Mạch khuếch đại vi sai là một trong những bộ khuếch đại được sử dụng khá nhiều trong thực tế. Tuy nhiên, không phải ai cũng biết về các bộ khuếch đại này. Hãy cùng chúng tôi đi tìm hiểu thông tin trong nội dung dưới đây của bài viết.
Mạch khuếch đại vi sai là gì?
Mạch khuếch đại vi sai được biết đến là bộ khuếch đại với tín hiệu đầu vào có thêm trạng thái đệm. Việc khi bổ sung các bộ đệm ở đầu vào sẽ giúp cho việc kết hợp trở kháng của bộ khuếch đại trước đó được dễ dàng hơn.
Mạch khuếch đại vi sai cũng sẽ xuất hiện một số các tính năng hữu ích như điện áp bù thấp, tỷ lệ bỏ chế độ chung cao CMRR, độ lợi cao, điện trở đầu vào cao,…
Về cơ bản thì chúng ta có thể thấy, tất cả các bộ khuếch đại sử dụng OP-AMP đều là các mạch khuếch đại vi sai. Nhưng bằng việc kết nối tín hiệu điện áp với 1 đầu vào và 1 tín hiệu điện áp khác ở đầu vào còn lại, thì điện áp đầu ra sẽ có kết quả chênh lệch với các tín hiệu điện áp đầu vào V1 và V2.
Bằng việc kết nối lần lượt đầu vào với mass (0V) chúng ta có thể giải quyết được điện áp đầu ra. Khi đó hàm truyền của mạch khuếch đại vi sai sẽ được tính như sau:
Trong trường hợp R1 = R2 và R3 = R4, lúc này hàm truyền cho mạch khuếch đại vi sai sẽ được đơn giản hóa với công thức sau:
Trong trường hợp R1 = R2 và R3 = R4, lúc này hàm truyền cho mạch khuếch đại vi sai sẽ được đơn giản hóa với công thức sau:
Nếu trong trường hợp tất cả các điện trở trong mạch đều có cùng chung một giá trị có nghĩa là R1 = R2 = R3 = R4, lúc này mạch sẽ trở thành mạch khuếch đại vi sai đơn vị và độ lợi điện áp của bộ khuếch đại này sẽ chính xác bằng 1. Khi đó, đầu ra sẽ đơn giản sẽ là Vout = V2 – V1.
Trong một số trường hợp đầu vào V1 > V2 thì lúc này tổng điện áp Vout sẽ là âm. Và nếu V2 > V1 thì cũng đồng nghĩa đầu ra Vout sẽ là dương.
Mạch khuếch đại vi sai là mạch OP-AMP rất hữu ích và bằng việc thêm điện trở song song với các điện trở R1 và R3 ở khu vực đầu vào, mạch lúc này sẽ được thực hiện một trong 2 phép tính cộng hoặc trừ với điện áp cho đầu vào tương ứng.
Các mạch khuếch đại vi sai thường dùng
Mạch khuếch đại vi sai cầu Wheatstone
mạch khuếch đại vi sai cầu Wheatstone hay còn được gọi là mạch khuếch đại vi sai tiêu chuẩn. Ví dụ, bằng việc kết nội một đầu vào với tham chiếu điện áp được cố định thiết lập trên chân của mạng cầu điện trở, còn chân kia với nhiệt điện trở hoặc điện trở quang.
Mạch khuếch đại này có thể được dùng để phát hiện mức nhiệt độ hoặc ánh sáng thấp hoặc cao khi điện áp đầu ra trở thành 1 hàm tuyến tính.
Mạch khuếch đại vi sai trở kháng đầu ra cao
Hai bộ khuếch đại không đảo dùng để tạo thành tầng đầu vào của mạch khuếch đại vi sai hoạt động giống như một bộ khuếch đại đếm với độ lợi = 1 + 2R2/R1 đối với tín hiệu ở đầu vào của vi sai và độ lợi = 1 đối với tín hiệu đầu vào chung.
Vì bộ khuếch đại A1 và A2 là bộ khuếch đại hồi tiếp vòng kín âm, chúng ta có thể xác định được điện áp đầu ra tại Va = V1 và tương tự đó Vb = V2.
Vì OP-AMP không có dòng điện ở các cực của đầu vào, cùng với đó thì một dòng điện phải chạy qua mạng 3 điện trở đó là điện trở R2, R1 và R2 được nối vào các đầu ra của 2 OP – AMP. Khi đó điện áp trên R1 = V1 và điện áp ở đầu dưới sẽ là R1 = V2.
Điều này có thể tạo ra sụt áp trên điện trở R1 = hiệu điện thế giữa 2 đầu vào V1 và V2, điện áp đầu vào phía vi sai , Vì điện áp tại điểm giao nhau tổng là bộ khuếch đại, Va và Vb bằng điện áp đặt vào phía đầu dương của nó.
Điện áp đầu vào vi sai A3 hoạt động giống như một bộ trừ. Chỉ khác biệt giữa 2 đầu vào của nó là V2 – V1 và được khuếch đại bởi độ lợi A3. Lúc này Vout sẽ được tính bằng công thức sau:
Mạch khuếch đại vi sai kết hợp với quang trở
Ở đây chúng ta có thể thấy rằng mạch sẽ được hoạt động giống như một công tắc khi mà có ánh sáng chiếu vào. Trong trường hợp mức ánh sáng chiếu vào LDF vượt quá hoặc giảm xuống dưới mức giá trị đặt trước thì tham chiếu điện áp cố định được áp dụng ở đầu vào không đảo OP-AMP thông qua mạch phân áp R1 – R2.
Giá trị của điện áp tại V1 chân không đảo của OP-AMP được khởi động bằng 1 chiết áp VR2 để đặt độ trễ chuyển mạch. Chân thứ 2 của mạch khuếch đại vi sai bao gồm 1 quang trở có thể thay đổi giá trị điện trở của nó khi mà có ánh sáng chiếu vào. Quang trở tỷ lệ với ánh sáng và giảm khi cường độ ánh sáng tăng dần, do đó mức điện áp ở V2 cũng sẽ thay đổi ở vùng trên hoặc dưới tại điểm chuyển mạch có thể được xác định bởi biến trở VR1.
Sau đó, bằng việc thay đổi biến trở VR1 thì VR2 có thể tạo ra được 1 công tắc nhạy sáng chính xác. Tùy thuộc vào từng ứng dụng mà đầu ra từ OP-AMP có thể có thể sử dụng công tắc bán dẫn hoặc trực tiếp để điều khiển rơ le hoặc đèn.
Hoặc cũng có thể phát hiện nhiệt độ bằng cách thay quan trở bằng một cảm biến nhiệt độ hoặc điện trở nhiệt. Bằng việc hoán đổi các vị trí của VR1 và LDR thì mạch có thể dùng để phát hiện sáng tối hoặc nhiệt độ bằng cách sử dụng điện trở nhiệt.
Mạch khuếch đại vi sai là gì? Câu hỏi đã được chúng tôi giải đáp. Hy vọng, với những thông tin trên sẽ giúp ích cho bạn trong học tập cũng như trong cuộc sống.
