Mạch khuếch đại là gì?
Mạch khuếch đại (amplifier) là mạch điện tử lấy tín hiệu đầu vào nhỏ và cung cấp tín hiệu đầu ra lớn hơn tỷ lệ, dùng điện năng từ nguồn cấp để tạo công suất ra. Độ lợi (gain) A = V_out / V_in (điện áp) hoặc P_out / P_in (công suất). Mạch khuếch đại xuất hiện ở khắp nơi: micro, loa, sensor signal conditioning, motor driver, radio.
Op-Amp — IC khuếch đại đa năng
Operational Amplifier (Op-Amp) là IC khuếch đại vi sai 2 đầu vào: đầu vào không đảo (+) và đầu vào đảo (−). Độ lợi hở mạch A_ol ≈ 100.000–200.000 lần (100–106 dB). Dùng hồi tiếp âm (negative feedback) từ đầu ra về đầu vào (−) để đặt gain chính xác và ổn định.
Hai cấu hình khuếch đại cơ bản
| Cấu hình | Công thức Gain | Đặc điểm |
|---|---|---|
| Non-inverting | A_v = 1 + R2/R1 | V_out đồng pha, Z_in rất cao |
| Inverting | A_v = −R2/R1 | V_out đảo pha 180°, Z_in = R1 |
| Unity gain (follower) | A_v = 1 | Buffer, Z_in cao, Z_out thấp |
| Differential | A_v = R2/R1 (V+ − V−) | Loại bỏ common-mode noise |
| Integrator | V_out = −(1/RC)∫V_in dt | C thay R2, tích phân tín hiệu |
Op-Amp phổ biến
| IC | V_supply | Noise | Bandwidth | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|
| LM741 | ±15 V | 20 nV/√Hz | 1 MHz | Học tập, mạch đơn giản |
| LM358 | 3–32 V (single) | 45 nV/√Hz | 1 MHz | Single supply, cảm biến |
| TL071/TL081 | ±18 V | 18 nV/√Hz | 3 MHz | FET input, âm thanh, Z_in cao |
| NE5532 | ±15 V | 5 nV/√Hz | 10 MHz | Hi-fi audio, preamp mic |
| LM4562 | ±15 V | 2,7 nV/√Hz | 55 MHz | High-end audio |
| OPA2134 | ±18 V | 8 nV/√Hz | 8 MHz | FET input, audiophile |
Phân loại amplifier theo class
- Class A: Transistor dẫn điện 360° chu kỳ. Méo dạng sóng thấp nhất, nhưng hiệu suất chỉ 25–30%. Dùng trong preamp chất lượng cao.
- Class B: 2 transistor, mỗi con dẫn 180°. Hiệu suất ~78,5%, nhưng crossover distortion tại điểm 0 V.
- Class AB: Kết hợp A và B: bias nhỏ để tránh crossover distortion, hiệu suất 50–70%. Phổ biến nhất trong amplifier âm thanh.
- Class D: MOSFET đóng cắt PWM, tín hiệu phục hồi qua bộ lọc LC. Hiệu suất 90–98%. Dùng trong loa bluetooth, amplifier nhỏ gọn hiện đại.