Giáo trình Vi mạch tương tự cung cấp cho người học những kiến thức như: Khuếch đại thuật toán; Ứng dụng của khuếch đại thuật toán; Mạch dao động; Mạch nguồn; Các vi mạch tương tự thông dụng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 2 giáo trình!
- 52 BÀI MẠCH DAO ĐỘNG M ã bài: 12-3 Giới thiệu Ngoài mạch khuếch đại điện công suất, dao động loại mạch ngành điện tử Mạch dao động sử dụng phổ biến thiết bị viễn thông Một cách đơn giản, mạch dao động mạch tạo tín hiệu Tổng quát, người ta thường chia làm loại mạch dao động: Dao động điều hòa (harmonic oscillators) tạo sóng sin dao động tích thoát (thư giãn - relaxation oscillators) thường tạo tín hiệu khơng sin cưa, tam giác, vng (sawtooth, triangular, square) Mục tiêu: - Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động mạch dao động sin, mạch dao động khơng sin, mạch tạo sóng đặc biệt - Thực mạch dao động yêu cầu kỹ thuật - Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp Nội dung Mạch dao động sin Mục tiêu + Hiểu nguyên lý mạch dao động sin + Cách tạo mạchdao động sin + Cách tạo dạng sòng đặc biệt Người ta tạo dao động hình Sin từ linh kiện L - C từ thạch anh Mạch dao động hình Sin dùng L – C - 53 Mach dao động có tụ C1 // L1 tạo thành mạch dao động L -C Để trì dao động tín hiệu dao động đưa vào chân B Transistor, R1 trở định thiên cho Transistor, R2 trở gánh để lấy tín hiệu dao động , cuộn dây đấu từ chân E Transistor xuống mass có tác dụng lấy hồi tiếp để trì dao động Tần số dao động mạch phụ thuộc vào C1 L1 theo cơng thức Mạch dao động hình sin dùng thạch anh X1 : thạch anh tạo dao động , tần số dao động ghi thân thach anh, thạch anh cấp điện tự dao động sóng hình sin.thạch anh thường có tần số dao động từ vài trăm KHz đến vài chục MHz Transistor Q1 khuyếch đại tín hiệu dao động từ thạch anh cuối tín hiệu lấy chân C R1 vừa điện trở cấp nguồn cho thạch anh vừa định thiên cho Transistor Q1 R2 trở ghánh tạo sụt áp để lấy tín hiệu Thạch anh dùng để dao động 1.1 Khảo sát mạch dao động sin tần số thấp - 54 Ta xem lại mạch khuếch đại có hồi tiếp - Nếu pha vf lệch 1800 so với vs ta có hồi tiếp âm - Nếu pha vf pha với vs (hay lệch 3600) ta có hồi tiếp dương Ðộ lợi mạch có hồi tiếp: Trường hợp đặc biệt βAv = gọi chuẩn Barkausen (Barkausencriteria), lúc Af trở nên vơ hạn, nghĩa khơng có tín hiệu nguồn vs mà có tín hiệu v0, tức mạch tự tạo tín hiệu gọi mạch dao động Tóm lại điều kiện để có dao động là: βAv=1 θA + θB = (3600 ) điều kiện thỏa tần số đó, nghĩa hệ thống hồi tiếp dương phải có mạch chọn tần số Nếu βAv >> (đúng điều kiện pha) mạch dao động đạt ổn định nhanh dạng sóng méo nhiều (thiên vng) cịn βAv > gần mạch đạt đến độ ổn định chậm dạng sóng méo Cịn βAv < mạch khơng dao động Dao động dịch pha (phase shift oscillator): a Nguyên tắc: - 55 - - Do op-amp có tổng trở vào lớn tổng trở không đáng kể nên mạch dao động minh họa tốt cho chuẩn Barkausen Mạch minh họa sau - Tần số dao động xác định bởi: Mạch dao động không sin 2.1 Mạch dao động cầu T kép khz Các KĐTT dùng ứng dụng tạo sóng, chúng thuyực chức tạo sóng sin, sóng vuông, tam giác…với tần số thấp vài Hz đến tần số cao khoảng 20 KHz Sóng sin tần số thấp tạo nhiều cách Một cách đơn giản ghép mạch cầu T kép đầu với đầu vào mạch khuếch đại đảo dùng KĐTT hình 3.1 Mạch cầu T kép gồm R1-R2-R3-R4 C1-C2-C3, mạch cầu T kép gọi cân R1 = R2 = 2(R3 + R4) C1 = C2 = C3/2 Khi mạch hồn tồn cân trở thành suy giảm phụ thuộc tần số, triệt hồn tồn tín hiệu tần số trung tâm f = 1/6,28 R1C1 cho tần số - 56 khác truyền qua Khi cầu khơng hồn tồn cân bằng, đóng vai trị suy giảm lúc có tín hiệu tần số trung tâm, pha tín hiệu phụ thuộc vào chiều hướng cân Nếu 2(R3 + R4) nhỏ R1 R2 tín hiệu ngược pha với tín hiệu vào Hình 3.1 Mạch dao động cầu T kép KHz Trong sơ đồ tín hiệu vào mạch cầu T kép lấy từ đầu KĐTT, đầu lại đưa vào đầu vào đảo KĐTT R4 hiệu chỉnh cẩn thận cho cầu T kép có điện áp nhỏ tần số trung tâm, tín hiệu ngược pha với tín hiệu vào Như có hồi tiếp dương tần số trung tâm mạch dao động tần số này, giá trị sơ đồ khoảng KHz Biên độ thay đổi từ đến V hiệu dụng nhờ R7, nên chỉnh R4 cho mạch vừa dao động, tín hiệu có độ méo tồn phần IBQ1 tiêu tán công suất tối đa là: PD(Q2) = VI IBQ1 = 15 V 0,67 A = 10 W Giá trị tụ ngõ C = Q/V = I.t/V Với : V : Biến thiên điện áp cho phép I : Dòng tải tối đa T : Thời gian chuyển mạch tải logic tr + tf, dùng tụ khoảng 10 μF họ TTL Bài tập 4: Thiết kế nạp accu Có nhiều phương pháp để nạp lại accu acid-chì, số sẻ làm cho accu làm việc lại không làm cho accu trở trạng thái ban đầu, để bảo đảm cho accu nạp đầy đủ đạt tuổi thọ tối đa cần phải chọn kỹ thuật nạp thích hợp Trạng thái accu xác định tỉ trọng dung dịch điện giải Tỉ trọng 1,280 (đo hidro kế) cho biết accu đẫ nạp đầy Khi đo 1,250 lớn tốt Một accu xả hết có tỉ trọng 1,150 thấp Sau trình thiết kế nạp accu dựa vào điện áp nạp 2,4 V cho ngăn Mạch nạp cung cấp 14,4 V cho accu có ngăn với tốc độ lần tần số điện áp lưới Thiết kế có khả giới hạn dòng để bảo vệ nạp, giới hạn tốc độ nạp để ngăn phá hỏng accu xả điện Dòng nạp tối đa thường ¼ dung lượng Ah accu VD với accu có dung lượng 44 Ah dịng nạp tối đa 11 A Nếu tải cần dòng nạp lớn giới hạn 11 A mạch sẻ vào chế độ hạn dòng Biên độ xung nạp điều khiển để trì dịng nạp đỉnh tối đa 11 A (trung bình A) Mạch nạp gồm có phần chính: • Chỉnh lưu • Ổn áp - 122 • Giới hạn dòng • Phần tử điều khiển Phần chỉnh lưu Là loại chỉnh lưu tồn sóng dùng biến áp có điễm (hình 4.38) đạt hiệu suất tối đa với số linh kiện tối thiểu, yêu cầu điện áp đánh thủng VR diode là: VR > VThứ cáp (đỉnh) – VF VR > 20 1,414 -1 = 56 V - 123 Thiết kế chọn giới hạn dòng 11 A, nên dùng chỉnh lưu có dịng định mức khoảng 25 A để làm việc với dòng tối đa với đột biến dòng nào, chọn diode 1N1184 có thơng số 35 A, 100 V Phần ổn áp Phần ổn áp bao gồm linh kiện sau: Z1, Q1, R1, R2 RB Z1 ổn áp song song TL431, đóng vai trị phần tử điều khiển Q1 transistor chuyển tiếp, R1, R2 dò điện áp đưa hồi tiếp Z1, R1 R2 chọn cho điện áp chân REF TL431 so với đất 2,5 V ứng với điện áp mong muốn Điện áp chân REF đưa vào khuếch đại sai biệt TL431 so sánh với chuẩn 2,5 V bên Khi điện áp hồi tiếp chân REF nhỏ chuẩn 2,5 V bên tổng trở anode với cathode TL431 cao làm giảm dòng rẻ qua TL431, dòng cực Q1 tăng lên làm tăng điện áp Khi điện áp hồi tiếp lớn chuẩn 2,5 V tổng trở TL431 giảm , dòng cực Q1 giảm điện áp giảm - 124 Do điện áp hồi tiếp dò từ ngõ ra, TL431 sẻ bổ cho thay đổi sụt áp nền-phát Q1 hay sụt áp RCL dòng điện khác Phần giới hạn dòng Phần bao gồm: Z2, Q1 RCL Giá trị điện trở giới hạn dòng RCL chọn cho sụt áp qua 2,5 V dịng giới hạn mong muốn Sụt áp RCL dò ổn áp song song Z2 (TL431) Khi dòng điện nhỏ dòng giới hạn, VREF < 2,5 V Z2 có tổng trở cao khơng ảnh hưởng đến hoạt động Q1 Khi dòng điện đạt đến tối đa lúc VREF = 2,5 V tổng trở Z2 giảm , làm giảm dòng cực Q1 làm giới hạn dòng điện Dưới điều kiện Z2 điều khiển transistor Q1 trì dịng điện khơng đổi ngắn mạch R3 thêm vào để bảo vệ Z2 RCL hở mạch Phần tử điều khiển Phần tử điều khiển transistor công suất Darlington điều khiển Z1 Z2 tùy theo trạng thái accu nạp Đặc tính Q1 quan trọng cho việc xác định thiết kế mạch lựa chọn biến áp nguồn - 125 - Các giá trị R1 R2 đặt mức điện áp 2,4 V cho ngăn accu hay 14,4 V cho accu ngăn Để bảo đảm Z1 hoạt động tốt nên chọn dòng chảy qua R1 R2 mA.Do đó: Để dể điều chỉnh dùng biến trở 20 KΩ thay cho R1 Việc giới hạn dịng bắt đầu có sụt áp 2,5 V RCL giới hạn dòng mong muốn, accu 44 Ah, dòng nạp tối đa 11 A Do đó: Sau chọn Q1, tính điện trở cực RB Theo sổ tay, thông số TIP642 sau: hFE (MIN) @ 11 A 500 VCE = V; VBE = 1,6 V PMAX = 160 W @ 400C IB = 22 mA dịng cực thu đỉnh 11 A Tính RB trường hợp xấu (ngắn mạch), đó: - 126 - Trong RB phải đủ nhỏ để khơng làm giới hạn dịng cực Q1 dòng nạp ICHG = A RB phải đủ lớn để giớ hạn dòng bị ngắn mạch Giá trị phải nhỏ tổng dòng cực Q1 với dòng cực đại qua Z2 Giá trị RB khoảng đủ để lái Q1 với dòng nạp ICHG = A, nhiên cho phép điều khiển toàn Q1 Z2 trường hợp ngắn mạch RB chọn 200 Ω - 127 T L U THAM KHẢO [1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003 [2]Thiết kế xây dựng mạch điện quanh ta - Tăng Văn Mùi, Trần Duy Nam - NXB khoa học kỹ thuật [3] 110 mạch ứng dụng op-amp - R M MARSTON [4] Kĩ thuật điện tử - Đỗ xuân Thụ NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 ... giản ghép mạch cầu T kép đầu với đầu vào mạch khuếch đại đảo dùng KĐTT hình 3.1 Mạch cầu T kép gồm R1-R2-R3-R4 C1-C2-C3, mạch cầu T kép gọi cân R1 = R2 = 2( R3 + R4) C1 = C2 = C3 /2 Khi mạch hoàn... LM340 LM 320 cịn có thêm ký tự để hình dạng vỏ như: LM340-xxH, -xxK, -xxT hay LM340H-xx, LM340K-xx, LM340T-xx với H vỏ T )-5 , K vỏ T )-3 T dạng vỏ TO- 22 0 Sau số ứng dụng tiêu biểu: 1 .2. 1 Nâng điện. .. Vịng khóa pha Hình 5.13 Sơ đồ khối XR -2 2 06 Hình 5.14 Sơ đồ chân XR -2 2 06 - 99 - Mô tả cấu trúc XR -2 2 06 XR -2 2 06 gồm bốn khối chức năng: Khối dao động điều khiển điện áp (VCO), khối sửa dạng sin nhân