Các thông số của Op amp

Nguyễn Quốc Cường – 3I

2

Giới thiệu

3

Giới thiệu

4

Điện áp lệch không đầu vào• Điện áp lệch không (input offset voltage): do sự không cân bằng

của các mạch điện tử trong op amp, khi điện áp đầu vào bằngkhông thì điện áp đầu ra khác không.

• Điện áp offset là điện áp cần đặt vào đầu vào để cho đầu ra bằng 0. Ký hiệu VIO.

• Thường các op amp đầu vào bipolar có các thông số điện áp offset đầu vào tốt hơn các op amp đầu vào JFET hoặc CMOS

Mạch kiểm tra điện ápoffset đầu vào

1000OUT

IO

VV =

5

Ảnh hưởng của VIO

ideal op-amp

-

+

Z2

VIO

Z1Vi

Vo

I1 I2

1 2

1 2

2 2

1 1

1

i IO IO o

o i IO

I I

V V V V

Z Z

Z ZV V V

Z Z

=

− −=

→ = − + +

6

Hiệu chỉnh VIO

IC op amp có sẵn mạch hiệu chỉnh VIO

R3

R2-

+

VoVi

R1

10M

10K

+- offset

Mắc mạch hiệu chỉnh VIO bên ngoài

7

Dòng vào• Theo mô hình op amp lý tưởng thì dòng vào tại các chân

đảo vả không đảo đều bằng 0. Tuy nhiên thực tế thì cácmạch đầu vào của các op amp đều tồn tại một dòngđiện.

• Dòng bias trung bình đầu vào (input bias current) đượctính

– Với IN và IP là dòng bias vào tại các đầu đảo và không đảo.

• Hiệu dòng điện vào tại đầu không đảo và đầu đảo đượcgọi là dòng điện offset (input offset current)

2N P

IB

I II

+=

IO P NI I I= −

8

Dòng vào

9

Ảnh hưởng của dòng vào• Xem xét một mạch khuếch đại đảo như hình vẽ.

• Dòng định thiên IN gây ra một điện áp ra

2 1

2 1

2 2 1 2 22

1 1 1 2 1

0

1

N

o i

N

o i N i N

V V I I I

V VI

Z Z

Z Z Z Z ZV V Z I V I

Z Z Z Z Z

− += = = +

− = +

→ = − − = − − + +

( ) 21 2

1

// 1N

ZI Z Z

Z

− +

ideal op-amp

-

+

Z2Z1Vi

Vo

I1 I2

IN

10

Bù dòng vào

ideal op-amp

-

+

R2R1Vi

Vo

I1 I2

R3

IN

IP

11

Dải điện áp đồng pha đầu vào• Điện áp đồng pha đầu vào (Input Common Mode Voltage Range)

được định nghĩa như là điện áp trung bình của điện áp tại đầu vàođảo và đầu vào không đảo, ký hiệu VICR.

• Nếu điện áp đồng pha quá lớn hoặc quá nhỏ thì các đầu vào củaop amp có thể bị cắt và op amp hoạt động không còn đúng nữa.

• VICR quy định vùng điện áp trong đó op amp hoạt động đúng.Vo+

-

VCM

Vd=

0

12

Điện áp đầu ra cực đại

13

Các phần tử ký sinh đầu vào• Cả hai đầu vào đều có các trở

kháng ký sinh.• Thường thì các đầu vào được

mô hình bởi các phần tử và tụđiện (ảnh hưởng điện cảm kýsinh là rất nhỏ khi op amp làmviệc ở tần số thấp).

• Các trở kháng ký sinh được sửdụng khi mà nguồn áp tín hiệucó điện trở lớn, ảnh hưởng củatrở kháng vào khi đó là đáng kể.

• Cd và Rd: tụ điện và điện trở vi sai giữa hai nối vào.

• Cn, Cp, Rn, Rp là tụ điện và điệntrở của các nối vào (so với đất)

Mô hình đơn giản cho các trởkháng vào của op amp

14

Tụ và điện trở đầu vào• Tụ đầu vào (input capacitance) Ci được đo giữa các đầu

vào, Ci thường cỡ vài pF.– Nếu đầu không đảo nối đất thì Ci = Cd // Cn

– Tụ đầu vào trong chế độ đồng pha Cic (commom mode input capacitance): Nếu VN và VP có điện áp bằng nhau thì Cic = Cn//Cp

• Điện trở: Điện trở được đo giữa hai nối vào của op amp– Nếu đầu không đảo nối đất thì ri = Rd // Rp, tuỳ thuộc vào kiểu

vào của op amp ri có thể từ 107 đến 1012 ohm

– Nếu điện áp Vp = Vn thì điện trở vào là điện trở đồng pha ric = Rn//Rp

15

Trở kháng đầu ra• Trở kháng đầu ra ZO được định nghĩa như là trở kháng tín hiệu

nhỏ giữa đầu ra và đất.

• Giá trị ZO thường từ 50 đến 200 ohm.

• Ảnh hưởng của trở kháng rr.

Ảnh hưởng khi tải điện trở Ảnh hưởng khi tải điện dung

16

Ảnh hưởng của trở kháng vào

( )( )

1 1 2

0 1 2 2

2 0 0

i d d

d d o d

o d

V I Z Z I Z

K V I Z I Z Z Z

V I Z K V

= + +

= + + +

= − +

Sử dụng phương pháp dòngvòng

Nếu bỏ qua anh hưởng của Z0

(≈0) thì :2

1 2 2

0 1

1

11 1

o

i

d

V Z

V Z Z Z

K Z Z

= −

+ + +

+

ZdZoK0Vd

-

Z2Z1

I1I2

Vi

Vo

17

Khuếch đại đồng pha và CMRR• Khi Vd = 0 mà VCM ≠ 0 thì VO vẫn khác không.

• Hệ số nén đồng pha (common-mode rejection ratio, CMRR) đượcđịnh nghĩa bằng tỉ số

• Một cách lý tưởng hệ số CMRR là vô cùng lớn tức là hệ số khuếchđại đồng pha là vô cùng nhỏ so với hệ số khuếch đại tín hiệu vi sai.

Vo+

-

VCM

Vd=

0

DIF

COM

ACMRR

A=

ADIF : hệ số khuếch đại tín hiệu vi saiACOM: hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha

18

Ảnh hưởng của ACM• Xét ảnh hưởng của ACM trong khuếch

đại không đảo (mạch khuếch đại đảo vìVCM ≈ 0 nên ảnh hưởng không đáng kể).

R2

R1Vout

i1

i2

-

+Vin

Vo+

-

VCM

Vd

11 2

1

1 2

and o

N P i

d P N i o

CM i

VV R V V

R R

RV V V V V

R R

V V

= =+

= − = −+

≈

10 0

1 2

2

1 2

0 1

11

1 1

o d CM CM i o CM i

CM

i

o

RV K V K V K V V K V

R R

VV

R CMRRV

R R

K R

= + = − + +

+ = +

+ +

1/K0 ≈ 0 2

1

1 CM

o i

VRV V

R CMRR

= + +

CMRR càng lớn thì ảnh hưởng của tín hiệu đồng pha càng nhỏ

19

Tỉ số nén điện áp nguồn - PSRR• Tỉ số nén điện áp nguồn (PSRR: Power Supply Voltage Rejection

Ratio) hoặc tỉ số nén điện áp cung cấp(kSVR: supply voltage rejection ratio) được định nghĩa bằng tỉ số giữa sư biến thiên của điện ápnguồn cung cấp va sư biến thiên của điện áp đầu ra.– Cho các op-amp có nguồn hai dấu +VCC và –VCC:

• Dấu cộng trừ ở đấy muốn nói là nguồn âm và dương là thay đối đối xứng.

– Cho nguồn cung cấp một dấu

• Nếu giá trị kSVR càng lớn thì ảnh hưởng của nhiễu nguồn càng nhỏ.• Khi tần số tăng thì kSVR giảm.• Khi sử dụng các nguồn cung cấp switching thì tần số nhiễu nguồn

thường là từ 50kHz đến 500kHz. Tại tần số này thì kSVR giảm đến 0. Do vậy cần phải có sự chống nhiễu nguồn.

CC

SVR

OS

Vk

V

±∆=∆

CC

SVR

OS

Vk

V

∆=∆

20

Slew rate tại hệ số khuếch đại = 1• Slew rate (SR) là tốc độ biến thiên của tín hiệu đầu ra (V/ms hoặc

V/μs) khi đầu vào là tín hiệu bước nhảy.

• Thường thì khi dòng bias tăng thì slew rate tăng.

dVSR

dt=

21

Bandwith• Trong các mạch op-amp thực, hệ số khuếch đại vi sai của

mạch là hàm phụ thuộc tần số.– f = 0 hệ số hệ số khuếch đại có thể đạt

– Khi tần số tăng thì hệ số khuếch đại giảm.

• Dải thông hệ số K = 1 (Unity Gain Bandwith): chỉ ra tầnsố mà tại đó hệ số khuếch đại bằng 1.

• Tích hệ số khuếch đại và dải thông (Gain BandwithProduct):