Mạch theo điện áp (còn được gọi là bộ khuếch đại độ lợi thống nhất, bộ khuếch đại đệm và bộ khuếch đại cách ly) là một mạch op-amp có độ lợi điện áp là 1.
Điều này có nghĩa là amp op không cung cấp bất kỳ sự khuếch đại nào cho tín hiệu. Sở dĩ nó được gọi là mạch theo điện áp là vì điện áp đầu ra trực tiếp theo điện áp đầu vào, nghĩa là điện áp đầu ra giống với điện áp đầu vào. Vì vậy, ví dụ, nếu 10V đi vào amp op làm đầu vào, thì 10V đi ra dưới dạng đầu ra. Một mạch theo điện áp hoạt động như một bộ đệm, không cung cấp sự khuếch đại hoặc suy giảm tín hiệu.
Mục đích của mạch theo điện áp là gì
Khi đó người ta có thể hỏi, mục đích của mạch theo điện áp là gì? Vì nó xuất ra cùng một tín hiệu mà nó đầu vào, mục đích của nó trong một mạch là gì? Điều này bây giờ sẽ được giải thích.
Mạch op amp là mạch có trở kháng đầu vào rất cao. Trở kháng đầu vào cao này là lý do tại sao mạch theo điện áp được sử dụng. Điều này bây giờ sẽ được giải thích.
Mạch theo điện áp có dòng điện đầu ra nhỏ
Khi mạch có trở kháng đầu vào rất cao, dòng điện được rút ra từ mạch rất ít. Nếu bạn biết định luật ohm, bạn biết rằng dòng điện, I = V / R. Do đó, điện trở càng lớn thì dòng điện được rút ra từ nguồn điện càng ít. Do đó, công suất của mạch không bị ảnh hưởng khi dòng điện đang cấp tải trở kháng cao.
Hãy xem cả hai hình ảnh minh họa dưới đây:
Mạch dưới đây là mạch trong đó nguồn điện nuôi tải trở kháng thấp.
Trong mạch này ở trên, tải yêu cầu và tạo ra một lượng lớn dòng điện, bởi vì tải có trở kháng thấp. Theo định luật ohm, dòng điện, I = V / R. Nếu một tải có điện trở rất thấp, nó sẽ tạo ra một lượng lớn dòng điện. Điều này gây ra một lượng lớn điện năng được lấy từ nguồn điện và do đó, gây ra nhiễu cao và sử dụng nguồn điện cung cấp năng lượng cho tải.
Bây giờ chúng ta hãy nhìn vào mạch bên dưới, được kết nối với mạch theo điện áp op-amp:
Đoạn mạch trên hiện hút rất ít dòng điện từ nguồn điện trên. Bởi vì amp op có trở kháng cao như vậy nó tạo ra rất ít dòng điện. Và bởi vì một amp op không có điện trở phản hồi cho cùng một đầu ra, mạch sẽ xuất ra cùng một tín hiệu được cấp vào.
Đây là một trong những lý do mà mạch theo điện áp được sử dụng. Chúng tạo ra rất ít dòng điện, không làm xáo trộn mạch gốc và cho cùng tín hiệu điện áp như đầu ra. Chúng hoạt động như bộ đệm cách ly, cách ly một mạch điện do đó nguồn điện của mạch bị nhiễu rất ít.
Mạch điện áp rất quan trọng trong mạch phân áp
Vì vậy, dòng điện, như đã giải thích ở trên, là một trong những lý do khiến mạch theo điện áp được sử dụng.
Một lý do khác khiến bộ theo điện áp được sử dụng vì tầm quan trọng của chúng trong các mạch phân áp. Điều này một lần nữa liên quan đến định luật ohm. Theo định luật ohm, điện áp = dòng điện x điện trở (V = IR).
Trong mạch, điện áp phân chia hoặc được phân bổ theo điện trở hoặc trở kháng của các linh kiện.
Bởi vì một amp op có trở kháng đầu vào rất cao, phần lớn điện áp sẽ rơi trên nó, (vì nó có trở kháng rất cao). Vì vậy, nó rất có giá trị khi được sử dụng trong mạch phân áp vì làm như vậy một cách hợp lý có thể cho phép chúng ta cung cấp đủ điện áp cho tải.
Điều này bây giờ sẽ được minh họa để bạn có thể thấy.
Vì vậy, giả sử chúng ta có một như bên dưới đại diện cho một bộ chia điện áp với tải được gắn vào đầu ra.
Vì vậy, mạch trên sẽ không hoạt động.
Trong đoạn mạch trên ta mắc song song tải 100Ω giữa 2 điện trở 10KΩ. Vì vậy, phương trình phân áp được cho 10KΩ và 10KΩ || 100Ω.như sau :
Thực hiện phép tính trên các điện trở 10KΩ và 100Ω song song cho chúng ta, 10KΩ || 100Ω = (10KΩ) (100Ω) /1,1KΩ= 99,01Ω ~ 99Ω.
Vì vậy, tiếp theo chúng ta có một điện áp giữa điện trở 10KΩ và điện trở 99Ω.
Bây giờ chúng ta có thể sử dụng công thức chia điện áp để xem có bao nhiêu điện áp sẽ rơi trên điện trở 10KΩ trên cùng và điện trở 10KΩ dưới cùng song song với điện trở tải 100Ω.
Điện áp rơi điện trở 10KΩ trên là, V = 10V (10KΩ) / (10KΩ + 99Ω) = 9,9V.
Điện áp rơi điện trở 10KΩ dưới cùng và điện trở tải 100Ω là, V = 10V (99Ω) / (10,099Ω) = 0,098V hoặc 98mV.
Hãy nhớ rằng, chúng ta sử dụng 99Ω vì đây là điện trở tương đương của 2 điện trở (điện trở 10KΩ và điện tải 100Ω mắc song song).
Vì các điện trở mắc song song nên chúng có cùng hiệu điện thế là 98mV.
Bây giờ giả sử tải cần khoảng 5V để hoạt động. Bạn có thể thấy dựa trên tính toán, sẽ không có đủ điện áp ở đầu ra. Như chúng tôi đã tính toán, chúng tôi có 98mV là điện áp của chúng tôi trên tải ở đầu ra.
Điện trở 100Ω (tải) làm giảm điện trở ở đầu ra quá thấp. Do đó, trong mạch phân áp, tải nhận được điện áp rất thấp, vì điện áp giảm trên các tải tỷ lệ thuận với điện trở (V = IR).
Tuy nhiên, nếu chúng tôi loại bỏ tải 100Ω và thay vào đó kết nối một amp op (với trở kháng đầu vào cao), thì điện trở ở đầu ra (cuối cùng cung cấp năng lượng cho tải) sẽ không bị giảm xuống. Vì vậy tải có thể nhận đủ điện áp.
Hãy xem mạch này thay đổi như thế nào bây giờ với một amp op, với trở kháng đầu vào cao và tải được kết nối với đầu ra của amp op.
Điều này được hiển thị bên dưới.
Vì vậy, mạch ở trên bây giờ hoạt động.
Bộ chia điện áp bây giờ nằm giữa điện trở 10KΩ trên cùng và điện trở 10KΩ dưới và amp op.
Bộ khuếch đại op amp hầu như cung cấp trở kháng đầu vào vô hạn. Rõ ràng, nó không thực sự là vô hạn trong cuộc sống thực, nhưng nó là hàng trăm megohms. Hãy giả sử nó là 100MΩ, mặc dù nó có thể nhiều hơn nữa.
Vì vậy, phương trình sẽ đặc trưng cho bộ phân áp của chúng ta giữa, 10KΩ và 10KΩ || 100MΩ là :
Tính điện trở song song tương đương của 10KΩ || Điện trở 100MΩ cho, (10KΩ) (100MΩ) / (10KΩ + 100MΩ) = 9999Ω ~ 10KΩ.
Vì vậy, chúng tôi có, 10KΩ || 10KΩ.
Bất kỳ bộ phân áp nào gồm 2 điện trở giống nhau thì hiệu điện thế của nguồn điện bằng một nửa. Chúng ta có công thức chia điện áp, 10V * (10KΩ) / (10KΩ + 10KΩ) = 5V.
Vì vậy, 5 vôn rơi trên điện trở 10KΩ trên và 5V rơi trên điện trở 10KΩ dưới cùng và 100Ω.
Vì điện trở 100Ω và 10KΩ mắc song song nên cả hai đều nhận được 5V như nhau.
Vì vậy, bạn có thể thấy cách amp op cho phép đệm đầu ra của mạch này để tải nhận được điện áp mà nó cần.