Bài giảng Mạch điện tử & BTL IC tương tự - Chương 1: Mạch tích hợp

NỘI DUNG: - Mạch tích hợp tương tự - Mạch khuyếch đại thuật toán (Operational Amplifier) - Các ví dụ thực tế KHÁI NIỆM CHUNG • Một số mạch tích hợp (Integrated Circuits) KHÁI NIỆM CHUNG Chip IC (Intergrated Circuit) hay mạch tích hợp là một thiết bị điện tử có kích thước hình học nhỏ, được làm từ vật liệu bán dẫn, nó bao gồm một số lượng lớn các transistor và các linh kiện khác được chế tạo trên cùng một đế silic. PHÂN LOẠI CÁC MẠCH TÍCH HỢP Dựa theo tiêu chí về tỷ lệ mật độ tích hợp như sau:  SSI : (Small-Scale Integration): Độ tích hợp cỡ nhỏ gồm khoảng 100 linh kiện điện tử trên một chip.  MSI (Medium-Scale Integration): Từ 100 đến 3.000 linh kiện trên chip.  LSI (Large-Scale Integration): Có từ 3.000 tới 10.0000 linh kiện trên một chip (1970).  VLSI (Very Large-Scale Integration): Từ 10.0000 tới một triệu linh kiện trên một chip (1980).  ULSI (Ultra Large-Scale Integration): Hơn một triệu linh kiện trên chip. SỐ BÓNG BÁN DẪN TRONG MỘT CHIP: • Chip đầu tiên của Intel 4004 (năm 1971) có 2.300 transistor. • Các máy tính IBM PC đầu tiên: Loại 8086 (năm 1978): 29.000 transistor. Loại i486 (năm 1989): 1.200.000 transistor. Pentium III (năm 1999): 9.500.000 transistor. Pentium IV (năm 2000): 42.000.000 transistor. Penryn (công bố ngày 12/11/2007:): 820.000.000 transistor • Các loại chip và công nghệ sản xuất: 1993: Pentium 800 nm 1999: Pentium III 250 nm 2002: Pentium IV 130 nm 2003: Centrino 130 nm 2005: Pentium D 90 nm 2006: Core 2 Duo 65 nm 2007: Core 2 Duo thế hệ sau 45 nm (còn gọi là Penryn), 2009: Core i, công nghệ 32nm, chứa 1,5 tỷ transistor 2011: Công nghệ 22nm Chứa 2,9 tỷ transistor OPAMP (Operational Amplifier) • Khuếch đại thuật toán – OPAMP (Operational Amplifier) là bộ khuếch đại DC với độ lợi rất cao, được chế tạo ở dạng mạch tích hợp IC. • Tên gọi OPAMP – do ban đầu chỉ dùng thực hiện các thuật toán trong máy tính tương tự. • Hiện nay OP dùng hết sức rộng rãi trong nhiều ứng dụng đa dạng. • Cấu trúc của bộ OP. - Vi KĐ KĐ DỊCH ĐỆM Vo TRUNG + VI SAI MỨC DC NGÕ RA Vi GIAN CHÂN VÀ KÝ HIỆU CỦA MỘT SỐ IC Sơ đồ một mạch op-amp cơ bản +Vcc Rc1 Rc 2 R4 Rc5 Q6 IC1 Q4 Q5 V + i Q1 Q2 Q7 VE4 - Q8 Vi I4 I3 R1 Q3 V0 VB R IB 3 3 3 V0 R5 RE3 R2 The picture can't be displayed. MẠCH KHUYẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN • Ký hiệu và tên gọi các chân của OPAMP +V cc Điện áp ra: V1 3 + 7 V = AV = A(V –V ) Điện áp vào vi sai: o i 1 2 6 VO Vi = V1 –V2 V 2 2 - 4 -Vcc Nếu: V1 = 0 thì Vo = -A.V2 nên Vo Nếu: V2 = 0 thì Vo = A.V1 nên Vo đồng pha với tín hiệu vào V , vì vậy đầu ngược pha với tín hiệu vào V2, vì 1 vào V được gọi là đầu vào không vậy đầu vào V2 được gọi là đầu 1 vào đảo và kí hiệu bởi dấu (-) . đảo và kí hiệu bởi dấu (+) . ĐẶC TUYẾN TRUYỀN ĐẠT VÒNG HỞ Vo Bão hòa dương +Vsat Khuếch đại vòng hở -Vis +Vis Vi = V+ -V- -Vsat Bão hòa âm KÝ HIỆU VÀ ĐẶC TUYẾN TRUYỀN ĐẠT +V cc Vo V 1 3 +V Bão hòa dương + 7 sat 6 VO Khuếch đại vòng hở KĐ vòng kín A V 2 VF 2 - 4 -Vis -Vcc +Vis Vi = V+ -V- HỒI TIẾP -Vsat Bão hòa âm ĐẶC TUYẾN TRUYỀN ĐẠT VÒNG HỞ Đặc tuyến truyền đạt vòng hở có 3 miền: - Miền khuếch đại: V0 = A0 Vi = A0(V+ -V-) Điện áp vào nằm trong giới hạn: -Vis < Vi < +Vis - Miền bão hòa dương: V0  +Vcc khi Vi > +Vis - Miền bão âm: V0  -Vcc khi Vi < -Vis Thực tế rất ít dùng KĐ vòng hở, mặc dù HSKD A0 rất lớn nhưng vì giới hạn Vis rất bé (chỉ vài chục V – vài trăm V). Chỉ cần trôi nhiệt hoặc nhiễu động chút ít là có thể đưa bộ KD sang miền bão hòa. Chế độ KD vòng hở được sử dụng trong các mạch xung, số để tạo xung. Trong chế độ KD tuyến tính thường dùng hồi tiếp âm để ổn định bộ khuếch đại và mở rộng dải điện áp vào. Trạng thái KD có hồi tiếp gọi là KD vòng kín.