advanced analog and digital systemsfivedots.coe.psu.ac.th/~montri/teaching/241-309/opampii.pdf ·...

20/11/51

241-309: Advanced Analog and Digital Systems 1

Advanced Analog and Advanced Analog and Digital Digital SystemsSystems


Chapter Chapter 33ออปแอมปออปแอมป IIII

Operation Amplifier IIOperation Amplifier II

20/11/51


เนอหาเนอหา

1. วงจรขยายชนดตางๆ

2. การวเคราะหวงจรขยาย


สงทตองเขาใจเมอสงทตองเขาใจเมอวเคราะหวงจรวเคราะหวงจรออปแอมปออปแอมป

+

- Vo Vi

Vin-

Vin+ AVOL

Iin-

Iin+

Iin+ = Iin- = 0 Vi = 0

1. VO = AVOL x Vi

2. Vin+ ≅ Vin-

3. Iin+ = Iin- ≅ 0

เปนจรงสาหรบ Ideal Op-amp

อตราขยายแรงดนแบบลปเปด(Open-loop voltage gain)

20/11/51


คณสมบตของออปคณสมบตของออปแอมปแอมปทใชวเคราะหวงจรทใชวเคราะหวงจรใชคณสมบต 2 ขอหลกๆคอ

1. Op-amp ม Input Resistance สงมาก จงทาใหกระแสทไหลเขาสอนพตของ Op-amp มคานอยมาก2. ในการใชงานเปนวงจร Linear Vi = (Vin+-Vin-) มคานอยมาก

+

-Vo

Vi

Vin-

Vin+

Avol

Iin-

Iin+

Iin+ = Iin- = 0Vi = 0


วงจรขยายชนดตางๆวงจรขยายชนดตางๆ• วงจรขยายแบบกลบเฟส (Inverting Amplifier)

• วงจรขยายแบบไมกลบเฟส (Non-Inverting Amplifier)

• วงจรขยายตามแรงดน (Voltage Follower Amplifier)• วงจรขยายรวมสญญาณ (Summing Amplifier)

• วงจรขยายรวมสญญาณแบบกลบเฟส

• วงจรขยายรวมสญญาณแบบไมกลบเฟส

• วงจรขยายผลตาง (Differential Amplifier)

20/11/51


วงจรขยายแบบกลบเฟสวงจรขยายแบบกลบเฟส (Inverting Amplifier)(Inverting Amplifier)• สญญาณเอาตพตกบสญญาณอนพตมเฟสตางกน

180o

• อตราขยายแรงดนลปปด (closed-loop gain: ACL) คานวณจาก

ACL = -Rf/R1


การวเคราะหไฟตรงการวเคราะหไฟตรง (DC Analysis)(DC Analysis)• สาหรบออปแอมปในอดมคต แรงดนทโนด ‘a’ เทากบศนย

• I1 = If ดงนน Vin/R1 = -VO/Rf

• จะไดวา VO/Vin = -Rf/R1 = ACL

aI1

If

กระแสตรงน = 0

ความตานทานอนพตของวงจร = R1

20/11/51


ตวอยางทตวอยางท 11จงออกแบบวงจรขยายออปแอมปแบบกลบเฟสใหมอตราขยายเทากบ -10 และมความตานทานอนพตเทากบ 10KΩ

วธทา R1 = 10 K ΩRf = -ACL x R1 = - (-10) x 10 K Ω = 100 K Ω


ตวอยางทตวอยางท 2 2 จากวงจร กาหนดให R1 = 10K Ω, Rf = 100K Ω, Vin = 1 V และ โหลด RL = 25K Ω จงหาคาของ I1, VO, IL และ IO(กระแสเอาตพตรวม)

20/11/51


ตวอยางทตวอยางท 2 2 ((ตอตอ))

( )

mA 5.00.1mA-mA 4.0

mA 4.0KΩ25V10

V10V1KΩ10KΩ100

mA 1.0 KΩ10V1

1

11

−=−=

−=

−=−==

−=−==

====

fLO

L

OL

inf

O

fin

IIIRVI

VRR

V

IRVI


การวเคราะหไฟสลบการวเคราะหไฟสลบ (AC Analysis)(AC Analysis)เมอนาวงจรขยายแบบกลบเฟสไปใชงานจรงตองมตวเกบประจเชอมตอทางดานอนพตเพอแยกแรงดนไฟตรงของ 2 วงจรออกจากกน

20/11/51


การวเคราะหไฟสลบการวเคราะหไฟสลบ ((ตอตอ))• โดยธรรมชาตของตวเกบประจจะยอมใหความถสงผานไดงาย

กวาความถตา

• คาความถตาสดทถอวาวงจรสามารถทางานไดคานวณไดจาก

• ทความถสงกวา FL อตราขยายลปปดของวงจรมคาประมาณเทากบ –Rf/R1

CRFL

121

π=

1RR

A fCL −≅


ความสมพนธระหวางแรงดนเอาตพตและอนพตความสมพนธระหวางแรงดนเอาตพตและอนพต

20/11/51


ความสมพนธความสมพนธ ฯฯ ((ตอตอ))


วงจรขยายแบบไมกลบเฟสวงจรขยายแบบไมกลบเฟส ( (NonNon--Inverting Amplifier)Inverting Amplifier)

20/11/51


ความสมพนธระหวางแรงดนเอาตพตและอนพตความสมพนธระหวางแรงดนเอาตพตและอนพต


ความสมพนธความสมพนธ ฯฯ ((ตอตอ))

20/11/51


วงจรขยายตามแรงดนวงจรขยายตามแรงดน (Voltage Follower Amplifier)(Voltage Follower Amplifier)• บางทเรยกวาวงจรบฟเฟอร

• เทยบเทากบวงจรขยายแบบไมกลบเฟสทม R1 = ∞ และ Rf = 0

VO = VinACL = 1IO = IL


คณสมบตของวงจรขยายตามแรงดนคณสมบตของวงจรขยายตามแรงดน• ความตานทานอนพตของวงจรเทากบความตานทานอนพต

ของออปแอมป ( สาหรบไอซ 741C = 2M Ω)

• ความตานทานเอาตพตของวงจรเทากบความตานทานเอาตพตของออปแอมป ( สาหรบไอซ 741C = 75 Ω)

ยงสงยงด

ยงตายงด

20/11/51


วงจรขยายรวมสญญาณวงจรขยายรวมสญญาณ (Summing Amplifier)(Summing Amplifier)• คอวงจรออปแอมปทสามารถตอขวอนพตใด

อนพตหนงเพอใหสามารถรบสญญาณหลายๆ สญญาณ และนาขนาดของสญญาณมารวมกนได

• ม 2 แบบคอ• วงจรขยายรวมสญญาณแบบกลบเฟส

• วงจรขยายรวมสญญาณแบบไมกลบเฟส


วงจรขยายรวมสญญาณแบบกลบเฟสวงจรขยายรวมสญญาณแบบกลบเฟส

20/11/51


วงจรขยายรวมสญญาณแบบกลบเฟสวงจรขยายรวมสญญาณแบบกลบเฟส

++−= 33

22

11

VRR

VRR

VRR

V fffO

ถาให R1=R2=R3=Rf จะได )( 321 VVVVO ++−=


วงจรขยายรวมสญญาณแบบไมกลบเฟสวงจรขยายรวมสญญาณแบบไมกลบเฟส

20/11/51


วงจรขยายรวมสญญาณแบบไมกลบเฟสวงจรขยายรวมสญญาณแบบไมกลบเฟส

ถาให R1=R2=R3=Rf/R จะได

321

3

3

2

2

1

1

1111

RRR

RV

RV

RV

RR

V fO

++

++

+=

321 VVVVO ++=


วงจรขยายผลตางวงจรขยายผลตาง (Differential Amplifier)(Differential Amplifier)วงจรขยายผลตางคอวงจรออปแอมปททาหนาทขยายผลตางของแรงดนทงสองทางดานอนพต

20/11/51


การวเคราะหวงจรขยายผลตางการวเคราะหวงจรขยายผลตางเมอความตางศกยระหวางจด ‘a’ และจด ‘b’ เปนศนย ดงนนแรงดน V3 ทจด ‘a’ และจด ‘b’ เทากนดวย

ab

V32

1

2

1


การวเคราะหการวเคราะหทโหนด a

และทโหนด b

ดงนน

จะได

02

3

1

23 =−

+−

RVV

RVV O

02

3

1

13 =+−

RV

RVV

2

3

1

23

2

3

1

13

RVV

RVV

RV

RVV O−

+−

=+−

( )211

2 VVRRVO −=

20/11/51


โหมดผลตางและโหมดอตราขยายรวมโหมดผลตางและโหมดอตราขยายรวม• หากเปนออปแอมปในอดมคต แรงดน VO = 0

เมอ V1 = V2

• แตในความเปนจรง VO = 0 แมวา V1 = V2

• เนองจากแรงดน VO ไมไดขนกบผลตางของแรงดนอนพตอยางเดยว แตขนอยกบคาเฉลยของแรงดนอนพต ซงเรยกวา สญญาณโหมดรวม (VC) ดวย


สญญาณโหมดรวมสญญาณโหมดรวม (Common Mode)(Common Mode)

สาหรบวงจรขยายผลตาง เนองจากคาผดพลาดของออปแอมปและตวตานทาน R1 และ R2 แรงดน VO จงเปนผลมาจากสมการ

221 VVVC

+=

2211 VAVAVO +=

อตราขยายของอนพตไมกลบเมออนพตกลบตอลงดน

อตราขยายของอนพตกลบเมออนพตไมกลบตอลงดน

20/11/51


กาหนดใหกาหนดให

Vd คอสญญาณโหมดตาง (Differential Mode)

Ad คออตราขยายของสญญาณผลตางของอนพต

Ac คออตราขยายของสญญาณโหมดรวม


จาก และ

จะได

แทน V1 และ V2 ลงใน

จะได

221 VVVC

+= )( 21 VVVd −=

dc

dc

VVV

VVV

2121

2

1

−=

+=

2211 VAVAVO +=

ccddO VAVAV +=

20/11/51


นนคอ

และ

( )2121 AAAd −=

21 AAAc +=


อตราสวนตดทงโหมดรวมอตราสวนตดทงโหมดรวม (Common(Common--Mode Rejection Ratio)Mode Rejection Ratio)

คอคาความไวของออปแอมปททางานเปนวงจรขยายผลตางเปรยบเทยบกบสญญาณโหมดรวม เรยกยอๆ วา CMRR

ออปแอมปเบอร 741 ม CMRR ตาสด 70 dB

c

d

AA

=CMRR

20/11/51


ตวอยางตวอยางจากวงจรตอไปน จงหาคาของ

1. แรงดนเอาตพต

2. สมการ VO เมอ Vc = 0 ถา R’/R = R2/R1

3. คา CMRR ถา R’/R ไมเทากบ R2/R1


,

1

20/11/51



20/11/51


ตวอยางตวอยาง


20/11/51


วงจรขยายกาลงวงจรขยายกาลง (Power (Power AmpliferAmplifer))


ไอซขยายสญญาณเสยงภาคกาลงไอซขยายสญญาณเสยงภาคกาลง

20/11/51


Bridge Power Audio AmplifierBridge Power Audio Amplifier


advanced analog and digital systemsfivedots.coe.psu.ac.th/~montri/teaching/241-309/opampii.pdf ·...

Documents