Bộ tài liệu kỹ thuật xung số chương 3

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 – Khái niệm - Mạch đa hài mạch hoạt động với tín hiệu khơng sin Từ tín hiệu khơng sin người ta phân tích thành tín hiệu hình sin có tần số nhiều tần số khác có giá trị gấp n lần tần số bản, gọi họa tần, hay sóng hài - Có ba loại mạch dao động đa hài bản: - Dao động đa hài lưỡng ổn - Dao động đa hài đơn ổn - Dao động đa hài phi ổn Chương – Mạch dao động đa hài - Mạch đa hài chủ yếu để nói đến mạch có tín hiệu hình chữ nhật, tín hiệu phân tích thành thành phần sin hài bậc 3, 5, 7…, tức tần số có giá trị gấp 3, 5, lần tần số Ví dụ: U=1250sin(ωt)+340sin(3ωt)+130sin(5ωt)+45sin(7ωt)+15sin(9ωt)+5sin(11ωt)… Chương – Mạch dao động đa hài – Mạch đa hài lưỡng ổn 2.1 Mạch đảo Phân tích mạch: +12V - Khi Vi mức cao, transistor dẫn bão hòa 4kΩ + 2,2kΩ Vo Vi - -> Dòng IC qua RC tạo sụt áp, Vo ≈ 0,2V (VCEsat) ứng với mức thấp - Khi Vi mức thấp-> transistor ngưng dẫn 2,2kΩ ->IC = nên không gây giảm áp qua RC, lúc Vo ≈ VCC ứng với mức cao -12V Chương – Mạch dao động đa hài 2.2 – Mạch Flip-Flop Nguyên lý: +VCC RC1 R2 R1 RB1 T1 RC2 RB2 -VBB T2 Ta sử dụng hai transistor tên điện trở phân cực có trị số Tuy nhiên đặc tính vật lý, hai transitor khơng thể cân cách tuyệt đối-> hai dẫn mạnh transistor lại - Giả thiết T1 chạy nhanh T2: + Dòng IC1 lớn qua RC1 làm VC1 giảm + VC1 qua R2 phân cực cho T2 làm VB2 giảm điều làm cho T2 chạy yếu Khi T2 chạy yếu-> dòng IC2 nhỏ qua RC2 làm điện áp VC2 tăng Điện áp qua VC2 qua R1 phân cực cho T1 làm VB1 tăng-> T1 chạy mạnh Qúa trình làm cho T1 tiến đến dẫn bão hòa, T2 đến ngưng dẫn. Mạch trạng thái khơng có tác động khác Chương – Mạch dao động đa hài 2.2 – Mạch Flip-Flop Phân tích mạch: +12V IC1 1,8kΩ (RC1) 18kΩ (R2) 1,8kΩ (RC2) 18kΩ (R1) Theo giả thiết trên, T1 dẫn bão hịa ta có: VC1 ≈ VCEsat ≈ 0,2V VB1 = VBEsat ≈ 0,8V Ta có: V −V IC1 = CC R CEsat = (12-0,2)/1800 ≈ 6,5mA C1 0,2V 0,8V IB1 IB1 = 47kΩ (RB1) 47kΩ (RB2) Bão hòa -6V - VBEsat−VBB R𝐵1 12−0,8 0,8+6 = 1800+18000 - 47000 = 0,41mA Ở trạng thái bảo hịa transitor có β nhỏ, chọn β = 50 Ta kiểm tra lại điều kiện bão hòa T1 sau: I 0,065 Thông thường: IB = βC = 50 = 0,13mA IR T1 VCC −VBEsat RC2+R1 T2 Ngưng Ta có: IB1 = 0,41mA => IB1 > IB I => T1 đủ điều kiện bão hịa IB1> βC1 Chương – Mạch dao động đa hài 2.2 – Mạch Flip-Flop Xét T2 trạng thái ngưng: VC2 = VCC – (IB1 + IR ).RC2 +12V IC1 1,8kΩ (RC1) 18kΩ (R2) 1,8kΩ (RC2) 18kΩ (R1) 0,2V 0,8V IB1 Bão hòa 𝑉𝐶𝐶 −𝑉𝐵𝐸𝑠𝑎𝑡 ).RC2 𝑅𝐶2+𝑅1 12−0,8 = 12-(1800+18000).1800 ≈ 11V R B2 VB2 = (VC1 - VBB).R +R 47kΩ (RB1) 47kΩ (RB2) -6V B2 + VBB 47000 = (0,2+6)18000+47000 - ≈ -1,5V IR T1 VC2 ≈ VCC – ( T2 Ngưng T2 transistor NPN nên VB2 < 0V ngưng dẫn Nguồn âm VBB có tác dụng phân cực để T2 ổn định trạng thái ngưng, tránh trường hợp bị tín hiệu nhiễu làm chuyển trạng thái T2 Chương – Mạch dao động đa hài 2.3 – Kích đổi trạng thái mạch Flip Flop mạch kích bên +12V Khi ngõ vào nhận xung vuông Vin qua mạch vi 1,8kΩ 18kΩ 18kΩ 0,8V ngược nên ngưng dẫn mạch Flip Flop giữ nguyên trạng thái Khi có xung nhọn âm D 47kΩ D T1 T2 Vi nhọn Khi xung nhọn dương D bị phân cực -1,5V 47kΩ Vin phân RC tạo điện áp Vi điện trở R hai xung 11V 0,2V Bão hòa 1,8kΩ -6V C R Ngưng phân cực thuận làm VB1 giảm xuống 0V nên T1 ngưng dẫn -> VC1 tăng làm cho áp phân cực B2 tăng lên -> T2 dẫn bão hòa Lúc VC2 = 0,2V nên T1 khơng phân cực, tiếp tục ngưng Mạch kích bên dẫn dù xung âm hết Chương – Mạch dao động đa hài 2.3 – Kích đổi trạng thái mạch Flip Flop mạch kích bên +12V 1,8kΩ 18kΩ 18kΩ 11V 0,2V 0,8V -1,5V 47kΩ Bão hòa 47kΩ D T1 Vin 1,8kΩ T2 Vi -6V C R Mạch kích bên Ngưng Chương – Mạch dao động đa hài 2.3 – Kích đổi trạng thái mạch Flip Flop mạch kích đếm +12V 1,8kΩ 1,8kΩ 18kΩ 18kΩ 11V 0,2V 0,8V -1,5V 47kΩ 10kΩ A VA ≈ 0.2V D1 D2 C1 -6V Vin C2 10kΩ B VB ≈ 11V Chương – Mạch dao động đa hài 2.3 – Kích đổi trạng thái mạch Flip Flop mạch kích đếm +12V 1,8kΩ 18k Ω 18kΩ 0,2V 0,8V -1,5V 47kΩ 10kΩ A VA ≈ 0.2V D1 D C1 -6V Vin C2 Khi mạch trạng thái T1 bão hòa, T2 ngưng dẫn ta có: VA≈ VC1 = 0,2V (T1 bão hòa) VB ≈ VC2 = 11V (T2 ngưng dẫn) 1,8kΩ Khi có xung vng Vin ngõ vào hai tụ C1-C2 có hai xung nhọn dương ứng với cạnh dương hai xung nhọn âm 11V cạnh xuống xung vuông hai điểm A B - Tại thời điểm xung nhọn dương: hai diode D1 D2 phân cực ngược nên khơng có tác dụng với mạch FlipFlop 10kΩ - Khi có xung nhọn âm hai điểm A B có hai mức biến đổi khác Do VA = 0,2V nên xung nhọn âm làm giảm điện áp VA D1 phân cực thuận -> T1 chuyển B trạng thái từ bão hòa sang ngưng dẫn T2 chuyển từ VB ≈ 11V ngưng dẫn sang bão hịa Vì VB cao so với xung nhọn âm nên D2 bị phân cực ngược-> xung âm tác dụng với T2 Khi có xung vng thứ hai đến, lần xung nhọn âm có tác dụng với T2 nên mạch chuyển lại trạng thái ban đầu Chương – Mạch dao động đa hài Các điểm cần lưu ý thiết kế mạch FlipFlop Mạch vi phân ngõ vào phải chọn trị số cho thỏa yêu cầu sau: - Xung âm phải có biên độ đủ cao độ rộng đủ lớn để bù kích đổi trạng thái transistor bão hòa sang ngưng dẫn - Nếu số thời gian τ = RC lớn làm giới hạn tần số xung kích (theo điều kiện mạch vi phân) - Nếu số thời gian τ = RC nhỏ làm giảm độ rộng xung khơng đủ để đổi trạng thái transistor Để mạch chuyển trạng thái tốt, tốc độ làm việc nhanh Nên chọn mức điện áp nguồn thấp Điều tùy vào yêu cầu tải tải Rc Chương – Mạch dao động đa hài Ứng dụng: - Mạch dao động đa hài ứng dụng thiết kế dàn đèn nháy để trang trí - Mạch đèn báo hiệu cố khẩn cấp xe cứu hỏa, cấp cứu, xe 113 đèn phát tín hiệu SOS - Ngồi mạch cịn dùng để tạo xung vuông mạch khác với tần số = 0V Đến trình lại tiếp tục tạo xung on off với chu kỳ 15