Op-Amp là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Op-Amp

Bạn tìm hiểu về dàn âm thanh và các thiết bị âm thanh? Vậy bạn có biết Op-Amp là gì hay không? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó như thế nào? Nếu bạn vẫn đang lưỡng lự và không có câu trả lời, hãy tham khảo bài sau để có thêm những kiến thức hay ho.

1. Tìm hiểu về Op-Amp

Op Amp hay còn được gọi là mạch khuếch đại thuật toán. Trong tiếng Anh Op-Amp là gì? Trong tiếng Anh, Op-Amp được viết đầy đủ là Operational Amplifier. Đây là một mạch khuếch đại DC - Coupled với một số hệ số khuếch đại cao và có đầu vào vi sai, đầu ra đơn.

Trong những ứng dụng thông thường của Op-Amps, đầu ra được điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âm. Nó đảm bảo độ lợi đầu ra cũng như tổng trở đầu vào, ra.

Một vi mạch thông dụng ở Op Amp thường có những ưu điểm như:

• Hai ngõ vào đảo và không đảo cho phép Op Amp khuếch đại tốt nguồn tín hiệu.
• Ngõ ra chịu trách nhiệm khuếch đại sự sai lệch ở 2 tín hiệu ngõ vào, vì thế, Op-Amps thường có khả năng khuếch đại tín hiệu ở tần số thấp.
• OpAmp có hệ số khuếch đại lớn nen cho phép khuếch đại ở những tín hiệu ở biên độ vài chục microVolt.
• OpAmp có thể làm việc tốt với rất nhiều dạng nguồn tín hiệu khác nhau.

Op-Amp không nhất thiết là một IC. Thế nhưng, hiện nay Op-Amp đang được dùng rộng rãi trên thị trường.

>>> Có thể bạn quan tâm: Mixer Yamaha MG06X đã ứng dụng op-amps<<<

2. Cấu tạo Op-amp gồm những gì?

Op-Amp có cấu tạo gồm 3 khối:

Cụ thể các khối như hình.

Khối 1: Đây là khối khuếch đại vi sai ở Op-Amp. Nhiệm vụ chính của nó khuếch đại độ sai lệch tín hiệu ở ngõ vào, ra. Ở bộ phận này, nó có đủ các ưu điểm của một mạch khuếch đại vi sai.  Nó có độ miễn nhiễu cao, có thể khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm, có thể tổng trở ngõ vào lớn…..

Khối 2: Trong Op-Amp thì đây là tầng khuếch đại trung gian. Nó ở trong OpAmp bao gồm nhiều tầng khuếch đại visai được mắc nối tiếp với nhau. Từ đó, chúng tạo thành một mạch khuếch đại lớn, hệ số khuếch đại lớn và có thể tăng độ nhạy cho Op Amp. Mức DC định mức được đặt ở khối 2.

Khối 3: Đây được hiểu là tầng khuếch đại đệm. Nó đảm nhiệm chức năng tăng dòng cung cấp ra tải và giảm tổng trở ngõ xuống, giúp cho Op Amps có được sự phối hợp nhẹ nhàng nhất.

Trên thực tế thì, Op Amp sẽ có một số khác biệt so với Op-Amp trong lý tưởng. 

3. Nguyên lý hoạt động của Op-Amp

Dựa trên các ký hiệu của Op-Amp, bạn có thể hiểu rằng tín hiệu ngõ ra V0 được đưa vào như sau:

• Đưa tín hiệu từ ngõ vào đảo: Vout = Av0.V+
• Khi đưa tín hiệu vào ngõ không vào đảo thì ngõ vào đảo lúc này sẽ là Vout = Av0.V_.
• Khi đưa tín hiệu vào trên 2 ngõ một cách đồng thời thì: Vout = Av0.(V+ - V_)=Vout = Av0.(ΔVin).

Khảo sát toàn diện và mang tính tổng quan hơn về nguyên lý làm việc của Op Amp người ta xét trường hợp tín hiệu vào vi sai so với mass. Op - Amps lúc này sẽ có đặc tính truyền đạt giống như hình ảnh:

Đặc tính của nó thể hiện đặc biệt ở 3 vùng:

Vùng khuếch đại tuyến tính: Điện áp ngõ ra V0 lúc này tỉ lệ với tín hiệu với ngõ vào theo quan hệ tuyến tính. 

Vùng bão hòa dương: Tín hiệu ngõ ra và ngõ vào luôn ở mức +Vcc.

Vùng bão hòa âm: Tín hiệu ngõ ra và ngõ vào luôn ở -Vcc

Trên thực tế, người ta chỉ ra rằng rất ít khi dùng Op - Amps làm việc ở trạng thái vòng hở. Bởi vì số khuếch đại áp lớn nhưng điện áp ở ngõ vào lại quá bé. Chỉ cần một tín hiệu nhiễu nhỏ sẽ làm đủ điện áp ngõ ra ở vùng bão hòa âm, dương. Do đó, mạch khuếch đại sẽ dễ bị tạo xung và bị dao động.

Người ta thường làm việc ở chế độ khuếch đại tuyến tính. Lúc làm việc ở chế độ này người ta sẽ làm việc phản hồi âm để giảm hệ số khuếch đại vòng hở xuống mức phù hợp. Vùng làm việc tuyến tính của Op - Amps lúc này sẽ được rộng ra và Op - Amps sẽ hoạt động trong chế độ Close Loop.

4. Ứng dụng của Op Amps trong thiết kế điện tử

Người ta dùng Op-Amps như một khối mạch điện để dễ dàng và sáng sủa hơn so với việc tính toán các thông số những thông số các phần tử có trong mạch. Các Op - Amps đầu tiên có thể dùng như một khối mạch điện nếu như nó là một khối khuếch đại vi sai và có đủ độ lớn. Ở các mạch sau, giới hạn của tầng khuếch đại sẽ lớn hơn, nó bị áp đặt vào những dải thông số ở mỗi mạch.

Việc thiết kế Op Amps sẽ giống như mọi mạch. Các đặc tính trong mạch sẽ được vẽ ra trước những gì mà mạch buộc phải thực hiện. Ví dụ, độ lợi cần là 100 lần, sai số thấp hơn 5% thì nó sẽ thay đổi ít hơn 1% khi nhiệt độ thay đổi, tổng trở đầu vào cần lúc này không nhỏ hơn 1 MΩ.

Tất nhiên, các mẫu mạch được ứng dụng sẽ được thực hiện chặt chẽ và thử nghiệm. Những thay đổi sẽ được tính toán đạt hay tăng cường các đặc tính khác nhau…..

Trên đây là tất cả về Op Amps. Chúng tôi tin rằng bạn đã hiểu được khái niệm này là gì và có cái nhìn rõ hơn về mạch.