Phản hồi chia điện áp : Nếu chúng ta thêm bộ chia điện áp vào dây phản hồi âm để chỉ một phần nhỏ của điện áp đầu ra được đưa trở lại đầu vào đảo ngược thay vì toàn bộ, điện áp đầu ra sẽ là bội số của điện áp đầu vào (xin lưu ý rằng các kết nối cung cấp điện với op-amp đã được bỏ qua một lần nữa vì lợi ích đơn giản):
Nếu R 1 và R 2 đều bằng nhau và Vin là 6 volt, thì op-amp sẽ xuất ra bất kỳ điện áp nào cần thiết để giảm 6 volt trên R1 (để làm cho điện áp đầu vào đảo ngược bằng 6 volt, giữ nguyên điện áp chênh lệch giữa hai đầu vào bằng 0). Với bộ chia điện áp 2: 1 của R1 và R2, điều này sẽ mất 12 volt ở đầu ra của op-amp để thực hiện.
Một cách khác để phân tích mạch này là bắt đầu bằng cách tính độ lớn và chiều của dòng điện qua R 1 , biết hiệu điện thế ở hai bên (và do đó, bằng phép trừ, điện áp trên R 1 ) và điện trở R 1 . Vì phía bên trái của R 1 được nối với đất (0 vôn) và bên phải ở điện thế 6 vôn (do phản hồi âm giữ điểm đó bằng V in ), chúng ta có thể thấy rằng chúng ta có 6 vôn trên R 1 . Điều này cung cấp cho chúng tôi dòng 6 mA qua R 1 từ phải qua trái. Bởi vì chúng tôi biết rằng cả hai đầu vào của op-amp đều có trở kháng cực cao, chúng tôi có thể an toàn giả định rằng chúng sẽ không thêm hoặc trừ bất kỳ dòng điện nào qua bộ chia. Nói cách khác, ta có thể coi R 1 và R 2 mắc nối tiếp với nhau: cường độ dòng điện chạy qua R 1 phải cùng chiều với R 2 . Biết cường độ dòng điện qua R 2 và điện trở của R 2 , ta có thể tính được hiệu điện thế trên R 2 (6 vôn) và cực tính của nó. Đếm ngược điện áp từ mặt đất (0 volt) sang phía bên phải của R 2 , chúng tôi đến 12 volt trên đầu ra.
Khi xem xét hình minh họa cuối cùng, người ta có thể tự hỏi, “dòng điện 6 mA đó đi đâu?” Vì điện áp đầu ra là dương, dòng điện chạy từ cực dương của nguồn điện một chiều , qua chân đầu ra của amp op, qua R 2 , qua R 1 , xuống đất. Sử dụng mô hình máy dò / chiết áp null của op-amp, đường đi dòng điện trông giống như sau:
Nguồn tín hiệu 6 volt không phải cung cấp bất kỳ dòng điện nào cho mạch: nó chỉ ra lệnh cho op-amp cân bằng điện áp giữa các chân đầu vào đảo ngược (-) và không đảo (+) và do đó tạo ra điện áp đầu ra hai lần đầu vào do hiệu ứng phân chia của hai điện trở 1 kΩ.
Nhìn chung, chúng ta có thể thay đổi độ lợi điện áp của mạch này chỉ bằng cách điều chỉnh các giá trị của R 1 và R 2 (thay đổi tỷ lệ điện áp đầu ra được đưa trở lại đầu vào đảo ngược). Độ lợi có thể được tính theo công thức sau:
Lưu ý rằng độ lợi điện áp cho thiết kế mạch khuếch đại này không bao giờ được nhỏ hơn 1. Nếu chúng ta hạ R 2 xuống giá trị 0 ohm, mạch của chúng ta về cơ bản giống với bộ theo điện áp, với đầu ra được kết nối trực tiếp với đầu vào nghịch đảo. Vì bộ theo điện áp có độ lợi bằng 1, điều này đặt giới hạn độ lợi thấp hơn của bộ khuếch đại không đảo. Tuy nhiên, độ lợi có thể được tăng lớn hơn 1, bằng cách tăng R 2 tương ứng với R 1 .
Cũng lưu ý rằng cực của đầu ra khớp với cực của đầu vào, giống như với bộ theo điện áp. Điện áp đầu vào dương dẫn đến điện áp đầu ra dương và ngược lại (đối với đất). Vì lý do này, mạch này được gọi là bộ khuếch đại không đảo .
Mức độ liên quan của Độ lợi chênh lệch của Op-Amp với điện áp và dòng điện trong mạch
Cũng như với bộ theo dõi điện áp , chúng ta thấy rằng độ lợi vi sai của op-amp là không liên quan, miễn là nó rất cao. Điện áp và dòng điện trong mạch này sẽ hầu như không thay đổi nếu Độ lợi điện áp của op-amp là 250.000 thay vì 200.000. Điều này hoàn toàn trái ngược với thiết kế mạch khuếch đại bóng bán dẫn đơn, trong đó Beta của bóng bán dẫn riêng lẻ ảnh hưởng rất nhiều đến lợi ích tổng thể của bộ khuếch đại. Với phản hồi âm, chúng tôi có một hệ thống tự điều chỉnh để khuếch đại điện áp theo tỷ lệ được thiết lập bởi điện trở phản hồi, chứ không phải công suất bên trong op-amp.
Kết quả Điện áp đầu ra và Độ lợi với Điện áp đầu vào tại Đầu vào Đảo.
Hãy xem điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta giữ lại phản hồi âm thông qua bộ chia điện áp, nhưng đặt điện áp đầu vào ở một vị trí khác:
Bằng cách nối đất cho đầu vào không đảo, phản hồi âm từ đầu ra cũng tìm cách giữ điện áp của đầu vào đảo ở 0 volt. Vì lý do này, đầu vào đảo ngược trong mạch này được gọi là đất ảo , được giữ ở điện thế mặt đất (0 vôn) bởi phản hồi, nhưng chưa được kết nối trực tiếp với mặt đất (chung về điện). Điện áp đầu vào lần này được đặt vào đầu bên trái của bộ chia điện áp (lại R 1 = R 2 = 1 kΩ), vì vậy điện áp đầu ra phải xoay về -6 volt để cân bằng giữa điện thế mặt đất (0 vôn). Sử dụng các kỹ thuật tương tự như với bộ khuếch đại không đảo, chúng ta có thể phân tích hoạt động của mạch này bằng cách xác định cường độ và hướng dòng điện, bắt đầu bằng R 1, và tiếp tục xác định điện áp đầu ra.
Nhìn chung, chúng ta có thể thay đổi độ lợi điện áp tổng thể của mạch này, chỉ bằng cách điều chỉnh các giá trị của R 1 và R 2 (thay đổi tỷ lệ điện áp đầu ra được đưa trở lại đầu vào đảo ngược). Độ lợi có thể được tính theo công thức sau:
Lưu ý rằng Độ lợi điện áp của mạch này có thể nhỏ hơn 1, chỉ phụ thuộc vào tỷ số của R 2 và R 1 . Cũng lưu ý rằng điện áp đầu ra luôn là cực ngược lại của điện áp đầu vào. Điện áp đầu vào dương dẫn đến điện áp đầu ra âm và ngược lại (đối với đất). Vì lý do này, mạch này được gọi là bộ khuếch đại đảo . Đôi khi, công thức khuếch đại chứa một dấu âm (trước phần R 2 / R 1 ) để phản ánh sự đảo ngược các cực này.
Hai mạch khuếch đại mà chúng ta vừa khảo sát này phục vụ cho mục đích nhân hoặc chia độ lớn của tín hiệu điện áp đầu vào. Đây chính xác là cách các phép toán nhân và chia thường được xử lý trong mạch máy tính tương tự.
ÔN TẬP:
- Bằng cách kết nối đầu vào nghịch đảo (-) của op-amp trực tiếp với đầu ra, chúng ta nhận được phản hồi âm, cung cấp cho chúng ta một mạch theo điện áp . Bằng cách kết nối phản hồi tiêu cực đó thông qua một bộ chia điện trở (cấp lại một phần điện áp đầu ra cho đầu vào đảo ngược), điện áp đầu ra trở thành bội số của điện áp đầu vào.
- Mạch op-amp phản hồi âm với tín hiệu đầu vào đi đến đầu vào không đảo ngược (+) được gọi là bộ khuếch đại không đảo . Điện áp đầu ra sẽ có cùng cực tính với đầu vào. Độ lợi điện áp được cho bởi phương trình sau: AV = (R 2 / R 1 ) + 1
- Mạch op-amp phản hồi âm với tín hiệu đầu vào đi đến “đáy” của bộ chia điện trở, với đầu vào không đảo (+) được nối đất, được gọi là bộ khuếch đại đảo . Điện áp đầu ra của nó sẽ là cực ngược lại của đầu vào. Tăng điện áp được cho bởi phương trình sau: A V = -R 2 / R 1