Chức năng bộ khuếch đại vi sai : Để tiện cho việc vẽ các sơ đồ mạch điện phức tạp, các bộ khuếch đại điện tử thường được ký hiệu bằng một hình tam giác đơn giản, trong đó các thành phần bên trong không được biểu diễn riêng lẻ. Ký hiệu này rất hữu ích cho các trường hợp cấu trúc của bộ khuếch đại không liên quan đến chức năng lớn hơn của mạch tổng thể và nó đáng để làm quen:
Các kết nối + V và -V biểu thị các mặt âm và dương tương ứng của nguồn điện một chiều . Các kết nối điện áp đầu vào và đầu ra được hiển thị dưới dạng dây dẫn đơn, bởi vì người ta cho rằng tất cả các điện áp tín hiệu được quy chiếu đến một kết nối chung trong mạch gọi là nối đất . Thông thường (nhưng không phải luôn luôn!), Một cực của nguồn điện DC, dương hoặc âm, là điểm tham chiếu nối đất đó. Một mạch khuếch đại thực tế (hiển thị nguồn điện áp đầu vào, điện trở tải và nguồn điện) được thể hiện ở hình sau đây :
Chức năng của mạch khuếch đại
Không cần phải phân tích thiết kế bóng bán dẫn thực tế của bộ khuếch đại, bạn có thể dễ dàng phân biệt chức năng của toàn mạch: lấy tín hiệu đầu vào (V in ), khuếch đại tín hiệu và truyền tải điện trở ( Rload ). Để hoàn thành sơ đồ trên, sẽ rất tốt nếu chỉ định rõ độ lợi của bộ khuếch đại đó (A V , A I , A P ) và điểm Q (phân cực) cho bất kỳ phân tích toán học cần thiết nào.
Nếu bộ khuếch đại cần thiết để có thể xuất ra điện áp xoay chiều thực (đảo cực) cho tải, thì có thể sử dụng nguồn điện một chiều chia điện áp, theo đó điểm nối đất được “định tâm” về mặt điện giữa + V và -V. Đôi khi cấu hình bộ nguồn phân áp được gọi là bộ nguồn kép .
Bộ khuếch đại vẫn được cung cấp tổng thể với 30 volt, nhưng với nguồn điện DC phân chia điện áp, điện áp đầu ra trên điện trở tải hiện có thể dao động từ mức tối đa lý thuyết là +15 volt đến -15 volt, thay vì +30 volt thành 0 vôn. Đây là một cách dễ dàng để có được đầu ra dòng điện xoay chiều (AC) thực từ bộ khuếch đại mà không cần sử dụng đến tụ điện hoặc cuộn cảm ( biến áp ) trên đầu ra. Biên độ peak-to-peak của đầu ra của bộ khuếch đại này giữa điểm cutoff và bão hòa không thay đổi.
Bộ khuếch đại vi sai – Chức năng bộ khuếch đại vi sai
Bằng cách ký hiệu bộ khuếch đại bóng bán dẫn trong một mạch lớn hơn bằng ký hiệu tam giác, chúng tôi dễ dàng thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu và phân tích các mạch và bộ khuếch đại phức tạp hơn. Một trong những loại bộ khuếch đại phức tạp hơn mà chúng ta sẽ nghiên cứu được gọi là bộ khuếch đại vi sai . Không giống như các bộ khuếch đại bình thường, mà khuyếch đại một tín hiệu đầu vào duy nhất (thường được gọi là bộ khuếch đại âm tần), bộ khuếch đại vi sai khuếch đại sự khác biệt điện áp giữa hai tín hiệu đầu vào. Sử dụng ký hiệu bộ khuếch đại tam giác đơn giản, bộ khuếch đại vi sai trông giống như sau:
Hai dây dẫn đầu vào có thể được nhìn thấy ở phía bên trái của ký hiệu bộ khuếch đại hình tam giác, dây dẫn đầu ra ở phía bên phải, và các dây dẫn nguồn + V và -V ở trên và dưới. Như với ví dụ khác, tất cả các điện áp được quy chiếu đến điểm nối đất của mạch. Chú ý rằng một dây dẫn đầu vào được đánh dấu bằng dấu (-) và dây dẫn đầu vào còn lại được đánh dấu bằng dấu (+). Bởi vì bộ khuếch đại vi sai khuếch đại sự khác biệt về điện áp giữa hai đầu vào, mỗi đầu vào ảnh hưởng đến điện áp đầu ra theo những cách ngược lại. Hãy xem xét bảng sau đây về điện áp đầu vào / đầu ra cho bộ khuếch đại vi sai có độ lợi điện áp là 4:
Điện áp dương tăng trên đầu vào (+) có xu hướng làm cho điện áp đầu ra dương hơn và điện áp ngày càng dương trên đầu vào (-) có xu hướng làm cho điện áp đầu ra âm hơn. Tương tự như vậy, điện áp ngày càng âm trên đầu vào (+) cũng có xu hướng làm tiêu cực đầu ra, và điện áp ngày càng âm trên đầu vào (-) thì ngược lại. Do mối quan hệ giữa đầu vào và phân cực, các (-) đầu vào thường được gọi là nghịch đảo đầu vào và (+) như noninverting đầu vào. Có thể hữu ích khi nghĩ về một bộ khuếch đại vi sai như một nguồn điện áp thay đổi được điều khiển bởi một vôn kế, chẳng hạn như:
Hãy nhớ rằng hình minh họa trên chỉ là một mô hình để hỗ trợ việc hiểu hoạt động của bộ khuếch đại vi sai. Nó không phải là một sơ đồ thực tế của thiết kế thực tế của nó. Ký hiệu “G” đại diện cho một điện kế, một chuyển động của vôn kế . Chiết áp được kết nối giữa + V và -V cung cấp một điện áp thay đổi ở chân đầu ra (tham chiếu đến một phía của nguồn điện một chiều), điện áp thay đổi đó được thiết lập bởi số đọc của điện kế. Cần phải hiểu rằng bất kỳ tải nào được cung cấp bởi đầu ra của bộ khuếch đại vi sai đều nhận được dòng điện từ nguồn điện một chiều (pin), chứ không phải tín hiệu đầu vào. Tín hiệu đầu vào (đến điện kế) chỉ điều khiển đầu ra. Khái niệm này thoạt đầu có thể gây nhầm lẫn cho sinh viên mới làm quen với bộ khuếch đại. Với tất cả các phân cực và dấu phân cực (- và +) xung quanh, thật dễ dàng để bị nhầm lẫn và không biết đầu ra của một bộ khuếch đại vi sai sẽ là gì. Để giải quyết sự nhầm lẫn tiềm ẩn này, đây là một quy tắc đơn giản cần nhớ:
Mối quan hệ của phân cực đầu vào và đầu ra
Khi cực tính của điện áp vi sai khớp với các dấu cho đầu vào đảo và không đảo, đầu ra sẽ là dương. Khi cực tính của điện áp vi sai khác với các dấu đầu vào, đầu ra sẽ là âm. Điều này mang một số điểm tương đồng với dấu hiệu toán học được hiển thị bằng vôn kế kỹ thuật số dựa trên cực tính điện áp đầu vào. Dây dẫn thử nghiệm màu đỏ của vôn kế (thường được gọi là dây dẫn “dương” vì màu đỏ được kết hợp phổ biến với cực dương của nguồn điện trong hệ thống dây điện tử) dương hơn màu đen, đồng hồ sẽ hiển thị hình điện áp dương, và ngược lại:
Giống như vôn kế sẽ chỉ hiển thị điện áp giữa hai dây dẫn thử nghiệm của nó, bộ khuếch đại vi sai lý tưởng chỉ khuếch đại hiệu điện thế giữa hai kết nối đầu vào của nó, chứ không phải điện áp giữa bất kỳ một trong những kết nối đó và đất. Cực đầu ra của bộ khuếch đại vi sai, giống như chỉ thị có dấu của vôn kế kỹ thuật số, phụ thuộc vào các cực tương đối của điện áp chênh lệch giữa hai kết nối đầu vào.
Chức năng bộ khuếch đại vi sai
Nếu điện áp đầu vào của bộ khuếch đại này đại diện cho các đại lượng toán học (như trường hợp trong mạch máy tính tương tự), hoặc các phép đo quá trình vật lý (như trường hợp trong mạch thiết bị điện tử tương tự), bạn có thể thấy cách một thiết bị như bộ khuếch đại vi sai có thể rất hữu ích. Chúng tôi có thể sử dụng nó để so sánh hai đại lượng để xem cái nào lớn hơn (theo cực của điện áp đầu ra) hoặc có lẽ chúng tôi có thể so sánh sự khác biệt giữa hai đại lượng (chẳng hạn như mức chất lỏng trong hai bể) và gắn cờ báo động (dựa trên trên giá trị tuyệt đối của đầu ra bộ khuếch đại) nếu sự khác biệt trở nên quá lớn. Trong mạch điều khiển tự động cơ bản, đại lượng được kiểm soát (được gọi là biến quá trình ) được so sánh với giá trị mục tiêu (được gọi là điểm đặt), và các quyết định được đưa ra về cách hành động dựa trên sự khác biệt giữa hai giá trị này. Bước đầu tiên trong điều khiển điện tử một sơ đồ như vậy là khuếch đại sự khác biệt giữa biến quá trình và điểm đặt bằng bộ khuếch đại vi sai. Trong các thiết kế bộ điều khiển đơn giản, đầu ra của bộ khuếch đại vi sai này có thể được sử dụng trực tiếp để điều khiển phần tử điều khiển cuối cùng (chẳng hạn như van) và giữ cho quá trình gần với điểm đặt một cách hợp lý.
ÔN TẬP:
- Ký hiệu “viết tắt” cho bộ khuếch đại điện tử là hình tam giác, đầu rộng biểu thị phía đầu vào và đầu hẹp biểu thị đầu ra. Các đường cấp nguồn thường được lược bỏ trong bản vẽ để đơn giản.
- Để tạo điều kiện thuận lợi cho đầu ra AC thực từ bộ khuếch đại, chúng ta có thể sử dụng nguồn điện được gọi là bộ chia kép hoặc nguồn kép , với hai nguồn điện áp DC mắc nối tiếp với điểm giữa được nối đất, tạo ra điện áp dương nối đất (+ V) và điện áp âm xuống đất (-V). Bộ nguồn chia như thế này thường được sử dụng trong các mạch khuếch đại vi sai.
- Hầu hết các bộ khuếch đại có một đầu vào và một đầu ra. Bộ khuếch đại vi sai có hai đầu vào và một đầu ra, tín hiệu đầu ra tỷ lệ với sự khác biệt về tín hiệu giữa hai đầu vào.
- Đầu ra điện áp của bộ khuếch đại vi sai được xác định theo phương trình sau: V out = A V (V noninv – V inv )