Chuong 3 mach dao Động Đa hài (ttt)

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI

2

3 – Mạch đa hài phi ổn

Dẫn- Mạch dao động lưỡng ổn có hai trạng thái ổn định và cần xung kích để thay đổi trạng thái

- Mạch dao động đơn ổn có một trạng thái ổn định và một trạng thái không ổn định Chúng ta cần sử dụng xung kích để tạo xung ở ngõ ra của mạch dao động đơn ổn

- Mạch phi ổn hoạt động theo đúng nguyên lý của mạch dao động, mạch tự chuyển đổi trạng thái để tạo ra sóng vuông liên tục mà không cần tín hiệu điều khiển

C2 xả

C1

VCC

Gỉả sử T1 dẫn mạnh hơn T2:- Tụ C1 nạp điện qua RC2 -> IB1 tăng cao -> T1 bão hòa- Khi T1 bão hòa -> IC1 tăng cao và VC1 ≈ 0,2V -> C2 xả qua RB2 - Khi C2 xả điện, cực âm tụ C2 đặt lên cực B của T2 làm T2 ngưng dẫn

- Thời gian ngưng dẫn của T2 là thời gian xả của tụ C2

Sau khi C2 xả xong:- Cực B2 được phân cực thuận nhờ dòng qua RB2 -> T2dẫn bão hòa -> VC2 ≈ 0,2V

- Khi T2 bão hòa -> C1 xả qua RB1 - Khi C1 xả điện, cực âm tụ C1 đặt lên cực B của T1 làm T1 ngưng dẫn

- Khi T1 ngưng C2 nạp qua RC1 càng làm cho IB2 tăng cao -> T2 càng nhanh bão hòa

- Thời gian ngưng dẫn của T1 là thời gian xả của tụ C1

Dạng sóng ở các chân

Điện áp trên B1:- Khi T1 bão hòa: VB1 ≈ 0,8V- Khi T1 ngưng, tụ C1 xả làm điện áp VB1 = -VCC Điện áp này giảm theo hàm số mũ do tính chất nạp xả của tụ điện

Điện áp trên C1:- Khi T1 bão hòa: VC1 ≈ 0,2V- Khi T1 ngưng: VC1 ≈ VCC Dạng sáng ra ở cực C là sóng vuôngĐiện áp trên B2 và C2 có cùng dạng với B1 và C1 nhưng đảo chiều.Chu kỳ xung vuông ra ở cực C là:

T= t1 + t2Với: t1 là thời gian xả của C1 từ -VCC lên đến ≈ 0V t2 là thời gian xả của C2 từ -VCC lên đến ≈ 0VThời gian t1 để C1 xả qua RB1 từ -VCC lên 0V được tính tương tự việc tính độ rộng xung ở mạch đơn ổn, ta sẽ có được:

t1 = RB1.C1.ln2 ≈ 0,69RB1.C1t2 = RB2.C2.ln2 ≈ 0,69RB2.C2

Đối với mạch phi ổn đối xứng ta chọn RB1= RB2 = RB và C1 = C2 =CNên ta có:

T = 2.0,69RB.C = 1,4RB.CTần số xung vuông:

f = 1/T = 1/1,4RBC

12V Với mạch đa hài phi ổn đối xứng, khi Transistor dẫn bão hòa ta có:

VC ≈ 0,2VIC = IT = 10mATa có RC =VCC−VCEsat

IC ≈ 1,2kΩ Để transistor bão hòa sâu ta thường chọn hệ số bão hòa k = 3Ta có IB = k(IC/β) = 3(10/100) = 0,3mA

Khi BJT bão hòa thì VB=VBEsat ≈ 0,8VTa có:

RB = VCC−VBEsat

IB ≈ 37kΩTa chọn RB theo giá trị tiêu chuẩn gần nhất là RB = 39kΩTính giá trị tụ C:

Ta có:

f= 1/1,4RB.C => C = 1/1,4RB. f = 0,018µF

R2VR

+VCC

Như các tính toán ở trên, để thay đổi tần số dao động của xung ra ta có thể thay đổi trị số của RB hoặc trị số tụ C Thông thường ta dùng biến trở VR để thay đổi trị số của RB như hình bên

Khi điều chỉnh VR trị số của RB1 và RB2 thay đổi như sau:RB1max = R1 + VR và RB1min = R1

RB2max = R2 + VR và RB2min = R2Giới hạn điều chỉnh VR sẽ tạo ra một khoản tần số nhất định mà mạch có thể tạo ra

Ví dụ: Mạch dao động đa hài phi ổn được thiết kế với tần số dao động được điều chỉnh từ fmin = 500Hz đến fmax = 1500Hz, ta có thể tính toán mạch như sau:

R2VR

+VCC

Ban đầu ta đưa ra giả thiết mạch dao động với tần số không đổi là giá trị trung bình của fmin và fmax ta có:

ftb =(fmin + fmax)/2 = 1000HzVới ftb = 1000Hz là tần số không đổi nên ta có thể tính như mạch dao động đa hài phi ổn thông thường như đã tính ở phần trước, ta có kết quả như sau:

RC = RC1 = RC2 = 1,2kΩRB = RB1 = RB2 = 39kΩC = C1 = C2 = 0,018µFBây giờ ta giữ trị số C không đổi, ta chỉ thay đổi RB để thay đổi tần số f:

f = 1/1,4RBC => RB = 1/1,4fC (*)

Mạch phi ổn thay đổi tần số

0,02µF

27kΩ50kΩ

RBmin = R1 = R2 = 27kΩRBmax = R1 + VR = R2 +VR= 80kΩ=> VR = 80-27=53kΩ

Ta chọn biến trở tiêu chuẩn VR=50kΩ27kΩ

0,02µF

Kiểm tra điều kiện bão hòa

0,02µF

27kΩ50kΩ

+10V

Điều kiện mạch phi ổn là khi dẫn điện transistor phải ở trạng thái bão hòa Khi ta thay đổi trị số biến trở VR thì điện trở RB thay đổi nên ta phải kiểm tra lại trạng thái dẫn của transistor khi có RBmaxTa có:

IBmin = VCC−VBEsat

RBm𝑎𝑥 = 0,14mADo dòng điện IC = 10mA, với β = 100 thì ở trạng thái khuếch đại ta có:

IB = IC/β = 0,1mATa thấy rằng IBmin = 0,14mA > IB nên vẫn đảm bảo transistor dẫn bão hòa Trong trường hợp không thỏa điều kiện này ta có thể chọn loại BJT có β lớn hơn

27kΩ

0,02µF

RR2

VR

Mạch phi ổn thay đổi chu trình làm việc

Trong phần các thông số của tín hiệu xung ta đã học về chu kỳ xung T = ton + toff

Với ton là thời gian xung có điện áp cao và toff là thời gian xung có điện áp thấp

Từ chu kỳ T, người ta đưa ra hai khái niệm khác là độ rỗng Q và hệ số đầy η của xung, trong đó:

Q = T/tonη = ton/T (η là nghịch đảo của Q)Hệ số đầy còn được gọi bằng một khái niệm kỹ thuật khác là chu trình làm việc D (Duty Cycle) với:

D = (ton/T).100%D là tỉ lệ phần trăn của thời gian có xung ton so với chu kỳ xung T

RR2

VR

Mạch phi ổn thay đổi chu trình làm việc Trong phần các thông số của tín hiệu xung ta có: T = ton + toff

Với ton là thời gian xung có điện áp cao và toff là thời gian xung có điện áp thấp

Từ chu kỳ T, người ta đưa ra hai khái niệm khác là độ rỗng Q và hệ số đầy η của xung, trong đó:

Q = T/tonη = ton/T (η là nghịch đảo của Q)Hệ số đầy còn được gọi bằng một khái niệm kỹ thuật khác là chu trình làm việc D (Duty Cycle) với: D = (ton/T).100%

D là tỉ lệ phần trăm của thời gian có xung ton so với chu kỳ xung TTrong mạch phi ổn đối xứng ton = toff = T/2

 D = ton/T.100%= 50%Để thay đổi chu trình D, người ta phải thay đổi ton hoặc toff nhưng T phải không đổi

RR2

VR

Mạch phi ổn thay đổi chu trình làm việc Trong phần các thông số của tín hiệu xung ta có: T = ton + toff

Với ton là thời gian xung có điện áp cao và toff là thời gian xung có điện áp thấp

Từ chu kỳ T, người ta đưa ra hai khái niệm khác là độ rỗng Q và hệ số đầy η của xung, trong đó:

Q = T/tonη = ton/T (η là nghịch đảo của Q)Hệ số đầy còn được gọi bằng một khái niệm kỹ thuật khác là chu trình làm việc D (Duty Cycle) với: D = (ton/T).100%

D là tỉ lệ phần trăn của thời gian có xung ton so với chu kỳ xung TTrong mạch phi ổn đối xứng ton = toff = T/2

 D = ton/T.100%= 50%Để thay đổi chu trình D, người ta phải thay đổi ton hoặc toff nhưng T phải không đổi

C1nạpC2xả

2

RR2

VR

Mạch phi ổn thay đổi chu trình làm việc Trong mạch này biến trở VR được sử dụng để thay đổi chu trình làm việc:

VR = R1 + R2Điện trở R dùng chung cho cả hai BJT, ta có:

RB1 = R + R1 và RB2 = R + R2Khi ta điều chỉnh VR theo hướng tăng R1 thì R2 sẽ giảm và ngược lại hay nói cách khác khi ta thay đổi VR thì RB1 và RB2 thay đổi tỉ lệ nghịch với nhau.Ta có thời gian xả của C1 và C2 tính theo công thức:

t1 = 0,69RB1C1 = 0,69(R+R1).C1t2 = 0,69RB2C2 = 0,69(R+R2).C2 Gỉả thiết C1 = C2 = C ta có:

T = t1 + t2 = 0,69(2R + R1 + R2).CTừ biểu thức trên ta thấy rằng việc điều chỉnh VR không làm thay đổi T mà chỉ có thể làm thay đổi ton hoặc toff hay nói cách khác là sẽ làm thay đổi chu trình làm việc D

C1nạpC2xả

2

RR2

VR

Mạch phi ổn thay đổi chu trình làm việc Nguyên lý thiết kế:

- Giả thiết mạch đa hài phi ổn được thiết kế có tần số dao động f =1000Hz nhưng chu trình làm việc thay đổi được từ 40% đến 60%

- Đầu tiên ta giả thiết mạch phi ổn hoạt động với tần số f=1000Hz và chu trình làm việc là 50% (Dtb = (Dmax + Dmin)/2)

- Với giả thiết này mạch trở thành mạch phi ổn đối xứng và ta có thể tính toán như ở phần trước, ta sẽ có kết quả:

RC = RC1 = RC2 = 1,2kΩRBtb = RB1 = RB2 = 39kΩ ( ứng với VR ở giữa)C = C1 = C2 = 0,018µF

- Ta giữ C không đổi, thay đổi RB1 và RB2 để thay đổi t1 và t2Với f=1000Hz

=> T = 1/f = 1msC1nạp

C2xả

2

RR2

VR

Mạch phi ổn thay đổi chu trình làm việc

Khi chu trình làm việc D = 40% thì thời gian t1 là:

t1 = T.40/100 = 0,4msVà t1 = 0,69RB1min.C => RB1min = t1/0,69C = 32,2kΩ R = RB1min = 32,2kΩ

Ta chọn R = 33kΩ (theo trị số tiêu chuẩn của R)Khi chu trình làm việc D = 60% thì thời gian t1 là:

t1 = T.60/100 = 0,6msVà t1 = 0,69RB1max.C => RB1max = t1/0,69C = 48,3kΩTa có: RB1max = R + VR

 VR = RB1max – R = 48,3-33 = 15,3 kΩTa chọn VR = 15kΩ (theo trị số tiêu chuẩn của R)C1nạp

C2xả

2

Mạch dao động dùng IC555

21THANKS!