VI MẠCH LM358 VÀ CÁC ỨNG DỤNG - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (12 trang)

Trang chủ

Kỹ thuật

Điện - Điện tử - Viễn thông

VI MẠCH LM358 VÀ CÁC ỨNG DỤNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (809.78 KB, 12 trang )

VI MẠCH LM358 VÀ CÁC ỨNG DỤNGI. TỔNG QUAN VỀ VI MẠCH LM358 LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp, bộ khuếch đại này cóưu điểm hơn so với các bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụngdùng nguồn đơn. Chúng có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp từ 3V hoặc caođến 32V, với dòng tĩnh khoảng 1/5 dòng tĩnh của MC1741. Trong nhiều ứngdụng, dải điện áp lối vào đồng pha gồm cả nguồn âm, do đó có thể loại trừ sựcần thiết của các thành phần thiên áp bên ngoài trong nhiều ứng dụng. Dải điệnáp lối ra cũng có thể bao gồm nguồn điện áp âm. * Các đặc trưng của IC LM358: 1. Công suất cực máng thấp. 2. Có 2 bộ khuyếch đại thuật toán bên trong IC, có độ lợi cao. 3. Tương thích với nhiều loại dạng mạch logic. 4. Các chân lối ra tương thích với khuếch đại thuật toán kép phổ biếnMC1558. IC LM358 tương ứng với 1 nửa IC LM324 * Các tính năng của khuếch đại thuật toán:- Bảo vệ quá áp lối ra.- Tầng khuếch đại vi sai lối vào.- Dòng cung cấp lối vào thấp.- Bù nội.- Dải tín hiệu cùng pha mở rộng tới nguồn âm.- Hoạt động với nguồn đơn(3V - 32V) hoặc nguồn đối xứng (± 1.5V -±16V). * Sơ đồ chân của vi mạch 1 * Thông số kỹ thuật của vi mạch LM358- Các giá trị danh định cực đại (TA = +250C).Giá trị danh định Ký hiệu LM358 Đơn vịĐiện áp cung cấpNguồn đơnNguồn đối xứngVCCVCC, VEE32±16VdcKhoảng điện áp vi phân lối vào VIDR±32VdcKhoảng điện áp cùng pha lối vào VICR-0.3 đến 32 VdcThời gian ngắn mạch lối ra tSCLiên tụcNhiệt độ lớp tiếp giáp Tj1500CKhoảng nhiệt độ bảo quản TStg-55 đến +1250CKhoảng nhiệt độ xung quanh TA0 đến +700C - Các đặc tính điện LM358 (VCC=5.0V, CEE=Gnd, TA=250C) Các đặc tính KýhiệuCực tiểu Trung bình Cực đại Đơn vịĐiện áp chênh lệch lối vàoVCC=5.0V đến 30V,VIC=0V đếnCCC-1.7V, V0=1.4V, RS=0Ω, TA=250C, TA=Tcao, TA=Tthấp VI0---2.0--7.09.09.0mVHệ số trung bình của điện áp chênhlệch lối ra và nhiệt độ: TA=Tcao đếnTthấp∆VI0/∆T- 7.0 -µV/ 0CDòng chênh lệch lối vào: TA=Tcao đến TthấpDòng biến thiên lối vào: TA=Tcao đến TthấpII0IIB----5.0--4.5-5.050150-250-500nAHệ số trung bình của dòng chênhlệch lối vào và nhiệt độTA=Tcao đến Tthấp ∆VI0/∆T- 10 - pA/ 0CDải điện áp cùng pha lối vào,VCC=30V (chú ý 2)VCC=30VTA=Tcao đến TthấpVICR00--28.328 VDải điện áp vi sai lối vào VIDR- - VCCVHệ số khuếch đại điện áp vòng hởtín hiệu lớn RL=2.0kΩ, VCC=15V.Với dao động của V0 lớn.TA=Tcap đến Tthấp (chú ý 1)AVOL2525100--- V/mV2 Tách kênh1.0kHz ≤ f ≤ 20kHzCS- -120 - dBTriệt cùng pha RS ≤ 10kΩCMR65 70 - dBTriệt nguồn cung cấp PSR 65 100 - dBĐiện áp lối ra - giới hạn cao (TA=Tcao đến Tthấp) (Chú ý 1)VCC=5.0V, R1=2.0kΩ, TA=250C,VCC=30V, RL=20kΩVCC=30V, RL=10kΩV0H3.326273.5-28---VĐiện áp lối ra - giới hạn thấpVCC=5V, RL=10kΩ, TA= Tcao đếnTthấp (Chú ý 1)VOL- 5.0 20 mVDòng nguồn lối raVID=+1.0V, VCC=15VI0+20 40 - mADòng nhận lối raVID= -1.0V, VCC=15VVID= -1.0V, VCC=200mVI0-10122050--mAµANgắn mạch lối ra với đất (Chý ý 3) ISC- 40 60 mADòng cung cấp (TA= Tcao đến Tthấp) (Chú ý 1)VCC=30V, V0=0V, RL=∞VCC=5V, V0=0V, RL=∞ICC--1.50,73.01.2 mA* Những điểm cần quan tâm khi thiết kế mạch:1. Tthấp = 00C, Tcao=7002. Điện áp cùng pha lối vào không nên nhỏ hơn 0.3V. Khoảng điện áp cùng phagiới hạn trên là VCC-1.7V.3. Ngắn mạch từ lối ra tới VCC sẽ gây ra quá nhiệt và phá huỷ tranzito. Việc tiêuhao sự phá huỷ có thể là do tất cả các bộ khuếch đại đồng thời ngắn mạch.II. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ SƠ ĐỒ RÚT GỌN (Biểu diễn một nửa mạch)3 * Sơ đồ nguyên lý* Sơ đồ rút gọn4 * Phân tích cấu tạo và hoạt động của mạch.Vi mạch LM358 được cấu tạo bởi hai bộ khuếch đại thuật toán, có bù nội. Phần 1: Chia làm ba tầng khuếch đại như sau: + Tầng 1: Là tầng khuếch đại vi sai Darlington gồm bốn tranzito Q17, Q21, Q18 và Q20. Trong đó Q17 vàQ21 mắc theo sơ đồ CC đóng vai trò là mạch đệm đầu vào. Q18, Q20 mắc theo sơ đồ E chung được nuôi bởinguồn dòng không đổi có trở rất lớn tạo nên bởi Q19 do đó nó có khả năng triệt được tín hiệu đồng pha. Q3 vàQ4 đóng vai trò là dòng gương và làm tải động lối ra của tầng khuếch đại vi sai, đồng thời chúng đóng vai trò làmạch biến đổi tín hiệu ra vi sai từ đối xứng sang không đối xứng. Trong tầng Darlington B và C của Q18 vàQ20 được nối với nhau tạo thành các Diode nối từ E đến B dẫn đến làm giảm hỗ dẫn của mạch và dịch mức, nógiữ cho điện áp UBE của Q18 và Q20 ở mức <= UDT ( UDT là điện áp thông của Diode ) đồng thời là mạch hồi tiếpâm ổn định diểm làm việc tĩnh của Q18 và Q20. Mặt khác với cách mắc này để bù nội chỉ cần dùng tụ bù có giátrị =5pF nên tiết kiệm được không gian chip. Một đặc tính khác của tầng này là dải điện áp vào đồng pha có thể bao gồm cả nguồn âm hoặc đất, trongtrường hợp nguồn nuôi âm mà không làm bão hoà các mạch KĐ vi sai hay mạch chuyển đối xứng sang khôngđối xứng. + Tầng 2. Là tầng khuếch đại trung gian bao gồm mạch Q2 và Q5 mắc theo sơ đồ C chung. Nguồn dòngkhông đổi Q19 có chức năng làm nguồn và làm tải động cho Q2 và Q5, mạch này còn đóng vai trò phối hợp trởkháng giữa tầng 1 và Q6. Q6 là mạch KĐ mắc kiểu E chung, cực C được nối với nguồn dòng không đổi Q16,cực E được nối với Transistor Q26 , Q26 đồng thời là tải động cho Q6. Tín hiệu ra từ E Q6 được đưa tới mạchtiền KĐ Q9 để đưa vào mạch KĐ công suất lối ra , Q9 mắc theo mạch E chung và được nuôi bằng nguồn dòngkhông đổi Q15, Q15 còn đóng vai trò là tải động cho Q9. Q7 và Q8 giữ cho Q6 và Q9 làm việc trong miền KĐ. + Tầng 3. Là tầng khuếch đại công suất mắc theo sơ đồ đẩy kéo nối tiếp dùng hai Transitor khác loại Q11 vàQ13. Tín hiệu ra từ C của Q9 được đưa tới cực B của Q11 và Q14, Q14 và điện trở 40K Ω để tạo phân cực vàđệm cho Q13. Giả sử dạng tín hiệu tại cực C của Q9 có dạng hình Sin thì trong nửa chu kỳ dương Q14 và Q13dẫn còn Q11 ngắt, nửa chu kỳ âm ngược lại. Q12 và trở 25Ω bảo vệ quá tải lối ra. Khi quá tải điện áp sụt trêntrở 25Ω đủ lớn làm cho Q12 thông dẫn đến điện áp trên B của Q14 thấp đi làm Q14 bớt dẫn -> Q13 bớt dẫn.Q10 có chức năng đảm bảo cho tầng đẩy kéo làm việc ở chế độ AB tránh méo ở mức tín hiệu nhỏ. Phần 2: Là mạch phân áp tạo nguồn nuôi chuẩn cho phần KĐ. mạch này gồm các linh kiện Q22, Q23, Q24,Q25, R 2.4k, Q1. Khi điện áp nguồn nuôi đưa vào mạch thì dòng chạy qua transistor trường Q22 mắc theokiểu cực máng chung và chạy qua diode Q23 tạo điện áp phân cực trên Q23 là 0.7V phân cực cho transitorQ24 làm Q24 mở, điện áp UBE của Q24 không đổi bằng điện áp trên diode do vậy dòng IE của Q24 ổn định.Q24 đóng vai trò nguồn dòng, dòng này chạy qua điện trở 2.4k tạo điện thế phân cực ổn định cho Q25, UBE củaQ25 ổn định. Q25 hoạt động như một nguồn dòng không đổi phân cực cho Q1 tạo nên nguồn dòng không đổi ởđầu ra Q1.Mỗi bộ khuếch đại được nuôi bởi nguồn điều chỉnh điện áp bên trong có hệ số nhiệt độ thấp, do đó đặc tínhnhiệt của bộ KĐ được nâng caoIII. CÁC ỨNG DỤNG CỦA VI MẠCHVi mạch L358 là vi mạch khuếch đại thuật toán với dòng vào nhỏ. Vi mạch này có thể dùng để thiết kế:• Mạch khuếch đại: gồm khuếch đại điện áp đảo, không đảo, khuếch đại vi sai trở kháng lối vào lớn,khuếch đại chọn lọc • Mạch thực hiện các phép tính số học: cộng, trừ, tích phân, vi phân, • Mạch tạo dao động• Mạch lọc: thông thấp, thông cao, thông dải a. Mạch khuếch đại điện áp đảo pha: URA= - K*UV5 Kết quả mô phỏng:Rõ ràng URA= - K*UV với K= 20/2= 10. Tín hiệu lối ra đảo pha và có biên độ gấp 10 lần tínhiệu lối vào.b. Mạch cộng đảo: URA= - K*(UV1 + UV2)Kết quả mô phỏng:6 Rõ ràng URA= - K*(UV1 + UV2) với K= 4/2= 2. Tín hiệu lối ra đảo pha và cóbiên độ gấp 2 lần tổng 2 biên độ tín hiệu lối vào.c. Mạch tạo dao động cầu Wien:Một mạch khuếch đại khi có phản hồi dương về có thể trở thành một hệ tựdao động với tần số xác định.Điều kiện để có dao động là:• Điều kiện về pha ϕK + ϕKht=2nΠ ( n=0,1,2 )• Điều kiện về biên độ : K * Kht =1Do LM358 là vi mạch hoạt động ở tần số thấp nên các mạch dao độngthường không dùng khung cộng hưởng LC mà dùng các phần tử điện trở R và tụđiện C. Mạch dao động cầu Wien: dùng mạch cầu Wien kết hợp với LM358 tạothành mạch dao động hình sin. Trong sơ đồ có hai mạch phản hồi:+ Phản hồi âm nhờ hai điôt và hai điện trở 10k, 20k. + Phản hồi dương gồm một cụm RC song song và cụm RC nối tiếp.Ở sơ đồ trên ta dùng kết hợp mạch phản hồi âm và phản hồi dương: tại tần sốdao động mạch có hệ số truyền đạt max và độ lệch pha bằng 0, do đó kết hợpvới bộ khuyếch đại thuận tạo hồi tiếp dương làm nhiệm vụ tạo dao động. Haiđiện trở 10k và 20k tạo thành một mạch hồi tiếp âm có hệ số khuếch đại là 3.Mạch hồi tiếp âm cùng với mạch lọc thông dải tạo thành mạch cầu Wien.Hệ số hồi tiếp của mạch cầu Wien trong trường hợp này là:2191−+=ααK với RCωα1= khi RC1=ω thì K=Kmax=1/3.Tần số phát của hệ được xác định theo: Fo=1/(2*pi*RC).Trong sơ đồ trên có 2 điôt làm nhiệm vụ ổn định biên độ dao động. Khi biênđộ dao động tăng, điện trở tương đương của mạch phản hồi âm giảm làm hồitiếp âm tăng, do đó hệ số khuếch đại của mạch giảm. Với cách chọn như trên đãtạo được ở lối ra một hình sin có tần số là 1 kHz.7 Kết quả mô phỏng:d. Mạch lọc .Là một ứng dụng quan trọng của khuếch đại thuật toán để thực hiện cácmạch lọc ở tần số thấp (khoảng 0.1 đến vài MHz) mà các mạch lọc thụ độngRLC khó thực hiện được.Mạch lọc tích cực được đặc trưng bởi ba thông số: tần số giới hạn, bậc củabộ lọc và loại bộ lọc.• Tần số giới hạn là tần số mà tại đó biên độ giảm 3dB so với hệ số truyềnđại ở tần số trung tâm.• Bậc của bộ lọc xác định dạng của đặc tính biên độ - tần số ở những tần sốrất lớn hơn tần số giới hạn.• Loại bộ lọc xác định dạng của đặc tuyến biên độ - tần số xung quang tầnsố giới hạn và trong khu vực thông của mạch lọc.Hàm truyền đạt tổng quát của một mạch lọc thông thấp là:8 ( )( )201 PbPaKPKiidd++Π=trong đó Kd0 là hệ truyền đạt ở tần số thấp, số mũ lớn nhất của P là bậc của bộlọc.Có 3 loại mạch lọc thông dụng là: mạch lọc hồi tiếp âm một vòng, mạch lọchồi tiếp âm nhiều vòng, mạch lọc hồi tiếp dương một vòng. Ứng với mỗi loạimạch lọc sẽ có hàm truyền đạt cụ thể. Từ các yêu cầu về đặc tuyến biên độ tầnsố của mạch lọc ta có thể xác định được các giá trị R, C trong mạch.- Mạch lọc thông thấpĐây là mạch lọc bậc hai dùng hồi tiếp dương một vòng, và chỉ thực hiện mộtkhâu lọc (những điều này biết được từ hàm truyền đại của mạch lọc loại này).Nếu chọn R1=R2, C1=C2, ta có:Hệ số truyền đạt là:( )222231 CRwPRCKPwKKggd+−+=Các hệ số của mạch lọc là:( )( )22113RCwbRCKwgg=−=αnên:gfbRCπ21=RCfaKgπ231−=9 Đáp ứng tần số lối ra.1 10 100 1k 10k 100k 1Meg 10Meg0200m400m600m800m11.2Xa: 9.772MegXb: 1.000 Yc: 0.000 Yd: 0.000 a-b: 9.772Megc-d: 0.000 Ref=Ground X=frequency(Hz) Y=voltagedcb aAPhổ tín hiệu lối vào:Phổ tín hiệu lối ra (thành phần tần số cao đã bị lọc) :- Mạch lọc chọn lọc (thông dải).10 Đây là mạch lọc chọn lọc bậc 2, hồi tiếp âm nhiều vòng, gồm hai khâu lọcthông thấp và thông cao.Hàm truyền đạt có dạng: 231321202313103132021 CRRRRRwPRRRRPwCRRRRPwKd+++++−=Tần số:3213101RRRRRCw+=Hệ số phẩm chất:CRwQ2021=Độ rộng băng:CRQfB201π==Đáp ứng tần số lối raPhổ tín hiệu ra:11 Nhìn vào hình vẽ trên ta thấy khuyÕch ®¹i chän läc t¹i1 kHz.e. Mạch so sánh có trễVới mạch so sánh thì tín hiệu ra ở dạng logic ( mức High và Low), mức Htương đương mức điện thế cao, mức L tương đương mức điện thế thấp. Ta có:- Ura= H nếu U+ > U-- Ura= L nếu U+ < U-Kết quả mô phỏng: 12

Tài liệu liên quan

BÀI HỌC KINH NGHIỆM VÀ PHƯƠNG HƯỚNG HOÀN THIỆN BƯỚC LẬP KẾ HOẠCH KIỂM TOÁN TẠI CÔNG TY DỊCH VỊ TƯ VẤN TÀI CHÍNH KẾ TOÁN VÀ KIỂM TOÁN
- 8
- 686
- 5
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ SỐ SÓNG HÀI BẬC 3, ỨNG DỤNG BẢO VỆ CHẠM ĐẤT MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG VÙNG CÔNG SUẤT THẤP
- 9
- 486
- 0
Thiết kế bộ sạc acquy sử dụng năng lượng mặt trời ứng dụng thuật toán bám công suất cực đại
- 27
- 668
- 3
Tiểu luận môn CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG Gom Cụm Văn Bản Với Thuật Toán K-means
- 23
- 572
- 0
Phương pháp nghiên cứu khoa học Giải quyết ỨNG DỤNG CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO KHOA HỌC TRÊN THUẬT TOÁN
- 50
- 624
- 0
Ứng dụng phương pháp bố trí thí nghiệm tối ưu để đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến sự suy giảm hàm lượng của chế phẩm 3 vitamin b1, b6, b12
- 69
- 609
- 0
Mặc dù có nhiều ưu thể hơn so với tập quán quốc tế nhưng điều ước quốc tế không thể thay thế hoàn toàn vai trò của tập quán quốc tế trong quá trình điều chỉnh các quan hệ quốc tế
- 8
- 533
- 3
thiết kế bộ chỉnh lưu có hệ số công suất bằng 1 với ưu điểm hơn hẳn những bộ chỉnh lưu khác về hiệu suất và sóng hài
- 83
- 334
- 0
báo cáo ứng dụng laze trong y học và nông nghiệp công suất thấp
- 20
- 628
- 4
Tìm hiểu và xây dựng ứng dụng mã hóa đối xứng bằng thuật toán Rijndael‖
- 71
- 330
- 0