Mạch khuếch đại vi sai là gì? Chức năng của bộ khuếch đại vi sai

Khuếch đại vi sai là khuếch đại mà tín hiệu ra không tỷ lệ với trị tuyệt đối của tín hiệu vào mà tỷ lệ với hiệu của tín hiệu vào. Khuếch đại vi sai được sử dụng để khuếch đại tín hiệu có tần số giới hạn dưới nhỏ ( tới vài Hz).Trong thực tế, hầu hết các mạch khuếch đại thuật toán được chế tạo ở dạng khuếch đại vi sai. Vậy khuếch đại vi sai là gì? Bộ khuếch đại vi sai có chức năng ra sao? Hãy cùng Điện Tử Số đi tìm hiểu trong bài viết sau đây.

Khuếch đại vi sai là gì?

Khuếch đại vi sai (amplifier gain) là một thước đo của khả năng tăng điện áp hoặc dòng điện của một bộ khuếch đại (amplifier). Nó được tính bằng tỉ lệ giữa đầu ra và đầu vào của bộ khuếch đại. Khuếch đại vi sai được đo bằng đơn vị đơn lượng gọi là dB (decibel), và thường được sử dụng trong các mạch điện tử và các hệ thống truyền thông để đánh giá hiệu suất của bộ khuếch đại. Khuếch đại vi sai càng cao thì bộ khuếch đại càng tăng cường được tín hiệu đầu vào, tuy nhiên nếu quá cao có thể gây ra nhiễu và tạp âm.

Bộ khuếch đại vi sai  là gì?

Bộ khuếch đại vi sai là một loại bộ khuếch đại trong điện tử có chức năng tăng độ lớn của tín hiệu điện dựa trên sự khác biệt giữa hai điện áp ngõ vào. Ngoài việc tăng độ lớn, bộ khuếch đại vi sai còn có khả năng ngăn chặn bất kỳ điện áp chung nào tồn tại ở cả hai ngõ vào đó. Bộ khuếch đại vi sai thường được sử dụng trong các mạch điện tử và hệ thống truyền thông để tăng cường tín hiệu và cải thiện chất lượng âm thanh hoặc hình ảnh. Nó có thể được thiết kế bằng nhiều cách khác nhau, nhưng thường bao gồm hai phần tử khuếch đại khác nhau là khuếch đại không đảo và khuếch đại đảo.

Bộ khuếch đại vi sai là một loại mạch khuếch đại thuật toán phổ biến, nó khuếch đại sự khác biệt giữa điện áp của hai đầu vào đảo và không đảo. Thay vì sử dụng một đầu vào, ta có thể kết nối tín hiệu với cả hai đầu vào để tạo ra loại mạch này.

Khi một tín hiệu điện áp được kết nối với mỗi đầu vào, điện áp đầu ra của bộ khuếch đại vi sai sẽ tỷ lệ với chênh lệch giữa hai điện áp đầu vào. Tương tự như bộ khuếch đại thuật toán, bộ khuếch đại vi sai cũng được ký hiệu bằng một hình tam giác đơn giản, với các kết nối bên trong biểu thị các đầu vào và đầu ra.

Tuy nhiên, điểm khác biệt của bộ khuếch đại vi sai là nó hoạt động như một bộ trừ, chứ không phải là bộ cộng. Do đó, khi vẽ sơ đồ mạch điện phức tạp, ta nên sử dụng ký hiệu này để dễ dàng hiểu được cấu trúc của bộ khuếch đại. Các kết nối +V và -V biểu thị các mặt âm và dương của nguồn điện một chiều, và các kết nối đầu vào và đầu ra được quy chiếu đến một kết nối chung trong mạch gọi là nối đất.

Xem thêm: Mạch đo là gì? Sơ đồ mạch đo. Các thành phần của mạch đo

Phân loại bộ khuếch đại vi sai

Bộ khuếch đại vi sai được chia thành nhiều loại dựa trên những đặc điểm cấu tạo và chức năng khác nhau như :

Bộ khuếch đại vi sai cầu Wheatstone

Bộ khuếch đại vi sai cầu Wheatstone là một bộ mạch điện tử được sử dụng để khuếch đại tín hiệu điện áp rất nhỏ (như tín hiệu đo lường từ cảm biến nhiệt độ hoặc cảm biến lực) đến mức có thể đo được bởi các thiết bị đo lường hoặc máy tính.

Bộ khuếch đại vi sai cầu Wheatstone được xây dựng dựa trên cấu trúc của một cầu Wheatstone, trong đó có 4 điện trở được sắp xếp thành một hình vuông. Khi một điện áp được áp dụng vào hai đầu của cầu, điện áp này sẽ được chia đều giữa các điện trở. Nếu một trong các điện trở thay đổi trở kháng, điện áp giữa các đầu cầu cũng sẽ thay đổi.

Bộ khuếch đại vi sai cầu Wheatstone sử dụng một bộ khuếch đại tín hiệu để khuếch đại tín hiệu đo lường từ cầu Wheatstone. Bộ khuếch đại này có thể được điều chỉnh để đạt được độ nhạy mong muốn và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo lường và kiểm tra trong các ngành công nghiệp như ô tô, điện tử, y tế và các lĩnh vực khác.

Bộ khuếch đại vi sai kết hợp với quang trở

Bộ khuếch đại vi sai kết hợp với quang trở (Instrumentation Amplifier with Photoresistor) là một hệ thống đo lường sử dụng cảm biến quang trở để đo lường sự thay đổi độ sáng hoặc mức độ ánh sáng và bộ khuếch đại vi sai để khuếch đại và xử lý tín hiệu.

Quang trở là một loại cảm biến đơn giản bao gồm một thanh dẫn ánh sáng có khả năng dẫn điện được kết nối với hai đầu cực. Khi ánh sáng chiếu vào, độ dẫn của thanh dẫn ánh sáng sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi điện trở của quang trở. Bằng cách đo lường điện trở của quang trở, ta có thể đo lường mức độ ánh sáng hoặc độ sáng tại vị trí đặt cảm biến.

Bộ khuếch đại vi sai kết hợp với quang trở sử dụng hai quang trở đặt ở hai vị trí khác nhau để đo lường sự thay đổi độ sáng hoặc mức độ ánh sáng. Tín hiệu đầu ra từ hai quang trở sẽ được kết hợp và khuếch đại bởi bộ khuếch đại vi sai, tăng độ nhạy và độ chính xác của tín hiệu đầu ra.

Hệ thống đo lường này thường được sử dụng trong các ứng dụng đo lường ánh sáng, như đo lường độ sáng của màn hình, đo lường mức độ ánh sáng trong phòng học, văn phòng, hoặc đo lường mức độ ánh sáng trong các ứng dụng nông nghiệp, như kiểm tra mức độ ánh sáng của cây trồng.

Bộ khuếch đại in-amp

Bộ khuếch đại in-amp (Instrumentation Amplifier - INA) là một loại bộ khuếch đại tín hiệu đặc biệt được thiết kế để khuếch đại tín hiệu chính xác và ổn định. Nó có thể khuếch đại tín hiệu với mức độ lớn, độ chính xác cao và có khả năng chống nhiễu, giúp tăng độ tin cậy của hệ thống đo lường.

Bộ khuếch đại in-amp thường được sử dụng trong các ứng dụng đo lường, điều khiển và cảm biến trong các hệ thống công nghiệp và điện tử. Nó có khả năng khuếch đại tín hiệu với độ nhạy cao, từ mức microvolt đến mức milivolt và có khả năng tương thích với các cảm biến và thiết bị đầu vào khác nhau.

Một số đặc điểm của bộ khuếch đại in-amp gồm:

• Độ ổn định và độ chính xác cao
• Khả năng giảm nhiễu và tạp âm đầu vào
• Khả năng tương thích với các cảm biến và thiết bị đầu vào khác
• Khả năng tăng độ chính xác và độ nhạy của tín hiệu đầu vào

Bộ khuếch đại in-amp được thiết kế với 3 khu vực chính: 2 khu vực đầu vào và 1 khu vực đầu ra. Mỗi khu vực đầu vào được kết nối với một tín hiệu đầu vào và một resistor đầu vào. Khu vực đầu ra có khả năng cấp cho ra tín hiệu khuếch đại tín hiệu đầu vào với mức độ tăng lên tới vài trăm lần.

Tuy nhiên, để đạt được các đặc tính trên, bộ khuếch đại in-amp thường có giá thành cao hơn so với các loại bộ khuếch đại thông thường và yêu cầu thiết kế và chọn linh kiện phức tạp hơn.

Bộ khuếch đại vi sai trở kháng đầu vào cao

Bộ khuếch đại vi sai trở kháng đầu vào cao (High Input Impedance Instrumentation Amplifier) là một loại bộ khuếch đại vi sai được thiết kế để có trở kháng đầu vào cao hơn so với các loại bộ khuếch đại thông thường. Điều này có nghĩa là nó có khả năng đo và khuếch đại các tín hiệu có trở kháng đầu vào rất lớn mà không làm giảm độ nhạy hoặc chất lượng tín hiệu.

Bộ khuếch đại vi sai trở kháng đầu vào cao thường được sử dụng trong các ứng dụng đo lường và cảm biến trong đó tín hiệu đầu vào có trở kháng rất lớn như trong các ứng dụng đo nhiệt độ, đo độ ẩm, đo áp suất, đo mức nước, v.v. Nó có khả năng đo và khuếch đại tín hiệu với trở kháng đầu vào lên tới hàng megaohm.

Một số đặc điểm của bộ khuếch đại vi sai trở kháng đầu vào cao gồm:

• Độ ổn định và độ chính xác cao
• Khả năng tương thích với các cảm biến và thiết bị đầu vào khác
• Khả năng giảm nhiễu và tạp âm đầu vào
• Khả năng tăng độ chính xác và độ nhạy của tín hiệu đầu vào

Tuy nhiên, để đạt được các đặc tính trên, bộ khuếch đại vi sai trở kháng đầu vào cao thường có giá thành cao hơn so với các loại bộ khuếch đại thông thường và yêu cầu thiết kế và chọn linh kiện phức tạp hơn.

Phương trình bộ khuếch đại in-amp

Vout = (R3/R2) x (V2 - V1) + Vref

Trong đó:

• Vout là điện áp đầu ra của bộ khuếch đại in-amp
• V1 và V2 là hai điện áp đầu vào của bộ khuếch đại in-amp
• Vref là điện áp tham chiếu (nếu có)
• R2 và R3 là hai điện trở phản hồi trong bộ khuếch đại in-amp

Bộ khuếch đại in-amp được sử dụng để khuếch đại tín hiệu trong các ứng dụng đo lường và cảm biến. Nó cho phép tăng độ chính xác và độ nhạy của tín hiệu so với các bộ khuếch đại thông thường bằng cách sử dụng hai bộ khuếch đại đóng vai trò làm bộ khuếch đại công suất và một bộ khuếch đại trung gian.

Phương trình trên cho thấy rằng điện áp đầu ra của bộ khuếch đại in-amp phụ thuộc vào sự khác biệt giữa hai điện áp đầu vào V2 và V1, đồng thời cũng phụ thuộc vào giá trị của hai điện trở phản hồi R2 và R3. Nếu sử dụng điện áp tham chiếu Vref, nó cũng sẽ ảnh hưởng đến điện áp đầu ra của bộ khuếch đại in-amp.

Tuy nhiên, để đạt được kết quả đúng đắn và chính xác, cần phải chọn giá trị của hai điện trở phản hồi R2 và R3 sao cho tỉ số giữa chúng (R3/R2) là xấp xỉ bằng 1 và giá trị của chúng phải phù hợp với dải tần số của tín hiệu đầu vào và đầu ra.

Chức năng của bộ khuếch đại vi sai

Bộ khuếch đại vi sai (Operational Amplifier hay còn gọi là Op-Amp) là một linh kiện điện tử quan trọng trong các mạch điện tử. Op-Amp có chức năng khuếch đại tín hiệu điện và cũng có thể thực hiện nhiều chức năng khác như so sánh, tích hợp và đạo hàm tín hiệu.

Chức năng chính của Op-Amp là khuếch đại tín hiệu điện. Khi một tín hiệu được đưa vào Op-Amp thông qua đầu vào, nó sẽ được khuếch đại lên thành một tín hiệu đầu ra lớn hơn. Độ khuếch đại của Op-Amp được xác định bởi giá trị của các linh kiện bên trong mạch, chẳng hạn như điện trở phản hồi. Tín hiệu đầu ra của Op-Amp thường là một tín hiệu đối xứng, có thể được tăng hoặc giảm đối với tín hiệu đầu vào.

Ngoài chức năng khuếch đại, Op-Amp còn có thể được sử dụng để thực hiện các chức năng khác như so sánh tín hiệu, tích hợp và đạo hàm tín hiệu. Khi được sử dụng để so sánh tín hiệu, Op-Amp sẽ so sánh tín hiệu đầu vào với một ngưỡng xác định và đưa ra tín hiệu đầu ra tương ứng. Khi được sử dụng để tích hợp, Op-Amp sẽ tích hợp tín hiệu đầu vào và đưa ra tín hiệu đầu ra tương ứng. Khi được sử dụng để đạo hàm, Op-Amp sẽ đạo hàm tín hiệu đầu vào và đưa ra tín hiệu đầu ra tương ứng.

Tóm lại, chức năng của bộ khuếch đại vi sai là khuếch đại tín hiệu điện và có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau tùy thuộc vào cách sử dụng và các linh kiện được kết hợp với nó trong mạch điện tử.

Kết luận

Trên đây là những thông tin về khuếch đại vi sai, bộ khuếch đại vi sai , phân loại và các chức năng của bộ khuếch đại vi sai . Mong rằng những thông mà Điện Tử Số cung cấp mang lại những kiến thức hữu ích cho bạn đọc. Các bạn có thắc mắc vui lòng để lại bình luận để được giải đáp.