Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử 1 (Phần 2)

182 
Bài 9: MẠCH KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐƠN HOẠT ĐỘNG Ở CHẾ ĐỘ A 
Mã môn học: MĐ13 09 
GIỚI THIỆU 
Như đã giới thiệu các bài trước các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ, tín hiệu ngõ 
ra có biên độ nhỏ không đủ để đáp ứng yêu cầu cung cấp cho tải (loa, các cuộn lái 
của tivi, tín hiệu điều khiển cho các mạch điều khiển tự động đóng mở điện, ). 
Để đáp ứng yêu cầu tín hiệu ngõ ra có công suất lớn và đảm bảo không méo phi 
tuyến, chúng ta cần dùng đến mạch khuếch đại công suất cung cấp cho tải. 
MỤC TIÊU 
 Kiến thức 
 Biết được định nghĩa và các chế độ hoạt động của mạch khuếch đại công 
suất. 
 Biết được sơ đồ mạch điện và tác dụng của các linh kiện, các ứng dụng của 
các kiểu mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A. 
 Biết được nguyên lý hoạt động của các mạch khuếch đại công suất đơn ở chế 
độ A. 
 Biết được phương pháp tính toán các kiểu mạch khuếch đại công suất đơn ở 
chế độ A. 
 Kỹ năng 
 Lắp ráp mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A có tải ghép 
biến áp. 
 Kiểm tra và sửa chữa các hỏng hóc của mạch khuếch đại công suất đơn hoạt 
động ở chế độ A có tải ghép biến áp. 
NỘI DUNG CHÍNH 
9.1. Định nghĩa và phân loại mạch khuếch đại công suất 
Mục tiêu: Biết được định nghĩa và phân loại chế độ của mạch khuếch đại công 
suất. 
9.1.1. Định nghĩa 
183 
Mạch khuếch đại công suất là tầng khuếch đại cuối cùng, nhiệm vụ tạo ra công 
suất đủ lớn, có độ méo cho phép và đảm bảo hiệu suất cao để cung cấp đến tải. 
Công suất ra có thể từ vài W đến vài trăm Watt, làm việc với biên độ tín hiệu ở 
ngõ vào lớn. 
Do khuếch đại tín hiệu lớn,transistor làm việc trong miền không tuyến tính nên 
không thể dùng sơ đồ tương đương tín hiệu nhỏ để nghiêm cứu mà phải dùng đồ 
thị. 
9.1.2. Phân loại 
Tùy theo chế độ làm việc của transistor, người ta thường phân mạch khuếch đại 
công suất ra thành các loại chính như sau: 
 Khuếch đại công suất chế độ A: Mạch hoạt động điểm làm việc tĩnh nằm 
gần trung điểm của đường tải. Mạch khuếch đại cả hai bán kỳ của tín hiệu ngõ vào, 
ở chế độ này hiệu suất thấp nhất dưới 20%, nhưng bị méo phi tuyến nhỏ nhất. 
 Khuếch đại công suất chế độ B: Mạch hoạt động điểm làm việc tĩnh nằm 
vùng ngưng dẫn của đường tải, có điện áp tại cực B (VB ≈0). Mạch khuếch đại một 
bán kỳ của tín hiệu ngõ vào, ở chế độ này hiệu suất lớn nhất dưới 78%, tín hiệu bị 
méo xuyên tâm. 
 Khuếch đại công suất chế AB: Mạch hoạt động điểm làm việc tĩnh nằm 
trung gian giữu chế độ A và B có dòng điện tĩnh nhỏ, khắc phục được méo xuyên 
tâm (làm giảm méo lúc tín hiệu vào có biên độ nhỏ). Mạch khuếch đại một bán kỳ 
của tín hiệu ngõ vào, hiệu suất đạt tương cao khoảng (60÷70)%. 
 Khuếch đại công suất chế C: Mạch hoạt động điểm làm việc tĩnh nằm vùng 
ngưng dẫn của đường tải, có điện áp tại cực B âm(VB<0). Mạch khuếch đại tín hiệu 
ra bé hơn nữa sóng sin, có hiệu suất rất cao lớn hơn 78% tạo méo xuyên tâm rất 
lớn. Thường sử dụng trong các mạch khuếch đại cao tần (tần số radio )có tải là 
khung cộng hưởng để chọn lọc sóng dài mong muốn và có hiệu suất cao. 
184 
Hình 9.1 Mô tả việc các chế độ hoạt động mạch khuếch đại công suất 
9.2. Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A có tải là điện trở 
Mục tiêu: Giúp cho chúng ta biết được sơ đồ mạch điện và tác dụng linh kiện, 
Nguyên lý hoạt động, xác định được đường tải tĩnh và xoay chiều,tính toán công 
công suất và hiệu suất, ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động 
chế độ A có tải là điện trở. 
9.2.1. Sơ đồ mạch điện và tác dụng của linh kiện 
9.2.1.1. Sơ đồ mạch điện 
Hình 9.2 Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A có tải là điện trở 
185 
9.2.1.2. Tác dụng của linh kiện 
 Tụ Ci , Co ngăn thành phần một chiều ngõ vào và ra. 
 Điện trở Rb tạo điện áp phân cực cho cực B của transistor. 
 Điện trở RC tạo điện áp phân cực cho cực C và là tải xoay chiều của transistor . 
Hình 9.3 Mô phỏng mạch khuếch đại công suất đơn chế độ A có tải là điện trở 
9.2.2. Nguyên lý hoạt động 
Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A có tải là điện trở, điểm 
làm việc tĩnh nằm gần trung điểm đường tải, tín hiệu ngõ vào Vin(t) luôn thay đổi 
đối xứng xung quanh điểm làm việc tĩnh, có hệ số khuếch đại lớn và tín hiệu ngõ ra 
bị méo dạng nhỏ. Điểm khác nhau mạch khuếch đại chế độ A với mạch khuếch đại 
tín hiệu nhỏ là ngõ vào Vin(t) có biên độ lớn (hàng trăm mV). 
9.2.3. Xác định đường tải tĩnh 
Dòng phân cực một chiều cho cực B: 
0.7CC
B
B
V V
I
R
 và IC = β IB 
Điện áp giữa cực C và E: VCE= VCC – IC.RC 
Phương trình đường tải tĩnh: 
Dòng IC giới hạn tối đa là: CmaxI
CC
C
V
R
 khi VCE = 0 
186 
Khi có tín hiệu vào Vin(t), để dòng ic(t) có thể biến đổi lớn và ít méo dạng nên 
chọn điểm làm việc Q phải được phân cực sao cho: ax
1
2 2
CC
CQ Cm
C
V
I I
R
 và 
2
CC
CEQ
V
V 
Hình 9.4 Điểm làm việc tĩnh của mạch khuếch đại chế độ A 
9.2.4. Xác định đường tải động 
 Khi có tín hiệu vào Vin(t) đưa vào cực B thì điện áp Vce (t) và dòng điên iC(t) sẽ 
thay đổi quanh điểm làm việc Q. 
 Với tín hiệu ngõ vào nhỏ thì dòng điện cực B thay đổi rất ít nên dòng điện iC(t) 
và điện thế Vce(t) ở ngõ ra cũng thay đổi ít quanh điểm làm việc tĩnh. 
Hình 9.5 Quan hệ giữa tín hiệu ngõ vào và ra có biên độ nhỏ 
187 
 Khi tín hiệu ngõ vào lớn thì dòng điện cực B thay đổi rất lớn nên dòng điện iC(t) 
và điện thế Vce(t) ở ngõ ra cũng thay đổi lớn quanh điểm làm việc tĩnh, cho đến khi cả 
điện áp và dòng điện đạt đến một giá trị giới hạn ( iCmax, Vcc). 
Hình 9.6 Quan hệ giữa tín hiệu ngõ vào và ra có biên độ lớn 
9.2.5. Tính toán các thông số của mạch điện 
 Công suất nguồn cung cấp một chiều: PV(dc) = VCC.ICQ 
 Công suất ngõ ra trên tải tính theo trị hiệu dụng: 
2
2
( ) ( ) ( )( ) . .
C
r ce rms c rms c c rms
c
P
U
ac U i R i
R
 Công suất ngõ ra trên tải tính theo điện thế đỉnh: 
( )
2
2
( ) ( ) ( )
2
1 1
( ) . .
2 2
ce P
r p c P c P Cce P
C
U
P
R
ac U i i R 
 Công suất ngõ ra trên tải tính theo điện thế đỉnh- đỉnh: 
2 2
( ) ( ) ( ) ( )
r( )P
8 8
.
( ) .
8
ce p p C p p C p p ce p p
p p C
C
i U
R
U i
ac R
188 
 Hiệu suất: %
( )
.100%
( )
r
V
P
P
ac
dc
 
 Hiệu suất cực đại mạch khuếch đại công suất chế độ A: 
Điện áp Vce có thể thay đổi tối đa: Uce (P-P)max = VCC, dòng điện iC(P-P)max = 
Công suất ra tối đa: 
2
ax ( )
8
CC
r mP
V
ac
Rc
Công suất vào tối đa: 
2
ax CC Cmax CC = V .I = V .( )
2 2
CC CC
V m
C C
P
V V
dc
R R
Hiệu suất tối đa: 
2
ax
2
ax
%
( ) / 8
.100% .100% 25%
( ) / 2
rm CC
vm CC
P
P
ac V Rc
dc V Rc
 
Mạch khuếch đại công suất chế độ A có tải là điện trở hiệu suất cực đại 25% 
đây là trường hợp lý tưởng, thực tế hiệu suất không đạt tới 25% mà khoảng 20% 
9.2.6. Ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A có 
tải là điện trở. 
Mạch khuếch đại công suất chế độ A có tải là điện trở, hiệu suất đạt giá trị 
rất thấp nên thường dùng trong các mạch khuếch đại tần số cao(tần số radio). 
9.3. Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A có tải ghép biến 
áp 
Mục tiêu: Giúp cho chúng ta biết được sơ đồ mạch điện và tác dụng linh kiện, 
Nguyên lý hoạt động, xác định được đường tải tĩnh và xoay chiều,tính toán công 
công suất và hiệu suất, ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đơn chế độ A có 
tải ghép biến áp. 
9.3.1. Sơ đồ mạch điện và tác dụng của linh kiện. 
9.3.1.1. Sơ đồ mạch điện 
189 
Hình 9.7 Mạch khuếch đại công suất đơn chế độ A ghép biến áp 
9.3.1.2. Tác dụng của linh kiện 
Máy biến áp có thể tăng hay giảm giá trị điện áp và dòng điện theo tỉ lệ đã 
được định trước tương ứng với tỉ số vòng dây quấn sơ hai cuôn sơ cấp và thứ cấp. 
giả thiết máy là sử dụng là loại tăng áp và bỏ qua sự tổn hao công suất. 
Hình 9.8 Trình bày máy biến áp 
Biến đổi điện áp: 
Biến đổi dòng điện: 
Biến đổi điện trở: 
Cuộn dây sơ cấp N1 đóng vai trò RC khi xét chế độ một chiều, còn đối với 
chế độ xoay chiều cuộn dây N1 nhận năng lượng chuyển tải sang cuộn chuyển sang 
cuộn thứ cấp N2. 
Mạch khuếch đại có điện ra khá lớn nên chọn giá trị RE không quá vài chục 
Ω, trong trường hợp này để khử hồi tiếp âm dòng xoay chiều chọn RE =0. 
Tụ Ci ngăn dòng một chiều ở ngõ vào. 
Rb tạo điện áp phân cực từ nguồn VCC cung cấp cho cực B( VB). 
190 
Hình 9.9 Mô phỏng mạch khuếch đại chế độ A có tải ghép biến áp 
9.3.2. Nguyên lý hoạt động 
Khi có tín hiệu xoay chiều đi vào cực B transistor thực hiện khuếch đại, tín 
hiệu ngõ ca tại cực C đưa vào cuộn sơ cấp biến áp, biến áp biền đổi năng lượng 
truyền qua cuộn thứ cấp cung cấp cho tải RL. 
9.3.3. Xác định đường tải tĩnh 
Nếu chúng ta xem biến thế lý tưởng nội trở bằng 0 nên điện trở một chiều 
RDC = RC = 0, như vậy sẽ không có điện thế một chiều giảm qua cuộn sơ cấp N1 
nên VCEQ = VCC. Do đó đặc tuyến đường tải tĩnh là một đường thẳng song song với 
trục tung (IC) và cắt trục hoành VCE tại điểm có trị số bằng VCC. Giao điểm của 
đường tải tĩnh với đặc tuyến ra ở IB tương ứng là điểm điều hành Q. 
Khi chọn dòng điện IB chúng ta phải căn cứ vào đặc tuyến để xác định sao 
cho có độ méo thấp nhất, nghĩa là biên độ của tín hiệu ngõ ra không được vượt quá 
đoạn cong đặc tuyến và đường cong giới hạn tổn hao cho phép của transistor(xem 
hình 9.1) 
191 
9.3.4. Xác định đường tải động 
Ở chế độ xoay chiều, điện trở tải nhìn từ cuộn sơ cấp là R'L = n.RL nên 
đường thẳng lấy điện động bây giờ có độ dốc là 
1
'
L
R
và qua điểm làm việc Q. 
Hình 9.10 Đường tải của mạch khuếch đại chế độ A ghép biến áp 
9.3.5. Tính toán các thông số của mạch điện 
Điện áp và dòng điện : ( ) ax minCE p p CEm CEV V V , ( ) max minC p p C CI I I 
Hình 9.11 Dạng điện áp và dòng điện ra của tầng khuếch đại công suất chế độ 
A 
Công suất ở cuộn sơ cấp: 
 ( ) ( ) ax min max min
( )
. .
8 8
r
ce p p C P P CEm CE C C
P ac
V I V V I I 
192 
Đây là công suất xoay chiều gởi tới biến áp, nếu biến áp lý tưởng thì đây 
cũng là công suất trên tải. 
Công suất nguồn cung cấp: PV(dc) = VCC.ICQ 
Công suất tiêu tán transistor công suất: PQ = PV(dc) - PL(ac) 
Hiệu suất của mạch: %
( )
.100%
( )
L
V
P
P
ac
dc
 
Mạch khuếch đại ngõ ra đạt cực đại và không méo dạng thì: 
 Điện áp: max 2CE CCV V , và min 0CEV 
 Dòng điện max 2C CQI I , và min 0CI 
 Công suất ngõ ra: 
( ax)
1
2
2 . 2
.
8
CC CQ
r m CQ CC
V I
P I V 
 Hiệu suất của mạch: %
( )
.100% 50%
( )
L
V
P
P
ac
dc
 
Vậy mạch khuếch đại chế độ A ghép biến áp đạt trên 25%, hiệu suất đạt cực 
đại có thể đạt tới 50%. 
Trường hợp biến áp lý tưởng N1 ≠ N2 và tỉ số thì: 
Điện áp trên tải: 
1
2 1
2
1
.L V
N V
V V
N a
Dòng điện trên tải: 12
2
. .L C C
N
I I I a I
N
Công suất trên tải:
2
( ) 2
( ). . L
L rms
L L L L rms
L
R
V
P V I I
R
Trường hợp biến áp không lý tưởng hiệu suất biến áp ηb-a = 0.8÷0,9 
Công suất trên tải tính theo hiệu suất biến áp ηb-a : 
9.3.6. Ứng dụng của mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động ở chế độ A có 
tải ghép biến áp 
 Mạch khuếch đại công suất đơn hoạt động chế độ A có tải ghép biến áp, 
thường dùng khuếch đại tín hiệu nhỏ âm tần (miro), mạch tiền khuếch đại. 
193 
9.3.7. Lắp ráp và cân chỉnh mạch 
Bước 1. Lắp mạch như hình 9.10 
Hình 9.12 Mạch thực hành khuếch đại chế độ A tải ghép biến áp 
Bước 2. Cấp nguồn Vi tín hiệu sin có biên độ Vm= 1V, tần số f =1kHz tại A. 
Bước 3. Tính hệ số khuếch đại áp (sử dụng dao động ký Osillocope) 
- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp Vi, CH2 (CHB) đo điện áp Vo1. 
- Vẽ dạng sóng điện áp Vi(V), điện áp Vo1(V) vào hình 
Hình 9.13 
194 
- ................................................. Đo biên độ đỉnh Vi = , biên độ đỉnh Vo =
 ................................................... 
- ........................................................................................................... Tí
nh hệ số khuếch đại áp = ........................................................ 
Bước 4. Tính hiệu suất của biến áp ηb-a 
- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp V01, CH2 (CHB) đo điện áp Vo. 
- Vẽ dạng sóng điện áp Vo1, điện áp Vo (V) vào hình 
Hình 9.14 
- ................................................. Đo biên độ đỉnh Vo1 = , biên độ đỉnh Vo =
 ................................................... 
- ........................................................................................................... Tí
nh hệ số khuếch đại áp = ..................................................... 
Bước 5. Thay giá trị tải RL = 10Ω. 
Bước 6. Tính hệ số khuếch đại áp (sử dụng dao động ký Osillocope) 
- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp Vi, CH2 (CHB) đo điện áp Vo1. 
- Vẽ dạng sóng điện áp Vi(V), điện áp Vo1(V) vào hình 
195 
- 
Hình 9.15 
- ................................................. Đo biên độ đỉnh Vi = , biên độ đỉnh Vo =
 ................................................... 
- ........................................................................................................... Tí
nh hệ số khuếch đại áp = ........................................................ 
Bước 7. Tính hiệu suất của biến áp ηb-a 
- Chọn kênh CH1 (CHA) đo điện áp V01, CH2 (CHB) đo điện áp Vo. 
- Vẽ dạng sóng điện áp Vo1, điện áp Vo (V) vào hình 
196 
Hình 9.16 
- ................................................. Đo biên độ đỉnh Vo1 = , biên độ đỉnh Vo =
 ................................................... 
- ........................................................................................................... Tí
nh hệ số khuếch đại áp = ..................................................... 
Bước 8. Lập bảng so sánh. 
Hệ số 
Av 
RL =100Ω 
RL = 10Ω 
Bước 9. Nhận xét và giải thích kết quả đo trong hai trường hợp có tải RL=100Ω và 
RL=10Ω . 
.............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................. 
.............................................................................................................................. 
197 
.............................................................................................................................. 
9.3.8. Chẩn đoán, sửa chữa các hỏng hóc của mạch. 
Khi đo V01 không có tín hiệu ta kiểm tra transistor và hai đầu cuộn sơ cấp 
của biến thế. 
Khi đo Vo1 có tín hiệu,Vo không có tín hiệu ta kiểm tra hai đầu cuộn thứ 
cấp của biến thế. 
Bài tập: 
 Bài 1: Cho mạch khuếch đại chế độ A như hình 9.6. Nguồn cung cấp VCC=10V, 
biết tỉ số biến áp N1 : N2 = 1:3, và dòng điện tĩnh (DC) IB=6mA, transistor có hệ số 
khuếch đại β=24, tín hiệu ngõ vào biên độ đỉnh ib (t)= 4mA, điện trở tải RL = 8Ω. 
Câu 1 : Hãy xác định đường tải tĩnh (DC) và đường tải động( xoay chiều) 
Câu2 : Hãy tính các giá trị hiệu dụng dòng điện, điện áp và công suất trên, đạt giá 
trị cực đại. 
Hướng dẫn : 
 Xác định đường tải tĩnh : 
Điện áp: UCEQ = VCC = 
Dòng điện ICQ = βIB = 
 Xác định đường tải xoay chiều : 
Điện trở trên cuộn sơ cấp : RL
’ = a2 .RL= 
Điện áp Vce biến thiên : ∆Vce = VCC = 
Dòng điện IC biến thiên : ∆IC = 
Dòng điện ICmax = ICQ + ∆IC = 
 Nối điểm I ... ỉ có Vi2 ( xem Vi1 =0) ta có 
- Vậy 
17.4.5. Đặc tính của mạch điện 
- Khi hai tín hiệu hai ngõ vào Vi1, Vi2 ngược pha được gọi là khuếch đại chế độ 
vi sai. 
- Điện áp ngõ ra Vo1 ngược với Vi1 (đồng pha Vi2). 
- Điện áp ngõ ra Vo2 ngược với Vi2 (đồng pha Vi1). 
- Điện áp ngõ ra vi sai Uout . 
17.4.6. Ứng dụng của mạch điện 
- Mạch khuếch đại vi sai ở chế độ vi sai thường dùng trong các mạch tiền 
khuếch đại công suất tần số thấp biên độ nhỏ ,mạch biến thiên chậm. 
280 
17.5. Mạch khuếch đại vi sai hoạt động ở chế độ khuếch đại xoay chiều ngõ 
vào đồng pha 
17.5.1. Sơ đồ mạch điện và tác dụng của linh kiện 
 Sơ đồ mạch điện 
 Hình 17.10. Mạch khuếch đại vi sai chế độ đồng pha 
 Tác dụng của linh kiện 
- Nguồn âm –VEE tạo dòng điện IE. 
- Transistor T1, T2 có cùng mã số dùng để khuếch đại tín hiệu. 
- Điện trở RC1, RC2 có giá trị bằng nhau tạo điện áp ngõ ra. 
17.5.2. Nguyên lý hoạt động của mạch điện. 
- Khi hai tín hiệu hai ngõ vào Vi1, Vi2 giống nhau được gọi là khuếch đại chế độ 
đồng pha. 
- Khi tín hiệu Vi1, Vi2 giống nhau được đưa vào biến thiên, làm dòng điện ie1 
vàie2 của hai transistor thay đổi như nhau, nên điện áp Vo1, Vo2 bằng nhau. Như vậy 
điện áp ngõ ra vi sai bằng 0. 
17.5.3. Sơ đồ tương đương tín hiệu bé. 
281 
 Hình 17.11. Sơ đồ tương đương tín hiệu bé khuếch đại vi sai,chế độ đồng pha 
17.5.4. Tính toán các thông số của mạch điện. 
- Điện áp ngõ vào 
- Điện áp ngõ ra 
- Điện áp ngõ ra vi sai 
- Vậy hệ số khuếch đại đồng pha 
17.5.5. Đặc tính của mạch điện 
- Mạch khuếch đại chế độ đồng pha có hệ số khuếch đại nhỏ hơn hệ số khuếch 
đại vi sai. Nếu RE càng lớn thì Kđp càng giảm có khả năng tiến về 0. 
- Điện áp ngõ ra vi sai Uout = 0. 
17.6. Mạch khuếch đại vi sai có tải động (kiểu gương dòng điện) 
17.6.1. Mạch điện tác dụng linh kiện 
 Mạch điện 
282 
 Hình 17.12. Mạch khuếch đại vi sai gương dòng. 
 Tác dụng linh kiện 
- Nguồn âm –VEE tạo dòng điện IE. 
- Transistor T1, T2 có cùng mã số dùng để khuếch đại tín hiệu. 
- Điện trở RC1, RC2 có giá trị bằng nhau, tạo điện áp phân cực nguồn một chiều 
cho hai transistor hoạt động, và tạo điện áp ngõ ra. 
- Điện trở Rb1, Rb2 có giá trị bằng nhau, tạo ổn định nguồn dòng i1, i2. 
- Điện trở tải RL1. RL2. 
17.6.2. Nguyên lý hoạt động của mạch điện 
 Khuếch đại vi sai ở chế độ ngõ vào dòng đơn (ii2=0) 
Dòng điện ii1 đi vào cực B, ngõ ra io1ở cục C của transistor T1 nên mạch 
khuếch đại dòng theo kiểu E chung, do đó dòng điện ngõ ra io1ngược pha với ii1 tạo 
điện áp ngõ ra Vo1 trên tải RL1 sẽ ngược pha với ii1. Đối với transistor T2 sẽ có 
dòng điện ngõ vào lấy từ cực E đồng pha i1, ra cực C nên mạch khuếch đại dòng 
theo kiểu B chung, do đó dòng điện ngõ ra io2đồng pha với ii1 tạo điện áp ngõ ra 
Vo2 trên tải RL2 sẽ đồng pha với ii1 
 Khuếch đại vi sai ở chế độ ngõ vào dòng đồng pha (ii1 = ii2) 
Dòng điện ii1 , ii2 giống nhau đi vào cực B của hai transistor T1, T2, làm dòng 
điện ngõ ra io1 và io2 biến thiên như nhau nên dòng điện ngõ ra vi sai iout = io1- io2 = 
0 
 Khuếch đại vi sai ở chế độ ngõ vào dòng vi sai (ii1 =- ii2) 
283 
Dòng điện ii1 , ii2 đi vào cực B của hai transistor T1, T2 làm dòng điện ngõ ra 
io1 và io2 biến thiên có biên độ bằng nhau nhưng ngược pha, nên dòng điện ngõ ra 
vi sai iout = io1- io2 ≠0 
17.6.3. Tính toán các thông số của mạch điện 
 Xét chế độ một chiều: ii1= ii2 = 0 nên. 
- 
- Hai transistor Tl và T2 hoàn toàn đối xứng ta có. 
- Dòng điện 
- Dòng điện 
- Giá trị với 
 Xét chế độ xoay chiều: 
- Dòng điện ngõ vào ở chế độ đơn và vi sai, có độ lớn hệ số khuếch đại dòng: 
- Dòng điện ngõ vào ở chế độ đồng pha, có độ lớn hệ số khuếch đại dòng: 
17.6.4. Đặc tính của mạch điện 
- Mạch khuếch đại vi sai gương dòng ở chế độ ngõ vào vi sai, dòng điện hai 
ngõ ra io1, io2 ngược pha nhau nên đo sai lệch dòng điện hai ngõ ra khác không. 
- Mạch khuếch đại vi sai gương dòng ở chế độ ngõ vào đồng pha, dòng điện 
hai ngõ ra io1, io2 giống nhau (cùng pha nhau) nên đo sai lệch dòng điện hai ngõ ra 
bằng không. 
284 
BÀI 18: VI MẠCH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN (OP-AMP) 
Mã môn học: MĐ13 18 
GIỚI THIỆU 
 Mạch khuếch đại thuật toán thuộc về bộ khuếch đại dòng một chiều có hệ số 
khuếch đại lớn, có hai đầu vào và một đầu ra chung. 
MỤC TIÊU 
Học xong bài này học viên sẽ có khả năng: 
- Trình bày chính xác định nghĩa, kí hiệu, các tính chất cơ bản và các tham số 
cơ bản của vi mạch khuếch đại thuật toán. 
- Trình bày đúng kí mã hiệu và các tham số đặc trưng của một số vi mạch 
khuếch đại thuật toán (OP-AMP) thông dụng. 
Nội dung: 
NÔI DUNG CHÍNH 
18.1. Định nghĩa và kí hiệu của vi mạch thuật toán 
Mục tiêu: Biết được định nghĩa, Kí hiệu, hình dạng, đặc tính của Op- Amp. 
18.1.1. Định nghĩa 
- Vi mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier) goi tắt là Op- có khả 
năng thực hiện các phép biển đổi toán học như cộng trừ, biến đổi tỷ lệ, vi tích 
phân, khuếch đại, biến đổi tín hiệu, các bộ lọc tích cực, tạo hàm trong các tín hiệu 
tương tự. 
- Vi mạch khuếch đại thuật toán bên trong gồm các tầng khuếch đại vi sai, 
dùng khuếch đại tín hiệu vào, khuếch đại đầu ra. cho phép khả năng tải dòng lớn, 
có các mạch chống ngắn mạch và hạn chế dòng điện.Vi mạch khuếch đại thuật 
toán phổ dụng là 741. 
18.1.2. Kí hiệu 
285 
 Hình 18.1. Kí hiệu và hình dạng của vi mạch thuật toán (Op-Amp) 
 Vin
- là điện áp ngõ vào tại (-) gọi là ngõ vào đảo. 
 Vin
+ là điện áp tại ngõ vào (+) gọi là ngõ vào không đảo. 
 Iin
- là dòng điện ngõ vào tại (-). 
 Iin
+ là dòng điện tại ngõ vào (+). 
 Hình 18.2. Sơ đồ bên trong của mạch khuếch đại thuật toán 741: 
286 
 Hình 18.3. Sơ đồ chân của vi mạch thuật toán (Op-Amp) 
- Op-amp thường được đóng gói dưới dạng linh kiện tích hợp 8 chân hay 16 
chân, tùy loại mà bên trong nó chứa 1(Single Op-amp), 2 (Dual Op-amp) hay 4 
Op-amp (Quad Op-amp). Tính năng của từng chân IC được tiêu chuẩn hóa nên ta 
có thể thay thế các IC Op-amp tương đương. 
- Cách xác định chân số 1 trên IC Op-amp xoay IC về hướng mình, làm sao 
cho bạn có thể đọc được ký hiệu và mã linh kiện. Chân đầu tiên từ bên trái qua, ở 
hàng chân phía dưới được đánh bằng một dấu tròn định vị âm trên lưng IC – đó là 
chân số 1, bắt đầu từ chân này số chân sẽ được đánh dấu tuần tự theo chiều ngược 
kim đồng hồ, do vậy đối diện chân số 1 sẽ là chân số 8 (với loại IC có 8 chân). 
18.2. Các tính chất cơ bản của OP-AMP 
Mục tiêu:Biết đượccác tính chất cơ bản của OP-AMP. 
 Trở kháng vào rất lớn cỡ từ hàng trăm K tới hàng M. 
 Trở kháng ra rất nhỏ cỡ từ hàng  tới vài chục . 
 Hệ số khuếch đại Kd từ vài trăm tới hàng triệu lần. 
 Đáp ứng tần số có giới hạn. 
 Khi xét trạng thái lý tưởng: 
 Trở kháng vào là vô cùng, Zv . 
 Trở kháng ra bằng không, Zr = 0. 
 Hệ số khuếch đại Kd . 
 Đáp ứng tần số là như nhau ở mọi tần số. 
Từ tính chất trên đối với Op-Amp lý tưởng ta có đặc điểm quan trọng: 
 Điện áp ngõ vào Vin
+ = Vin
- . 
287 
 Dòng điện ngõ vào Iin
+ = Iin
- 
18.3. Các tham số cơ bản của bộ KDTT 
Mục tiêu:Biết được hệ số khuếch đại tín hiệu, đặc tuyến truyền đạt, Hệ số khuếch 
đại đồng pha, tỷ số nén tín hiệu đồng pha, dòng vào tĩnh và điện áp lệch không. 
18.3.1. Hệ số khuếch đại tínhiệu: Kd 
- Điện áp đầu ra Vra tỷ lệ với hiệu số của điện thế giữa hai đầu vào, và cho bởi: 
Vra = Kd.(Vin
+ - Vin
-) 
Với Kd là hệ số khuếch đại áp, thường rất lớn cỡ 1 000 000 lần. 
- Mạch khuếch đại hiệu điện áp giữa hai đầu vào: 
 Nếu Vin
+ = 0 thì Vra = - Kd. Vin
- nên Vra ngược pha với tín hiệu vào. 
Vậy điện áp Vin
- tại ngõ vào (-) gọi là ngõ vào đảo. 
 Nếu Vin
- = 0 thì Vra = Kd. Vin
+ nên Vra đồng pha với tín hiệu vào. 
Vậy điện áp Vin
+ tại ngõ vào (+) gọi là ngõ vào không đảo. 
18.3.2. Đặc tuyến truyền đạt. 
 Đối với Op- Amp điện áp ngõ ra không những phụ thuộc vào điện áp ngõ vào 
mà còn phụ thuộc vào nguồn cung cấp. 
 Điện áp Vra chỉ đạt một dải điện áp nhất định từ Vrmin tới Vrmax. 
 Giá trị Vrmin thường lớn hơn –VSS từ 1V đến 3V. 
 Giá trị Vrmax thường nhỏ hơn +VSS từ 1V đến 3V. 
 Hình 18.4. Đặc tuyến hàm truyền đạt ngõ ra của Op-Amp. 
288 
Vậy Op-Amp hoạt động theo 3 vùng riêng biệt: 
 Điện áp Vrmin< Vra < Vrmax gọi là vùng hoạt động tuyến tính. 
 Điện áp Vra= Vrmin gọi là vùng bão hòa âm. 
 Điện áp Vra= Vrmax gọi là vùng bão hòa dương. 
18.3.3. Hệ số khuếch đại đồng pha 
 Hệ số khuếch đại đồng pha được định nghĩa: 
 gọi là sự thay đổi mức điện áp ngõ ra. 
 gọi là sự thay đổi mức điện áp ngõ vào. 
 Kcm có giá trị luôn nhỏ hơn Kd. phụ thuộc vào điện áp ngõ vào đồng pha 
18.3.4. Tỷ số nén tín hiệu đồng phaCMRR(common mode rejection ratio) 
- Đưa điện áp Vin
+ = Vin
- theo lý thuyết Vra = Kd.(Vin
+ - Vin
-) = 0. 
- Nhưng thực tế Vra 0 như vậy ta tính Vra = Kcm.Vcm 
 Vcm = Vin
+ = Vin
- gọi là điện áp đồng pha. 
 Kcm gọi là hệ số khuếch đại đồng pha. 
- Để đánh giá khả năng làm việc của Op- Amp thực so với Op- Amp lý tưởng 
người ta đưa ra hệ số CMRR để so sánh. 
 Hình 18.5. Trình bày tín hiệu ngõ ra thực và lý tưởng khi Vin
+ = Vin
- 
 Giá trị khoảng 103 đến 105 
Chú ý: Tỷ số nén tín hiệu đồng pha thường được tính theo đơn vị decibel 
c
d
K
K
dBCMRR lg20)( (khoảng 76dB – 100dB) 
18.3.5. Dòng vào tĩnh và điện áp lệch không 
- Dòng vào tĩnh là giá trị trung bình của dòng điện ngõ vào Iin
- , Iin
+ 
289 
Ta có với Vin
+ = Vin
- = 0. 
- Dòng vào lệch không là hiệu dòng điện ngõ vào Iin
- , Iin
+ 
Ta có Io = Iin
+ - Iin
- Thông thường Io = 0,1It. Hai thông số này cho thấy tính 
không lý tưởng của bộ Op- Amp chúng phụ thuộc vào nhiệt độ. 
- Dòng vào lệch không là nguyên nhân gây ra Vr 0 khi Vin
+ = Vin
- . Người ta 
gọi điện áp Vr0 là điện áp lệch không. 
- Vậy cần đặt giữa hai đầu ngõ vào một điện áp bằng Vr0 để điện áp ra bằng 0 
V. Nói cách khác, điện áp lệch không là điện áp để cân bằng điện áp rất nhỏ tồn tại 
ở đầu vào. 
 Hình 18.6. Mạch đo điện áp lệch không. 
- Vro là điện áp đầu ra không mong muốn gây ra bởi điện áp Vr tại đầu vào 
Vin
+ = V0. Điện áp Vro Vo 
- Để cho điện áp ngõ ra bằng 0 thì ta phải bù điện áp Vr0 giữa hai đầu điện áp 
ngõ vào Vin
+ , Vin
-. 
18.4. Giới thiệu một số vi mạch khuếch đại thuật toán thông dụng 
Mục tiêu: Biết được một số vi mạch khuếch đại thuật toán thông dụng: họ Op-
Amp LM 101và LM 741. 
18.4.1. Op-Amp LM 101 
 Kí hiệu mã 
290 
 Hình 18.7. Sơ đồ chân và hình dạng của Op-Amp LM 101A 
 Hình 18.8. Sơ đồ chân Op-Amp LM 101AJ, LM101W 
5 
 Hình 18.9. Sơ đồ chân Op-Amp LM 101AH, LM101AJ-14/883 
- Op-Amp LM101A ; LM201A; LM301A có cùng một số đặc điểm chung nên có 
thể thay thế nhau được. 
- Op-Amp LM101AJ ; LM101J/ 883; LM201AN; LM301AN có cùng một số đặc 
điểm chung đặc điểm nên có thể thay thế nhau được. 
- Op-Amp LM101AH ; LM101AH/ 883; LM201AH; LM301AH có cùng một số 
đặc điểm chung đặc điểm nên có thể thay thế nhau được. 
 Các Thông số kỹ thuật LM101-201-301 
291 
18.4.2. Op-Amp LM 741 
 Kí hiêu mã 
 Hình 18.10. Sơ đồ chân họ LM 741H; LM741J; LM741W 
- Op-Amp LM741H; LM741H/883; LM741AH/883; LM741CH có cùng một số 
đặc điểm chung nên có thể thay thế nhau được. 
- Op-Amp LM741J; LM741J/883; LM741CN có cùng một số đặc điểm chung nên 
có thể thay thế nhau được. 
 Các Thông số kỹ thuật họ LM741 
292 
18.5. Thực hành các mạch ứng dụng cơ bản: 
18.5.1. Mạch khuếch đại đảo 
18.5.1.1. Sơ đồ mạch điện 
18.5.1.2. Các bước thực hành 
 Trường hợp1: Cấp nguồn đôi cho Op-Amp ±VSS = ±15V. 
 Bước 1: Ráp mạch như hình 18.11 trên mô hình ( test board). 
+
-
R2
R1
VoVo LM741
Vin
R3
 Hình 18.11. Mạch khuếch đại đảo. 
Giá trị linh kiện: 
- Op-Amp LM741 
- R1= 2,2kΩ 
- R2 =5,6kΩ 
- R3 =1,5kΩ 
293 
 Bước 2: Đo ghi kết quả theo bảng số liệu 18.1, và tính hệ số 
Vin(V) 
-10 -8 -6 -4 -2 
0 2 4 6 8 10 
V0(V) 
- Bước 3: Tính hệ số Kd theo lý thuyết 
- Bước 4: Vẽ đặc tuyến ngõ ra dựa vào bảng số liêu đo: 
 Hình 18.12. Vẽ đặc tuyến ngõ ra V0 theo bảng số liệu 18.1 
 Trường hợp2: Cấp nguồn đơn cho Op-Amp (VSS = 15V ; -VSS = 0V) 
 Bước 4: Ráp mạch như hình 18.11 trên mô hình ( test board). 
 Bước 5: Đo ghi kết quả theo bảng số liệu18.2 và tính hệ số 
Vin(V) 
-10 -8 -6 -4 -2 
0 2 4 6 8 10 
V0(V) 
294 
- Bước 7: Tính hệ số Kd theo lý thuyết 
- Bước 8: Vẽ đặc tuyến ngõ ra dựa vào bảng số liêu đo: 
 Hình 18.13. Vẽ đặc tuyến ngõ ra V0 theo bảng số liệu 18.2 
- ............................................................................................................... N
hận xét trong 2 trường hơp đo: .................................................................... 
............................................................................................................................ 
............................................................................................................................ 
............................................................................................................................ 
............................................................................................................................ 
18.5.2. Mạch khuếch đại Không đảo 
18.5.2.1. Sơ đồ mạch điện 
295 
18.5.2.2. Các bước thực hành 
 Trường hợp1: Cấp nguồn đôi cho Op-Amp ±VSS = ±15V. 
 Bước 1: Ráp mạch như hình 18.14 trên mô hình ( test board). 
 Bước 2: Đo ghi kết quả theo bảng số liệu 18.4 và tính hệ số 
Vin(V) 
-10 -8 -6 -4 -2 
0 2 4 6 8 10 
Vin 
+(V) 
Vin 
-(V) 
V0(V) 
- Bước 3: Tính hệ số Kd theo lý thuyết = 
- Bước 4: Tính điện áp theo lý thuyết = 
- Bước 5: Vẽ đặc tuyến ngõ ra dựa vào bảng số liêu đo: 
 Hình 18.14. Mạch khuếch đại không đảo. 
Giá trị linh kiện: 
- Op-Amp LM741 
- R1= 2,2kΩ 
- R2 =5,6kΩ 
- R3 = R4=10kΩ 
296 
 Hình 18.15. Vẽ đặc tuyến ngõ ra V0 theo bảng số liệu 18.2 
 Trường hợp2: Cấp nguồn đơn cho Op-Amp (VSS = 15V ; -VSS = 0V) 
 Bước 6: Ráp mạch như hình 18.14 trên mô hình ( test board). 
 Bước 7: Đo ghi kết quả theo bảng số liệu18.4 và tính hệ số 
Vin(V) 
-10 -8 -6 -4 -2 
0 2 4 6 8 10 
Vin 
+(V) 
Vin 
-(V) 
V0(V) 
- Bước 8: Tính hệ số Kd theo lý thuyết = 
- Bước 9: Tính điện áp theo lý thuyết 
- Bước 10: Vẽ đặc tuyến ngõ ra dựa vào bảng số liêu đo: 
297 
 Hình 18.16. Vẽ đặc tuyến ngõ ra V0 theo bảng số liệu 18.4 
- ............................................................................................................... N
hận xét trong 2 trường hơp đo: .................................................................... 
......................................................................................................................... 
......................................................................................................................... 
......................................................................................................................... 
......................................................................................................................... 
18.6. Kiểm tra mạch khuếch đại 
18.6. 1. Mạch khuếch đại đảo 
- Kiểm tra lắp mạch có đúng sơ đồ chân và giá trị điện trở. 
- Kiểm trakết quả đo ở bảng số liêu. 
- Kiểm travẽ đặc tuyến ngõ ra. 
18.6. 2. Mạch khuếch đại đảo 
- Kiểm tra lắp mạch có đúng sơ đồ chân và giá trị điện trở. 
- Kiểm trakết quả đo ở bảng số liêu. 
Kiểm travẽ đặc tuyến ngõ ra.