Máy tính độ lợi op-amp là gì?
Khuếch đại thuật toán (op-amp) là một bộ khuếch đại điện áp có độ lợi rất lớn, nhưng khi mắc trong mạch kín thì độ lợi của nó gần như được quyết định hoàn toàn bởi hai điện trở ngoài: điện trở hồi tiếp (Rf) và điện trở đầu vào (Rin). Công cụ này tính độ lợi điện áp (Av) cho cả hai cấu hình đảo và không đảo, đồng thời cho ra giá trị độ lợi theo decibel (dB). Đây là một công cụ điện tử dùng chung, áp dụng được cho mọi mạch op-amp lý tưởng tiêu chuẩn.
Cách sử dụng
Hãy chọn cấu hình khuếch đại, sau đó nhập điện trở hồi tiếp Rf và điện trở đầu vào Rin theo đơn vị ohm. Máy tính sẽ trả về độ lợi điện áp theo V/V cùng giá trị decibel tương ứng. Với mạch khuếch đại không đảo, tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào (độ lợi dương); còn với mạch đảo, độ lợi mang dấu âm, cho thấy có sự lệch pha 180°.
Giải thích công thức
Với mạch khuếch đại không đảo, độ lợi là $$A_v = 1 + \frac{\text{R}_f}{\text{R}_{in}}$$ Nhờ số "1" đứng đầu, mạch không đảo luôn có độ lợi tối thiểu bằng 1 (độ lợi đơn vị). Với mạch khuếch đại đảo, độ lợi là $$A_v = -\frac{\text{R}_f}{\text{R}_{in}}$$ có thể nhỏ hơn, bằng hoặc lớn hơn 1 về độ lớn. Giá trị decibel được tính bằng \(20 \cdot \log_{10}(|A_v|)\).
Ví dụ minh họa
Giả sử Rf = 10.000 Ω và Rin = 1.000 Ω trong cấu hình không đảo. Khi đó $$A_v = 1 + \frac{10.000}{1.000} = 1 + 10 = 11 \ \text{V/V}$$ Quy ra decibel sẽ là \(20 \cdot \log_{10}(11) \approx 20{,}83 \ \text{dB}\). Cũng với hai điện trở đó nhưng mắc theo mạch đảo, ta có $$A_v = -\frac{10.000}{1.000} = -10 \ \text{V/V}$$ tức 20 dB về độ lớn.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao độ lợi của mạch đảo lại âm? Dấu âm cho biết tín hiệu ra bị đảo (lệch pha 180°) so với tín hiệu vào; chính độ lớn (giá trị tuyệt đối) mới quyết định mức khuếch đại.
Độ lợi mạch không đảo có thể nhỏ hơn 1 không? Không. Số hạng "+1" bảo đảm độ lợi tối thiểu luôn bằng 1 (trở thành mạch lặp điện áp khi Rf = 0).
Điều gì xảy ra nếu Rin bằng 0? Phép chia cho 0 không xác định, vì vậy cần một giá trị điện trở đầu vào khác 0 để có được độ lợi có ý nghĩa.
