Bộ tài liệu kỹ thuật xung số chương 3 tt

KỸ THUẬT XUNG SỐ Đỗ Thế Cần Email : dtcan@dut.udn.vn Mobile: 0907971768 CHƯƠNG 3: MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI Chương – Mạch dao động đa hài – Mạch đa hài đơn ổn - Mạch dao động đa hài đơn ổn có hai trạng thái T1 bão hòa-T2 ngưng ngược lại, hai trạng thái có trạng thái ổn định trạng thái không ổn định gọi trạng thái tạo xung - Ban đầu mạch đơn ổn trạng thái ổn đinh khơng có tác động xung kích Khi có xung kích, mạch đơn ổn tạo xung ngõ với độ rộng xung tùy thuộc vào thông số RC mạch Sau thời gian có xung ra, mạch đơn ổn tự trở trạng thái ổn định ban đầu - Mạch đơn ổn thiết kế sử dụng: transistor, op-amp, vi mạch định cổng logic - Mạch đơn ổn cịn gọi mạch định nhờ thời gian xung định trước nhờ vào thơng số mạch Chương – Mạch dao động đa hài – Nguyên lý làm việc: +VCC RC1 RB2 IC1 IB1 RB1 CNạp RC2 C a) Trạng thái ổn định: - Khi cấp nguồn, tụ C nạp qua RC2 tạo dòng đủ lớn cấp cho cực B1 để phân cực cho T1 -> T1 dẫn bão hòa - IC1 qua RC1 đủ lớn để tạo sụt áp RC1, lúc VC1 = VCEsat = 0,2V - Cầu phân áp RB2 RB làm cho VB2 T2 ngưng dẫn - Sau tụ nạp đầy: VC = VCC – VBEsat ≈ VCC - Khi tụ đầy-> dịng qua C khơng T1 Ci dẫn bão hòa nhờ vào IB1 qua RB1 -> T1 T2 giữ RB trạng thái mãi khơng có tác động từ T1 Bão hịa T2 Vi = 0V -VBB Ngưng bên Chương – Mạch dao động đa hài +VCC RC1 RB1 RB2 C RC2 IC2 Cxả IB2 Ci RB T1 T2 Ngưng Vi -VBB Bão hòa b) Trạng thái tạo xung - Khi ngõ vào Vi nhận xung kích âm -> VB1 giảm -> T1 ngưng dẫn - Lúc IC1 = -> VC1 tăng cao qua cầu phân áp RB2RB phân cực T2 chạy bão hòa - Khi T2 bão hòa VC2 = VCEsat≈ 0,2V Điều làm cho tụ C có chân mang điện áp dương coi nối mass chân lại âm so với mass, điện áp âm phân cực ngược T1 qua cực B1 -> T1 tiếp tục ngưng dẫn dù hết xung kích - Lúc tụ C xả điện qua RB1 T2 Trong lúc T1 ngưng, T2 bão hòa nên điện áp chân C B hai transistor đổi ngược lại xung điện ngõ - Sau tụ C xả xong làm điện áp âm đặt vào chân B1 -> T1 hết trạng thái ngưng dẫn chuyển sang dẫn bão hòa lúc đầu - Khi T1 dẫn bão hòa VC1 = VCEsat = 0,2V -> T2 lại phân cực ngưng dẫn Chương – Mạch dao động đa hài Dạng sóng vào mạch đơn ổn - Sự khác biệt chưa có có xung nhọn gì? - Thời gian tạo xung mạch đơn ổn gì? Chương – Mạch dao động đa hài Điều kiện thông số kỹ thuật mạch đơn ổn +VCC RC1 RB2 IC1 IB1 Để mạch đơn ổn làm việc theo nguyên lý phải thỏa điều kiện T1 dẫn bão hòa: RB1 CNạp RC2 C IC1 = VCC−VCEsat RC1 ≈ RCC V (VCEsat ≈ 0,2V) IB1 = VCC−VBEsat RB1 ≈ RCC V (VBEsat ≈ 0,8V) C1 B1 Muốn T1 bão hòa phải có: IB1 > Ci Thường chọn: RB IB1 = k IC1 βsat IC1 βsat (với k hệ số bão hịa sâu k = 2÷4) T1 Bão hịa T2 Vi = 0V -VBB Ngưng Chương – Mạch dao động đa hài Tính độ rộng xung tạo mạch đơn ổn Hằng số thời gian nạp: τnap = RC1.C Điện áp nạp tụ tăng theo hàm số mũ: VC(t) = VCC(1-e-t/τ) => VC(t) = VCC – VCC.e-t/τ Khi có xung âm vào B1 tụ xả qua RB1 với số thời gian xả: τxả = RB1.C Điện áp tụ xả giảm theo hàm số mũ: VC(t) = VCC.e-t/τ Do chân dương tụ C coi nối mass qua chân C2 T2 bão hòa, nên tụ xả điện áp âm –VCC điện áp tụ tăng từ -VCC lên 0V, sau nạp tiếp từ 0V lên +VCC Như đường xả nạp tụ giới hạn từ -VCC tới +VCC  VC(t) = VCC - 2VCC.e-t/τ Chương – Mạch dao động đa hài Khi VC(t) = 0V mạch trở lại trạng thái ổn định lúc tụ C hết thời gian xả, thời gian tạo xung ngõ với xung có độ rộng xung tx Ta có: VCC = 2VCC.e-tx/τ => e-tx/τ = 1/2 => tx = τ.ln2 ( Logarit số e: ln(ex) = x ) Ta có τ = RB1.C => tx = 0,69.RB1C (*) Từ (*) ta thấy độ rộng xung tạo tỉ lệ thuận với RB1 C Vì để thay đổi độ rộng xung ta thay đổi trị số RB1 C Tuy nhiên giá trị RB1 bị giới hạn điều kiện bão hòa T1 nên ta thay đổi C Chương – Mạch dao động đa hài Tính biên độ xung ra: - Khi T1 dẫn bão hòa T2 ngưng (trạng thái ổn định) ta có: VC1 = VCEsat ≈ 0,2V VC2 ≈ VCC - Khi T1 ngưng T2 dẫn bão hòa (trạng thái tạo xung) ta có: VC1 ≈ VCC RB2 RC1 RB2 = Vx + VC2 = VCEsat ≈ 0,2V Vậy biên độ xung dương T1 tạo là: VO1 = Vx – 0,2V ≈ Vx Biên độ xung âm T1 tạo là: VO2 = VCC – 0,2V ≈ VCC 10 Chương – Mạch dao động đa hài Thời gian hồi phục: +VCC - Ở trạng thía phát xung T1 ngưng dẫn T2 bão hòa Sau khoản thời RC1 RB1 RB2 C RC2 nhiên q trình khơng xảy tụ C nạp qua RC2 làm cho IC2 Cxả gian tx (độ rộng xung) T2 trở lại trạng thái ngưng dẫn Tuy VC2 tăng lên theo hàm số mũ không tăng đột biến xung vuông Thời gian gọi thời gian phục hồi th: Ta có: τnap = RC2.C IB2 Ci T1 Ngưng Tụ nạp đầy thời gian 5τ thường tính: RB Vi th ≈ 4τnap ≈4RC2.C -VBB T2 Bão hòa 11 Chương – Mạch dao động đa hài Mạch đơn ổn cải tiến dùng mạch nguồn VCC RC1 RB1 RB2 RC2 C Mạch vi phân Ri-Ci có chức đổi xung vng T2 T1 D Vi Ci hai xung nhọn diode D nhận xung nhọn âm đưa vào cực B1 RB Ri 12 Chương – Mạch dao động đa hài Mạch đơn ổn cải tiến dùng xung kích vào cực C2 Ở trạng thái ổn định T1 bão hòa T2 ngưng, tụ RC1 RB2 RB1 RC2 C nạp điện Khi có xung nhọn âm làm diode D Ri phân cực thuận, tụ C có chân nạp điện áp dương D nối mass nên chân nạp điện âm làm phân cực C T1 Ci T2 ngược B1 T1 ngưng dẫn Lúc này, VC1 tăng cao làm T2 phân cực bão hòa VC2 ≈ 0,2V nên tụ C tiếp tục xả qua RB1 mạch RB Vi trì trạng thái T1 ngưng-T2 dẫn bão hịa tụ xả hết Sau thời gian tạo xung tx mạch trở trạng thái ổn định 13 Chương – Mạch dao động đa hài Mạch đơn ổn cải tiến dùng tụ gia tốc VCC Cj RC1 RB1 RB2 RC2 T2 D có xung kích âm vào B1 ta dùng tụ gia tốc Cj ghép song song với RB2 Khi có xung kích âm C T1 Để chuyển trạng thái T2 từ ngưng sang dẫn bão hòa cực B1 -> T1 chuyển từ bão hòa sang ngưng -> VC1 tăng Ở trạng thái chuyển tiếp, Cj nối tắt nên điện áp VCj phân cực nhanh cho cực B2 làm T2 dẫn bão hịa nhanh-> VC2 giảm nhanh Điều làm xung vng Vi C2 có cạnh xuống thẳng đứng, sửa lại tốc độ dốc Ci Ri trước xung 14 Chương – Mạch dao động đa hài Mạch đơn ổn cải tiến dùng diode cách ly sửa độ dốc sau VCC Đối với mạch đơn ổn có xét đến thời gian hồi phục th Cj RC1 RB2 RB1 RD C D xung cực C2, tụ C nạp điện qua RC2 làm VC2 tăng RC2 chậm làm độ dốc sau xung bị kéo dài Để làm giảm thời gian hồi phục ngõ ra, làm độ dốc sau T2 T1 Di thẳng ta sử dụng thêm Diode D điện trở RD hình bên Khi T2 ngưng, điện áp VC2 làm phân cực ngược diode D tụ C nạp qua RD nên điện áp VC2 tăng nhanh Vi Ci Ri Trong mạch T2 bão hòa, VC2 giảm nên diode D phân cực thuận, điện trở cực C2 RC2 song song RD Thông thường ta chọn RC2 = RD = 2RC1 15 Chương – Mạch dao động đa hài Mạch đơn ổn cải tiến dùng diode cách ly bảo vệ mối nối BE1 VCC Mạch vi phân tạo xung nhọn làm phân cực thuận Di -> RC1 RB2 D T1 RC2 Ci T1 ngưng – T2 bão hòa Lúc này, C xả điện điện áp nạp tụ đưa vào B1 với trị số ≈ VCC Điện áp C làm hỏng mối nối BE1 (VCC lớn điện áp đánh T2 Di Vi RB1 thủng) Để bảo vệ mối nối BE=1 ta đặt thêm diode D tụ C cực B1 Khi tụ xả điện diode D chịu điện áp ngược thay cho BE1 qua bảo vệ BE1 khơng bị đánh Ri thủng 16