Điện và điện tử
Máy tính bộ cộng và khuếch đại vi sai op-amp
Tính tổng có trọng số hoặc hiệu điện áp, chọn cặp điện trở phù hợp và kiểm tra giới hạn đầu ra.
Dữ liệu nhập
Kết quả
- Điện áp đầu ra lý tưởng
- —
- Ước tính đầu ra giới hạn
- —
- G1 · V1 → Vout
- —
- G2 · V2 → Vout
- —
- Hệ số khuếch đại đồng pha
- —
—So sánh tổng có trọng số và đầu ra bộ khuếch đại hiệu
Tính tổng đảo lý tưởng của nhiều điện áp hoặc bộ khuếch đại hiệu hai đầu vào. Thêm điện áp tham chiếu, xem độ lợi của từng đầu vào và tùy chọn áp dụng giới hạn đầu ra. Chế độ hiệu cũng cho thấy độ lợi đồng pha và liệu các tỷ số điện trở danh định có khớp nhau không. Phép tính là một mô hình lý tưởng tĩnh; không tính dung sai điện trở, độ lệch của bộ khuếch đại, băng thông hữu hạn, giới hạn dải đầu vào hay khoảng dao động đầu ra phụ thuộc tải.
Từng bước thực hiện
- Chọn chế độ cộng hoặc hiệu. Nhập điện áp đầu vào và điện áp tham chiếu theo V. Chế độ cộng hỗ trợ 2 đến 4 đầu vào, mỗi đầu vào có điện trở riêng; chế độ hiệu dùng đúng 2 đầu vào và bốn điện trở trong sơ đồ.
- Nhập giá trị điện trở theo kΩ. Trong chế độ cộng, chọn điện trở hồi tiếp Rf. Trong chế độ hiệu, nhập R1 đến R4, hoặc chọn độ lợi mục tiêu và dãy E12, E24 hay E96 trước khi áp dụng cặp điện trở danh định khớp nhau.
- Xem đầu ra lý tưởng và các độ lợi riêng. Nếu bật giới hạn đầu ra, nhập giới hạn dưới thấp hơn giới hạn trên và so sánh đầu ra bị giới hạn với đầu ra lý tưởng. Trong chế độ hiệu, cũng xem độ lợi đồng pha và thông báo khớp tỷ số.
Cài đặt và giới hạn
- Trọng số cộng và tham chiếu
- Mỗi đầu vào cộng có trọng số −Rf / Ri. Đầu ra là Vref − Σ[Rf/Ri × (Vi − Vref)], nên đổi tham chiếu ảnh hưởng đến toàn bộ biểu thức. Điện trở đầu vào bằng nhau cho trọng số bằng nhau; các giá trị khác nhau cho phép điều chỉnh tỷ lệ từng đầu vào độc lập. Chỉ số hàng đầu vào đã chọn mới tham gia tính toán.
- Tỷ số của mạch hiệu và sự khớp nhau
- Khi R2/R1 = R4/R3, đầu ra lý tưởng là Vref + (R2/R1) × (V2 − V1). Tỷ số không bằng nhau làm đổi độ lợi đầu vào dương và để lại độ lợi đồng pha khác không. Việc khớp tỷ số danh định không định lượng khả năng khử đồng pha thực tế khi có dung sai điện trở và sai số bộ khuếch đại.
- Cặp giá trị ưu tiên và giới hạn đầu ra
- Việc tìm cặp xét các giá trị ưu tiên quanh mức R1 đã nhập và đặt cùng một cặp danh định cho cả hai nhánh. Độ lợi sau khi làm tròn có thể lệch mục tiêu. Giới hạn đầu ra là các giá trị bạn cung cấp, không phải giới hạn suy ra từ đường nguồn; công cụ kẹp đầu ra lý tưởng mà không mô hình hóa quá trình phục hồi sau quá tải.
Ví dụ thực hành
Với chế độ cộng, dùng 2 đầu vào: V1 = 1 V qua 10 kΩ và V2 = 2 V qua 20 kΩ, với Rf = 10 kΩ và Vref = 0 V. Trọng số là −1 và −0.5, cho đầu ra lý tưởng −2 V. Bật giới hạn −1.5 V và 3.3 V để có đầu ra bị giới hạn −1.5 V.
| Σ / Δ | G1 | G2 | Vout,ideal | Vout | GCM |
|---|---|---|---|---|---|
| Σ | −1 | −0.5 | −2 V | −1.5 V | — |
| Δ | −2 | 2 | 2 V | 2 V | 0 V/V |
| Δ; R4 = 22 kΩ | −2 | 2.0625 | 2.125 V | 2.125 V | 0.0625 V/V |
Với chế độ hiệu, giữ V1 = 1 V, V2 = 2 V và Vref = 0 V. Đặt R1 = R3 = 10 kΩ và R2 = R4 = 20 kΩ. Đầu ra là 2 V và độ lợi đồng pha là 0. Chỉ đổi R4 thành 22 kΩ sẽ cho đầu ra 2.125 V và độ lợi đồng pha 0.0625 V/V, minh họa tỷ số không bằng nhau làm thay đổi kết quả.
Câu hỏi và khắc phục sự cố
Tại sao đầu ra tổng lại âm?
Đây là mạch cộng đảo. Với tham chiếu bằng không, đầu vào dương tạo ra các số hạng có trọng số âm. Mạch thực tế dùng một nguồn cần tham chiếu và dải đầu ra phù hợp; hãy dùng giới hạn thực tế khi kiểm tra liệu có thể đạt tổng lý tưởng không.
Tại sao các đầu vào bằng nhau trong chế độ hiệu lại tạo đầu ra khác không?
Với tỷ số khớp nhau, đầu ra bằng tham chiếu khi các đầu vào bằng nhau. Tỷ số không bằng nhau còn thêm thành phần đồng pha. Kiểm tra tham chiếu và cả bốn điện trở trước khi hiểu kết quả là tín hiệu vi sai.
Áp dụng cặp giá trị ưu tiên có giữ tham chiếu và điện áp của tôi không?
Nút thay bốn giá trị điện trở của chế độ hiệu bằng các cặp danh định khớp nhau và tính lại với đầu vào, tham chiếu cùng giới hạn đầu ra hiện tại. Xem lại các độ lợi và đầu ra thu được; nút không chọn linh kiện hay điều chỉnh các thiết lập khác đó cho bạn.