"Don't study, don't know - Studying you will know!"

NGUYEN TRUNG HOA

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.

R
v

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









+++=
inn
n
N
2in

R
v
N
3
1
in
=+
Maỡ
32
3
out3
RR
R
vv
+
=
(õióửu kióỷn R
N
R
3
)in
3
2
1
N
out
v)


R
2

R
n

Hỗnh 1.1. Sồ õọử ma
ỷ
ch cọ
ỹ
n
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
n
Âiãûn ạp åí cỉía vo thûn :

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

()
out
N
N
N
out1inN
v
a
R
R

R
N
N
N
+
( v
in1
-v
out
) + v
out

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


4
Vióỳt phổồng trỗnh doỡng õióỷn nuùt cho nuùt N
1
vaỡ N
2
ta coù :
0
KR
vv
n
R
v
R
vv
NoutNN1in
=

+

Maỡ v
N
= v
in2
v
in1
-v
in2
= nv
in2


Hóỷ sọỳ cuớa V
in2
luọn luọn lồùn hồn hóỷ sọỳ cuớa V
in1
maỷch khọng taỷo õổồỹc õióỷn aùp
ra coù daỷng : K (V
in2
-V
in1
). Trồớ khaùng vaỡo cuớa cổớa P lồùn (Z
v
= 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

vv
R
vv
R
vv
0
R
v
R
vv
R
vv
1
2in1in
2
2inout
3
2in3
2
1in
1
1in2in
3
1in3

Suy ra: v
out
= (1 + R
2


R
2
v
out
v
in1
Hỗnh 1.4.b. Sồ õọử maỷch trổỡ coù hai ngoợ vaỡo
t
rồớ khaùng õóửu lồùn

5
Ta thỏỳy trồớ khaùng vaỡo cuớa caớ hai cổớa õóửu lồùn vaỡ bũng r
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

out
=
2
vv
out1in
+

v
P
= q v
in1

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

1
R
1
v
out
v
in1
Hỗnh 1.5. Sồ õọử maỷch taỷo õióỷn aùp ra coù cổỷc tờnh thay õọứi
i
C
i
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

in1
= V
in1
sint thỗ:

tcosVtcos.
RC
V
dt.tsin.V
RC
1
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

P
- v
N
(khi v
out
= 0)

R
1
C
R
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


1.2.8 Maỷch tờch phỏn hióỷu
Vióỳt phổồng trỗnh õọỳi vồùi nuùt N :

0
dt
)vv(d
.C
R
vv
Nout
N
1
N1in
=

+

(1)
ọỳi vồùi nuùt P :
0
dt
dv
.C

.
dt
dv
.CR
dt
dv
N
N1
out
+
(2) v
in2
- v
P
= R
2
C
P
.
dt
dv
P

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

n
v
in2
v
inn
Hỗnh 1.7. Sồ õọử maỷch tờch phỏn tọứng

8
v
out
=

dt)vv(
RC
1
1in2in

1.2.9. Maỷch vi phỏn
Ta coù : i = C
1

N
out
1in

out
cost
Hóỷ sọỳ khuóỳch õaỷi cuớa maỷch: K =
1in
out
V
V
= 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

i
1

i
N
N

R
N
v
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

V
tcosV
R
R
v
out
1
in
in
1
N
out
+==




ỷc tuyóỳn bión tỏửn:

22
2
o
1
22
22
N
2
1
22
2






=
+
=+==

ỷt:
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
N
R
R
log
CR
1
N
o
=
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

+= dti
C
1
Riv
N
N
NNout
(2)
Thay (1) vaỡo (2):









++








+= dt
dt
dv

v
C
C
R
R
v
in
1Nin
NN
in
N
1
1
N
out









+=

(*)
* tỏửn sọỳ thỏỳp
NN
N



+
chióỳm ổu thóỳ.
Do õoù õỷc tuyóỳn bión tỏửn cuớa maỷch coù daỷng nhổ hỗnh veợ:
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

⎛
T
D
v
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

(
1e
T
BE
v
v
− )
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

T
EbhN
C
−=
R
v
in
v
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

e = A
N
I
Ebh
T
in
v
v
e


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


1
ex
p

K
1
ln(v
x
/K
2
)
K
1
ln(v
y
/K
2
)
K
1
ln(v
x
v
y
/K
2
2
)
v
Z

Coi mảch täøng cọ thãø dng mäüt khúch âải täøng KÂTT. Mảch nhán ny cọ sai säú
khong 0,25% âãún 1% so våïi giạ trë cỉûc âải ca tên hiãûu vo.
Mảch chè lm viãûc âỉåüc våïi cạc tên hiãûu v
X
, v
Y
> 0 (do tênh cháút hm loga). Mảch
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)

Z
m v
P
= v
N

⇒ v
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

v
R
v.K
ZX
+ = 0
X
Z
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
x
z
x
z
3
v
v
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

/K
2
)
K
1
ln(v
Z
/v
x
)
ln(v
Z
/
v
x
)
V
y
= K
3
v
Z
/v
x
v
Z

v
x


2
Kv
2
v
2
xZ
+ = 0

K
v
vvv
Z
2
out
2
Y
2
X

===
v
out
=
)v(
K
1
Z
vồùi v
Z
< 0

== vồùi v
Z
0
Maỷch õióỷn hỗnh 1.19.a chố laỡm vióỷc vồùi õióỷn aùp vaỡo v
Z
< 0, coỡn maỷch õióỷn hỗnh
1.19.b thỗ 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
in
- v
D

- Khi v
in
< v
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
D
K
v

õióỷn aùp ngổồợng: v
ng
=
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

o
< 0 D
1
từt v
out
= 0
Khi v
in
> 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


rọửi trồớ vóử õỏửu vaỡo.
Do õoù doỡng õióỷn qua duỷng cuỷ õo bũng:
i
out
=
R
v
inv
out
v
in
Hỗnh 1.24. Maỷch chốnh lổu nổớa soùng
v
in
v
out
R
D
1
R
v
018
Sh
=


T
0
dttsinI
T
1

I
Sh
=

=

I2
dttsin
T
I2
2
T
0

I
hd
=


T

Hỗnh 1.25. Maỷch chốnh lổu
t
oaỡn soùng duỡng sồ õọử cỏửu
R
1

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
22
R
22
R
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

c
thç diode thäng v dng ra ca bäü KÂTT A
1
nảp âiãûn cho
tủ C cho tåïi khi bàòng âiãûn ạp cỉûc âải ca tên hiãûu vo (âiãûn ạp âènh): v
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

giỉỵa ANALOG v DIGITAL.
Âàûc âiãøm: Phán biãût giỉỵa bäü KÂTT thäng thỉåìng våïi bäü so sạnh chun dủng
(m thỉûc cháút cng l mäüt bäü KÂTT).
- Bäü so sạnh cọ täúc âäü âạp ỉïng cao hån âãø thåìi gian xạc láûp v phủc häưi nh.
- L KÂTT lm viãûc åí trảng thại bo ha nãn mỉïc ra tháúp (L) v mỉïc ra cao (H)
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
P
- v
N
v
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

Och
1
Oin
R
VV
R
Vv

+

= I
N

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

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

t

• Tham säú cå bn ca mảch dao âäüng
- Táưn säú dao âäüng.
- Biãn âäü âiãûn ạp ra.
- Âäü äøn âënh táư
n säú dao âäüng (nàòm trong khong 10
- 2
÷ 10
- 6
)
- Cäng sút ra.
- Hiãûu sút ca mảch.
• Ngun tàõc cå bn âãø tảo mảch âiãưu ha
- Tảo dao âäüng bàòng häưi tiãúp dỉång.
- Tảo dao âäüng bàòng phỉång phạp täøng håüp mảch.

23
Chổồng naỡy khaớo saùt maỷch dao õọỹng theo nguyón từc maỷch dao õọỹng bũng họửi tióỳp
dổồng.
2.2. ióửu kióỷn dao õọỹng vaỡ õỷc õióứm cuớa maỷch dao õọỹng
2.2.1. ióửu kióỷn õóứ maỷch dao õọỹng
(A): Khọỳi khuóỳch õaỷi coù hóỷ sọỳ khuóỳch õaỷi :
K
= K.e
j

.
K
ht
.X
v

Maỷch chố dao õọỹng khi X
v
= X
r
, nghộa laỡ luùc õoù ta coù thóứ nọỳi õióứm a vaỡ a vaỡ tờn hióỷu
lỏỳy ra tổỡ maỷch họửi tióỳp õổồỹc õổa trồớ laỷi õỏửu vaỡo (Maỷch

õióỷn khọng coù tờn hióỷu vaỡo maỡ coù
tờn hióỷu ra).
Vỏỷy õióửu kióỷn õóứ maỷch dao õọỹng laỡ :
X
r
= X
v

K
.
K
ht
= 1
Hay laỡ : K K
ht
. e
j (

(B)
_
X
r
X
V

X

r

a

a


Hỗnh 2.1. Sồ õọử khọỳi thọứng quaùt cuớa maỷch dao õọỹng

24
: tọứng dởch pha cuớa bọỹ khuóỳh õaỷi vaỡ cuớa maỷch họửi tióỳp, bióứu thở sổỷ dởch pha giổợa
X
r
vaỡ X
v
.
Bióứu thổùc (1) : õióửu kióỷn cỏn bũng bión õọỹ, cho bióỳt maỷch chố coù thóứ dao õọỹng khi hóỷ
sọỳ khuóỳch õaỷi cuớa bọỹ khuóỳch õaỷi buỡ õổồỹc tọứn hao do maỷch họửi tióỳp gỏy ra.
Bióứu thổùc (2) : õióửu kióỷn cỏn bũng pha cho thỏỳy dao õọỹng chố coù thóứ phaùt sinh khi tờn
hióỷu họửi tióỳp vóử õọửng pha vồùi tờn hióỷu vaỡo.
2.2.2. ỷc õióứm cuớa maỷch dao õọỹng