bộ khuếch đại không có vòng phản hồi OP AMP, bài tập 1 - video 1/2

Một bộ khuếch đại thuật toán OP AMP có các đặc tính thực sau đây :
trở kháng đầu vào Zin=1[Mohms],
trở kháng đầu ra Zout=100[ohms]
và hệ số khuếch đại A=10 000.
OP AMP được cấp nguồn bằng nguồn điện áp DC phân chia, ý nghĩa của "phân chia" là nguồn điện áp (+) và nguồn điện áp (-) :
Vcc = +30[V] và Vee = - 30[V].
Bộ khuếch đại OP AMP được gắn ở chế độ không đảo, điều này có nghĩa là đầu vào không đảo (V+) của nó nhận tín hiệu Vs thông qua Rs.
Xác định điện áp đầu ra Vout khi biết rằng tín hiệu nguồn là Vs= 1[mV ], việc tính toán phải được thực hiện bằng cách sử dụng các đặc tính thực của nó.
Tín hiệu Vs= 1[mV] bị sụt áp thông qua Rs, sau đó nó đi qua bộ khuếch đại và được khuếch đại.
Ở đầu ra, tín hiệu Vout được khuếch đại theo biên độ, nhưng hình dạng của nó vẫn giống với tín hiệu ở đầu vào (V+), vì V(+) là đầu vào không đảo (tín hiệu ở đầu ra sẽ không bị đảo ngược ).
Đây là một mạch OP AMP "" không được điều khiển "" : tín hiệu đầu ra Vout không được định tuyến trở lại , một trong hai đầu vào, vì không có đường phản hồi/vòng lặp.
Nếu tồn tại một đường trở về (phản hồi), kết nối đầu ra với một trong 2 đầu vào của nó (V+) hoặc (V-), thì dòng điện trở về được gọi là dòng phân cực, dòng phân cực đi qua các điện trở bên ngoài OP AMP, và sẽ tạo ra điện áp phân cực giảm trên các điện trở, và do đó hiệu chỉnh (V+) và (V-) để sao cho Vout duy trì ở một giá trị được xác định trước, do các giá trị điện trở, để điện áp đầu ra Vout không bị bão hòa.
Đây là nguyên tắc điều khiển servo (asservissement):
Cụ thể là nếu một điện thế (V+) hoặc (V-) thay đổi chẳng hạn, thì hiệu điện thế [(V+) - (V-)] sẽ thay đổi và Vout sẽ bị lệch, Vout sẽ giảm hoặc tăng theo giá trị dương hoặc âm, Vout sẽ vượt quá một giá trị nhất định, điện áp đầu ra Vout trở nên lớn hơn (giá trị dương hoặc âm), và khi Vout lớn hơn điều này gây ra hiện tượng dòng điện trở về (dòng điện phản hồi) mạnh hơn, và khi dòng điện trở về (phản hồi) mạnh hơn nó sẽ tạo ra sự sụt giảm điện áp lớn hơn trên các điện trở 'phân cực' nằm bên ngoài và nằm xung quanh OP AMP; và sự sụt giảm điện áp phân cực lớn hơn trên các điện trở phân cực sẽ trả/kéo lôi điện thế (V+) hoặc (V-) về giá trị ban đầu, và đó là lý do mà Vout không bị ảnh hưởng bởi sự biến đổi của (V+) hoặc (V-) , nhờ vào điều khiển servo (ASSERVISSEMENT).
______________________________________________________________________________________
Mục tiêu của bài tập này là kiểm tra xem liệu chúng ta có thể sử dụng OP AMP mà không cần vòng phản hồi, không cần điều khiển servo .🤔?
______________________________________________________________________________________
Nếu Vout lớn hơn điện áp nguồn Vcc hoặc Vee ở Giá-Trị-Tuyệt-Đối (giá trị dương hoặc âm), thì chúng ta nói rằng bộ khuếch đại OP AMP đã bị bão hòa, vì tín hiệu đầu ra Vout sẽ không còn hình dạng giống như tín hiệu được đưa vào ở đầu vào, Vout sẽ bị cắt bớt sao cho biên độ vẫn bằng Vcc hoặc Vee, đây là điều mà chúng ta tìm cách tránh. OP AMP được sử dụng để khuếch đại tín hiệu nhưng không sửa đổi nó (cắt tín hiệu, cắt bớt tín hiệu).
Có những tình huống mà chúng ta tìm cách cắt bớt tín hiệu, nhưng trong trường hợp hiện tại không phải là như vậy.
Tính toán dẫn đến Vout=9,891[V], Vout thấp hơn giá trị tuyệt đối của Vcc và của Vee :
|Vcc| = |+30[V] | = 30 [V] và |Vee| = |- 30[V] | = 30 [V] , do đó bộ khuếch đại OP AMP không bị bão hòa : tín hiệu không bị sửa đổi ( nó không bị cắt bớt ).
Xin lưu ý:
Các OP AMP cũ hoạt động ở mức Vcc=35[V] , thậm chí cao hơn một chút Vcc=40[V].
Nhưng ngày nay một số bộ khuếch đại hoạt động với điện áp nguồn rất thấp như Vcc=+5[V] và Vee= -5[V], trong trường hợp này bộ khuếch đại hiện tại của chúng ta đã bị bão hòa hoàn toàn, và tín hiệu đầu ra sẽ bị cắt bớt, sẽ không có hình dạng như cũ ; trong trường hợp này chúng ta bắt buộc phải có vòng phản hồi để tránh bị bão hòa.
Kết luận:
OP AMP có thể được sử dụng mà không cần vòng phản hồi, tất cả phụ thuộc vào đặc điểm của nó : hệ số khuếch đại của OP AMP , biên độ của tín hiệu đầu vào, và nguồn điện áp DC phân chia.