Đáp án Công nghệ 12 Điện - điện tử cánh diều bài 19: Khuếch đại thuật toán

BÀI 19. KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

KHỞI ĐỘNG:

Câu hỏi: Trong các mạch điện tử người ta thường sử dụng các khuếch đại thuật toán. Trình bày những hiểu biết của em về khuếch đại thuật toán.

Hướng dẫn chi tiết:

Khuếch đại thuật toán là một khối khuếch đại điện áp tích hợp có độ lợi rất cao, được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử do tính linh hoạt và hiệu suất cao.

I. KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

Câu hỏi 1: Khuếch đại thuật toán có kí hiệu như thế nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Câu hỏi 2: Trình bày nguyên lí làm việc của khuếch đại thuật toán.

Hướng dẫn chi tiết:

Nguyên lí làm việc: 

• Khuếch đại thuật toán thực hiện khuếch đại sự chênh lệch điện áp giữa hai đầu vào đảo và không đảo, sau đó đưa kết quả tới đầu ra (U). 

• Khi có tín hiệu đưa đến đầu vào không đảo thì tín hiệu ra cùng dấu với tín hiệu vào. Khi có tín hiệu đưa đến đầu vào đảo thì tín hiệu ra đào dấu với tín hiệu vào. 

• Hệ số khuếch đại của khuếch đại thuật toán có thể lên tới 10⁶.

II. ỨNG DỤNG CỦA KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN

1. Mạch khuếch đại

Câu hỏi 1: Trình bày ứng dụng của mạch khuếch đại đào và không đảo.

Hướng dẫn chi tiết:

• Ứng dụng mạch khuếch đại đảo: Khuếch đại tín hiệu điện áp DC hoặc AC, mạch lọc tích cực (active filters), mạch tạo dao động (oscillators), mạch so sánh (comparators), mạch tích hợp (integrators), mạch vi phân (differentiators)

• Ứng dụng mạch khuếch đại không đảo: Khuếch đại tín hiệu điện áp DC hoặc AC (buffer), mạch lọc thụ động (passive filters), mạch theo dõi điện áp (voltage followers), mạch đệm (buffers)

Câu hỏi 2: Phân biệt mạch khuếch đại đảo và không đảo.

Hướng dẫn chi tiết:

2. Mạch cộng

Câu hỏi 1: Trình bày ứng dụng của mạch cộng.

Hướng dẫn chi tiết:

Ứng dụng: Mạch cộng tín hiệu sử dụng khuếch đại thuật toán để thực hiện phép cộng đối với các tín hiệu điện áp ở đầu vào.

Câu hỏi 2: Phân biệt mạch cộng đảo và mạch cộng không đảo.

Hướng dẫn chi tiết:

3. Mạch lưu trữ

Câu hỏi 1: Trình bày ứng dụng của mạch trừ tín hiệu

Hướng dẫn chi tiết:

Ứng dụng: Mạch trừ tín hiệu sử dụng khuếch đại thuật toàn để thực hiện phép trừ đối với các tín hiệu điện áp ở đầu vào.

Câu hỏi 2: Viết biểu thức điện áp ra của mạch trừ ở hình 19.7

Hướng dẫn chi tiết:

4. Mạch so sánh

Câu hỏi 1: Trình bày ứng dụng của mạch so sánh

Hướng dẫn chi tiết:

Ứng dụng: mạch so sánh đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện nhiều chức năng khác nhau trong các mạch điện tử, thiết bị điện tử, và các hệ thống tự động hóa.

Câu hỏi 2: Phân biệt mạch so sánh đảo và mạch so sánh không đảo

Hướng dẫn chi tiết:

LUYỆN TẬP

Câu hỏi 1: Trong một mạch khuếch đại đảo, tín hiệu U_vào là sóng hình sin có biên độ 4 V, R₂ = 1 k và R₁ = 200 . Hãy vẽ dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu ra trên cùng một đồ thị.

Hướng dẫn chi tiết:

  = -20 (V)

Câu hỏi 2: Trong một mạch khuếch đại không đảo, tín hiệu U_vào là sóng hình sin có biên độ 4 V, R₂ = 500 và R₁ = 200 . Hãy vẽ dạng sóng tín hiệu vào và tín hiệu ra trên cùng một đồ thị.

Hướng dẫn chi tiết:

U_vào = 4V

U_ra =

Câu hỏi 3: Mạch cộng không đảo 3 đầu vào có các điện áp vào U₁ = 3 V, U₂ = 6 V, U₃ = 2 V. Các điện trở R₁ = R₂ = R₃ = 100 và R = R_ht = 200 . Hãy xác định điện áp ở đầu ra.

Hướng dẫn chi tiết:

Câu hỏi 4: Với một mạch trừ dùng khuếch đại thuật toán, nếu R₁ =R₂ = 100 và R₃ = R₄ = 200 Ω, tín hiệu vào U₁ = 3 V và U₂ = 5 V thì điện áp ra có giá trị bao nhiêu?

Hướng dẫn chi tiết:

Câu hỏi 5: Một mạch so sánh đảo dùng khuếch đại thuật toán có nguồn cấp là +9 V và –9 V, nếu đặt điện áp ngưỡng ở đầu không đảo là 2 V, điện áp vào ở đầu vào đảo có giá trị là 1 V. Hỏi giá trị điện áp ra là bao nhiêu?

Hướng dẫn chi tiết:

Ta có: U_vào = 1V; U_n = 2V ® U_n > U_vào ® U_ra = +E = +9V

VẬN DỤNG

Câu hỏi: Tìm hiểu các ứng dụng của mạch khuếch đại thuật toán trong thực tế và chia sẻ hiểu biết của em với các bạn trong lớp.

Hướng dẫn chi tiết:

• Ứng dụng cơ bản:

• Khuếch đại âm thanh: giúp tăng cường tín hiệu âm thanh từ micro, guitar, hay các nguồn âm khác để phát ra loa với âm lượng lớn.

• Bộ lọc tín hiệu: Nhờ khả năng xử lý tín hiệu hiệu quả, Op-amp được dùng để chế tạo các bộ lọc, loại bỏ tạp âm và nhiễu, giúp tín hiệu trở nên rõ ràng hơn.

• Mạch dao động: ứng dụng trong các bộ tạo xung, đồng hồ, và các thiết bị điện tử khác.

• So sánh điện áp: ứng dụng trong các mạch điều khiển, bảo vệ thiết bị.

• Ứng dụng nâng cao:

• Máy trợ thính: Op-amp khuếch đại âm thanh phù hợp với mức độ thính lực của người khiếm thính, giúp họ nghe rõ hơn.

• Máy đo điện tim (ECG): Op-amp thu nhận và khuếch đại tín hiệu điện tim yếu ớt từ cơ thể, giúp chẩn đoán các bệnh tim mạch.

• Bộ chuyển đổi tín hiệu: Op-amp có thể chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số và ngược lại, đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống thu thập dữ liệu, điều khiển tự động.

• Hệ thống xử lý ảnh: Op-amp được sử dụng để tăng cường độ sáng, độ tương phản, và xử lý các chi tiết hình ảnh trong các thiết bị chụp ảnh, camera.