bao cao lm324_20120401

5/14/2018 bao cao LM324_20120401 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/bao-cao-lm32420120401 1/17

Nhóm 3- K18 IC LM324

______________________________________________________________________________

Đại Học Công Nghệ - ĐHQGHN trang 1

IC KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN LM324

NGUYÊN LÝ VÀ MỘT SỐ Ứ NG DỤNG

Nguyễ n Tiế n Anh, T ạ Văn Biên, Phạm Thị Huế Nhóm 3 – K18KTĐT – Trường Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN

1. Giớ i thiệu chung về LM324

1.1. Mô tả chung LM324

Trong báo cáo này, nhóm em sử dụng datasheet LM324 của hãng bán dẫn National

Semiconductor.

LM324 đượ c tạo bở i 4 bộ khuếch đại thuật toán (OP-AMP) độc lập đượ c tích hợ p trên mộtchip đơn. Điểm đặc biệt của LM324 là nó đượ c thiết k ế để hoạt động đượ c vớ i nguồn nuôi

đơn có vùng điện áp rộng. LM324 cũng có thể hoạt động đượ c vớ i cả nguồn đôi. Nguồn cấp

cho cực máng thấp và độc lập với biên độ điện áp cung cấp. Một điểm đặc biệt nữa của

LM324 là ở chế độ tuyến tính thì vùng điện áp đầu vào ở mode chung sẽ bao gồm cả đất, và

điện áp đầu ra cũng dao dộng quanh điểm đấ t ngay cả khi mạch đượ c nuôi bở i nguồn đơn.

Hình 1. Hình dạng thực tế của LM324N




______________________________________________________________________________


1.2. Các đặc điểm của LM324

- Vùng điện áp nuôi rộng: vớ i nguồn đơn thì từ 5V – 30V; vớ i nguồn đôi thì ± 1,5V - ±

16V.

- Vùng điện áp lối vào: từ -0.3V đến +32V.

- Dòng cực máng rất nhỏ (0,7 mA) và độc lập vớ i nguồn cung cấp.

- Vùng nhiệt độ hoạt động: từ 0 độ đến +70 độ.

- Dòng offset lối vào: tối đa 30 nA (ở 25 độ)

- Điện áp offset lối vào: tối đa 3 mV (ở 25 độ)

Hình 2. Sơ đồ chân của LM324




______________________________________________________________________________


Số chân Chức năng Số chân Chức năng

1 Đầu ra (1) 8 Đầu ra (3)

2 Lối vào đảo (1) 9 Lối vào đảo (3)

3 Lối vào không đảo (1) 10 Lối vào không đảo (3)

4 Nguồn 11 Đất

5 Lối vào không đảo (2) 12 Lối vào không đảo (4)

6 Lối vào đảo (2) 13 Lối vào đảo (4)

7 Đầu ra (2) 14 Đầu ra (4)

2. Sơ đồ nguyên lý của mạch

Theo phân tích ở trên, ta thấy LM324 đượ c tạo bở i 4 bộ khuếch đại thuật toán độc lập.

Do đó ta sẽ tìm hiểu mạch nguyên lý của ¼ mạch LM324.

Ta có sơ đồ mạch nguyên lý của ¼ mạch được đưa ra trong datasheet LM324 của hãng

bán dẫn National Semiconductor như sau:




______________________________________________________________________________


Hình 3. Sơ đồ nguyên lý của vi mạch LM324 trong datasheet

Sử dụng sơ đồ nguyên lý trên, ta vẽ lại trên circuit maker được sơ đồ mạch như sau:




______________________________________________________________________________


Hình 4. Sơ đồ nguyên lý rút gọn của vi mạch LM324 vẽ trên circuit maker

Qua sơ đồ trên ta thấy LM324 sử dụng hai loại transito n-p-n và p-n-p. Nó gồm 3 tầng là:

tầng khuếch đại vi sai ở lối vào, tầng khuếch đại điện áp và tầng khuếch đại công suất lối

ra.

Tầng khuếch đại vi sai: có tác dụng triệt can nhiễu đồng pha, phối hợ p trở kháng.

Tầng khuếch đại điện áp: tạo ra hệ số khuếch đại điện áp lớ n, hệ số khuếch đại điện áp

phụ thuộc chủ yếu vào tầng này.

Tầng khuếch đại công suất lối ra: tầng này có tác dụng giải quyết việc khuếch đại dòng,

tổng trở đầu ra thấp, có giớ i hạn dòng và bảo vệ ngắn mạch.




______________________________________________________________________________


2.1. Tầng khuếch đại vi sai đầu vào

Hình 5. Tầng khuếch đại vi sai đầu vào

Tầng khuếch đại đầu vào đượ c nuôi bở i nguồn dòng không đổi Is1 có giá trị là 0.006 mA.

Các cặp transistor Q1-Q2 và Q3-Q4 đượ c mắc theo kiểu khuếch đại chồng tầng Cascode.

Cách mắc như vậy nhằm khuếch đại điện áp ở tần số thấp, phối hợ p trở kháng, ngăn cách

ảnh hưở ng của mạch ra đến mạch vào của tầng khuếch đại. Tải của Q2 là Q8, tải của Q3là Q9.

Mặt khác vì8

I =9

I và8

I +9

I =1s

I nên8

I ,9

I cũng là các nguồn dòng. Tín hiệu vào

ngược pha được đưa vào hai lối vào của khuếch đại vi sai. Lối ra không đối xứng đượ clấy từ collector của Q3.




______________________________________________________________________________


2.2. Tầng khuếch đại điện áp

Hình 6. Tầng khuếch đại điện áp

Tầng này bao gồm các transistor Q10, Q11, Q12. Transistor Q10 đượ c mắc theo sơ đồ

Collector chung làm tầng khuếch đại đệm với độ khuếch đại bằng 1. Điện áp ở cực

emittor của Q10 được đưa đến bộ khuếch đại Darlington tạo bở i hai transistor Q11 và

Q12, có tải là tải của nguồn dòng Is2.

Đặc điểm của tầng này là có trở kháng vào lớn để dòng vào nhỏ, hệ số khuếch đại lớ n. Tụ

C1 = 30 pF là tụ phản hồi âm theo tần số có tác dụng bù nội, làm cho mạch vừa có tần số

làm việc ổn định, vừa có hệ số khuếch đại.




______________________________________________________________________________


2.3. Tầng khuếch đại công suất lối ra

Hình 7. Tầng khuếch đại công suất lối ra

Tầng khuếch đại công suất lối ra gồm các transistor Q6 và Q13. Q6 và Q13 là hai

transistor có độ dẫn khác nhau npn và pnp đượ c mắc theo sơ đồ đẩy kéo. Nửa chu k ỳ

dương Q6 dẫn, Q13 ngắt và ngượ c lại. Cách mắc này thường được dùng để khuếch đạicông suất. Thực chất, sơ đồ khuếch đại đẩy kéo cũng là sơ đồ mắc theo kiểu collector

chung, nhưng thực hiện với hai transistor có độ dẫn khác nhau.




______________________________________________________________________________


Thật vậy, từ sơ đồ ta thấy Q6 được đấu theo sơ đồ collector chung vớ i transistor Q13 và

transistor Q13 đóng vai trò trở tải động của Q6. Mặt khác, Q13 cũng đượ c mắc theo sơ đồ collector chung với Q6 và Q6 đóng vai trò trở tải động của Q13.

Để bảo vệ lối ra quá tải (tức dòng lối ra lớn quá) ngườ i ta mắc thêm mạch giớ i hạn dòngQ7, Rsc. Bình thườ ng Q7 ở chế độ khóa cho đến lúc dòng qua Rsc chưa đạt đến giớ i hạn

Ira max. Khi dòng điện ra đạt tớ i giớ i hạn này, sụt áp trên Rsc đạt đến ngưỡ ng mở của

Q7, làm Q7 ngăn sự tăng của Ira.

3. Một số ứ ng dụng của mạch LM324 và mô phỏng

3.1. Mạch khuếch đại đảo

Mạch khuếch đại đảo có tác dụng đảo ngượ c pha của tín hiệu ra so vớ i tín hiệu vào, đồng

thời nó cũng khuếch đại tín hiệu vào theo công thức:

Vout = Vin (Rf/R2)

Vớ i mạch mô phỏng, ta chọn Rf = 100k, R2 = 10k, Vin = 0.1 V. Như vậy tín hiệu đầu ra

đượ c khuếch đại lên 10 lần so vớ i tín hiệu đầu vào và đảo pha so vớ i tín hiệu vào:

Vout = Vin (Rf/R2) = 0.1 * 10 = 1V




______________________________________________________________________________


Hình 8. Mạch khuếch đại đảo mô phỏng trên circuit maker

Kết quả mô phỏng:




______________________________________________________________________________


Hình 9. Kết quả mô phỏng mạch khuếch đại đảo trên circuit maker

3.2. Bộ khuếch đại không đảo

Mạch khuếch đại không đảo có tác dụng khuếch đại tín hiệu vào mà vẫn giữ nguyên pha

theo công thức sau:

Vout = Vin (1 + Rf/Rin)

Như vậy, vớ i mạch mô phỏng ta chọn Rf = 100k, Rin = 10k, Vin = 100 mV, thì ta có:

Vout = 0.1(1 + 100/10) = 0.1 * 11 = 1.1 V




______________________________________________________________________________


Hình 10. Mạch khuếch đại không đảo mô phỏng trên circuit maker




______________________________________________________________________________


Hình 11. Kết quả mô phỏng mạch khuếch đại không đảo trên circuit maker

3.3. Mạch khuếch đại cộng đảo

Mạch khuếch đại cộng đảo có tác dụng để làm phép cộng một số tín hiệu điện áp, và tín

hiệu đầu ra có pha ngượ c vớ i tín hiệu đầu vào.

Vout = - R4 (V6/R1 + V7/R2 + V8/R3)

Trong trườ ng hợ p mô phỏng, ta chọn R1 = R2 = R3 = R4 = 1k thì:

Vout = - (V6 + V7 + V8) = - (0.1 + 0.2 + 0.3) = - 0.6 V

(Dấu trừ thể hiện là tín hiệu lối ra ngượ c pha so vớ i tín hiệu lối vào)




______________________________________________________________________________


Hình 12. Mạch khuếch đại cộng đảo mô phỏng trên circuit maker

Hình 13. Kết quả mô phỏng mạch khuếch đại cộng đảo trên circuit maker




______________________________________________________________________________


3.4. Mạch khuếch đại trừ

Mạch khuếch đại trừ có tác dụng trừ các tín hiệu vào theo công thức sau:

Trong mô phỏng ta chọn R1 = 6k, R2 = 12k, R3 = 3k, R4 = 3k, V5 = 0.1 V, V6 = 0.3 V

Hình 14. Mạch khuếch đại trừ mô phỏng trên circuit maker




______________________________________________________________________________


Hình 15. Kết quả mô phỏng mạch trừ trên circuit maker

3.5. Mạch điều khiển PID

Mạch điều khiển PID là một mạch hay đượ c dùng trong k ỹ thuật điều khiển nhằm tăngtính ổn định của hệ thống trong một dải tần rộng. Lối ra của mạch này đượ c thiết k ế tỉ lệ

vớ i lối vào vớ i các hệ số tỉ lệ (propotional), tích phân (intergration) và vi phân

(diffrentiation) khác nhau. Dưới đây là một trong những sơ đồ mạch PID mà nhóm em

tham khảo từ sách “Nguyên lý kỹ thuật điện tử” của thầy Trần Quang Vinh và thầy Chử

Văn An:

Khi đó tín hiệu ra đượ c tính theo công thức sau:

Vớ i mạch mô phỏng trên circuit maker, ta chọn R1 = 1k, R2 = 4k, C1 = 1 uF, C2 = 3 uF




______________________________________________________________________________


Hình 16. Mạch điều khiển PID dùng IC LM324 vẽ trên circuit maker

Hình 17. Kết quả mô phỏng mạch điều khiển PID dùng IC LM324 trên circuit maker

bao cao lm324_20120401

Documents