= f () coù õọỹ dọỳc - 20dB/decade.
Maỷch õổồỹc goỹi laỡ maỷch tờch phỏn trong mọỹt phaỷm vi tỏửn sọỳ naỡo õoù nóỳu trong
phaỷm vi tỏửn sọỳ õoù õỷc tuyóỳn bión - tỏửn cuớa noù giaớm vồùi õọỹ dọỳc 20dB/decade.
óứ giaớm aớnh hổồớng cuớa doỡng tộnh I
t
vaỡ õióỷn aùp lóỷch khọng coù thóứ gỏy sai sọỳ õaùng
kóứ cho maỷch tờch phỏn, ồớ cổớa thuỏỷn cuớa bọỹ KTT ngổồỡi ta mừc thóm mọỹt õióỷn trồớ thay
õọứi õổồỹc R
1
vaỡ nọỳi xuọỳng masse.

v
in1
v
out
Hỗnh 1.6.b. Maỷch tờch phỏn õaớo coù bióỳn trồớ
R
1
buỡ doỡng lóỷch khọng.

7
1.2.7 Maỷch tờch phỏn tọứng

Duỡng phổồng phaùp xóỳp chọửng vaỡ vióỳt phổồng trỗnh doỡng õióỷn nuùt õọỳi vồùi nuùt N ta tỗm
õổồỹc:

dt
R
v

R
v
R
v
C

dt
)vv(d
.C
R
vv
Nout
N
1
N1in
=

+

(1)
ọỳi vồùi nuùt P :
0
dt
dv
.C
R
vv
P
P
2
P2in
=

(2)
Bióỳn õọứi vaỡ cho v
N

in2
- v
P
= R
2
C
P
.
dt
dv
P

Suy ra: v
in2
- v
in1
= RC
dt
dv
out

C
P
C
N
v
in1
v
out
v


dt)vv(
RC
1
1in2in

1.2.9. Maỷch vi phỏn
Ta coù : i = C
1

N
out
1in
R
v
dt
dv
=

v
out
= - R
N
C

1

K tng theo tỏửn sọỳ vaỡ õọử thở bode coù õọỹ dọỳc 20dB/decade.
Vỏỷy : Maỷch õổồỹc goỹi laỡ maỷch vi phỏn trong mọỹt phaỷm vi tỏửn sọỳ naỡo õoù nóỳu trong
phaỷm vi tỏửn sọỳ õoù õỷc tuyóỳn bión - tỏửn cuớa noù tng vồùi õọỹ dọỳc 20dB/decade.
1.2.10 Maỷch PI (Proportional Integrated)
Maỷch thổồỡng õổồỹc sổớ duỷng trong caùc maỷch õióửu khióứn.
Maỷch coù õióỷn aùp ra õổồỹc bióứu dióựn theo daỷng: v
out
= Av
in
+ B

dtv
in

Aẽp duỷng phổồng trỗnh cỏn bũng doỡng taỷi N: i
1
+ i
N
= 0 i

1
C
v
out
v
in

Hỗnh 1.10.a. Sồ õọử maỷch PI

9
Mỷt khaùc: v
out
= v
c
+ v
1
=
NNin
iRdti
C
1
+

(2)
Thay (1) vaỡo (2) v
out
= -

R
N

N
out
+==




ỷc tuyóỳn bión tỏửn:

22
2
o
1
22
22
N
2
1
22
2
N
1in
out
'
C
1
R
1
C
1CR

CR
1
N
o
= Khi
o
<< thỗ
C
1
R
1
K
1
'



Suy ra õỷc tuyóỳn bión õọỹ tỏửn sọỳ coù õọỹ dọỳc -20dB/decade (tổồng ổùng khu vổỷc I)
Suy ra sồ õọử laỡm vióỷc nhổ mọỹt maỷch tờch phỏn
=
log
-20dB/decade
I
P
Hỗnh 1.10.b. ỷc tuyóỳn bión tỏửn cuớa maỷch PI
R
1
i
N
N

R
N
v
1
C
V
out
V
in
R
Hỗnh 1.11.a. Sồ õọử maỷch PID

10
PID cuợng laỡ maỷch hay õổồỹc sổớ duỷng trong kyợ thuỏỷt õióửu khióứn õóứ mồớ rọỹng phaỷm
vi tỏửn sọỳ õióửu khióứn cuớa maỷch vaỡ trong nhióửu trổồỡng hồỹp tng tờnh ọứn õởnh cuớa hóỷ
thọỳng õióửu khióứn trong mọỹt daới tỏửn sọỳ rọỹng.
ióỷn aùp ra coù daỷng:


Thay (1) vaỡo (2):









++








+= dt
dt
dv
C
R
v
C
1
R
dt
dv

NN
in
N
1
1
N
out









+=

(*)
* tỏửn sọỳ thỏỳp
NN
N
CR
1
=<<
thỗ thaỡnh phỏửn tờch phỏn trong (*) chióỳm ổu thóỳ.
* tỏửn sọỳ cao
11
N
CR
1.3 Caùc maỷch khuóỳch õaỷi vaỡ tờnh toaùn phi tuyóỳn lión tuỷc
1.3.1 Maỷch khuóỳch õaỷi Loga Klog
log
I
P
D

N

1
I: tờch phỏn
P: tố lóỷ
D: vi phỏn
Hỗnh 1.11.b. ỷc tờnh bión tỏửn maỷch PID
D
v
out

v

Trong âọ :
i
D
, v
D
: dng âiãûn qua diode v âiãûp ạp âàût lãn diode.
I
o
: dng âiãûn ban âáưu, cọ trë säú bàòng dng qua diode ỉïng våïi âiãûn ạp ngỉåüc
cho phẹp.
v
T
: âiãûn ạp nhiãût. Åí nhiãût âäü bçnh thỉåìng thç v
T
= 26mV
⇒ v
out
≅ - v
D
= - v
T
o
D
I
i
ln
= - v
T
o
in

Våïi A
N
: hãû säú khúch âải dng âiãûn khi màõc Bazå chung (BC)
I
Ebh
: l dng âiãûn emitå åí trảng thại bo ha.
Khi
1e
T
BE
v
v
− >> 0 ⇔ 1e
T
BE
v
v
>>
Ta cọ: i
C
= A
N
I
Ebh

T
BE
v
v
e

out
Hçnh 1.12.b. Så âäư mảch khúch âải Loga dng BJT

12
Maỷch chố laỡm vióỷc vồùi õióỷn aùp vaỡo dổồng (do mọỳi nọỳi p-n)
Muọỳn laỡm vióỷc vồùi õióỷn aùp ỏm thay BJT npn bũng BJT pnp.
1.3.2 Maỷch khuóỳch õaỷi õọỳi Loga

v
out
= - I
D
R = - RI
o
T
D
V
V
e
Vỗ: v
D
= v
in
nón v

v
e


( Do v
BE
=-v
in
)
v
out
= i
C
R = RA
N
I
Ebh
T
in
v
v
e


1.3.3 Maỷch nhỏn duỡng nguyón từc khuóỳch õaỷi loga vaỡ õọỳi loga
x
/K
2
)
K
1
ln(v
y
/K
2
)
K
1
ln(v
x
v
y
/K
2
2
)
v
Z
= K
3
v
x
v
y
/K

nhán 4200 l mäüt trong nhỉỵng mảch tiãu biãøu âỉåüc chãú tảo theo ngun tàõc ny.
1.3.4 Mảch lu thỉìa báûc hai
Âáúu hai âáưu vo ca mảch nhán våïi nhau ta s cọ mảch ly thỉìa:

Lục ny v
X
= v
Y
⇒ v
Z
= K.
2
X
v
Gi sỉí âiãûn ạp vo cọ dảng sin: v
X
= Vcosωt
Thç âiãûn ạp ra: v
out
= K(Vcosωt)
2
=
2
KV
2
(1 + cos2ωt)
=

Z
= Kv
X
v
Y

⇒ v
in
= v
Y
=
X
Z
Kv
v

K
v
Z
v
x
Hçnh 1.15. Så âäư mảch ly thỉìa báûc hai
Mảch nhán
K>0
Kv
x
v
y
v
x

Y
Kv
v
v =
= 0
Trong caùc bióứu thổùc trón v
Z
coù thóứ lỏỳy dỏỳu tuỡy yù, coỡn v
X
luọn luọn dổồng.
Nóỳu v
X
< 0thỗ họửi tióỳp qua bọỹ nhỏn vóử õỏửu vaỡo bọỹ KTT laỡ họửi tióỳp dổồng, laỡm
cho maỷch chuyóứn sang traỷng thaùi baợo hoỡa gỏy meùo lồùn.
v
X
> 0 chố õuùng vồùi maỷch nhỏn thuỏỷn (K > 0)
v
X
< 0 chố õuùng vồùi maỷch nhỏn õọứi dỏỳu (K < 0)
1.3.6 Chia maỷch duỡng khuóỳch õaỷi loga vaỡ õọỳi loga

A = K
1

ln
v
v
K
v
v
Ke
x
z
==
ióửu kióỷn : v
Z
, v
X
, v
Y
: chố lỏỳy giaù trở dổồng
1.3.7 Maỷch khai cn
K>0
R
R
v
x
v
Z
K
v
x
v
y

/v
x
)
ln(v
Z
/
v
x
)
V
y
= K
3
v
Z
/v
x
v
Z

v
x

Hỗnh 1.18. Maỷch chia tổồng tổỷ duỡng nguyón từc khuóỳch õaỷi Loga vaỡ õọỳi Loga

15
Maỷch khai cn õổồỹc thổỷc hióỷn bũng caùch mừc vaỡo maỷch họửi tióỳp cuớa bọỹ KTT
mọỹt maỷch luợy thổỡa.

K
v
vvv
Z
2
out
2
Y
2
X

===
v
out
= )v(
K
1
Z
vồùi v
Z
< 0
Ta coù: v
Z

> 0. Trong trổồỡng hồỹp ngổồỹc laỷi thỗ maỷch seợ coù họửi tióỳp dổồng laỡm maỷch
bở keỷt. óứ ngn ngổỡa ngổồỡi ta mừc thóm diode (mọựi maỷch mọỹt diode) ồớ õỏửu ra cuớa bọỹ
KTT nhổ hỗnh veợ.
K
v
x
=
v
y
v
Z
Kv
x
2
R
R
Hỗnh 1.19.a. Maỷch k
h
ai cn õaớo
R
v
x
=
v
y
v
Z
K

K

ng
thỗ maỷch khọng laỡm vióỷc, v
out
= 0
- Khi v
in
< v
ng
thỗ v
out
0
maỷch õióỷn duỡng diode thổỷc coù õióỷn aùp ngổồợng v
ng
nón khọng thóứ laỡm vióỷc vồùi
õióỷn aùp vaỡo beù õổồỹc.
v
o
= K
o
v
d
= K
o
(v

o
ng
K
v

R
~
v
out
v
in
v
D
Hỗnh 1.20.a. Maỷch phi tuyóỳn khọng lión tuỷc duỡng diode thổỷc
R
~
v
out
v
D
Hỗnh 1.20.b. Maỷch phi tuyóỳn khọng lión tuỷc duỡng diode lyù tổồớng
V
in

17
Vồùi K
o
cồợ 10
4
ữ 10

> 0 thỗ v
o
> 0 D
1
mồớ v
out
= v
o

Mỷt khaùc : v
N
=
2
v
out
= v
in
v
out
= 2 v
in

1.4.2.2 Maỷh chốnh lổu toaỡn soùng duỡng sồ õọử cỏửu:
(chốnh lổu giaù trở trung bỗnh sọỳ
hoỹc)
Khi v
in
> 0 i
in
=

inv
out
v
in
Hỗnh 1.24. Maỷch chốnh lổu nổớa soùng
v
in
v
out
R
D
1
R
v
018

dttsinI
T
1

I
Sh
=

=

I2
dttsin
T
I2
2
T
0

I
hd
=


T
0
2
dt)tsinI(
T
1
= I

C
2
R
2
D
1
D
1
D
4
V
in
V
out

D
3
R
1
Hỗnh 1.26. Maỷch chốnh lổu giaù trở hióỷu duỷng

19
I
hd
=
22
I
2
2
1

RR
RR
21
21
21
−
=⇒=
+
π
π
R
1

Tủ C
2
phi chn sao cho tråí khạng ca nọ âäúi våïi thnh pháưn xoay chiãưu khäng
âạng kãø, nãúu khäng hả ạp trãn nọ s gáy ra sai säú âo.
Gi thiãút sai säú âo cho phẹp l 1% ỉïng våïi táưn säú vo tháúp nháút f
min
bàòng cạch
tênh toạn tråí khạng Z ca R
1
// (R
2
+ 1/jωC
2
) ta cọ thãø tçm âỉåüc giạ trë C
2
.
C

c
≈ V
inmax
.
Nãúu sau âọ v
in
gim thç D ngàõt, tủ C phọng âiãûn qua âiãûn tråí ngỉåüc ca diode v
tảo dng ti i
t
. Nãúu âiãûn tråí ngỉåüc ca diode v âiãûn tråí vo A
1
låïn ⇒ âiãûn ạp trãn tủ
C l âiãûn ạp âènh cọ giạ trë äøn âënh.
Nãúu âäøi chiãưu diode D thç âiãûn ạp trãn tủ C l âiãûn ạp âènh ám A
2
l mảch làûp
âiãûn ạp lm táưng âãûm âãø tàng tråí khạng ti cho mảch chènh lỉu.
i
C
v
C
A
1
A
2
v
out
v
in
C

ca nọ l mỉïc dỉång v mỉïc ám ca ngưn. Cạc mỉïc ny phi tỉång ỉïng våïi
mỉïc logic.

1.4.2.5.1 Âàûc tuún truưn âảt ténh ca bäü so sạnh
v
P
- v
N
> 0 ⇒ v
out
= v
RH
: âiãûn ạp ra ỉïng våïi mỉïc cao.
v
P
- v
N
< 0 ⇒ v
out
= v
RL
: âiãûn ạp ra ỉïng våïi mỉïc tháúp.
1.4.2.5.2 Âàûc tuún truưn âảt thỉûc


out
v
0
∆v
CỌ B LÃÛCH
KHÄNG
CHỈA B LÃÛCH
KHÄNG
v
out
v
out
Hçnh 1.29. Âàûc tuún truưn âảt thỉûc

21
v: õỷc trổng cho bọỹ nhaỷy cuớa bọỹ so saùnh v
o
: õióỷn aùp lóỷch khọng.
1.4.2.5.3 ỷc tờnh õọỹng cuớa bọỹ so saùnh

t

R
Vv

+

= I
N

v
in
= -
2
1
R
R
V
ch
+ V
0
( 1 +
2
1
R
R
) + I
N
.R
1

v

2
R
1
V
ch
+
V
o
v
in
v
out
1
t
v
in
= v
P
-v
N
v
ou
t

t
v
in
= 20mV
v
in