Kỹ Thuật Xung - Ts.nguyễn Trọng Hải, 124 Trang

MUÏC LUÏC CHÖÔNG 1. CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN ................................................................. 3 1.1. Ñaïi cöông .......................................................................................................... 3 1.2. Caùc xung thöôøng gaëp ........................................................................................ 6 1.3. Moät soá khaùi nieäm veà xung ................................................................................ 9 CHÖÔNG 2. BIEÁN ÑOÅI DAÏNG SOÙNG BAÈNG MAÏCH R,L,C .............................. 13 2.1. Maïch loïc thoâng cao-maïch vi phaân .................................................................. 14 2.2. Maïch loïc thoâng thaáp-maïch tích phaân ............................................................. 23 2.3. Caùc boä suy hao ................................................................................................ 31 CHÖÔNG 3. CHUYEÅN MAÏCH ÑIEÄN TÖÛ ............................................................... 43 3.1. Cheá ñoä xaùc laäp ................................................................................................ 43 3.2. Cheá ñoä quaù ñoä................................................................................................. 52 CHÖÔNG 4. MAÏCH XEÙN, MAÏCH SO SAÙNH ......................................................... 58 4.1. Khaùi nieäm ....................................................................................................... 58 4.2. Maïch xeùn vôùi diode lyù töôûng .......................................................................... 59 4.3. Maïch xeùn vôùi diode thöïc teá ............................................................................ 66 4.4. Maïch xeùn ôû hai möùc ñoäc laäp .......................................................................... 69 CHÖÔNG 5. MAÏCH KEÏP ......................................................................................... 73 5.1. Khaùi nieäm ....................................................................................................... 73 5.2. Maïch keïp duøng diode lyù töôûng ....................................................................... 74 5.3. Maïch keïp khi keå ñeán ñieän trôû thuaän vaø ñieän trôû nguoàn ................................. 80 5.4. Maïch keïp taïi cöïc neàn BJT .............................................................................. 84 CHÖÔNG 6. MAÏCH ÑA HAØI ................................................................................... 88 6.1. Khaùi nieäm ....................................................................................................... 88 6.2. Ña haøi duøng caùc linh kieän töông töï ................................................................. 90 6.3. Ña haøi duøng coång logic ................................................................................. 110 6.4. Dao ñoäng duøng thaïch anh ............................................................................. 119

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Mục đích của bài giảng này nhằm cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản về kỹ thuật xung, các phương pháp tính toán thiết kế và các công cụ toán học hỗ trợ trong việc biến đổi, hình thành các dạng xung mong muốn… Đây là bài giảng để giảng dạy, trình bày tóm tắt cơ sở lý thuyết đi kèm với ví dụ, ứng dụng, cuối mỗi chương đều có bài tập để sinh viên kiểm tra và củng cố. Bài giảng được biên soạn cho khóa học 45 tiết dành cho sinh viên năm 3 hệ đại học khoa Điện Điện tử trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp HCM Danh sách những thuật ngữ thường xuất hiện, có kèm theo tiếng Anh tương đương để sinh viên tiện tham khảo tài liệu Bài giảng gồm 6 chương dựa trên nhiều nguồn tham khảo trong và ngoài nước, với bố cục bám sát đề cương môn học Kỹ Thuật Xung dành cho sinh viên ngành Điện Tử Viễn Thông trường Đại học Kỹ Thuật như sau: Chương 1. Các khái niệm cơ bản Chương 2. Biến đổi dạng sóng bằng mạch R,L,C Chương 3. Chuyển mạch điện tử Chương 4. Mạch xén, mạch so sánh Chương 5. Mạch kẹp Chương 6. Mạch đa hài NGUYỄN TRỌNG HẢI

Trang 2

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 1

CHƯƠNG 1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN I.

ĐẠI CƯƠNG Phân loại tín hiệu • Theo dạng sóng: Tín hiệu tam giác, sin, xung vuông, nấc thang, . . . • Theo tần số : Tín hiệu hạ tần, âm tần, cao tần, siêu cao tần, . . . • Theo sự liên tục : Tín hiệu liên tục biên độ và thời gian. • Theo sự rời rạc : Tín hiệu rời rạc biên độ và thời gian. • Tuần hoàn : Tín hiệu có dạng sóng lặp lại sau mỗi chu kỳ. Một số tín hiệu liên tục

p(t)

+A T T/2

1

t t

0

-A

Hình 1.1b. Chuỗi xung

Hình 1.1a. Tín hiệu A sin ωt

K

K

0

t

Hình 1.1d. Hàm mũ

Hình 1.1c. Xung tam giác

GV: Nguyễn Trọng Hải

0

Trang 3

t

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 1

Một số tín hiệu rời rạc x(n) = sin(

x(n)

2π n) 8

1 8

n

… 0

n

… … -1 0 1 2 3 4 5 6 7 …

Hình 1.2a, Tín hiệu sin rời rạc

Hình 1.2b, Hàm mũ rời rạc

Ngày nay trong kỹ thuật vô tuyến điện, có rất nhiều thiết bị công tác trong một chế độ đặc biệt: chế độ xung. Trong các thiết bị này, dòng và áp tác dụng lên mạch một cách rời rạc theo một quy luật nào đó. Ở những thời điểm đóng hoặc ngắt điện áp, trong mạch sẽ phát sinh quá trình quá độ, phá hủy chế độ công tác tĩnh của mạch. Bởi vậy việc nghiên cứu các quá trình xảy ra trong các thiết bị xung có liên quan mật thiết đến việc nghiên cứu quá trình quá độ trong các mạch đó. Nếu có một dãy xung tác dụng lên mạch điện mà khoảng thời gian giữa các xung đủ lớn so với thời gian quá độ của mạch. Khi đó tác dụng của một dãy xung như một xung đơn. Ngược lại nếu khoảng thời gian kế tiếp của xung đủ nhỏ so với quá trình quá độ của mạch thì phải nghiên cứu tác dụng của một dãy xung giống như của những điện áp hoặc dòng điện có dạng phức tạp. Việc phân tích mạch ở chế độ xung phải xác định sự phụ thuộc hàm số của điện áp hoặc dòng điện trong mạch theo thời gian ở trạng thái quá độ. Có thể dùng công cụ toán học như: phương pháp tích phân kinh điển. Phương pháp phổ (Fourier) hoặc phương pháp toán tử Laplace… Phương pháp khảo sát Có nhiều cách để khảo sát sự biến đổi tín hiệu khi đi qua mạch RC, trong đó có phương pháp quá độ trong mạch điện với 2 phương pháp quen thuộc: • Giải và tìm nghiệm của phương trình vi phân. • Tìm hàm truyền đạt của mạch và biến đổi Laplace. a. Phương pháp tích phân kinh điển. Phương trình mạch và nghiệm. an

d n y (t ) d n−1 y (t ) dy (t ) a + + ... + a1 + a0 y (t ) = f (t ) n −1 n n −1 dt dt dt

Vế phải của phương trình f(t) đã được xac định, y(t) ở vế trái là nghiệm cần tìm (điện áp hay dòng điện), nghiệm (họ nghiệm) của y(t) như sau GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 4

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 1

y(t) = yxl(t) + yqđ(t) Nghiệm của phương trình thuần nhất an

dy (t ) d n y (t ) d n −1 y (t ) + + ... + a1 + a 0 y (t ) = 0 a 1 n − n n −1 dt dt dt

có 3 dạng: thực đơn, đơn và phức, bội Nghiệm thực p1, p2, pn có dạng như sau: y qd = K 1e p1t + K 2 e p2t + ... + K n e pnt

Nghiệm phức p1 = −α + j β , p2 = −α − j β có dạng như sau: y qd = K 1e −αt cos( βt + φ )

Nghiệm kép p1=p2 có dạng như sau: y qd = ( K 1 + K 2 t )e p1t

b. Phương pháp toán tử Laplace Biến đổi Laplace 1 phía được xác định như sau: ∞

F ( s ) = L[ f (t )] = ∫ f (t )e − st dt 0

Mạch tương đương R, L, C +

+

I(s) sL

u(s)

u(s) Li0

-

+

I(s)

I(s)

1/sC

-

-

Hình 1.3. Sơ đồ tương đương của L,C

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 5

Cu0

sC

I(s)

u(s) u0/s

1/sL

-

+

u(s)

i0/s

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 1

Biến đổi Laplace của một số hàm Hàm f(t)

Biến đổi Laplace của f(t)

1

1

1 s

2

T

1 s2

3

tn

n! s n +1

4

e-at

1 s+a

5

1 (1 − e − at ) a

1 s( s + a)

6

1 (e − a1t − e −a2t ) a 2 − a1

1 ( s + a1 )( s + a2 )

7

1 (a1e − a1t − a 2 e − a2t ) a1 − a 2

s ( s + a1 )( s + a2 )

8

t n e − at

n! ( s + a) n +1

9

sin ωt

ω s + ω2 2

cos ωt

10

s s + ω2 2

II.

CÁC XUNG THƯỜNG GẶP

1. Hàm bước đơn vị (Unit-step Function) u(t)

⎧1 u (t ) = ⎨ ⎩0

t≥0 t 0

0

t

Hình 1.7. Xung Dirac

Xung Dirac δ (t ) có thể được khảo sát như là đạo hàm của u(t). GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 7

t

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 1

Hình 1.8a. Hàm bước đơn vị gần đúng

Hình 1.8b. Xung Dirac gần đúng

Rõ ràng bước nhảy đơn vị u(t) là giới hạn của u (t ) khi Δ → 0. Từ đó, có thể xác định xung Dirac gần đúng δ (t ) là đạo hàm của bước nhảy đơn vị gần đúng u (t ) , du (t ) dt

δ (t ) =

tức là :

t

Và u(t) có thể được biểu diễn dưới dạng tích phân :

u(t) =

∫ δ (τ )dτ

−∞ ∞

Một kết quả quan trọng

∫

x(t ).δ (t − to )dt = x(to)

−∞

4. Hàm dốc (Ramp Function) ⎧t ⎩0

r(t) = ⎨

r(t)

t≥0 = t.u(t) t>τ) Khoaûng thôøi gian toàn taïi xung töø 0 ñeán t1 raát lôùn so vôùi τ (t1 >>τ). Luùc naøy, thôøi haèng raát nhoû so vôùi thôøi gian ton , neân tuï C ñöôïc naïp ñaày vaø xaû heát trong khoaûng thôøi gian ngaén, töùc laø thôøi gian chuyeån maïch töø möùc thaáp leân möùc cao vaø ngöôïc laïi töø möùc cao xuoáng möùc thaáp gaàn nhö laø ñöôøng thaúng doác ñöùng (xem nhö laø töùc thôøi). Do vaäy, ñaùp öùng ôû ngoõ ra khoâng bò bieán daïng nhieàu so vôùi tín hieäu xung vaøo. GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 16

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

Ñieàu naøy ñöôïc minh hoïa ôû hình sau

Hình 2.4 b) Tröôøng hôïp 2 (t1 > t

τ

O

1

t

1

-E

Hình 2.6a. Ñieän aùp qua tuï vC(t)

Hình 2.6b. Ñieän aùp qua ñieän trôû vR(t)

Ngoõ vaøo laø chuoãi soùng vuoâng: Khi τ >> t1 E A1

0

t1

A2

Khi τ >VOUT(t)), maïch ñieän ñöôïc goïi laø vi phaân. Ñieän aùp rôi treân R seõ raát nhoû so vôùi ñieän aùp rôi treân C. Do ñoù vi ñi qua C vaø doøng ñieän (i(t)=Cdv/dt) ñöôïc quyeát ñònh troïn veïn bôûi ñieän dung, vaø tín hieäu ngoõ ra qua R laø VOUT (t ) = RC

dV IN (t ) dt

Ñaïo haøm cuûa soùng vuoâng laø moät daïng soùng baèng 0 ngoaïi tröø taïi caùc ñænh khoâng lieân tuïc. Taïi nhöõng ñænh naøy, pheùp laáy vi phaân chính xaùc seõ taêng bieân ñoä, ñoä roäng 0, vaø thay ñoåi cöïc. Trong giôùi haïn cuûa taàn soá thôøi gian raát nhoû, daïng soùng laø chính xaùc ngoaïi tröø bieân ñoä cuûa ñænh khoâng bao giôø vöôït quaù V.

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 20

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

Ñoái vôùi haøm doác vi=αt, giaù trò cuûa RCdvi/dt laø αRC. Ngoõ ra ñaït ñeán giaù trò ñaïo haøm chính xaùc chæ sau thôøi gian ñi qua töông öùng caùc haèng soá thôøi gian. Sai soá gaàn t=0 vì trong vuøng naøy ñieän aùp qua R khoâng ñaùng keå so vôùi ñieän aùp qua C. Neáu cho raèng caïnh cuûa xung xaáp xæ laø moat haøm doác, coù theå ño tæ leä caïnh leân cuûa xung baèng caùch söû duïng maïch vi phaân. Ñænh ngoõ ra ñöôïc ño bôûi moät dao ñoäng kí, thaáy raèng ñieän aùp ñöôïc chia bôûi tích RC cho ñoä doác α. αt VOUT(t)

αRC

0

T

t

Hình 2.10 Neáu soùng sin ñöôïc cung caáp cho maïch vi phaân, ngoõ ra seõ laø soùng sin ñöôïc dòch chuyeån moät goùc θ vaø ngoõ ra töông öùng laø sin(ωt+θ) vôùi tan θ =

XC 1 = R ωRC

Ñeå coù tích phaân ñuùng, phaûi nhaän ñöôïc cos ωt. Maëc khaùc, θ phaûi baèng 900. Keát quaû naøy chæ coù theå coù ñöôïc khi R=0 hay C=0. Tuy nhieân, neáu ωRC=0.01, thì 1/ωRC=100 vaø θ=89.40, gaàn baèng 900. Neáu ωRC=0.1, thì θ=84.30 vaø ñoái vôùi moät vaøi öùng duïng goùc naøy coù theå gaàn baèng 900. Neáu giaù trò ñænh cuûa ngoõ vaøo laø Vm, ngoõ ra laø Vm R

1 R + 2 2 ω C

sin(ωt + θ )

2

Vaø neáu ωRC t1 E VDC 0

t1 Hinh 2.19b

t

Ñieän aùp vR(t) = vc(t) taêng daàn vaø xaùc laäp chung quanh giaù trò VDC laø trung bình cuûa chuoãi xung (trò DC cuûa vR(t) cuõng chính laø vDC)

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 26

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

Khi vv laø haøm muõ taêng vv (t ) = E (1 − e

−

t

τ1

)

Nhö ñaõ khaûo saùt ôû phaàn loïc thoâng cao, ñieän aùp treân ñieän trôû t t − ⎛ n ⎞⎛⎜ −τ τ1 v R (t ) = E ⎜ ⎟ e −e ⎝ n + 1 ⎠⎜⎝

n=

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

τ RC t = vaø x = τ1 τ1 τ1

Maø vra(t) = vv – vR = E (1 − e

−

t

τ1

t t − ⎛ n ⎞⎛⎜ −τ τ1 ) - E⎜ ⎟ e −e ⎝ n + 1 ⎠⎜⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Töø ñoù veõ ñöôïc daïng soùng ngoõ ra nhö sau: VR(t)/E 1 n=0 0.9 0.8 n = 0.2 0.7

n=

n = 0.3

τ1

n = 10

0.4

n = 100

0.1 0

RC

1

2

3

4

5

6

Hình 2.20

x=

t

τ1

Nhaän xeùt Khi n fH1 3 3

t

τ1

t

τ

vôùi t ≥ 0

Daïng soùng τ1

τ1 − τ

⎡τ 1 τ ⎤ ⎢τ − τ −τ ⎥ 1 ⎣ ⎦

−

⎡ ττ1 τ1 ⎤ ⎢τ − τ ln τ ⎥ ⎣ 1 ⎦

τ1

τ1 − τ

Hình 2.21 Maïch loïc thoâng thaáp hoaït ñoäng nhö boä tích phaân Ta coù: VIN (t ) = VR (t ) + VOUT (t ) VIN (t ) = RC

dVOUT (t ) + VOUT (t ) dt

Laáy tích phaân hai veá VOUT (t ) =

1 RC

t0

∫ [V

IN

(t ) − VOUT (t )]dt

0

neáu haèng soá thôøi gian laø raát lôùn so vôùi thôøi gian laáy tích phaân, maïch ñieän ñöôïc goïi laø tích phaân. Trong tröôøng hôïp naøy ñieän aùp qua tuï C seõ laø raát nhoû so vôùiñieän aùp ngang qua R vaø thaáy raèng toång ñieän aùp ngoõ vaøo vi rôi treân R. Do ñoù GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 28

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

t0

VOUT (t ) =

1 V IN (t )dt RC ∫0

Neáu vi=αt, keát quaû VOUT(t)=αt2/2RC. Khi thôøi gian taêng, ñieän aùp ngang qua tuï C duy trì khoâng ñaùng keå so vôùi ñieän aùp ngang qua R. Hình sau chæ ra raèng ngoõ ra seõ laø haøm baäc hai khi ngoõ vaøo laø haøm tuyeán tính theo thôøi gian. αRC VIN(t)

Vra(t) 0

T

t

Hình 2.22 Tích phaân cuûa moät haèng laø moät haøm tuyeán tính, vaø ñieàu naøy ñuùng vôùi ñöôøng cong ñieän aùp treân tuï öùng vôùi RC/T>>1. Khi τ >> t1

tuyeán tính

E VDC 0

t1

t

Hình 2.23 Ñieàu kieän cuûa maïch tích phaân f >> f c =

1 1 1 1 hay RC >> hay τ >> = 2πf ω 2πRC 2πf

Tröôøng hôïp ñieän aùp ngoõ vaøo vv laø tín hieäu daïng sin thì vv(t) = Vmsinωt vr(t) = Vmsinωt dt =

V − Vm cos ωt = m sin ωt − 90 0 ωRC ωRC

(

)

Nhö vaäy neáu thoûa maõn ñieàu kieän cuûa maïch tích phaân nhö treân thì ñieän aùp ngoõ ra bò chaäm pha 90o so vôùi ngoõ vaøo vaø bieân ñoä bò giaûm xuoáng vôùi heä soá tyû leä laø 1 . ωRC

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 29

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

Nhöõng ví duï naøy chæ ra raèng tích phaân phaûi ñöôïc söû duïng moat caùch caån troïng. Xaùc ñònh ñieàu kieän tích phaân thoaõ maõn coù nghóa laø moät soùng sin ngoõ vaøo phaûi ñöôïc dòch chuyeån ít nhaát 89.40, töông öùng vôùi RC>15T. Vì ngoõ ra laø moät haøm nhoû cuûa ngoõ vaøo(vì yeáu toá 1/RC), caàn thieát phaûi coù boä khueách ñaïi ngoõ ra. Caùc boä tích phaân haàu nhö luoân luoân hoaøn haûo hôn boä vi phaân trong caùc öùng duïng töông töï. Vì ñoä lôïi cuûa tích phaân giaûm theo taàn soá trong khi ñoù ñoä lôïi cuûa vi phaân giaûm treân danh nghóa tuyeán tính theo taàn soá, deã daøng ñeå oån ñònh tích phaân hôn laø vi phaân vôùi caùc dao ñoäng sai leäch do ñoä roäng baêng giôùi haïn cuûa noù, moät pheùp tích phaân thì ít bò aûnh höôûng bôûi nguoàn ñieän aùp nhieãu hôn laø moät pheùp vi phaân. Hôn nöõa, neáu daïng soùng ngoõ vaøo thay ñoåi nhanh, boä khueách ñaïi cuûa vi phaân coù theå quaù taûi. Maïch tích phaân duøng OpAmp Maïch Tích Phaân ñaûo Sô ñoà maïch C R

Vv

I2

-

I1

VRa

+ 0

Hình 2.24 Thieát laäp quan heä vaøo ra Vôùi i1 = - i2 Maø i1 = Do ñoù

vv − v − vv dv (t ) = (v − = v + = 0), i2 (t ) = C r R R dt

v v (t ) dv (t ) 1 = − C v ⇒ v r (t ) = − v v (t )dt R dt RC ∫

Heä soá tæ leä k =

−1 , hai linh kieän R vaø C ñeå taïo haèng soá thôøi gian cuûa maïch . RC

III. Caùc boä suy hao (Attenuators) Trong caùc thieát bò xung, thöôøng gaëp nhöõng tröôøng hôïp caàn phaûi laøm suy giaûm bôùt moät phaàn ñieän aùp naøo ñoù ñeå ñaûm baûo caùc chæ tieâu kyõ thuaät ñeà ra. Vaán ñeà quan troïng laø phaûi laøm theá naøo ñeå tín hieäu ñaàu ra cuûa boä suy hao giöõ nguyeân daïng soùng cuûa tín hieäu vaøo, chæ coù bieân ñoä giaûm. Caùc tín hieäu khoâng sin coù GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 30

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

chu kyø, trong ñoù coù chöùa thaønh phaàn taàn soá thaáp ñeán taàn soá cao. Ta muoán laáy ra moät phaàn tín hieäu maø khoâng laøm taêng ñoä roäng söôøn vaø laøm meùo ñænh tín hieäu xung thì heä soá phaân aùp phaûi khoâng phuï thuoäc taàn soá. Caùc boä phaân aùp coù heä soá phaân aùp khoâng phuï thuoäc taàn soá coù daïng ñôn giaûn nhaát ñöôïc minh hoïa treân hình sau R1 VV

C1

VV

VR

R2

C2

Hình 2.25a Vôùi hình a ta coù vr = Vôùi hình b ta coù vr =

VR

Hình 2.25b R2 vV R1 + R 2

C2 vV C1 + C 2

Trong thöïc teá, thöôøng coù ñieän dung kyù sinh maéc song song vôùi ñieän trôû R2 (ñieän dung cuûa taàng keá sau). Do ñoù, ñieän aùp ra seõ coù ñoä roäng söôøn nhaát ñònh, cho duø ñaàu vaøo laø xung chöõ nhaät lyù töôûng. Ñeå khaéc phuïc hieän töôïng naøy, töùc laø laøm heä soá phaân aùp khoâng phuï thuoäc taàn soá, ngöôøi ta duøng phöông phaùp buø meùo. Muoán vaäy, phaûi maéc theâm tuï C1 song song vôùi R1 nhö hình sau.

C1 VV R1

VRa R2

C2

Hình 2.26 ÔÛ taàn soá thaáp (thaønh phaàn DC), tyû leä phaân aùp laø

R2 R1 + R 2

ÔÛ taàn soá voâ cuøng lôùn ( ω → ∞ ). Tyû leä phaân aùp hoaøn toaøn phuï thuoäc vaøo C1, C2 vaø coù trò soá laø

C1 C1 + C 2

Muoán tæ leä phaân aùp chia cuøng tæ leä ôû caùc taàn soá (lôùn, beù, trung bình) thì : GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 31

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

R2 C1 = R1 + R2 C1 + C 2

Hay R2C2 + R2C1 = R1C1 + R2C1 ⇒ R2C2 = R1C1 ⇒ C1 =

R2 C2 = Cp R1

Neáu C1 = Cp : thì buø ñuùng. Neáu C1 > Cp : buø loá . Neáu C1 < Cp : buø thieáu

Vv(t) vr(t)

vv(t) vr(t)

vv(t)

Hình 2.27

MAÏCH RLC Sô ñoà maïch R VV

1

C

L 2

Hình 2.28 GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 32

VRa

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

Xeùt ngoõ vaøo laø ham böôùc Bieán ñoåi nguoàn aùp thaønh nguoàn doøng, ta coù daïng maïch nhö hình sau 1

E/R

C

R

L 2

Hình 2.29 Luùc naøy nguoàn doøng coù giaù trò i(t) =

E u(t) , vôùi u(t) laø haøm böôùc ñôn vò R

Ñeå tìm hieåu taùc duïng cuûa xung ñoät bieán doøng ñieän leân maïch RLC maéc song song, ta coù theå tìm taùc duïng rieâng leû cuûa töøng ñoät bieán doøng ñieän roài sau ñoù toång keát quaû cuûa chuùng laïi vôùi nhau. Ñaây laø daïng maïch dao ñoäng RLC maéc song song. E . R Vôùi ñieàu kieän ban ñaàu uc(0) = 0, iL(0) = 0, ta laäp ñöôïc phöông trình cho maïch nhö sau:

Neáu taïi thôøi ñieåm t = 0, ñaàu vaøo cuûa maïch ñoät bieán doøng ñieän coù bieân ñoä

Vôùi i(t) =

E u(t) : R

i(p) =

E 1 R p

Phöông trình nuùt, ta coù i(p) =

E 1 ⎛1 ⎞ 1 + pC ⎟⎟ = v ra ( p)⎜⎜ + R p ⎝ R pL ⎠

v ra ( p ) =

E RC

vôùi 2α = ω 02 =

1 E 1 = 2 1 1 RC p + 2αp + ω 02 p2 + p + RC LC

(*)

1 1 →α = RC 2 RC

1 → ω0 = LC

1 LC

Phöông trình (*) coù maãu soá trieät tieâu öùng vôùi p 2 + 2αp + ω 02 = 0 coù nghieäm p1, 2 = −

1 1 1 ± − = −α ± α 2 − ω 02 2 2 LC 2 RC 4R C

Δ = α 2 − ω 02

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 33

Bài giảng Kỹ thuật Xung v ra ( p ) =

Chương 2

E 1 RC ( p − p1 )( p − p 2 )

Coù 3 tröôøng hôïp Tröôøng hôïp Δ > 0 thì p1, p2 laø hai nghieäm thöïc

Ta coù : vr(p) =

E 1 E 1 1 1 = . ( ). − RC (p − p1 )(p − p 2 ) RC p − p1 p − p 2 p1 − p 2

= Vôùi A =

A p1 − p 2

⎛ 1 1 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ − ⎝ p − p1 p − p 2 ⎠

E = Const RC

Laáy Laplace ngöôïc cuûa vr(p) , ta ñöôïc vr(t ) = £-1 {v r ( p )}

}=

A ( e p1t − e p2t ) p1 − p 2

Ñöôøng cong ñieän aùp ra ñöôïc veõ nhö sau :

Hình 2.30 Qua hình veõ ta thaáy, giaûn ñoà thôøi gian cuûa ñieän aùp ra coù daïng moät xung ñôn höôùng vaø laø hieäu cuûa hai haøm soá muõ ep1t , ep2t .

Tröôøng hôïp Δ = 0, khi ñoù p1= p2= - α Ta coù : vr(p) =

E 1 RC ( p + α) 2

Bieán ñoåi Laplace ngöôïc ta ñöôïc: vr(t) = £-1 {v r ( p )} =

E .t.e −αt = B.t.e −αt RC

Vôùi B = E/RC = const

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 34

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

Giaûn ñoà thôøi gian cuûa ñieän aùp ra

Hình 2.31

Tröôøng hôïp Δ < 0, khi ñoù

2

Δ < 0 ⇒ Δ = ω 0 − α 2 = ω1

p1,2 = - α ± j ω1 vr(p) =

ω1 E ω 1 .RC ( p + α ) 2 + ω 1 2

Laáy Laplace ngöôïc ta ñöôïc : vr(t) = £-1 {v r ( p )} =

E C −α .t e −α .t sin ω 1t = e sin ω 1t RCω 1 ω1

Vôùi C = E/RC = const. Giaûn ñoà thôøi gian cuûa ñieän aùp ra:

Hình 2.32 Qua hình veõ ta thaáy, khi taùc duïng leân ñaàu vaøo cuûa maïch dao ñoäng RLC, maéc song song, moät ñoät bieán doøng ñieän trong maïch seõ phaùt sinh dao ñoäng coù bieân ñoä suy giaûm daàn laø do söï toàn taïi ñieän trôû phaân maïch R vaø ñieän trôû baûn thaân cuoän daây. Neáu α caøng lôùn, dao ñoäng taét daàn caøng nhanh, bieân ñoä ban ñaàu laø C/ω1 =

C 2

ω0 − α 2

caøng lôùn.

Ngöôïc laïi, heä soá suy giaûm α caøng nhoû thì dao ñoäng taét daàn chaäm hôn, nhöng bieân ñoä ban ñaàu beù.

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 35

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

Bài tập chương 2 1. Cho maïch ñieän sau C 0.1uF

12V 0V

R 1ms

Veõ ñieän aùp treân ñieän trôû vaø treân tuï öùng vôùi caùc giaù trò R nhö sau: a. R=100 Ω b. R=1K Ω c. R=10K Ω

2. Cho maïch ñieän sau R

Vv(t)

10K C 1uF

Vôùi VV(t) laø chuoãi xung vuoâng coù bieân ñoä 0 vaø 5V, f = 1Khz Veõ uC(t) vaø uR(t) vôùi 1 xung ñaàu khi a. q = 10% b. q = 40% c. q = 80%

3. Cho mạch điện sau VIN

R VOUT L

a. Tìm hàm truyền G ( s) =

VOUT ( s ) , đây là mạch lọc gì V IN ( s )

b. Tìm đáp ứng ra khi VIN (t ) = 5[u (t − 2) − u (t − 3)] GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 36

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

c. Vẽ dạng sóng vL(t) và iL(t) d. Tìm điều kiện để VIN (t ) =

dV IN (t ) dt

e. Xác định giá trị R, L nếu thời gian lấy vi phân là 5ms 4. Cho mạch điện sau

IOUT

iIN

R

L

a. Tìm hàm truyền G ( s) =

I OUT ( s ) , đây là mạch lọc gì I IN ( s )

b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 5r (t − 2) c. Tìm điều kiện để VIN (t ) =

dV IN (t ) dt

d. Xác định giá trị R, L nếu thời gian lấy vi phân là 5ms 5. Cho mạch điện sau

IOUT

iIN

R

a. Tìm hàm truyền G ( s) =

C

I OUT ( s ) , đây là mạch lọc gì I IN ( s )

b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 5e −t c. Tìm điều kiện để VIN (t ) =

dV IN (t ) dt

d. Xác định giá trị R, C nếu thời gian lấy vi phân là 2ms 6. Cho mạch điện sau

C VIN

VOUT L

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 37

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

a. Tìm hàm truyền G ( s) =

VOUT ( s ) , đây là mạch lọc gì V IN ( s )

b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 5(1 − e −t ) 7. Cho mạch điện sau, chứng minh VOUT (t ) = K

dV IN dt

R2 C2 R1 C1

VIN

-

VOUT

+ 0

8. Cho mạch điện sau

L

VIN

VOUT R

a. Tìm hàm truyền G ( s) =

VOUT ( s ) , đây là mạch lọc gì V IN ( s )

b. Tìm đáp ứng ra khi VIN (t ) = 3[u (t + 2) − u (t − 2)] c. Vẽ dạng sóng vL(t) và vR(t) t0

d. Tìm điều kiện để VIN (t ) = K ∫ VIN (t )dt 0

e. Xác định giá trị R, L nếu thời gian lấy tích phân là 5ms 9. Cho mạch điện sau

iIN

GV: Nguyễn Trọng Hải

IOUT

R

Trang 38

L

Bài giảng Kỹ thuật Xung a. Tìm hàm truyền G ( s) =

Chương 2 I OUT ( s ) , đây là mạch lọc gì I IN ( s )

b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 3r (t + 2) t0

c. Tìm điều kiện để VIN (t ) = K ∫ VIN (t )dt 0

d. Xác định giá trị R, L nếu thời gian lấy tích phân là 5ms 10. Cho mạch điện sau

IOUT

iIN

C

a. Tìm hàm truyền G ( s) =

R

I OUT ( s ) , đây là mạch lọc gì I IN ( s )

b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 3e − ( t − 2) u (t − 2) t0

c. Tìm điều kiện để VIN (t ) = K ∫ VIN (t )dt 0

d. Xác định giá trị R, C nếu thời gian lấy tích phân là 3ms 11. Cho mạch điện sau VIN

L VOUT C

a. Tìm hàm truyền G ( s) =

VOUT ( s ) , đây là mạch lọc gì V IN ( s )

b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 3(1 − e − (t + 2) )u (t + 2)

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 39

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

12. Cho mạch điện sau, chứng minh vOUT (t ) = ∫ (K 1V1 + K 2V2 + K 3V3 )dt R3

V1

C

R2

V2

R1

V3

-

Vout

+

0

13. Cho mạch điện sau, chứng minh vOUT (t ) = K ∫ (V2 − V1 )dt C1

R1

V1

-

R2

V2

VOUT

+ C2

14. Cho mạch điện sau, chứng minh vOUT (t ) = K ∫ VIN (t )dt R1

R1 0

VIN

R

C

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 40

-

VOUT

+

R

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 2

15. Cho mạch tích phân tỉ lệ PI (Proportional Intergrated) sau Chứng minh VOUT (t ) = K1VIN (t ) + K 2 ∫ VIN (t )dt C VIN

R1

R1

-

VOUT

+ 0

16. Cho mạch vi tích phân tỉ lệ PID (Proportional Integrated Differential) sau Chứng minh VOUT (t ) = K 1VIN + K 2

dV IN + K 3 ∫ VIN (t )dt dt

R1 Vv

C2

-

C1

+ 0

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 41

R2

VRa

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

CHÖÔNG 3. CHUYEÅN MAÏCH ÑIEÄN TÖÛ Caùc linh kieän ñieän töû nhö diode, transistor, ñeøn chaân khoâng ñöôïc goïi laø caùc linh kieän chuyeån maïch vì chuùng coù hai vuøng hoaït ñoäng: vuøng taét vaø vuøng daãn. ÔÛ vuøng taét, caùc linh kieän chuyeån maïch ñöôïc xem nhö khoâng daãn ñieän/daãn ñieän ôû vuøng phaân cöïc nghòch/baõo hoøa. Do ñoù, muoán hieåu roõ nguyeân lyù hoaït ñoäng caùc maïch bieán ñoåi xung, tröôùc heát caàn naém vöõng veà caáu truùc vaø baûn chaát lyù thuyeát cuûa nhöõng linh kieän treân. Khaûo saùt caùc phaàn töû ôû 2 cheá ñoä: cheá ñoä xaùc laäp vaø cheá ñoä quaù ñoä I.

CHEÁ ÑOÄ XAÙC LAÄP

1. Diode Ñöôøng Ñaëc Tính Cuûa Diode vaø maïch töông ñöông Quan heä Volts – Amperes cuûa Diode ñöôïc moâ taû nhö sau: D ⎡ qv ⎤ i D = I 0 ⎢e nkT − 1⎥ ⎣ ⎦

Caùc soá haïng trong phöông trình ñöôïc ñònh nghóa nhö sau : iD : Doøng qua diode (A) vd : Hieäu ñieän theá rôi treân Diode (V) Io

: Doøng baõo hoøa ngöôïc

q

: Ñieän tích electron, 1,6.10-19 J/V ( C )

k

: Haèng soá Boltzmann , 1,38.10-23 J/ok

T : Nhieät ñoä tuyeät ñoái (oK) n : Haèng soá kinh nghieäm , 1 ≤ n ≤ 2 ÔÛ nhieät ñoä phoøng (300oK) VT = k.T/q = 25 (mV) Do ñoù phöông trình (1) coù theå vieát laïi laø

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 43

(1)

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

⎤ ⎡ nVvD i D = I 0 ⎢e T − 1⎥ ⎥⎦ ⎣⎢

(2)

Phöông trình (2) cho ta thaáy: Neáu vD ≤ VT thì doøng iD laø doøng baõo hoøa nghòch -Io , I0 haàu nhö khoâng phuï thuoäc ñieän aùp phaân cöïc nghòch Tuøy theo caùch cheá taïo I0 ≈ nA ñoái vôùi Si vaø I0 ≈ μ A ñoái vôùi Ge I0 raát nhaïy vôùi nhieät ñoä: taêng 2 laàn khi T taêng 60C ñoái vôùi Si, va khi T taêng 100C ñoái vôùi Ge Maïch töông ñöông diode phaân cöïc nghòch laø Io A

Hoaëc

K

A

K

R

neáu vD > VT vaø hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä 25oC thì doøng ñieän thuaän cuûa Diode ñöôïc giaûn löôïc nhö sau: ⎡ vD i D = I 0 ⎢e nVT ⎢⎣

⎤ ⎥ ⎥⎦

Nhöõng phöông trình treân ñöôïc minh hoïa ôû hình sau cho caû hai vaät lieäu Sillicon vaø Germanium.

Hình 3.1: Ñaëc tuyeán Volts- Amperes

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 44

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

Ñaëc tuyeán thöïc cuûa Diode coù daïng haøm muõ. Khi phaân cöïc thuaän moái noái p-n, ôû beân phaûi ñaëc tuyeán V-A, thì ñieän trôû tieáp xuùc cuûa chaát lieäu baùn daãn tæ leä thuaän vôùi ñieän trôû thuaän. Khi phaân cöïc nghòch moái noái p-n, beân traùi ñaëc tuyeán V-A, thì doøng ñieän ræ Io tæ leä nghòch vôùi ñieän trôû nghòch. Khi Diode chòu moät ñieän aùp ngöôïc lôùn seõ laøm phaù huûy tieáp giaùp p-n. Ñieän aùp rôi treân Diode khi ñöôïc phaân cöïc thuaän laø Vγ = 0,1v ñeán 0,3v (choïn 0,2v) , Ñoái vôùi Diode loaïi Ge. Vγ = 0,6v ñeán 0,8v (choïn 0,7v) , Ñoái vôùi Diode loaïi Si. Maïch töông cuûa Diode khi ñöôïc phaân cöïc thuaän laø: A

rd

A

K

K

Vγ Diode lyù töôûng

rd : Ñieän trôû ñoäng rd = nVT / (iD + Io) ≈ nVT / iD Diode lyù töôûng coù rd = 0 vaø Vγ = 0. Trong khi söû duïng diode P-N laøm chuyeån maïch ôû cheá ñoä xaùc laäp phaân cöïc thuaän, tuøy tröôøng hôïp ta coù theå xem nhö A

K

Vγ Vγ

A

rd

K

IDz

2. Diode oån aùp baùn daãn (diode zener) a.

Ñaïi cöông

K

Vz

I0 Vγ

K N

Si

P

Izmin

+ pha taïp chaát ñaëc bieät

A

A

Hình 3.2 Moái noái P-N ñöôïc cheá taïo ñaëc bieät ñeå coù ñaëc tuyeán V-A nhö hình veõ GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 45

IZMax

VDz

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

Khi phaân cöïc thuaän Diode Zener hoaït ñoäng nhö diode naén ñieän Si bình thöôøng Vγ = 0.6V Khi phaân cöïc nghòch Khi V < VZ thì Izener = I0 doøng baõo hoøa Khi V > VZ thì VD = VZ Caùc giaù trò giôùi haïn Söû duïng diode Zener ta phaûi quan taâm ñeán • VZ • PZmax hay IZmax (doøng toái ña qua zener) Nhaø saûn xuaát thöôøng cho PZmax Thoâng thöôøng

VZ = 2 ÷ 200V PZmax = 0.5W ÷ 100W

Chuù yù Khi söû duïng diode zener luoân luoân phaûi coù ñieän trôû haïn cheá doøng (ñieän trôû xaùc ñònh doøng) R

IL

0.2.IL V

Hình 3.3

R=

V − VZ I L + 0.2 I L

Töø ñoù tính ñöôïc coâng suaát treân zener laø ⎛ V − VZ ⎞ PDZ = ⎜ − I L ⎟.VZ ⎝ R ⎠

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 46

RL

Bài giảng Kỹ thuật Xung b.

Chương 3

Maïch töông ñöông Töø ñoù ta coù maïch töông ñöông nhö sau: I Vz Vγ

Vγ

Vz

V

Rz

ΔI

Moâ hình PCN

ΔV

Moâ hình PCT

Hình 3.4

RZ =

ΔV ΔI

3. Transistor Transistor thuoäc hoï linh kieän ba cöïc, bao goàm hai baùn daãn loaïi p vaø moät baùn daãn loaïi n ñoái vôùi loaïi PNP, hai baùn daãn loaïi n vaø moät baùn daãn loaïi p ñoái vôùi loaïi NPN. Sô ñoà kyù hieäu cuûa Transistor ñöôïc moâ taû ôû hình 1.8. Chieàu doøng ñieän ñöôïc qui öôùc theo chieàu cuûa muõi teân.

C

C

B

B

NPN

Kyù hieäu

E

Kyù hieäu Hình 3.5

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 47

PNP

E

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

Ñöôøng cong ñaëc tính cuûa Transistor ñöôïc bieåu dieãn nhö sau

Hình 3.6 Ñöôøng ñaëc tính naøy laø ñöôøng cong ñaëc tính Collector – Emitter, vôùi thoâng soá ngoõ vaøo laø doøng iB vaø vBE theo quan heä nhö sau iB = f(vBE) vaø thoâng soá ngoõ ra laø iC vaø vCE theo quan heä nhö sau iC = f(vCE). Nhìn treân ñöôøng ñaëc tính Transistor nhö sau :

ta coù theå phaân

thaønh ba vuøng laøm vieäc cuûa

Vuøng taét Transistor rôi vaøo vuøng hoaït ñoäng naøy khi thoõa maõn ñieàu kieän sau: Moái noái BE phaûi ñöôïc phaân cöïc nghòch . Khi ñoù, caùc thoâng soá ngoõ ra laø doøng iC gaàn nhö baèng 0 vaø ñieän aùp vCE gaàn baèng VCC . C B

`

E

IE = 0

Vcc

ICO

Vcc

Rc

Rc

Rb RL

E

Hình 3.7 Transistor ñöôïc xem laø taét hoaøn toaøn neáu IE = 0 GV: Nguyễn Trọng Hải

Vout = Vcc neu RL >> Rc

C

Trang 48

RL

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

Xeùt tröôøng hôïp khi IB = 0 transistor coù taét khoâng? Ñoái vôùi transistor, coù quan heä IC = -αIE + ICo IB + IC = IE Khi IB = 0 → I C =

I CO 1−α

• Neáu BJT thuoäc hoï Ge: α ≈1 → IC raát lôùn: khoâng taét Ñeå BJT taét ta phaûi cöôõng böùc baèng caùch phaân cöïc nghòch moái noái BE • Neáu BJT thuoäc hoï Si: α ≈ 0 → IC = ICO :taét Vuøng khueách ñaïi Transistor hoaït ñoäng trong vuøng khueách ñaïi khi moái noái BE ñöôïc phaân cöïc thuaän (VB > VE ) vaø moái noái BC ñöôïc phaân cöïc nghòch (VC >VB). ÔÛ cheá ñoä naøy thì

IB = β IC

Vôùi β laø heä soá ñoä lôïi doøng DC, giaù trò ñieån hình cuûa β bieán thieân trong phaïm vi töø 20 ñeán 800 tuøy theo loaïi Transistor. Vuøng khyeách ñaïi ñaõ ñöôïc khaûo saùt trong caùc taøi lieäu veà ñieän töû 1, 2. Trong phaàn chuyeån maïch seõ chæ khaûo saùt ôû 2 cheá ñoä taét vaø baõo hoøa Vuøng baõo hoøa Transistor laøm vieäc ôû vuøng baõo hoøa caàn thoõa maõn caùc ñieàu kieän sau: • Moái noái BC vaø moái noái BE ñeàu ñöôïc phaân cöïc thuaän. C B

E Vcc

Vcc Rc

Rc E

RL

Hình 3.8

GV: Nguyễn Trọng Hải

Vout = 0

C

Rb

Trang 49

Rt

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

Transistor rôi vaøo vuøng baõo hoøa khi ngoõ vaøo phaûi ñöôïc cung caáp tín hieäu ñuû lôùn sao cho ñieän aùp taïi cöïc neàn (VB) lôùn hôn moät möùc ngöôõng ñeå Transistor phaân cöïc baõo hoøa. Möùc ñieän aùp ngöôõng naøy laø VBEsat , noù coù trò soá tuøy thuoäc vaøo töøng loaïi chaát baùn daãn . • VBEsat = 0,7V ñeán 0,8V ,

Transistor loaïi Si

• VBEsat = 0.3V

Transistor loaïi Ge

,

Khi söû duïng ôû cheá ñoä chuyeån maïch, Transistor thoâng thöôøng maéc theo daïng E chung ( maéc CE ). Khaûo saùt moät daïng maïch maéc CE laøm vieäc ôû cheá ñoä baõo hoøa. Vcc Rc

Rb Vbb 0

0

Hình 3.9 ÔÛ traïng thaùi baõo hoøa : VC = VCEsat ≈ 0.1 ÷ 0.2V ICsat ñöôïc tính theo coâng thöùc sau : ICsat =

VCC −VCEsat . Rc

Khi ñaõ coù doøng ñieän taûi IC , ta phaûi tính doøng ñieän caàn thieát caáp cho cöïc neàn B, nhaèm choïn trò soá RB thích hôïp. Ta xaùc ñònh IBsat theo bieåu thöùc : IBsat =

1

β

.ICsat

Tröôøng hôïp caàn cho Transistor laøm vieäc ôû cheá ñoä baõo hoøa saâu, thì coù theå tính IB theo coâng thöùc: IBsat =

I Csat

β

.k

,Trong ñoù, k laø heä soá baõo hoøa saâu (k =

2 ÷ 5). Khi Transistor baõo hoøa, caùc giaù trò IBsat vaø ICsat , ñeàu do maïch ngoaøi quyeát ñònh Ta coù theå xaùc ñònh RB theo coâng thöùc sau RB =

V − V BEsat I Bsat

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 50

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

4. OpAmp (Operational-Amplifier) Op-amp laø loaïi linh kieän ñöôïc öùng duïng phoå bieán trong lónh vöïc ñieän töû. Gaàn nhö moïi chöùc naêng trong lónh vöïc naøy ñeàu coù theå duøng Op-amp ñeå thöïc hieän. Chaúng haïn, thöïc hieän caùc pheùp tính: Coäng, tröø , tích phaân trong maùy tính töông töï, laøm thaønh phaàn noàng coát trong caùc maïch khueách ñaïi, maïch ño, boä dao ñoäng, maïch taïo aâm, maïch caûm bieán. Op-amp laø loaïi linh kieän ñöôïc tích hôïp, goàm hai ngoõ vaøo: Ñaûo vaø khoâng ñaûo, moät ngoõ ra. Op-amp hoaït ñoäng ñöôïc phaûi caàn cung caáp caëp nguoàn ñieän aùp ñoái xöùng döông vaø aâm, ñieåm giöõa cuûa caëp nguoàn naøy ñöôïc xem laø mass (0V). Do vaäy, tín hieäu ôû ngoõ ra cuûa boä khueách ñaïi thuaät toaùn coù theå bieán ñoåi caû veà phía döông hay phía aâm so vôùi mass. Kyù hieäu vaø sô ñoà töông ñöông cuûa OpAmp nhö sau: +Vcc

Ro V+

V+

+

V-

-

Vout

Rin

Vout

V-Vcc

Hình 3.10 Moâ hình goàm moät nguoàn aùp phuï thuoäc (phuï thuoäc vaøo ñieän aùp ngoõ vaøo), trôû khaùng ngoõ vaøo (Rin) vaø trôû khaùng ngoõ ra (Ro). Ñieän aùp vaøo vi sai vd = v+ - vTrôû khaùng ngoõ vaøo cuûa Op-amp töông ñöông nhö moät ñieän trôû. Ñieän aùp ngoõ ra tæ leä thuaän vôùi ñieän aùp ngoõ vaøo, vaø ta bieåu thò heä soá tæ leä naøy laø ñoä lôïi voøng hôû (G). Vì vaäy, ñieän aùp ngoõ ra khueách ñaïi G laàn ñieän aùp vaøo vi sai vaø ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau: vo = G (v+ - v-) = G .vd Op-amp lyù töôûng coù nhöõng ñaëc ñieåm nhö sau: Trôû khaùng ngoõ vaøo, Rin = ∞ Trôû khaùng ngoõ ra, Ro = 0 Ñoä lôï voøng hôû, G → ∞ Baêng thoâng BW → ∞ vo = 0, khi v+ = vTa coù v+ - v- = vo /G (*) Vì G → ∞, do ñoù phöông trình (*) ñöôïc vieát laïi nhö sau: v+ - v- = 0 → v+ = vBôûi ñieän trôû ngoõ vaøo Rin → ∞, neân doøng ñieän chaïy vaøo hai ngoõ vaøo ñaûo vaø khoâng ñaûo laø zero i+ = i- = 0 GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 51

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

Tuøy thuoäc ñieän aùp ôû hai ngoõ vaøo naøy so saùnh vôùi nhau maø Op-amp seõ laøm vieäc moät trong hai traïng thaùi sau: • Neáu v+ > v- thì vo = +V, goïi laø traïng thaùi baõo hoøa döông . • Neáu v+ < v- thì vo = -V, goïi laø traïng thaùi baõo hoøa aâm. Hai traïng thaùi baõo hoøa naøy töông ñöông vôùi ngoõ ra cuûa Op-amp ôû hai möùc ñieän aùp cao vaø ñieän aùp thaáp, ñeå taïo ra caùc xung ñieän. Ñaëc tuyeán truyeàn ñöôïc theå hieän nhö sau

Hình 3.11 II. CHEÁ ÑOÄ QUAÙ ÑOÄ Trong phaàn naøy chuû yeáu nghieân cöùu caùc hieän töôïng xaûy ra trong quaù trình chuyeån maïch (luùc quaù ñoä). Seõ khoâng ñi quaù saâu veà baûn chaát vaät lyù maø chuû yeáu neâu hieän töôïng vaø ñeà ra bieän phaùp caûi thieän daïng soùng ra 1. Diode baùn daãn PN

Vv

a. Ñaïi cöông

VV

+V ID

t

0 RL

-V ID

Hình 3.12

VR RT

+

T1

T2 I0

0 −

VR RT

Aûnh höôûng do hat taûi ñieän thieåu soá

t

Aûnh höôûng do ñieän dung CD

Do aûnh höôûng cuûa haït taûi ñieän thieåu soá trong thôøi gian T1 neân diode chöa taét hoaøn toaøn, daïng cuûa doøng ñieän nhö hình beân

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 52

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

Thôøi gian T1 khoaûng 0.1 μs vaø taêng khi

V lôùn Rt

T2 gaáp vaøi laàn T1 b. Caûi thieän • Toát nhaát neân duøng diode chuyeån maïch (switching diode) • Neáu khoâng, theâm tuï C (thöôøng do nhaø cheá taïo cung caáp thoâng soá) ñeå giaûm aûnh höôûng cuûa tuï Cd nhö sau Cd

Vr

RL

I0

0

C

t

Hình 3.13 2. Transistor 2 moái noái Quaù trình quaù ñoä xaûy ra trong BJT laø phöùc taïp. ÔÛ ñaây chæ khaûo saùt caùc yeáu toá gaây neân söï meùo daïng cuûa xung ra V v

a. Thôøi gian chuyeån maïch

V1

t

0 -V2

Vcc

IB V1

VV

Rc Rb

V1

t

0

-V2

-V2

IC 0

Hình 3.14 Thôøi gian môû (3) bao goàm

ICbh 0.9ICbh 0.1ICbh 12 3

4 5 6

t

• Thôøi gian treã td (1) laø thôøi gian caàn thieát ñeå Vv taêng töø 0 ñeán Vγ • Thôøi gian leân tr (2) chuû yeáu phuï thuoäc ñieän dung ngoõ vaøo CV cuûa BJT GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 53

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

Thôøi gian taét (6) bao goàm • Thôøi gian toàn tröõ tS (4), thôøi gian caàn thieát ñeå xaû ñieän tích thöøa khi baõo hoøa. Baõo hoøa caøng saâu thì tS caøng lôùn • Thôøi gian xuoáng tf (5) chuû yeáu do aûnh höôûng ñieän dung CV ngoõ vaøo cuûa BJT b. Caûi thieän soùng ra • Söû duïng BJT chuyeån maïch, hay BJT cao taàn coù fT cao • Coù theå caûi thieän thôøi gian treã td neáu VV laø daïng soùng vuoâng saéc caïnh • Caûi thieän tr vaø tf. Ngoaøi vieäc VV laø soùng vuoâng coù caïnh leân vaø caïnh xuoáng saéc caïnh ta coù theå duøng tuï taêng toác (speed up capacitor) maéc song song vôùi RB (gioáng yù nieäm caàu phaân aùp) Vcc

Cb

Rc

Rb

Cv 0

0

Hình 3.15 Giaù trò cuûa Cb côõ vaøi pF vaø thöôøng ñöôïc nhaø saûn xuaát cung caáp • Caûi thieän thôøi gian toàn tröõ tS baèng caùch khoâng cho BJT baõo hoøa saâu, noäi dung cuûa PP naøy laø Khi BJT baõo hoøa, caû 2 moái noái BC vaø BE ñeàu phaân cöïc thuaän, nhö vaäy VB > VC hay VB ≥ VC + Vγ Maéc theâm 1 maïch ghim ñieän aùp (seõ hoïc ôû chöông 4) nhö sau

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 54

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3 0.3V

Hình 3.16 Maïch ghim coù taùc duïng ngaên khoâng cho VBC taêng quaù laøm cho BJT baõo hoøa saâu Ngoaøi ra coøn söû duïng diode Schottky hay transistor Schottky ñeå taêng toác ñoä chuyeån maïch

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 55

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

Baøi taäp chöông 3 1. Cho maïch nhö sau

Vcc=10V

Rb

Rc=1K

0

IB = 0.2mA a. Xaùc ñònh β min ñeå BJT baõo hoøa b. Neáu thay RC = 220 vaø söû duïng transistor coù β min =60 taïi IC = 50mA. Maïch coù baõo hoøa khoâng 2. Neáu BJT cuûa baøi 1 coù β min =60, ICo = 50nA, RC = 1K Tìm coâng suaát nhieät cuûa BJT khi a. BJT taét b. BJT baõo hoøa c. VCE =2V 3. Tìm quan heä Y theo A, B. Bieát diode coù Vγ = 0,6; rD = 0

A

+5V

B

Y

(a)

A

R

B

0

GV: Nguyễn Trọng Hải

R

Trang 56

(b) Y

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 3

4. Tìm quan heä Y theo A, B bieát BJT laø loaïi Si, V γ = 0.6, β = 100 Vcc=+5V

Vcc=+5V

Rc=1K

Rc=1K 10K

Y

A

10K

Y

A 10K

(b)

B

(a)

0

0

Vcc=+5V Rc=1K

Rc=1K Y

10K A

(c)

10K B 0

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 57

0

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

CHÖÔNG 4. MAÏCH XEÙN, MAÏCH SO SAÙNH

I.

KHAÙI NIEÄM Trong heä thoáng tuyeán tính, khi moät tín hieäu daïng sin taùc ñoäng ôû ngoõ vaøo, ngoõ ra khoâng bò bieán daïng. ÔÛ nhöõng heä thoáng naøy, caùc linh kieän ñöôïc duøng laø nhöõng phaàn töû tuyeán tính. Ñoái vôùi nhöõng phaàn töû khoâng tuyeán tính (phi tuyeán ) ñaëc tuyeán Volt-Ampere khoâng laø ñöôøng thaúng. Ñaëc tính khoâng tuyeán tính ñöôïc aùp duïng trong vieäc bieán ñoåi daïng soùng ngoõ vaøo. Daïng soùng naøy raát höõu duïng trong nhöõng öùng duïng kyõ thuaät xung. Moät daïng maïch ñöôïc khaûo saùt trong chöông naøy maø daïng soùng ra khoâng tuyeán tính goïi laø maïch xeùn (clipping). Maïch xeùn cuõng ñöôïc xem töông ñöông nhö moät maïch giôùi haïn, maïch choïn ñieän aùp, hay maïch choïn bieân ñoä. Maïch haïn cheá bieân ñoä laø maïch maø tín hieäu ñaàu ra laëp laïi tín hieäu ñaàu vaøo khi ñieän aùp ñaàu vaøo chöa vöôït qua moät giaù trò naøo ñoù goïi laø ngöôõng cuûa maïch haïn cheá, coøn ngöôïc laïi ñieän aùp ñaàu ra seõ giöõ nguyeân moät giaù trò khoâng ñoåi khi ñieän aùp ñaàu vaøo vöôït ra ngoaøi ngöôõng haïn cheá cuûa maïch. Giaù trò khoâng ñoåi ñoù goïi laø möùc haïn cheá. Moät maïch xeùn ñöôïc ñònh nghóa nhö moät maïch haïn cheá bieân ñoä ñieän aùp bôûi söï caét boû nhöõng thaønh phaàn khoâng caàn thieát cuûa daïng soùng ngoõ vaøo. Söï caét boû naøy coù theå thöïc hieän beân treân hoaëc beân döôùi cuûa tín hieäu ngoõ vaøo moät möùc naøo ñoù. Maïïch xeùn laø moät maïng hai cöûa, coù ñöôøng ñaëc tính laø nhöõng ñöôøng gaõy lyù töôûng, coù moät ñöôøng nghieâng ñi qua hoaëc khoâng ñi qua goác toïa ñoä, moät hay hai ñöôøng naèm ngang coù nhieäm vuï loaïi boû nhöõng thaønh phaàn khoâng caàn thieát cuûa tín hieäu ngoõ vaøo. Ngoõ ra quan heä vôùi ngoõ vaøo theo phöông trình: vr = f(vv).

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 58

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

Caùc daïng ñaëc tuyeán vaøo –ra coù theå coù nhö sau

Hình 4.1 Veà thöïc chaát maïch xeùn ñoùng vai troø nhö moät chuyeån maïch ñieän töû (switching). Neáu nhö khoùa maéc noái tieáp vôùi taûi thì tín hieäu seõ ñi qua khi khoùa ñoùng vaø bò chaën laïi khi khoùa môû, töùc laø ñoùng vai troø cuûa moät phaàn töû phi tuyeán. Ñeå thöïc hieän yeâu caàu ñoù, ngöôøi ta duøng caùc phaàn töû khoâng tuyeán tính nhö: Diode, Transistor, Op-amp…. Rieâng maïch haïn cheá duøng Transistor vaø Op-amp, ngoaøi nhieäm vuï caét boû nhöõng thaønh phaàn khoâng caàn thieát coøn khueách ñaïi tín hieäu, neân coøn goïi laø maïch haïn cheá khueách ñaïi. Nhöõng yeâu caàu cuûa maïch xeùn laø ñoä saéc khi caét, ñoä oån ñònh cuûa nguôõng. Ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo nhöõng phaàn töû phi tuyeán ñöôïc söû duïng. II. MAÏCH XEÙN VÔÙI DIODE LYÙ TÖÔÛNG Theo caùch maéc cuûa Diode, chia maïch xeùn duøng Diode thaønh hai loaïi song song vaø noái tieáp. Maïch haïn cheá noái tieáp coù Diode ñöôïc maéc noái tieáp vôùi taûi Maïch haïn cheá song song coù Diode ñöôïc noái song song vôùi taûi. Theo chöùc naêng, maïch xeùn noái tieáp vaø song song ñöôïc chia thaønh hai loaïi xeùn aâm, xeùn döông vaø maïch xeùn hai phía. Xeùn aâm laø caét boû thaønh phaàn aâm cuûa daïng soùng tín hieäu vaøo vaø chæ giöõ laïi thaønh phaàn döông Xeùn döông laø caét boû thaønh phaàn döông cuûa daïng soùng tín hieäu vaøo vaø chæ giöõ laïi phaàn aâm Xeùn hai phía laø caét boû caû thaønh phaàn aâm vaø thaønh phaàn döông cuûa tín hieäu vaøo moät möùc naøo ñoù. GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 59

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

1. Maïch xeùn song song a. Maïch Xeùn Döông Maïch goàm caùc phaàn töû nhö ñieän trôû R, nguoàn VDC, Diode. Giaû söû tín hieäu vaøo laø daïng soùng sin, coù bieân ñoä max laø ± V. Khaûo saùt moät soá daïng maïch xeùn cô baûn nhö sau : Daïng maïch 1 R Vv

Vr

Hình 4.2 Daïng maïch 2

Vr

A Vv

R C Vdc

B

Hình 4.4 Ngöôõng xeùn VDC = V GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 60

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

Daïng maïch 3

Vr

A R Vv

C

Vdc

B

Hình 4.6 b. Maïch Xeùn AÂm Xeùt tín hieäu ngoõ vaøo laø daïng soùng sin coù bieân ñoä max laø ±V Daïng maïch 1

R Vv

Vr

Hình 4.8

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 61

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

Daïng maïch 2 Vr

A R Vv

C Vdc

B

Hình 4.10 Daïng maïch 3 Vr

A R Vv

C

Vdc

B

Hình 4.12

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 62

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

2. Maïch xeùn noái tieáp Ta khaûo saùt tín hieäu ngoõ vaøo ôû ñaây laø daïng hình sin coù bieân ñoä max laø ± V. Caùc daïng maïch cô baûn ñöôïc trình baøy nhö sau: a. Maïch Xeùn AÂm Daïng maïch 1

Vv

R

Vr

Hình 4.14 Daïng maïch 2

Vdc

Vv

A

B

R

Vr

Hình 4.16

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 63

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

Daïng maïch 3

Vdc A

C

Vv

R

Vr

B

Hình 4.18 b. Maïch Xeùn Döông Daïng maïch 1

Vv

R

Vr

Hình 4.20

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 64

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

Daïng maïch 2

Vdc

C

A Vv

R

Vr

B

Hình 4.22 Daïng maïch 3

Vdc A Vv

C R

Vr

B

-VDC

Hình 4.24

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 65

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

III. MAÏCH XEÙN VÔÙI DIODE THÖÏC TEÁ Ñoái vôùi Diode thöïc teá, khi phaân cöïc thuaän thì coù daïng töông ñöông nhö sau:

A

K

A

Vγ

rd

K

1. Vγ Khi Vγ so saùnh ñöôïc vôùi Vv, nhaát laø vôùi VDC , thì ta phaûi keå Vγ vaøo maïch. Tröôøng hôïp naøy thöôøng laø maïch söû duïng Diode loaïi Si, coù vγ = 0,6V, vaø nguoàn VDC beù. Khi VDC >> Vγ , thì ta coù theå boû qua Vγ Ta xeùt daïng maïch maø trong ñoù Vγ so saùnh ñöôïc vôùi VDC

Vv

Vr R

VDC=2V Vγ = 0,6

Hình 4.26 Ñaây laø daïng maïch xeùn song song, coù Vv = 8 sinωt Neáu VV > Vγ + VDC = 2,6 v , thì Diode daãn, tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra , luùc naøy ta coù VR = VDC + Vγ = 2,6 (V). Neáu vv < Vγ + VDC = 2,6( v), thì Diode ngöng daãn, do ñoù Vr = Vv = 8 sinωt. 2. rd Khi D daãn thì toàn taïi ñieän trôû thuaän rd (ñieän trôû ñoäng), rd so saùnh ñöôïc vôùi R (ñieän trôû taûi), luùc ñoù tín hieäu ra seõ bò meùo khoâng coøn saéc saûo nöõa.

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 66

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

Caùc daïng meùo coù theå gaëp nhö sau Tröôøng hôïp a R Vv

Vr Vdc

Hình 4.27a Tröôøng hôïp b Vr

Vv R Vdc

Hình 4.27b Chöùng minh Xeùt tröôøng hôïp a, maïch töông ñöông cuûa diode D khi D laø Diode thöïc teá. Phaân cöïc thuaän Vγ

A

ΔV rd

K

ΔI

Phaân cöïc nghòch

rd =

ΔV ΔI

Io

A

K

Io

V

Rng =

ΔVng ΔI ng

→∞

Rng

Vôùi giaû söû Rng → ∞ hay Rng >> R (ñieàu naøy phuø hôïp vôùi thöïc teá nhaát laø khi diode laø loaïi Si) Khi Vv < VDC + Vγ , diode phaân cöïc nghòch, D taét ⇒ Vr = Vv hay

vr =1 vv

I

Khi Vv ≥ VDC + Vγ , D phaân cöïc thuaän ⇒ D daãn, luùc naøy GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 67

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

Vra = VDC + Vγ + Vr d

(*)

Ta coù , Vr d = i. rd maø i =

vv − (VDC + Vγ ) R + rd

= vv .

1 1 − (V DC + Vγ ). R + rd R + rd

Phöông trình (*) ⇒ v ra = vv .

rd r − (VDC + Vγ ). d + (VDC + Vr ) R + rd R + rd

⇒ v ra = vv .

⎛ rd r + (VDC + Vγ ).⎜⎜1 − d R + rd ⎝ R + rd

⇒ v ra = vv .

rd R + (V DC + Vγ ). R + rd R + rd

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛

R

⎞

⎟⎟ → 1 thì quan heä giöõa • Neáu rd > rd), thôøi gian xaû heát laâu hôn so vôùi thôøi gian naïp ñaày. IV. MAÏCH XEÙN ÔÛ 2 MÖÙC ÑOÄC LAÄP Maïch naøy laø daïng maïch gheùp hai maïch xeùn song song vôùi nhau. Ñeå thöïc hieän maïch naøy, ta coù theå duøng hai ngöôõng xeùn VB1, VB2 vaø keát hôïp vôùi hai Diode, hoaëc coù theå duøng hai Diode Zener. Nhieäm vuï cuûa maïch naøy laø loaïi boû bôùt caû hai thaønh phaàn treân vaø döôùi cuûa tín hieäu ngoõ vaøo. Khaûo saùt moät soá daïng maïch xeùn ôû hai möùc ñoäc laäp cô baûn nhö sau:

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 69

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

1. Daïng maïch duøng diode Vv

Vr 5k

D2 10k

D1 R1

VB1=3V

VB2=4V

Hình 4.30 Tín hieäu vaøo laø daïng sin coù vi = 9 sin ωt, vaø giaû thuyeát laø Vγ = 0, rd = 0 (Diode lyù töôûng)

Hình 4.31 2. Daïng maïch duøng diode zener R D1 Vv D2

Vγ1 Vγ2

Vr

Hình 4.32

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 70

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

Hình 4.33

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 71

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 4

Baøi taäp 1. Veõ ñaëc tuyeán vaøo-ra vaø daïng soùng ra cuûa maïch sau Vr

A

+16V 1

R

2

Vv

Si C

-16V

4V B

2. Cho maïch sau vôùi Vin = 18sin ω t , Vγ = 0, 7 V , VZ = 8V

R1

Vin

Veõ ñaëc tuyeán vaøo ra (Vin-Vout) vaø daïng soùng Vin, Vout öùng vôùi

Vout

1,2K R2

a). R2 = 0 b). R2 = 0.5K

Hình 2

c). R2 = 2.2K 3. Cho maïch sau vôùi Vin = 10 sin ω t , Vγ = 0,7 V , VZ = 3V ,rD=0.

R2

Vin

Vout

Veõ ñaëc tuyeán vaøo-ra vaø daïng soùng Vin(t) , VOUT(t) öùng vôùi a). R2 = 0

R1

1K

b). R2 = 220 Hình 2

4. Cho maïch sau vôùi Vin = 10 sin ω t , Vγ = 0,6V , VZ = 3V

R

Vin

Vout

Veõ ñaëc tuyeán vaøo ra (Vin-Vout) vaø daïng soùng Vin(t) , VOUT(t) öùng vôùi a). rD = 0

Hình 2

b). rD = 0,5K; R=1K 5. Cho maïch sau. Veõ caùc daïng soùng ñieän aùp ngoõ ra Vr(t) khi ñieän aùp ngoõ vaøo Vin(t) laø ñieän aùp khu vöïc, daïng sin, taàn soá 50Hz, 220V hieäu duïng, bieát caùc Diode baùn daãn vaø oån aùp ñeàu coù Vγ =0,6V ; VZ = 6V a). rD = 0 b). rD = 0,5K

10K Vin(t)

DZ

Hình 2A

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 72

10K VrA(t)

VrB(t)

Vin(t) D Hình 2B

DZ

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

CHÖÔNG 5. MAÏCH KEÏP I.

KHAÙI NIEÄM Maïch keïp hay coøn goïi laø maïch ghim ñieän aùp, maïch dòch möùc DC cuûa tín hieäu AC ñaït ñeán moät möùc xaùc ñònh, maø khoâng bò bieán daïng soùng. Maïch keïp ñöôïc döïa treân cô sôû nhö moät maïch phuïc hoài thaønh phaàn ñieän aùp DC. Noù duøng ñeå oån ñònh neàn hoaëc ñænh cuûa tín hieäu xung ôû moät möùc xaùc ñònh naøo ñoù baèng hoaëc khaùc khoâng. Nhö vaäy maïch seõ keïp tín hieäu ôû nhöõng möùc DC khaùc nhau Daïng soùng ñieän aùp coù theå bò dòch moät möùc, do nguoàn ñieän aùp khoâng phuï thuoäc ñöôïc coäng vaøo. Maïch keïp vaän haønh dòch möùc, nhöng nguoàn coäng vaøo khoâng lôùn hôn daïng soùng ñoäc laäp. Löôïng dòch phuï thuoäc vaøo daïng soùng hieän thôøi. Maïch keïp caàn coù: Tuï C ñoùng vai troø phaàn töû tích naêng löôïng Diode D ñoùng vai troø khoùa Ñieän trôû R Nguoàn DC taïo möùc DC Hai loaïi maïch keïp chính: Maïch keïp Diode vaø Transistor. Daïng naøy ghim möùc bieân ñoä döông hoaëc möùc bieân ñoä aâm, vaø cho pheùp ngoõ ra môû roäng chæ theo moät höôùng töø möùc chuaån. Maïch keïp khoùa (ñoàng boä) duy trì ngoõ ra taïi moät soá möùc coá ñònh cho ñeán khi ñöôïc cung caáp xung ñoàng boä vaø luùc ñoù ngoõ ra môùi ñöôïc cho pheùp lieân heä vôùi daïng soùng ngoõ vaøo. Ñieàu kieän maïch keïp: Giaù trò R vaø C phaûi ñöôïc choïn ñeå haèng soá thôøi gian τ = RC ñuû lôùn ñeå suït aùp qua tuï khoâng quaù lôùn Trong phaàn lyù thuyeát naøy ta xem tuï naïp ñaày sau 3τn vaø tuï xaû heát sau 3τx Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa caùc maïch ghim ñieän aùp döïa treân vieäc öùng duïng hieän töôïng thieân aùp, baèng caùch laøm cho caùc haèng soá thôøi gian phoùng vaø naïp cuûa tuï trong maïch khaùc haún nhau.

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 73

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

II. MAÏCH KEÏP DUØNG DIODE LYÙ TÖÔÛNG Loaïi maïch keïp ñôn giaûn söû duïng moät Diode keát hôïp vôùi maïch RC. Tuï C ñoùng vai troø laø phaàn töû tích - phoùng naêng löôïng ñieän tröôøng, Diode D ñoùng vai troø laø khoùa ñieän töû , coøn nguoàn DC taïo möùc chuaån. Caùc giaù trò R vaø C phaûi choïn thích hôïp, ñeå haèng soá thôøi gian τ = RC ñuû lôùn nhaèm laøm suït aùp qua tuï C khoâng quaù lôùn hoaëc tuï C khoâng ñöôïc xaû ñieän nhanh. Tuï naïp ñaày vaø phoùng ñieän heát trong thôøi gian 3τ ñeán 5τ, ôû ñaây caùc Diode ñöôïc xem laø lyù töôûng. 1. Maïch Ghim Ñænh Treân Cuûa Tín Hieäu ÔÛ Möùc Khoâng Daïng maïch Xeùt tín hieäu vaøo laø chuoãi xung coù bieân ñoä max laø ±Vm

C Vv

Vra D

R

Hình 5.1 Ñaây laø maïch keïp ñænh treân cuûa tín hieäu ôû möùc ñieän aùp laø 0v. Ñieän trôû R coù giaù trò lôùn, vôùi nhieäm vuï laø nhaèm khaéc phuïc nhöôïc ñieåm: Khi bieân ñoä tín hieäu vaøo giaûm thì maát khaû naêng ghim ñænh treân cuûa tín hieäu vaøo ôû möùc khoâng. Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 74

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, thôøi ñieåm toàn taïi xung döông ñaàu tieân, vv = Vm , Diode D daãn, tuï C ñöôïc naïp ñieän qua Diode (khoâng qua R, vì ñieän trôû thuaän cuûa D raát nhoû), cöïc aâm cuûa tuï taïi ñieåm A, tuï naïp vôùi haèng soá thôøi gian laø: τ n = CRd = 0 ⇒ VC = +Vm (tuï naïp ñaày töùc thôøi) luùc naøy Vr = Vv - Vc = 0 Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, thôøi ñieåm maø ngoõ vaøo toàn taïi xung aâm, VV = -Vm, Diode bò phaân cöïc nghòch, D ngöng daãn, luùc naøy tuï C phoùng ñieän qua R, coù daïng maïch töông ñöông nhö hình veõ. Vc = V

V

V

R

Vra

V

R

Vra

Thôøi haèng phoùng ñieän laø τf = CR , thôøi gian naøy raát lôùn so vôùi khoaûng thôøi gian töø t1 ñeán t2 , do vaäy tuï C chöa kòp xaû maø vaãn coøn tích laïi moät löôïng ñieän aùp laø Vc = Vm. Do vaäy, vr = vv - vc = -Vm -Vm = - 2Vm . 2. Maïch Ghim Ñænh Treân Cuûa Tín Hieäu ÔÛ Möùc Ñieän Aùp Baát Kyø Daïng maïch

C

Vv

D Vdc

R Vra

Hình 5.3 GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 75

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

Tín hieäu vaøo laø daïng xung coù taàn soá f = 1 Hz vaø bieân ñoä max laø ±Vm. Giaû söû cho C = 0,1 μ F, VDC = 5v, R = 1000 k Ω , Vm = 10(v) Ta coù f = 1KHz ⇒ T =

1 = 1(ms ) f

Baùn kyø coù thôøi gian laø

T = 0.5(ms ) 2

Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng: Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, ngoõ vaøo toàn taïi xung döông Vv = Vm =10v >VDC, Diode D daãn ñieän, tuï C ñöôïc naïp ñieän qua Diode D vôùi haèng soá thôøi gian τ = rd.C ≈ 0 Tacoù VDC + Vγ + VC = VV giaù trò ñieän aùp maø tuï naïp ñaày laø: Vc = Vv - Vγ - VDC = 10 – 5 = 5(v) Do ñoù Vra = VDC - Vγ = 5(v) Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2 thì ngoõ vaøo toàn taïi xung aâm, Vv = -Vm = -10v, Diode D ngöng daãn, tuï C phoùng ñieän qua R, vôùi thôøi haèng phoùng ñieän τf = CR = 0,1.10-6 .106 = 0,1(s ) = 10 (ms). Vaäy sau 5τ thì tuï phoùng heát, töùc sau 5.10 = 50 (ms), thôøi gian naøy lôùn gaáp 20 laàn thôøi gian töø t1 ñeán t2 (0,5ms), do vaäy vc vaãn giöõ möùc ñieän aùp laø 5v Vr = Vv - Vc = -10 - 5 = -15v . Neáu ñaûo cöïc tính cuûa nguoàn VDC thì ñænh treân ghim ôû möùc ñieän aùp laø -5(v). 3. Maïch Ghim Ñænh Döôùi Cuûa Tín Hieäu ÔÛ Möùc Khoâng Daïng maïch

C

Vv

D

Hình 5.4a

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 76

R Vra

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

Hình 5.4b Maïch naøy coù chöùc naêng coá ñònh ñænh döôùi cuûa tín hieäu ôû möùc 0(v). Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, toàn taïi xung döông, Vv = + Vm, Diode ngöng daãn, tuï C ñöôïc naïp qua R vôùi haèng soá thôøi gian laø τn = RC, vì R raát lôùn neân τn raát lôùn, do ñoùτn >> so vôùi khoaûng thôøi gian töø 0 ñeán t1. Do vaäy tuï C gaàn nhö khoâng ñöôïc naïp vc = 0, do ñoù Vra = Vv = + Vm. Thôøi ñieåm t1 ñeán t2, ngoõ vaøo toàn taïi xung aâm, Vv = -Vm , Diode daãn ñieän, tuï C ñöôïc naïp qua Diode, thôøi haèng naïp laø τn = rd. C ≈ 0, vc = Vm (tuï naïp ñaày töùc thôøi), luùc naøy Vra = Vv + Vc = -Vm +Vm = 0. Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3, ngoõ vaøo toàn taïi xung döông tieáp theo Vv = +Vm, Diode ngöng daãn, tuï C xaû qua R vôùi haèng soá thôøi gian laø τf = C.R. τf raát lôùn so vôùi baùn kyø töø t2 ñeán t3, do vaäy tuï C vaãn giöõ nguyeân möùc ñieän aùp laø Vm . Maïch töông ñöông cuûa tröôøng hôïp naøy nhö sau:

Vc=Vm

V

R Hình 5.5

Ta coù Vra = VV + VC = Vm + Vm = 2Vm GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 77

Vra

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

Nhaän xeùt Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1 daïng soùng ra coù xung döông khoâng oån ñònh so vôùi chuoãi xung ra. Do vaäy, xung naøy khoâng xeùt ñeán maø chæ xeùt caùc xung oån ñònh töø thôøi ñieåm t1 trôû ñi. 4. Maïch Ghim Ñænh Döôùi Cuûa Tín Hieäu ÔÛ Möùc Ñieän aùp Baát Kyø Daïng maïch 1

2

C D 1

Vv

Vdc

R Vra

Hình 5.6 Nguoàn VDC taïo möùc ghim döôùi cuûa tín hieäu vaøo,VDC = 1/2 Vm Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, ngoõ vaøo toàn taïi xung döông, Vv = +Vm , VDC < Vm, Diode D ngöng daãn, tuï C ñöôïc naïp qua R vôùi haèng soá thôøi gian τn = RC, do τn raát lôùn so vôùi khoaûng thôøi gian töø 0 ñeán t1 , neân tuï C gaàn nhö khoâng ñöôïc naïp, vc = 0, nhö vaäy Vra = VV = + Vm . Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2 ngoõ vaøo toàn taïi xung aâm, Vv = -Vm , D daãn, tuï C ñöôïc naïp qua D, cöïc döông cuûa tuï taïi ñieåm A, thôøi haèng naïp laø τn = rd. C ≈ 0, tuï C naïp ñaày töùc thôøi Ta coù Vc + Vv = VDC - Vγ tuï naïp ñaày ñeán giaù trò laø vc = VDC - vv = VDC + Vm Do ñoù Vra = VDC + Vγ = VDC GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 78

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3 ngoõ vaøo toàn taïi xung döông tieáp theo, Vv = + Vm, Diode ngöng daãn, tuï C phoùng ñieän qua R vôùi haèng soá thôøi gian τf = CR. τf raát lôùn so vôùi baùn kyø töø t2 ñeán t3 do vaäy tuï C vaãn coá ñònh möùc ñieän aùp vc = VDC + Vm trong khoaûng thôøi gian naøy. Maïch töông ñöông cuûa tröôøng hôïp naøy laø: Vc=Vm + Vdc

V

R

Vra

Hình 5.7 Ta coù vr = vv + vc = Vm + VDC + Vm = 2 Vm + VDC Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1 ta khoâng xeùt (caùch giaûi thích nhö phaàn II .3) Daïng maïch 2

C D1 R

Vv

Vra

D2

Hình 5.8 Vz2 = 1/2Vm Vγ1= 1/10 Vm Vz2 + Vγ 1 = (1/2 + 1/10)Vm = 3/5Vm

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 79

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, ngoõ vaøo toàn taïi xung döông Vv = +Vm , Caû D1 vaø D2 ngöng daãn, tuï C ñöôïc naïp qua R vôùi haèng soá thôøi gian τ n = RC , do τn raát lôùn so vôùi khoaûng thôøi gian töø 0 ñeán t1, neân tuï C gaàn nhö khoâng ñöôïc naïp Vc = 0, Vra = Vv = + Vm Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2 ngoõ vaøo toàn taïi xung aâm, Vv = - Vm , luùc naøy D1 hoaït ñoäng nhö Diode thöôøng, D2 hoaït ñoäng nhö Diode Zenner. Tuï C ñöôïc naïp qua D1 vaø D2 , thôøi haèng naïp laø τn = rd. C ≈ 0, tuï C naïp ñaày töùc thôøi, giaù trò lôùn nhaát maø tuï coù theå naïp ñöôïc laø: Vc = -Vv + VZ2 + Vγ 1 = Vm + 3/5Vm = 8/5 Vm Do ñoù Vra = -(VZ2 + Vγ 1 ) = - 3/5Vm Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3 ngoõ vaøo toàn taïi xung döông tieáp theo, Vv = + Vm, Diode ngöng daãn, tuï C phoùng ñieän qua R vôùi haèng soá thôøi gian τ f = CR. Do τf raát lôùn so vôùi baùn kyø töø t2 ñeán t3, do vaäy tuï C vaãn coá ñònh möùc ñieän aùp laø Vc = 8/5 Vm Ta coù Vra = Vv + Vc = Vm+ 8/5 Vm = 13/5 Vm III. MAÏCH KEÏP DIODE KHI KEÅ ÑEÁN ÑIEÄN TRÔÛ THUAÄN VAØ ÑIEÄN TRÔÛ NGUOÀN 1. Phaân tích maïch Xeùt daïng maïch nhö hình sau, boû qua aûnh höôûng cuûa Vγ ( Vγ = 0) C Rng

D

R Vra

Vng

Hình 5.9 Tröôùc khi ñaït traïng thaùi xaùc laäp, maïch coù moät giai ñoaïn quaù ñoä. Bieân ñoä cuûa nguoàn vaøo, Vng , phaûi ñuû lôùn ñeå laøm taét hay môû Diode (Diode khi ñöôïc phaân cöïc thuaän xem nhö moät ñieän trôû vaø nguoàn vaøo coù noäi trôû beân trong, do ñoù GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 80

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

caàn nguoàn vaøo ñuû lôùn ñeå sau khi boû qua suït aùp treân caùc ñieän trôû naøy vaãn coøn taét môû ñöôïc Diode). Tín hieäu cuûa nguoàn vaøo coù daïng xung, bieân ñoä max laø ±Vm . Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, ngoõ vaøo toàn taïi xung döông Vv = + Vm , Diode daãn, tuï C ñöôïc naïp qua Rng vaø rd vôùi thôøi haèng naïp cuûa tuï laø τn = C.(Rng + rd) Giaû söû Rng vaø R >> rd Tuï naïp theo quy luaät haøm muõ vôùi giaù trò ñieän aùp ñöôïc naïp laø Vc = Vm (1-e-t /τ n) giaù trò naøy taêng daàn, do ñoù ñieän aùp ra ñöôïc laáy treân ñieän trôû rd giaûm daàn cuõng theo quy luaät haøm muõ. Maïch töông ñöông ôû tröôøng hôïp naøy nhö sau:

A

C Rng Vng

Rd

Hình 5.10

Vra

B

Ta coù VAB = Vm e-t/τ n v ra = v AB

rd rd .Vm .e −t / τ n = rd + Rng rd + Rng

Bieân ñoä max laø

rd .Vm < Vm rd + Rng

Taïi t = 0 ⇒ vr = Vm

rd rd + Rng

Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2 ngoõ vaøo khoâng toàn taïi xung, Vng = 0, Diode ngöng daãn (do ñieän aùp treân tuï C phaân cöïc ngöôïc). Tuï C phoùng ñieän qua Rng vaø R vôùi haèng soá thôøi gian laø τf = C(R+Rng). Giaù trò ñieän aùp cuûa tuï khi xaû theo quy luaät haøm muõ. Khi ñoù, ñieän aùp treân tuï giaûm daàn coøn ñieän aùp ôû ngoõ ra taêng daàn.

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 81

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

Maïch töông ñöông ôû tröôøng hôïp naøy laø C

A Rng

Vng

Vra

R B

Hình 5.11 vc(t) ñoùng vai troø laø nguoàn cung caáp cho maïch. Ñieän aùp cuûa tuï ôû quaù trình naøy coù daïng nhö sau:vc(t) = Vm e-t/τ f VAB = Vm (1 – e-t/ τ f) Do ñoù v ra =

−R R −t / τ Vm .(1 − e f ) , taïi t = 0, vr = 0 v AB = Rng + R Rng + R

Bieân ñoä max laø Vm .

R < Vm Rng + R

Nhaän xeùt Thôøi haèng phoùng τf > τn, thôøi gian phoùng ñieän heát cuûa tuï raát chaäm. Do ñoù trong nhöõng baùn kyø aâm ñieän aùp cuûa tuï giaûm raát chaäm, coøn ñieän aùp ngoõ ra treân ñieän trôû R taêng raát chaäm ( gaàn nhö giöõ coá ñònh ôû möùc ñieän aùp max laø R Vm ). Rng + R

ÔÛ baùn kyø döông, ngoõ ra coù bieân ñoä ñieän aùp max giaûm daàn ôû nhöõng baùn kyø döông tieáp sau. Giaûi thích: khi ôû baùn kyø döông, ngoõ ra coù bieân ñoä max laø vm .

rd , maø ta bieát rd laø ñieän trôû ñoäng, thay ñoåi phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, Rng + rd

do ñoù bieân ñoä max ôû moãi baùn kyø döông sau laø giaûm daàn. 2. Ñònh Lyù Maïch Keïp Khi truyeàn moät tín hieäu ñieän aùp coù chu kyø qua tuï phaân caùch, tuï seõ giöõ laïi thaønh phaàn moät chieàu cuûa tín hieäu, nghóa laø trong cheá ñoä xaùc laäp tuï ñieän ñöôïc naïp ñieän ñeán möùc maø laøm cho ñieän aùp treân tuï ñuùng baèng thaønh phaàn moät chieàu cuûa tín hieäu vaøo. Do ñoù neáu ñieän aùp ñaàu vaøo laø ñoái xöùng, töùc laø coù thaønh phaàn moät chieàu baèng 0, thì sau moät chu kyø tín hieäu vaøo ñieän aùp treân tuï cuõng baèng 0. Khi Diode daãn, tuï C seõ naïp ñieän vôùi haèng soá thôøi gian laø τn = C(rd + Rng) GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 82

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

Khi Diode taét, tuï C seõ phoùng ñieän vôùi haèng soá thôøi gian laø τf = C(R + Rng) vì R >> rd , do ñoù τf >> τn, quaù trình naïp cuûa tuï C nhanh hôn quaù trình xaû. Do vaäy, ñieän aùp treân tuï C daàn daàn ñöôïc taêng leân. Khi ñeán traïng thaùi xaùc laäp, ñieän aùp treân tuï C khoâng taêng nöõa. Luùc naøy löôïng ñieän tích naïp seõ baèng löôïng ñieän tích phoùng. Trong thôøi gian naïp ñieän, qua tuï C seõ coù doøng naïp in =

vr , do ñoù ñieän tích rd

treân tuï taêng leân moät löôïng ΔQn laø. t2

ΔQn = ∫ in dt = t1

t

s 1 2 v r dt = 1 ∫ rd t1 rd

Trong thôøi gian phoùng ñieän, qua tuï C seõ coù doøng i f =

vr , do ñoù ñieän tích treân R

tuï seõ giaûm moät löôïng ΔQf laø: t3

t

t3

vr s 1 3 dt = ∫ v r dt = 2 R R t2 R t2

ΔQ f = ∫ i f dt = ∫ t2

S1, S2 laø phaàn ñieän tích ñöôïc veõ treân hình sau

S1

Hình 5.12 Khi ñaït ñeán traïng thaùi xaùc laäp, ta coù ñieàu kieän caân baèng ñieän tích laø: ΔQ n = ΔQ f ⇔

s1 s 2 = rd R

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 83

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

ÔÛ ñaây khoâng ñi saâu quaù vaøo phaàn phaân tích ñònh löôïng maø chæ giôùi thieäu aûnh höôûng cuûa rd vaø Rng trong vieäc laøm meùo daïng soùng ra Vieäc tính toaùn chi tieát neân tham khaûo saùch: Pulse, digital and switching waveform, taùc giaû: Jacob Millman vaø Herbert Taub IV. MAÏCH KEÏP CÖÏC NEÀN CUÛA BJT Xeùt maïch

Vcc

Rng

C

Rb

Rc

Vc

Vng

Hình 5.13 Neáu bieân ñoä tín hieäu ñuû lôùn ñeå laøm taét môû diode BE, ta coù maïch keïp ôû cöïc neàn. Khi coù tín hieäu vaøo ta coù maïch töông ñöông Rng

Vng

C Vb

Vng

Rb

Dbe

ÔÛ cheá ñoä xaùc laäp ta coù

VB C(rd + Rng)

C(RB + Rng) VC Hình 5.14

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 84

Baõo hoøa

VCEbh

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

Baøi taäp chöông 4 1 Cho maïch nhö Hình 1A vaø Hình 1B. Bieát Vγ = 0,7 V , VZ = 3,6V , caùc giaù trò RC thoûa maõn ñieàu kieän maïch keïp +10V

Vin(t)

C

Vin(t)

0 -10V

VoutA(t) R

t

Vin(t) C

VoutB(t) R

1,5V

Hình 3B

Hình 3A

Veõ daïng soùng ngoõ ra khi a. rD = 0 b. rD = 20 Ω , tín hieäu ngoõ vaøo coù f=5khz, q=50% 2. Cho maïch nhö Hình 03A vaø Hình 3B. Bieát Vγ = 0,6V , VZ = 5V , caùc giaù trò RC thoûa maõn ñieàu kieän maïch keïp Vin(t)

+10V 0 -10V

Vin(t) t

C

VoutA(t) R

3V

Hình 3A

Vin(t) C

VoutB(t) R 2V Hình 3B

Veõ daïng soùng ngoõ ra khi a. rD = 0 b. rD = 20 Ω , tín hieäu ngoõ vaøo coù f=5khz, q=50% 3. Xeùt maïch sau, vôùi C laø ñieän dung ngoõ vaøo cuûa taàng keá, noái song song Rt Giaûi thích hoaït ñoäng vaø veõ daïng soùng vB(t) vaø VRA(t), giaû söû BJT hoaït ñoäng ôû cheá ñoä chuyeån maïch

GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 85

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

Vcc

-Vm

Rc

Rb

Vin(t)

Vm 0

t

C

Vv

Vra = Vce

4. Neáu noái ngoõ ra cuûa baøi 3 vôùi maïch xeùn nhö sau, giaûi thích hoaït ñoäng cuûa maïch vaø veõ daïng soùng ngoõ ra

Vcc Vra

C

V2

V1

Khi a. rD = 0 b. rD ≠ 0 5. Xeùt maïch sau, vôùi C laø ñieän dung ngoõ vaøo cuûa taàng keá, noái song song Rt Giaûi thích hoaït ñoäng vaø veõ daïng soùng vB(t) vaø VRA(t), giaû söû BJT hoaït ñoäng ôû cheá ñoä chuyeån maïch

Vcc

Vin(t)

Vm -Vm

0

Rb Vra

t

Vv

Re

C

6. Xeùt maïch sau, vôùi C laø ñieän dung ngoõ vaøo cuûa taàng keá, noái song song Rt Giaûi thích hoaït ñoäng vaø veõ daïng soùng vB(t) vaø VRA(t), giaû söû BJT hoaït ñoäng ôû cheá ñoä chuyeån maïch GV: Nguyễn Trọng Hải

Trang 86

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 5

Vcc Vin(t)

Vm -Vm

T1

Rb 0

Vra

t

T2

Vv

C

Rt

7. Xeùt maïch sau, vôùi L laø ñieän caûm ngoõ vaøo cuûa taàng keá (relay), noái song song Rt Giaûi thích hoaït ñoäng vaø veõ daïng soùng vB(t) vaø VRA(t), giaû söû BJT hoaït ñoäng ôû cheá ñoä chuyeån maïch Vcc

Vm -Vm

L

Vin(t) 0

Rb

Trang 87

Vra Rc

t

Vv

GV: Nguyễn Trọng Hải

R

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

CHÖÔNG 6. MAÏCH ÑA HAØI I.

KHAÙI NIEÄM Heä thoáng maïch ñieän töû coù theå taïo ra dao ñoäng ôû nhieàu daïng khaùc nhau nhö: dao ñoäng hình sin (dao ñoäng ñieàu hoøa), maïch taïo xung chöõ nhaät, maïch taïo xung tam giaùc... caùc maïch taïo dao ñoäng xung ñöôïc öùng duïng khaù phoå bieán trong heä thoáng ñieàu khieån, thoâng tin soá vaø trong haàu heát caùc heä thoáng ñieän töû soá. Trong kyõ thuaät xung, ñeå taïo caùc dao ñoäng khoâng sin, ngöôøi ta thöôøng duøng caùc boä dao ñoäng tích thoaùt. Dao ñoäng tích thoaùt laø caùc dao ñoäng rôøi raïc, bôûi vì haøm cuûa doøng ñieän hoaëc ñieän aùp theo thôøi gian coù phaàn giaùn ñoaïn. Veà maët vaät lyù, trong caùc boä dao ñoäng sin, ngoaøi caùc linh kieän ñieän töû coøn coù hai phaàn töû phaûn khaùng L vaø C ñeå taïo dao ñoäng, trong ñoù xaûy ra quaù trình trao ñoåi naêng löôïng moät caùch laàn löôït giöõa naêng löôïng töø tröôøng tích luõy trong cuoän daây vaø naêng löôïng ñieän tröôøng tích luõy trong tuï ñieän, sau moãi chu kyø dao ñoäng, naêng löôïng tích luõy trong caùc phaàn töû phaûn khaùng bò tieâu hao bôûi phaàn töû ñieän trôû toån hao cuûa maïch dao ñoäng, thöïc teá löôïng tieâu hao naøy raát nhoû. Ngöôïc laïi trong caùc boä dao ñoäng tích thoaùt chæ chöùa moät phaàn töû tích luõy naêng löôïng, maø thöôøng gaëp nhaát laø tuï ñieän. Caùc boä dao ñoäng tích thoaùt thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå taïo caùc xung vuoâng coù ñoä roäng khaùc nhau vaø coù theå laøm vieäc ôû caùc cheá ñoä sau : cheá ñoä töï dao ñoäng, kích thích töø ngoaøi. Dao ñoäng ña haøi laø moät loaïi daïng maïch dao ñoäng tích thoaùt, noù laø maïch taïo xung vuoâng cô baûn nhaát caùc daïng ña haøi thöôøng gaëp trong kyõ thuaät xung nhö sau :

1. Maïch Ña Haøi Baát OÅn (Astable Multivibrator) Ñaây laø daïng maïch khoâng coù traïng thaùi oån ñònh (ña haøi töï dao ñoäng, töï kích). Chu kyø laäp laïi vaø bieân ñoä cuûa xung taïo ra ñöôïc xaùc ñònh baèng caùc thoâng soá cuûa boä ña haøi vaø ñieän aùp nguoàn cung caáp. Caùc maïch dao ñoäng ña haøi töï kích coù ñoä oån ñònh thaáp.

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 88

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Ngoõ ra cuûa boä dao ñoäng ña haøi töï kích luaân phieân thay ñoåi theo hai giaù trò ôû möùc thaáp vaø möùc cao. 2. Maïch Ña Haøi Ñôn OÅn (Monostable Multivibrator) Khi maïch hoaït ñoäng ôû cheá ñoä naøy, neáu khoâng cung caáp ñieän aùp ñieàu khieån töø beân ngoaøi thì boä dao ñoäng ña haøi naèm ôû traïng thaùi oån ñònh. Khi coù xung ñieàu khieån, thöôøng laø caùc xung kích thích coù ñoä roäng heïp, thì noù chuyeån sang cheá ñoä khoâng oån ñònh trong moät khoaûng thôøi gian roài trôû laïi traïng thaùi ban ñaàu vaø keát quaû ngoõ ra cho ra moät xung. Thôøi gian boä dao ñoäng ña haøi naèm ôû traïng thaùi khoâng oån ñònh daøi hay ngaén laø do caùc tham soá cuûa maïch quyeát ñònh. Ngoõ ra cuûa boä dao ñoäng ña haøi ñôn oån coù moät traïng thaùi oån ñònh (hoaëc ôû möùc cao hoaëc möùc thaáp). Maïch naøy coøn coù teân goïi laø ña haøi ñôïi, ña haøi moät traïng thaùi beàn. Xung kích töø beân ngoaøi coù theå laø xung gai nhoïn aâm hoaëc döông, chu kyø vaø bieân ñoä do maïch quyeát ñònh. 3. Maïch Ña Haøi Hai Traïng Thaùi Oån Ñònh Khoâng Ñoái Xöùng (Schmitt Trigger) Ñaây laø daïng maïch söûa daïng xung ñeå cho ra caùc xung vuoâng. Ñieän aùp ngoõ ra ôû möùc cao, thaáp vaø quaù trình chuyeån ñoåi traïng thaùi giöõa möùc thaáp vaø möùc cao laø tuøy thuoäc vaøo thôøi ñieåm ñieän aùp ngoõ vaøo vöôït qua hai ngöôõng kích treân vaø kích döôùi. 4. Maïch Ña Haøi Hai Traïng Thaùi Oån Ñònh Ñoái Xöùng (Bistable Multivibrator) Daïng maïch naøy coøn goïi laø Flip-Flop (maïch laät hay baáp beânh). Ñaây laø phaàn töû quan troïng trong lónh vöïc ñieän töû soá, maùy tính. Bao goàm caùc loaïi Flip-Flop RS, JK, T, D, noù ñöôïc taïo ra bôûi caùc linh kieän rôøi. Ngaøy nay chuû yeáu cheá taïo baèng coâng ngheä vi maïch. 5. Cheá taïo maïch ña haøi Coù nhieàu caùch taïo ra maïch ña haøi, trong ñoù ta quan taâm ñeán • • • • • •

Duøng vi maïch töông töï (OpAmp) Duøng vi maïch soá Duøng vi maïch chuyeân duïng (VD 555) Duøng linh kieän rôøi (BJT, FET) Duøng caùc linh kieän coù vuøng ñieän trôû aâm (diode tunnel hay UJT) Duøng daïng maïch dao ñoäng ngheït (blocking oscilator)

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 89

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

II. MAÏCH DAO ÑOÄNG ÑA HAØI DUØNG CAÙC LINH KIEÄN TÖÔNG TÖÏ 1. Maïch Schmitt Trigger Trong lónh vöïc ñieàu khieån, caùc thieát bò ñieän chæ laøm vieäc ôû moät trong hai traïng thaùi, töôïng tröng bôûi hai möùc 1 vaø 0 nhö trong kyõ thuaät soá. Ngöôøi ta duøng maïch Schmitt Strigger ñeå ñoåi töø tín hieäu lieân tuïc ra tín hieäu vuoâng coù khaû naêng choáng nhieãu cao. Maïch Schmitt Trigger laø maïch coù hai traïng thaùi caân baèng oån ñònh vaø coù khaû naêng chuyeån moät caùch ñoät bieán töø traïng thaùi caân baèng naøy sang traïng thaùi caân baèng khaùc khi maïch ñöôïc kích thích Caùc Schmitt trigger ñöôïc söû duïng raát roäng raõi trong kyõ thuaät xung nhö ñeám xung, chia taàn, taïo caùc xung ñieàu khieån trong caùc maïch tích phaân, maïch taïo ñieän aùp bieán ñoåi ñöôøng thaúng v.v… Ura

Ura U2 U1 Ung2

Ung1

0

Uv

t1

t2

Uv

t1 t2 t

Hình 6.1.Ñaëc tuyeán cuûa trigger Noùi chung caùc trigger ñeàu coù ñaëc tuyeán Ura = f(Uv) coù daïng laø moät voøng treã nhö hình treân, caùc möùc ñieän aùp Ung1 Ung2 ñöôïc goïi laø caùc möùxc ñieän aùp ngöôõng

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 90

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

a. Daïng Maïch Duøng Chuyeån Maïch BJT Daïng 1

+Vcc Rc1

Rc2

Rb

Vout

Vin Re

0

0

Hình 6.2. Schmitt trigger duøng BJT Trong sô ñoà maïch treân, 2 transistor T1, T2 ñöôïc gheùp tröïc tieáp vaø coù chung RE. Ñeå coù ñieän aùp ra laø xung vuoâng thì hai transistor phaûi chaïy ôû cheá ñoä baõo hoøa, ngöng daãn. Khi T1 ngöng daãn seõ ñieàu khieån T2 chaïy baõo hoøa vaø ngöôïc laïi khi T1 baõo hoøa seõ ñieàu khieån T2 ngöng daãn Ngöôõng cao vaø ngöôõng thaáp cuûa maïch (sinh vieân töï chöùng minh qua 2 traïng thaùi taét vaø baõo hoøa cuûa BJT) Ung1 = VTH+ =

VCC − VCEsat R E + 0.8 RC 2 + RE

Ung2 = VTH- =

VCC − VCEsat R E + 0 .8 RC1 + R E

Daïng 2

Vcc

Vcc Rc1 Vv

T1

C

Rc2

R

T2 Rb

Vra

Re 0

Hình 6.3 Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 91

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Maïch bao goàm hai Transitor T1 vaø T2, caùc ñieän trôû phaân cöïc tónh. Ñieän trôû RE taïo phaûn hoài, tuï C : tuï taêng toác (naêng löôïng tích luõy trong tuï seõ laøm phaân cöïc moái noái BE cuûa T2 nhanh hôn). Maïch ñöôïc thieát keá sao cho ôû traïng thaùi bình thöôøng T1 taét T2 daãn baõo hoøa.Trong hai traïng thaùi phaân bieät cuûa maïch thì moãi traïng thaùi öùng vôùi moät Transitor daãn vaø moät Transitor taét. Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Khi vv = 0, T1 taét, doøng IC1 = 0, toaøn boä doøng IRC1 qua R vaø RB ñeán cöïc B cuûa T2 , laøm T2 daãn baõo hoøa. Ñoàng thôøi taïi cöïc E cuûa T1 coù ñieän aùp VE = IE2bh.RE , laøm T1 tieáp tuïc taét. Ta coù vr = VC = VE + VCE2bh. Söï chuyeån ñoåi traïng thaùi seõ dieãn ra khi tín hieäu vaøo vöôït qua möùc ngöôõng kích treân (töông öùng vôùi VE ôû traïng thaùi naøy), nghóa laø vv = VE. Luùc naøy T1 baét ñaàu daãn, doøng IC2 taêng leân laøm doøng IB2 giaûm. Vaø nhôø quaù trình hoài tieáp qua ñieän trôû RE laøm T2 taét, do ñoù vr = VCE. Neáu tieáp tuïc taêng vv lôùn hôn nöõa thì T1 chæ daãn baûo hoøa saâu theâm, coøn maïch vaãn khoâng ñoåi traïng thaùi. Khi T1 ñang daãn, T2 ñang taét, ñeå ñöa maïch veà traïng thaùi ban ñaàu caàn phaûi giaûm tín hieäu vaøo vv xuoáng döôùi ngöôõng kích döôùi. Luùc ñoù doøng IC1 giaûm maïnh, neân ñieän theá cöïc thu cuûa T1 taêng leân, laøm VB2 taêng. Vaø nhôø taùc duïng cuûa hoài tieáp qua RE , quaù trình nhanh choùng ñöa ñeán T1 taét vaø T2 daãn baõo hoøa. Ta coù : vr = VE + VCE2bh b. Daïng Maïch Duøng Op-Amp Daïng Maïch 1 Xeùt maïch ñieän coù daïng sau : R

+

Vv R1

Vra

R2

Hình 6.4 Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 92

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Ñieän trôû R = R1//R2 laøm giaûm doøng ñieän off set ñeå hoaït ñoäng gaàn vôùi Opamp lyù töôûng, nhaèm muïc ñích laøm cho maïch hoaït ñoäng oån ñònh hôn. Ta coù

v+ = vr

R1 = Av r R1 + R2

Vaø v- = -vv Khi vv>v+ thì vr = -V Do ñoù v + = −V

R1 = − AV . Ñaây laø ngöôõng kích möùc thaáp. R1 + R2

Khi vv < v+ thì vr = +V, do ñoù v + = +V

R1 = AV . Ngöôõng kích möùc cao. R1 + R2

Daïng soùng vaøo – ra

Hình 6.5 Quan heä vaøo – ra Khi vv > AV thì vr = -V Khi vv < -AV thì vr = +V Vra

-AV

0

+AV

VV

Hình 6.6 Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 93

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Nhaän xeùt. Hai traïng thaùi cuûa Schmitt Trigger töông öùng vôùi möùc ñieän theá baõo hoøa döông +V vaø baõo hoøa aâm –V cuûa ngoõ ra boä khueách ñaïi thuaät toaùn. Daïng soùng ngoõ vaøo ñöôïc söûa thaønh xung chöõ nhaät. Daïng Maïch 2

R

Vv

R1

+

Vra R2

Vref Hình 6.7 Ta coù v- = vv v+ =

R1 R2 vra + vRe f R1 + R2 R1 + R2

Khi vv > v+ thì vra = -V Do ñoù v+ = −V

R1 R2 VRe f = -AV+B : ngöôõng kích möùc thaáp. + R1 + R2 R1 + R2

Khi vv < v+ thì vr = +V Do ñoù v+ = V

R1 R2 + VRe f = AV + B R1 + R2 R1 + R2

Quan heä vaøo – ra Khi vv > -AV + B ⇒ vr = -V Khi vv < AV + B ⇒ vr = +V

Hình 6.8

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 94

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

c. Daïng Maïch Duøng coång logic Q R

D Vin

/Q R1

Hình 6.9. Kyù hieäu vaø ñaëc tuyeán cuûa coång NOT Schmitt trigger (74HC14)

Hình 6.10 d. Schmitt Trigger chính xaùc VTH+

-

R

+

Q

-

/Q

Vin

VTH-

+

S

Hình 6.11. Schmitt trigger chính xaùc

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 95

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

2. Maïch FlipFlop a. Daïng Maïch Duøng OpAmp Xeùt maïch sau : R

Vcc

OpAmp1

-

Vra1

+

R1

0

-

R1

Vcc

+

1 2

R

Vra2

OpAmp2 Hình 6.12

Ñieän trôû hoài tieáp R1 coù trò soá khaù nhoû so vôùi ñieän trôû R. Maïch F/F duøng Opamp nhö treân goàm hai Op-amp laøm vieäc nhö hai maïch khueách ñaïi so saùnh. Op-amp ôû traïng thaùi baøo hoøa döông neáu v+ > v- ⇒ v0 = VCC Op-amp ôû traïng thaùi baøo hoøa aâm neáu v+ < v- ⇒ v0 = 0 Giaû thuyeát maïch coù traïng thaùi ban ñaàu laø vr1 = VCC, vr2 = 0. Ngoõ vaøo aâm cuûa Op-amp 1 ñöôïc hoài tieáp töø vr2 = 0(v) veà qua ñieän trôû R1 , neân vaãn coù v+ > v- , do ñoù vr1 = VCC , oån ñònh nhö traïng thaùi ban ñaàu. Ñaây laø traïng thaùi oån ñònh thöù nhaát cuûa maïch F/F. Op-amp 1 ôû traïng thaùi baõo hoøa döông vaø Op-amp 2 ôû traïng thaùi baõo hoøa aâm. Ñeå chuyeån traïng thaùi cuûa F/F , cho coâng taéc S chuyeån sang vò trí 2. Luùc ñoù ôû Op-amp 2 coù v- = 0, v+= vneân Op-amp 2 chuyeån sang baõo hoøa döông, vr2 = +VCC. Ñieän aùp naøy hoài tieáp veà ngoõ vaøo aâm cuûa Op-amp 1 qua ñieän trôû R1 (R1 ICbh Do vaäy ôû traïng thaùi beàn thì Vr = VCE2bh = 0 Do gheùp tröïc tieáp vôùi T2 qua R3 neân vB1 = VCE2bh < VBE1 Khi T2 daãn baõo hoøa thì tuï C naïp ñieän qua RC1 vaø qua moái noái BE2, giaù trò gaàn ñaït ñeán laø vC = VCC - VBE2 ≈ VCC Rc1 C Vcc

Vbe2

Hình 6.15 Khi kích moät xung döông vaøo vv cöïc neàn cuûa T1 , laøm T1 ñoåi traïng thaùi töï taét sang daãn baõo hoøa. Luùc naøy thì tuï C phoùng ñieän qua moái noái CE cuûa T1, söï phoùng ñieän naøy laøm phaân cöïc nghòch moái noái BE cuûa T2, do ñoù T2 taét. Doøng cöïc thu cuûa T2 laø IC2 giaûm xuoáng baèng 0. Toaøn boä doøng qua RC2 seõ chaïy heát vaøo cöïc neàn cuûa T1 ñeå duy trì traïng thaùi baõo hoøa cuûa T1. Ñaây laø traïng thaùi khoâng beàn cuûa maïch. Thaät vaäy, ngay sau khi tuï C xaû ñieän xong thì noù ñöôïc naïp ñieän laïi qua R1 vaø CE1. Vôùi thôøi haèng laø R1C. Ñieän theá cöïc neàn cuûa T2 luùc naøy taêng daàn do cöïc döông cuûa tuï C ñaët vaøo noù vaø khi ñaït giaù trò lôùn hôn Vγ thì T2 baét ñaàu daãn laïi. Trong luùc naøy, cuøng vôùi söï taêng cuûa doøng IC2 (do doøng IB2 taêng daàn), ñieän aùp vr giaûm xuoáng gaàn baèng khoâng, töùc ñieän theá taïi cöïc neàn cuûa T1 baèng khoâng, laøm T1 taét. Nhö vaäy maïch ñaõ trôû veà traïng thaùi ban ñaàu vôùi T1 taét vaø T2 baõo hoøa vr = VCE2bh . Trong khoaûng thôøi gian ngaén, tuï C seõ naïp trôû laïi töø nguoàn VCC thoâng qua R1 vaø moái noái BE cuûa T2 ñang daãn ñeå coù ñieän aùp xaáp xæ baèng Vcc . Maïch chôø ñôïi xung kích môùi.

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 98

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

b. Maïch baát oån duøng Transistor Daïng maïch

Vcc

Vcc RB1

Rc1

C1

RB2

C2

Rc2

Vra1

Vra2 T2

T1

Hình 6.16 Maïch ñöôïc hình thaønh bôûi hai Transistor T1 vaø T2. Caùc ñieän trôû RC1 vaø RC2 vaø caùc tuï C1 vaø C2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng Thoâng thöôøng maïch ña haøi phi oån laø maïch ñoái xöùng neân hai Transistor coù cuøng hoï vaø thoâng soá. Caùc linh kieän ñieän trôû RB1 = RB2, RC1 = RC2 vaø C1 = C2. Tuy hai Transistor cuøng loaïi, caùc linh kieän cuøng trò soá, nhöng khoâng theå gioáng nhau moät caùch tuyeät ñoái. Ñieàu naøy laøm cho hai Transistor trong maïch daãn ñieän khoâng baèng nhau. Khi cung caáp ñieän seõ coù moät Transistor daãn maïnh hôn vaø moät Transistor daãn yeáu hôn. Nhôø taùc duïng cuûa maïch hoài tieáp döông töø cöïc C2 veà B1, töø cöïc C1 veà cöïc B2 , laøm cho Transistor naøo daãn maïnh hôn seõ tieán daàn ñeán baõo hoøa, coøn Transistor daãn ñieän yeáu hôn seõ tieán daàn ñeán ngöng daãn. Giaû thuyeát T2 daãn ñieän maïnh hôn tuï, C1 ñöôïc naïp ñieän thoâng qua RC1 vaø moái noái BE cuûa T2, laøm cho doøng IB2 taêng cao neân T2 tieán ñeán baõo hoøa. Khi T2 tieán ñeán baõo hoøa, doøng IC2 taêng cao vaø vCE2 ≈ VCEsat ≈ 0,2 (V), tuï C2 (giaû thuyeát luùc ñaàu ñaõ naïp ñaày) xaû ñieän qua moái noái CE2. Khi tuï C2 xaû, ñieän aùp aâm treân tuï C2 ñöa vaøo cöïc B1 , laøm T1 ngöng daãn Nhö vaäy, giaû thuyeát luùc ñaàu laø T1 ñang taét, T2 ñang daãn baõo hoøa , vaø tuï C2 ñaõ naïp ñieän ñaày. Luùc naøy tuï C2 baét ñaàu phoùng ñieän qua moái noái CE2 ñeán cöïc E cuûa T1, laøm moái noái BE1 bò phaân cöïc nghòch, do ñoù T1 taét. Do vaäy, tuï C1 ñöôïc naïp ñieän thoâng qua RC1 vaø moái noái BE2 Sau khi phoùng ñieän xong, tuï C2 laïi ñöôïc naïp ñieän theo chieàu ngöôïc laïi thoâng qua RB1 vaø moái noái CE2, luùc naøy ñieän aùp taïi cöïc B cuûa T1 laø VB1 = VC2 + Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 99

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

VBE2 = VC2. (VC2 ñieän aùp teân tuï C2 ) . Khi tuï naïp C2 ñeán giaù trò lôùn hôn VBE1 thì T1 baét ñaàu daãn, khi T1 ñaït ñeán daãn baõo hoøa luùc naøy tuï C1 phoùng ñieän qua moái noái CE1 ñeán cöïc E cuûa T2 , laøm moái noái BE2 phaân cöïc nghòch, T2 taét. Quaù trình laäp laïi töø ñaàu vaø cöù tieáp tuïc nhö theá. Daïng soùng taïi caùc chaân.

Hình 6.17 Tính Chu Kyø Xung T = T1 + T2. T1 laø thôøi gian tuï C2 xaû ñieän qua moái noái CE2, laøm cöïc B cuûa T1 taêng töø - VCC leân ñeán VBE1. Vaø coù khuynh höôùng taêng leân ñeán +VCC, neân ñieän aùp töùc thôøi cuûa tuï C2 (laáy möùc -VCC laøm goác) laø: vc(t) = 2VCC. e-T 1/ τ f, vôùi τ f = RB2 . C2 Taïi thôøi ñieåm T1, tuï C2 xaû ñieän töø -VCC leân 0(v) (boû qua VBE) laø VCC = 2VCC. e-T 1/ τ f, ⇒ e-T 1/ τ f = 2 ⇒ Nguyeãn Troïng Haûi

T1

τf

= In2

Trang 100

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

⇒T1 = τ f . ln2 = 0,69 RB2.C2 Töông töï ta cuõng tính ñöôïc T2 ñöôïc tính theo coâng thöùc sau: T2 = 0,69 RB1.C1 ⇒ T = 0,69 (RB2C2 +RB1C1) Trong maïch ña haøi baát oån ñoái xöùng ta coù RB1 = RB2 = RB vaø C1 = C2 = C Chu kyø dao ñoäng T = 2 x 0,69 .RB.C = 1,4 RB.C 4. Maïch ña haøi duøng OpAmp a. Maïch ñôn oån duøng OpAmp Sô ñoà maïch ñieän R

D

C

+

Vra R2 R1

Vv Hình 6.18 R1, R2: Taïo ngöôõng ñieän aùp ñeå so saùnh R, C: Taïo maïch RC nhaèm thöïc hieän quaù trình naïp vaø xaû cuûa tuï Diode D taïo maïch ghim ñieän aùp, ngaén maïch tuï C khi maïch ôû traïng thaùi beàn. Nguyeân lyù hoaït ñoäng ÔÛ cheá xaùc laäp (traïng thaùi beàn), v(t) = -V (baõo hoøa aâm), luùc naøy v + = −V

R1 = − A.V R1 + R2

v- = vc(t) = -Vγ (do Diode D daãn), khi ñoù ta coù daïng maïch nhö sau:

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 101

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

R Vra Vγ

C

-V

Hình 6.19 Maø AV > Vγ ⇒ -AV < - Vγ , töùc v+ aâm hôn v-, Neân maïch coù vr = -V. Ñaây laø cheá ñoä xaùc laäp cuûa maïch Khi coù xung gai döông vv kích thích vaøo chaân döông cuûa Op-amp. Luùc naøy v+ döông hôn v- , neân vr = +V, do ñoù v+ = AV, D bò phaân cöïc nghòch neân noù bò taét. Ñoàng thôøi, luùc naøy tuï C ñöôïc naïp ñieän qua ñieän trôû R R

Vra C

Hình 6.20 Ñieän aùp treân tuï C taêng daàn cho ñeán khi vc (vc = v-) döông hôn v+ (v+ = AV), thì vr = -V, maïch trôû veà cheá ñoä xaùc laäp. Daïng soùng

AV

Hình 6.21 Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 102

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Tính Ñoä Roäng Xung Tx Thöïc hieän pheùp dôøi truïc daïng soùng treân, ta coù hình töông ñöông sau:

Hình 6.22 Phöông trình naïp ñieän cuûa tuï : vc(t) = (V + Vγ)(1 - c-t / τ c) Taïi thôøi ñieåm t = Tx, ta coù vc(Tx) = (V + Vγ)(1 - e-Tx/RC) = (Vγ +AV) ⇒ 1 − e −T

x

Ñaët k =

/ RC

=

Vγ + AV V + Vγ

=(

Vγ V

+ A).V /(1 +

Vγ V

)V

Vγ V

⇒ 1 − e −T

x

/ RC

⇒ e Tx / RC = Tx = RC.In

=

k+A 1− A ⇒ e −Tx / RC = 1+ k 1+ k

T 1+ k 1+ k ) =⇒ x = In( 1− A RC 1− A

1+ k 1− A

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 103

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

b. Maïch baát oån duøng OpAmp Daïng maïch

R C

+

Vra R2 R1

Hình 6.23 Maïch ñieän naøy laø sô ñoà maïch dao ñoäng tích thoaùt duøng Op-amp ñeå cho ra tín hieäu xung vuoâng. Sô ñoà coù hai maïch hoài tieáp töø ngoõ ra veà hai ngoõ vaøo. Caàu phaân aùp RC hoài tieáp veà ngoõ vaøo ñaûo, caàu phaân aùp R1vaø R2 hoài tieáp veà ngoõ vaøo khoâng ñaûo. R1 vaø R2 taïo ngöôõng so saùnh ñieän aùp, coøn RC taïo naïp phoùng. Ñeå giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng, ta giaû söû tuï C chöa naïp ñieän. Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Ta coù v+ =

R1 v r = βv r R1 + R 2

neáu v+ > v- thì vr = +V ⇒ v+ = +βV, Ñaây laø ngöôõng xeùn treân neáu v+ < v- thì vr = -v ⇒ vr = -βV, Ñaây laø ngöôõng xeùn döôùi Khi môùi cung caáp ñieän, ñieän aùp qua tuï C laø vc = vc(0) = 0(V) vaø giaû thuyeát Op-amp ñang ôû traïng thaùi baõo hoøa döông +V . Ngoõ vaøo khoâng ñaûo coù ñieän aùp laø v + = Vcc

R1 R1 + R2

Trong khi ñoù, ngoõ vaøo ñaûo coù ñieän aùp taêng daàn töø 0(V). Ñieän aùp taêng do tuï C naïp qua R theo quy luaät haøm soá muõ vôùi thôøi haèng laø τ = RC. Vaø coù giaù trò laø: vC(t) = V(1 - e-t / RC) Khi tuï naïp ñieän taêng daàn cho ñeán khi v- > v+ thì ngoõ ra chuyeån sang traïng thaùi baõo hoøa aâm vr = -V. Luùc naøy, ngoõ vaøo khoâng ñaûo coù möùc ñieän aùp laø v+ = − V Nguyeãn Troïng Haûi

R1 R1 + R2

Trang 104

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Ñieän aùp ra giaûm veà -V, neân tuï seõ xaû. Khi tuï C xaû ñieän aùp ñang coù thì v+ vaãn coøn ñieän aùp aâm neân ngoõ ra vaãn laø ôû traïng thaùi baûo hoøa aâm. Ñieän aùp treân tuï C seõ giaûm cho ñeán khi v- aâm hôn v+ thì ngoõ ra seõ chuyeån sang traïng thaùi baõo hoøa döông, vr = +V. Quaù trình naøy laäp laïi töø ñaàu vaø cöù tieáp dieãn lieân tuïc tuaàn hoaøn. Daïng Soùng Vaøo Ra

Hình 6.24 Tìm chu kyø dao ñoäng Muoán tìm chu kyø dao ñoäng, ta thöïc hieän pheùp dôøi truïc: Truïc trung dôøi ñeán thôøi ñieåm to vaø truïc hoaønh dôøi ñeán möùc -V, ta ñöôïc daïng soùng sau:

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 105

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Hình 6.25 Trong khoaûn thôøi gian töø 0 ñeán t1, tuï C xaû ñieän theo phöông trình sau vc(t) = (V + βV) e-t / RC , taïi t =

T ; ta coù vc (T/2) = V - βV 2

⇒ V - βV = (V + βV) e-T / 2RC ⇒ e-T / 2RC = ⇒

V − βV V + βV

1+ β T 1+ β ⇒ T = 2 RC ln = ln 1− β 2 RC 1− β

Vaäy f =

1 T

Nhaän xeùt Taàn soá phuï thuoäc vaøo R vaø C, tæ soá β =

R1 chöù khoâng phuï thuoäc vaøo R1 + R 2

nguoàn nuoâi V.

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 106

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

5. Maïch ña haøi duøng IC555 a. Caáu truùc IC555 Sô ñoà beân trong cuûa IC555 8 VCC 7 Discharge 5 Control 6 Threshold

-

Comparator I

+

R \Q S

2 Trigger

3 Output

Q

+

Comparator II

1 GND 4 Reset

Hình 6.26 • Veà cô baûn, 555 goàm 2 maïch so saùnh ñieàu khieån traïng thaùi cuûa FF, töø ñoù laùi transistor xaû (discharge) vaø taàng ra. • Chöùc naêng moät soá chaân ñöôïc moâ taû nhö sau: -

1 3

Chaân 2: TRIGGER (kích khôûi), ñieåm nhaïy möùc vôùi VCC . Khi ñieän aùp ôû chaân naøy döôùi 1/3 VCC thì ngoõ ra Q cuûa FF xuoáng [0], gaây cho chaân 3 taïo moät traïng thaùi cao.

-

Chaân 3: OUTPUT (ra) thöôøng ôû möùc thaáp vaø chuyeån thaønh möùc cao trong khoaûng thôøi gian ñònh thì. Vì taàng ra tích cöïc ôû caû 2 chieàu, noù coù theå caáp hoaëc huùt doøng ñeán 200mA

-

Chaân 4: RESET khi ñieän aùp ôû chaân naøy nhoû hôn 0,4V: chu kyø ñònh thì bò ngaét, ñöa 555 veà traïng thaùi khoâng coù kích. Ñaây laø chöùc naêng öu tieân ñeå 555 khoâng theå bò kích tröø khi RESET ñöôïc giaûi phoùng (>1,0V). Khi khoâng söû duïng noái chaân 4 leân VCC.

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 107

Bài giảng Kỹ thuật Xung -

Chương 6

Chaân 5: Control Voltage (ñieän aùp ñieàu khieån), beân trong laø ñieåm 2 VCC . Moät ñieän trôû noái ñaát hoaëc ñieän aùp ngoaøi coù theå ñöôïc noái vaøo 3

chaân 5 ñeå thay ñoåi caùc ñieåm tham khaûo (chuaån) cuûa comparator. Khi khoâng söû duïng cho muïc ñích naøy, neân gaén 1 tuï noái ñaát ≥ 0.01μF cho taát caû caùc öùng duïng nhaèm ñeå loïc caùc xung ñænh nhieãu nguoàn caáp ñieän. -

Chaân 6: Threshold (ngöôõng) ñieåm nhaïy möùc vôùi ôû chaân naøy >

2 VCC . Khi ñieän aùp 3

2 VCC . FF Reset laøm cho chaân 3 ôû traïng thaùi thaáp. 3

-

Chaân 7: Discharge (Xaû) cöïc thu cuûa transistor, thöôøng ñöôïc duøng ñeå xaû tuï ñònh thì. Vì doøng collector bò giôùi haïn, noù coù theå duøng vôùi caùc tuï raát lôùn ( > 1000μF ) khoâng bò hö.

-

Chaân 8: VCC ñieän aùp caáp nguoàn coù theå töø 4,5 ñeán 16V so vôùi chaân mass. Vieäc ñònh thì töông ñoái ñoäc laäp vôùi ñieän aùp naøy. Sai soá ñònh thì do thay ñoåi nguoàn ñieän tieâu bieåu < 0.05% /V

b. Maïch ña haøi baát oån duøng 555 VCC R1 4

8

Reset 7

R2

6 2

555 Vcc

Vout

Output

Discharge

Threshold CV

5

Trigger

0.1 uF

C

1

Hình 6.27

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 108

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Dạng sóng tại chân 2 và 3

2 VCC 3 1 VCC 3 t

V2(t) VCC

V3(t)

t

Hình 6.28 Sinh vieân aùp duïng quaù trình naïp xaû cuûa tuï, xaùc ñònh chu kyø tín hieäu ra c. Maïch ñôn oån duøng 555

VCC LM555

R

4

8

R 7

VCC

DIS

Q

3

OUTPUT

Vkich 2 6

TR THR GND

CV

5

1

C

0.1uF

Hình 6.29 Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 109

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Dạng sóng tại chân 2, 6 và 3

2 VCC 3

V6(t)

t

V2(t)

t VCC

V3(t)

t

Hình 6.30 III. MAÏCH TAÏO XUNG DUØNG COÅNG LOGIC Söï ra ñôøi cuûa maïch tích hôïp ñaõ ñaùnh daáu moät böôùc ngoaët quan troïng trong söï phaùt trieån cuûa ngaønh cheá taïo linh kieän ñieän töû. Ñaëc bieät caùc maïch tích hôïp soá vôùi chöùc naêng ña daïng, phong phuù, chæ vôùi caùc coång logic cô baûn nhö AND, OR, NOT ,v.v… maïch tích hôïp soá ñöôïc öùng duïng ngaøy caøng roäng raõi trong caùc lónh vöïc öùng duïng cuûa ñieän töû kyõ thuaät, trong ñoù coù kyõ thuaät xung Raát nhieàu maïch taïo xung tröôùc ñaây duøng linh kieän baùn daãn rôøi nhö BJT, UJT,… ñeàu coù theå thay theá baèng caùc maïch tích hôïp soá Trong phaàn thí nghieäm tröôùc, ñaõ giôùi thieäu IC ñònh thì 555 öùng duïng trong kyõ thuaät taïo xung. Phaàn naøy seõ giôùi thieäu theâm caùc maïch taïo xung chuû yeáu söû duïng caùc coång logic cô baûn

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 110

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

1. Maïch ña haøi ñôn oån Maïch ña haøi ñôn oån thöôøng duøng trong caùc maïch taïo xung, taïo delay, phaùt hieän ñoä roäng xung, maïch loïc thoâng daûi v.v…. Khi ñöôïc kích khôûi, maïch ña haøi ñôn oån taïo moät xung ôû ngoõ ra coù ñoä roäng ñoäc laäp vôùi ñoä roäng cuûa tín hieäu ngoõ vaøo. Coù 2 daïng maïch: maïch coù khaû naêng kích khôûi laïi vaø maïch khoâng coù khaû naêng kích khôûi laïi. So saùnh söï khaùc nhau giöõa 2 loaïi maïch treân nhö sau

nonretriggerable retriggerable t1

t1

Hình 6.31 a) Maïch 1. Maïch ña haøi ñôn oån duøng coång NOR

Hình 6.32. Ña haøi ñôn oån duøng coång NOR Maïch goàm 2 coång NOR, moät tuï ñieän ñöôïc noái giöõa coång I0 vaø I1. Taïi thôøi ñieåm môû ñieän, neáu caùc ngoõ vaøo I0 ôû möùc 0, ngoõ ra cuûa I0 seõ ôû möùc cao, giaû söû VC ban ñaàu baèng 0 thì VOut I0 = VDD VOut I1 = logic 0 Maïch seõ giöõ nguyeân traïng thaùi naøy do tuï C khoâng naïp ñieän ñöôïc Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 111

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Khi coù moät möùc ñieän aùp cao ñaët vaøo ngoõ vaøo I0 daãn ñeán VOut I0 = 0 vaø giaû söû raèng ñieän aùp treân tuï khoâng thay ñoåi ñoät ngoät (VC = 0) daãn ñeán VX = 0 vaø Vout = 1. Vout = 1 hoài tieáp veà I0 vì vaäy Vout I1 vaãn giöõ möùc thaáp maëc duø xung ngoõ vaøo ñaõ xuoáng thaáp. Luùc naøy nguoàn VDD seõ nap ñieän qua R, C laøm ñieän aùp treân C taêng hay ñieän aùp VX taêng, khi VX vöôït qua ngöôõng logic cuûa I1 (VIH) . Ngoõ ra I1 = 0, maïch laïi quay veà traïng thaùi ban ñaàu VX ñöôïc tính nhö sau Thay VX baèng ñieän aùp ngöôõng VTH tính ñöôïc thôøi gian toàn taïi xung ngoõ ra

Maïch 2. Maïch ñôn oån coù khaû naêng kích khôûi laïi duøng 74HC123 74HC123 coù caùc chöùc naêng sau: Ñöôïc kích khôûi baèng ngoõ vaøo coù möùc logic cao hoaëc thaáp Tröïc tieáp Reset Caùc ngoõ vaøo ñeàu söû duïng Schmitt trigger ngoaïi tröø ngoõ reset 74HC123 laø maïch ñôn oån coù khaû naêng kích khôûi laïi vôùi ñoä roäng xung ngoõ ra ñöôïc ñieàu khieån bôûi ñieän trôû ngoaøi vaø tuï ñieän ngoaøi. Sô ñoà chaân vaø baûng söï that nhö sau:

Hình 6.35 Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 112

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Caùch maéc ñieän trôû ngoaøi

Khi giaù trò tuï C > 10000pF thì ñoä roäng xung ra ñöôïc tính theo coâng thöùc sau tW = K x REXT x CEXT vôùi

tW ñoä roäng xung ra (ns) REXT :ñieän trôû ngoaøi (kΩ) CEXT: ñieän dung ngoaøi (pF)

2. Maïch ña haøi baát oån a) Maïch 1. Maïch ring oscillator Maïch ña haøi phi oån ñôn giaûn söû duïng coång laø maïch ring oscillator bao goàm N coång ñaûo ñöôïc gheùp noái tieáp nhö hình sau (vôùi N leû)

Hình 6.36. Ña haøi phi oån Ring Oscillator Chu kyø T ñöôïc tính nhö sau T = 2 N tpd Vôùi giaû söû raèng thôøi gian treã cuûa xung leân vaø xuoáng cuûa coång ñaûo laø baèng nhau vaø baèng tpd. Vì tpd coù theå thay ñoåi theo nhieät ñoä, nhaø cheá taïo neân chu kyø T treân coù theå thay ñoåi Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 113

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

b) Maïch 2. Maïch dao ñoäng Schmitt Trigger

Hình 6.37. Ña haøi phi oån Schmitt Trigger Maïch naøy söû duïng coång ñaûo Schmitt trigger vôùi ñaëc tuyeán nhö sau

Taàn soá dao ñoäng ñöôïc tính toaùn theo coâng thöùc sau f = 1/T = 1/RC Giaûi thích Hình 6.38. Daïng soùng taïi ñieåm A, B

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 114

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Giaû söû ban ñaàu Vc = 0 neân VA = 0 daãn ñeán ngoõ ra B ôû möùc 1. VB = 1 seõ naïp ñieän cho C qua R. Khi VC ñaït ñeán VP thì ngoõ vaøo coång ñaûo ñaït möùc logic 1 vaø ngoõ ra laø möùc logic 0, luùc naøy tuï xaû ñieän qua R vaø ñieän aùp treân tuï giaûm daàn ñeán VN, taïi VN ngoõ vaøo coång ñaûo chuyeån xuoáng möùc 0 vaø ngoõ ra möùc 1 töùc thôøi. c) Maïch 3.

Hình 6.39. Taàn soá dao ñoäng f = 1/(2.2RC) Giaûi thích

Hình 6.40. Daïng soùng taïi caùc ñieåm A, B, C, D

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 115

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Taïi thôøi ñieåm ñaàu giaû söû ngoõ ra IC 1 ôû möùc cao vaø ngoõ ra IC2 ôû möùc thaáp V A = VB = 1 Khi tuï C naïp ñieän, ñieän aùp VB giaûm daàn, toác ñoä giaûm ñöôïc quyeát ñònh bôûi tuï C vaø R. VTH laø ñieän aùp ngöôõng cuûa IC 2 Ñieän trôû RP ñaët vaøo maïch nhaèm muïc ñích choáng laïi quaù doøng taïi ngoõ vaøo IC 2 vaø ñöôïc choïn khoaûng 10 ñeán 100K d) Maïch 4. Maïch ña haøi phi oån ñoái xöùng R1

Q C2

R3

R2

C1

/Q

Hình 6.42. Ña haøi phi oån ñoái xöùng Hai tuï C laø maïch hoài tieáp döông ñeå taïo dao ñoäng. Caùc ñieän trôû R1, R2, R3 ñöôïc choïn ñeå duy trì ñieän aùp ôû ngoõ vaøo cuûa 2 coång gaàn möùc ñieän aùp ngöôõng neân khi tuï ñieän naïp xaû, ñieän aùp ngoõ vaøo dao ñoäng treân möùc ñieän aùp ngöôõng laøm ñieän aùp ngoõ ra dao ñoäng giöõa hai möùc 0 vaø 1 Giaû söû taïi thôøi ñieåm ñaàu Q=0 vaø Q = 1 , tuï C1 naïp taïo doøng qua R1 laøm ñieän aùp ngoõ vaøo coång 1 ôû möùc cao. Khi tuï C1 naïp ñaày thì maát doøng qua R1 daãn ñeán ngoõ vaøo coång 1 xuoáng 0 vaø Q=1. Tuï C2 luùc naøy naïp ñieän qua R2 daãn ñeán ngoõ vaøo coång 2 ôû möùc cao vaø ngoõ ra Q = 0 . Quaù trình cöù tieáp tuïc Ñieän trôû R1 thöôøng choïn baèng R2. Taàn soá dao ñoäng ñöôïc tính theo coâng thöùc: f =

1 2( R1 + R3 )C

Maïch chæ thích hôïp cho caùc taàn soá cao

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 116

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

e) Maïch 5. Dao ñoäng ña haøi ñôn oån duøng coång NOT

Hình 6.33. Ña haøi ñôn oån duøng coång NOT Giaû söû ban ñaàu ngoõ vaøo coång ñaûo A ôû möùc thaáp (ngoõ ra A seõ ôû möùc cao), xuaát hieän doøng qua Cy → Ry → Dy → ngoõ ra coång ñaûo B Do taïi thôøi ñieåm ñaàu, VCy = 0 , Cy coù theå ñöôïc xem laø ngaén maïch vaø vì vaäy, ngoõ vaøo coång B ôû möùc 1 Khi tuï Cy naïp ñieän, Vc taêng daãn ñeán ñieän aùp ngoõ vaøo coång B giaûm vaø khi qua ngöôõng logic (VIL) thì ngoõ vaøo B ôû möùc thaáp → ngoõ ra B ôû möùc 1 vaø ñaët möùc 1 ôû cathode cuûa diode neân quaù trình naïp cuûa tuï Cy chaám döùt Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 117

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Do VCx ban ñaàu = 0 neân khi ngoõ ra B ôû möùc cao thì ngoõ vaøo A ôû möùc cao. Tuï Cx baét ñaàu naïp qua Rx vaø Dx. Quaù trình giaûi thích töông töï

Hình 6.34 Thôøi gian toàn taïi xung ñöôïc quyeát ñònh bôûi C, R vaø ñieän aùp ngöôõng VT

Thôøi gian ñeå ñieän aùp ñaït ñeán ñieän aùp ngöôõng

Giaù trò TL vaø TH (thôøi gian ôû möùc cao vaø möùc thaáp) phuï thuoäc vaøo giaù trò Rx, Cx, Ry, Cy Taàn soá dao ñoäng f =

Nguyeãn Troïng Haûi

1 TL + TH

Trang 118

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

f) Maïch 6. Maïch ña haøi phi oån coù ñieàu khieån A Q

R C

Hình 6.43. Ña haøi phi oån coù ñieàu khieån Ngoõ A laø chaân nhaän tín hieäu ñieàu khieån Khi A=1, giaûi thích gioáng maïch 4 phaàn ña haøi phi oån Khi A=0, laøm cho coång NAND coù ngoõ ra giöõ nguyeân ôû möùc cao neân maïchngöng dao ñoäng. IV. DAO ÑOÄNG THAÏCH ANH Tính chaát vaø maïch töông ñöông cuûa thaïch anh: khi coù yeâu caáu taïo caùc maïch dao ñoäng coù taàn soá oån ñònh cao maø duøng caùc bieän phaùp thoâng thöôøng nhö oån ñònh nguoàn cung caáp, oån ñònh taûi,… vaãn khoâng ñaûm baûo ñöôïc oån ñònh cuûa taàn soá yeâu caàu thì phaûi duøng nguoàn thaïch anh ñeå oån ñònh taàn soá, vì thaïch anh coù nhöõng ñaëc tính vaät lyù raát toát nhö ñoä beàn cô hoïc cao, ít chòu aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä, ñoä aûm vaø taùc duïng hoùa hoïc. Thaïch anh coù tính aùp ñieän, nghóa laø döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng thì sinh ra dao ñoäng cô hoïc vaø ngöôïc laïi, khi coù dao ñoäng cô hoïc thì sinh ra ñieän tích, do ñoù coù theå duøng thaïch anh nhö moät khung coäng höôûng. Tính chaát dao ñoäng cuûa thaïch anh ñöôïc bieåu dieãn bôûi sô ñoà töông ñöông nhö hình sau:

Lq Cp

CRY STAL

Cq rq

Hình 6.44 Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 119

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Trong ñoù Lq, Cq vaø rq phuï thuoäc vaøo kích thöôùc cuûa thaïch anh vaø caùch caét khoái thaïch anh. Thaïch anh coù kích thöôùc caøng nhoû thì Lq, Cq vaø rq caøng nhoû, nghóa laø taàn soá coäng höôûng rieâng cuûa noù caøng cao. Cp laø ñieän dung giaù ñôõ Thöôøng rq raát nhoû neân khi tính toaùn ngöôøi ta boû qua. Trôû khaùng töông ñöông cuûa thaïch anh ñöôïc xaùc ñònh nhö sau 1 Lq C q 1 Z (s) = . 1 1 sC p 2 s +( + ) / Lq Cq C p s2 +

Suy ra thaïch anh coù 2 taàn soá coäng höôûng: taàn soá coäng höôûng noái tieáp öùng vôùi Z(s) = 0 vaø taàn soá coäng höôûng song song öùng vôùi öùng vôùi Z(s) = ∞ ωz =

ωp =

1 Lq C q

1 Lq

⎛ 1 1 ⎞⎟ ⎜ + ⎜C ⎟ ⎝ q Cp ⎠

Tuy nhieân vì Cp >> Cq neân ω z ≈ ω p vì vaäy bieåu thöùc ω Z thöôøng ñöôïc söû duïng. Taàn soá dao ñoäng cuûa maïch ñöôïc xaùc ñònh baèng taàn soá dao ñoäng cuûa thaïch anh hôn laø baèng caùc phaàn töû trong maïch. Ví duï.

10M

R 2k

CRYSTAL

60p

60p

Hình 6.45

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 120

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

COÂNG TAÉC CHOÁNG DOÄI DUØNG DAO ÑOÄNG ÑA HAØI ÑÔN OÅN

DAO ÑOÄNG ÑA HAØI DUØNG CD4047BC

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 121

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

CD4047B coù khaû naêng hoaït ñoäng nhö moät maïch dao ñoäng ña haøi baát oån hay ñôn oån. Yeâu caàu phaûi maéc theâm tuï ñieän ngoaøi (giöõa chaân 1, 3) vaø ñieän trôû ngoaøi (giöõa chaân 2,3) ñeå xaùc ñònh ñoä roäng xung ngoõ ra ôû daïng ñôn oån vaø taàn soá ngoõ ra ôû daïng baát oån Thieát laäp maïch ña haøi baát oån duøng 4047B baèng caùch ñaët möùc ñieän aùp cao vaøo ngoõ ASTABLE hoaëc möùc ñieän aùp thaáp vaøo ngoõ ASTABLE Thieát laäp maïch ña haøi ñôn oån duøng 4047B baèng caùch kích xung caïnh leân vaøo ngoõ trigger + hoaëc kích caïnh xuoáng vaøo ngoõ trigger – Khi ngoõ Reset o möùc logic 1, ngoõ ra Q = 0 Ñaëc tính Nguoàn cung caáp: töø 3 ñeán 15V Khaû naêng choáng nhieãu cao Töông thích vôùi hoï TTL ÖÙng duïng: -

Maïch thôøi gian

-

Maïch treã

-

Nhaân taàn

-

Chia taàn

-

Taùch ñöôøng bao

Coâng thöùc tính ñoä roäng xung tAstable (10,11) = 4.4 RC tAstable (13) = 2.2 RC tMonostable (10,11) = 2.48 RC

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 122

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Baøi taäp chöông 6 1. Cho maïch hình, vôùi nguoàn cung caáp VCC = ± 9V a). Giaûi thích hoaït ñoäng cuûa maïch, veõ daïng soùng VC vaø VOUT b). Töø daïng soùng ôû treân, tìm bieåu thöùc chu kyø T cuûa VOUT D1

R

D2 2R

+

Vout(t) R

C

R

2. Cho maïch hình. a). Giaûi thích hoaït ñoäng cuûa maïch, veõ daïng soùng VC vaø VOUT . b). Töø daïng soùng ôû treân, tìm bieåu thöùc chu kyø T cuûa ngoõ ra VOUT c). Tính toaùn thieát keá maïch ñeå ngoõ ra nhö sau 5v 0v

0,125ms

0,025ms

R

VOUT 74HC14

C

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 123

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

3. Thieát keá maïch ña haøi baát oån duøng OpAmp. a). Veõ maïch, giaûi thích hoaït ñoäng cuûa maïch, veõ daïng soùng VC vaø VOUT . b). Töø daïng soùng ôû treân, tìm bieåu thöùc chu kyø T cuûa ngoõ ra VOUT. Xaùc ñònh giaù trò caùc linh kieän ñeå maïch coù taàn soá ngoõ ra f=5Khz; heä soá coâng taùc q=70%; Vγ = 0V

4. Thieát tính moät maïch dao ñoäng ñôn oån coù bieân ñoä ra töø (0V ñeán + 5V) vaø ñoä roäng xung Tx= 1 giaây a) Veõ daïng maïch vaø giaûi thích. b) Tính toaùn giaù trò caùc linh kieän. 5. Cho maïch sau

1K

10K

P1

E

7

2.2K J1 0.47 uF

4 8 U33 Reset Vcc Output

6

F

2

Discharge

CV

5

Threshold Trigger

0.1 uF

0.1 uF 555

a) Veõ daïng soùng taïi ñieåm F vaø daïng soùng ngoõ ra khi P1=5K b) Laëp laïi caâu a vôùi gía trò bieán trôû P1 ôû vò trí min vaø max c) Laëp laïi caâu a neáu tieáp ñieåm J1 ñöôïc noái laïi 6. Cho maïch sau a) Veõ daïng soùng taïi ñieåm F vaø daïng soùng ngoõ ra khi P1=5K b) Laëp laïi caâu a vôùi gía trò bieán trôû P1 ôû vò trí min vaø max c) Laëp laïi caâu a neáu tieáp ñieåm J1 ñöôïc noái laïi d) Laëp laïi caâu a neáu ñaët vaøo chaân 2 tín hieäu coù taàn soá 1khz e) Nhaän xeùt gì neáu taêng taàn soá tín hieäu caâu d f) Tìm traïng thaùi caám cho maïch

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 124

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6 +5V R3 1K 3

P2 10K

D1 1N414B 4

R5 2 1M

8

R

E1 C5 1nF

7

DIS

Q

R4 2.2K 2

INPUT

6

F

J3 F C5 0.1uF

VCC

C6 0.1uF

J2

TR THR GND LM555 1

CV

3

OUTPUT

5

C7 0.47uF

C8 0.1uF

7. Cho maïch hình. a). Giaûi thích hoaït ñoäng cuûa maïch, veõ daïng soùng VX vaø VOUT1 . b). Töø daïng soùng ôû treân, tìm bieåu thöùc chu kyø T cuûa ngoõ ra VOUT1 c). Tính toaùn caùc linh kieän ñeå maïch coù fout = 38Khz, q=40%

74HC14

74HC14

Vout1

Vout2 I2

I1 R VX

Nguyeãn Troïng Haûi

C

Trang 125