Điện Tử - Kỹ Thuật Mạch Điện Tử (Phần 2) part 10 doc

204 Hình 3.9: Bộ so sánh tổng (a) và đặc tuyến truyền đạt của nó (b) 3.2. MẠCH KHÔNG ĐỒNG BỘ HAI TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH Các m ạ ch có hai tr ạ ng thái ổ n đị nh ở đầ u ra (còn g ọ i là m ạ ch trig ơ ) đượ c đặ c tr ư ng b ở i hai tr ạ ng thái ổ n đị nh b ề n theo th ờ i gian và vi ệ c chuy ể n nó t ừ tr ạ ng thái này sang tr ạ ng thái kia (x ả y ra t ứ c th ờ i nh ờ các vòng h ồ i ti ế p d ươ ng n ộ i b ộ ) ch ỉ x ả y ra khi đặ t t ớ i l ố i vào thích h ợ p c ủ a nó các xung đ i ệ n áp có biên độ và c ự c tính thích h ợ p. Đ ây là ph ầ n t ử c ơ b ả n c ấ u t ạ o nên m ộ t ô nh ớ (ghi, đọ c) thông tin d ướ i d ạ ng s ố nh ị phân. 3.2.1. Tri gơ đối xứng (RS-trigơ) dùng tranzito Hình 3.11: Tri gơ đối xứng kiểu RS dùng tranzito 205 Hình 3.11 đư a ra d ạ ng m ạ ch nguyên lí c ủ a m ộ t tri g ơ RS đố i x ứ ng. Th ự c ch ấ t đ ây là hai m ạ ch đả o hình 3.3 dùng T 1 và T 2 ghép liên ti ế p nhau qua các vòng h ồ i ti ế p d ươ ng b ằ ng các c ặ p đ i ệ n tr ở R 1 R 3 và R 2 R 4 . a - Nguyên lí hoạt động: M ạ ch 3.11 ch ỉ có hai tr ạ ng thái ổ n đị nh b ề n là: T 1 m ở , T 2 khóa ứ ng v ớ i m ứ c đ i ệ n áp ra Q = 1, Q = 0 hay T 1 khóa T 2 m ở ứ ng v ớ i tr ạ ng thái ra Q = 0, Q =1. Các tr ạ ng thái còn l ạ i là không th ể x ả y ra (T 1 và T 2 cùng khóa) hay là không ổ n đị nh (T 1 và T 2 cùng m ở ). T 1 và T 2 không th ể cùng khóa do ngu ồ n +E cc khi đ óng m ạ ch s ẽ đư a m ộ t đ i ệ n áp d ươ ng nh ấ t đị nh t ớ i các c ự c baz ơ . T 1 và T 2 có th ể cùng m ở nh ư ng do tính ch ấ t đố i x ứ ng không lí t ưở ng c ủ a m ạ ch, ch ỉ c ầ n m ộ t s ự chênh l ệ ch vô cùng bé gi ữ a dòng đ i ệ n trên 2 nhánh (I B1 ≠ I B2 hay I c1 ≠ I c2 ) thông qua các m ạ ch h ồ i ti ế p d ươ ng, độ chênh l ệ ch này s ẽ b ị khoét sâu nhanh chóng t ớ i m ứ c s ơ đồ chuy ể n v ề m ộ t trong hai tr ạ ng thái ổ n đị nh b ề n đ ã nêu (ch ẳ ng h ạ n tho ạ t đầ u I B1 > I B2 t ừ đ ó I Cl > I C2 , các gi ả m áp âm trên colect ơ c ủ a T 1 và d ươ ng trên colect ơ c ủ a T 2 thông qua phân áp R 2 R 4 hay R 1 R 3 đư a v ề làm I B1 > I B2 d ẫ n t ớ i T 1 m ở T 2 khóa. N ế u ng ượ c l ạ i lúc đầ u I B1 < I B2 thì s ẽ d ẫ n t ớ i T 1 khóa T 2 m ở ). Tuy nhiên, không nói ch ắ c đượ c m ạ ch s ẽ ở tr ạ ng thái nào trong hai tr ạ ng thái ổ n đị nh đ ã nêu. Để đầ u ra đơ n tr ị , tr ạ ng thái vào ứ ng v ớ i lúc R=S=1 (cùng có xung d ươ ng) là b ị c ấ m. Nói khác đ i đ i ề u ki ệ n c ấ m là R.S=0). (3-6). T ừ vi ệ c phân tích trên rút ra b ả ng tr ạ ng thái c ủ a Trig ơ RS cho phép xác đị nh tr ạ ng thái ở đầ u ra c ủ a nó ứ ng v ớ i t ấ t c ả các kh ả n ă ng có th ể c ủ a các xung đầ u vào ở b ả ng 3.1. Ở đ ây ch ỉ s ố n th ể hi ệ n tr ạ ng thái hi ệ n t ạ i, ch ỉ s ố (n + l) th ể hi ệ n tr ạ ng thái t ươ ng hai c ủ a đầ u ra, d ấ u chéo th ể hi ệ n tr ạ ng thái c ấ m. Đầ u vào R g ọ i là đầ u vào xóa (Reset). Đầ u vào S g ọ i là đầ u vào thi ế t l ậ p (Set). Đầ u vào Đầ u ra R n S n Q n+1 Ǭ n+1 0 0 Qn Ǭ n 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 x x Bảng 3.1. Bảng trạng thái của trigo RS 3.2.2. Tri gơ Smit dùng Tranzito S ơ đồ tri g ơ RS ở trên l ậ t tr ạ ng thái khi đặ t vào c ự c baz ơ c ủ a tranzito đ ang khóa m ộ t xung d ươ ng có biên độ thích h ợ p để m ở nó (ch ỉ xét v ớ i quy ướ c logic d ươ ng). Có th ể s ử d ụ ng ch ỉ m ộ t đ i ệ n áp vào duy nh ấ t c ự c tính và hình d ạ ng tùy ý (ch ỉ yêu c ầ u 206 m ứ c biên độ đủ l ớ n) làm l ậ t m ạ ch trig ơ . Lo ạ i m ạ ch này có tên là Trig ơ Smit, đượ c c ấ u t ạ o t ừ các tranzito hay IC tuy ế n tính (còn g ọ i là b ộ so sánh có tr ễ ). a. Hình 3.12 đư a ra m ạ ch nguyên lí tri g ơ Smit dùng tranzito và đặ c tuy ế n truy ề n đạ t c ủ a nó. Hình 3.12: Trigơ Smit dòng tranzito (a); đặc tuyến truyền đạt (b) và kết quả mô phỏng biến tín hiệu hình sin thành xung vuông (c) Qua đặ c tuy ế n hình 3.12b th ấ y rõ: Lúc t ă ng d ầ n U vào t ừ m ộ t tr ị s ố r ấ t âm thì: khi U v < U đóng ; U ra = U ramin Khi U v ≥ U đóng ; U ra = U ramax (3-7) Lúc gi ả m d ấ n U v à ơ t ừ 1 tr ị s ố d ươ ng l ớ n thì: khi U v > U ngắt ; U ra = U ramax khi U v ≤ U ngắt ; U ra = U ramin (3-8) b. Có th ể gi ả i thích ho ạ t độ ng c ủ a m ạ ch nh ư sau: Ban đầ u T 1 khóa (do B 1 đượ c đặ t t ừ 1 đ i ệ n áp âm l ớ n) T 2 m ở (do R C đị nh dòng làm vi ệ c t ừ E c ) lúc đ ó U ra = U CE2 bão hòa = U ramix . Khi t ă ng U v t ớ i lúc U v ≥ U đóng T 1 m ở , qua m ạ ch h ồ i ti ế p d ươ ng ghép tr ự c ti ế p t ừ colect ơ T 1 v ề baz ơ T 2 làm T 2 b ị khóa do độ t bi ế n đ i ệ n áp âm t ừ C 1 đư a t ớ i, qua m ạ ch R 1 R 2 độ t bi ế n đ i ệ n áp d ươ ng t ạ i C 2 đư a t ớ i baz ơ T 1 quá trình d ẫ n t ớ i T 1 m ở bão hòa, T 2 khóa và U ra = U ramax , phân tích t ươ ng t ự , m ạ ch s ẽ l ậ t tr ạ ng thái v ề T 1 khóa T 2 m ở lúc U vào gi ả m qua giá tr ị U ngắt . 207 Các giá tr ị U vđóng và U vngắt do vi ệ c l ự a ch ọ n các giá tr ị R C , R 1 ,R 2 c ủ a s ơ đồ 3.12a quy ế t đị nh. Hi ệ n t ượ ng trên cho phép dùng trig ơ Smit nh ư m ộ t b ộ t ạ o xung vuông, nh ờ h ồ i ti ế p d ươ ng mà quá trình l ậ t tr ạ ng thái x ả y ra t ứ c th ờ i ngay c ả khi U vào bi ế n đổ i t ừ t ừ Hình 3.12 c) mô t ả m ộ t ví d ụ bi ế n đổ i tín hi ệ u hình sin thành xung vuông nh ờ trig ơ Smit. 3.2.3. Trigơ Smit dùng IC tuyến tính a - V ớ i trigơ Smit đảo (h.315a) khi t ă ng đầ n U vào t ừ 1 giá tri âm l ớ n, ta thu đượ c đặ c tính truy ề n đạ t d ạ ng hình 3.15(b). T ứ c là: Hình 3.15: Trigơ Smit kiểu đảo a) và kiểu không đảo (c) với các đặc tính truyền đạt tương ứng (b) và (d) - Khi U v có giá tr ị âm l ớ n U ra = +U ramax trên l ố i vào không đả o (P) có t ng ă v1 21 ramax Pmax U=R R+R U =U (3-9) T ă ng d ầ n U vào tr ạ ng thái này không đổ i cho t ớ i khi U vào ch ư a đạ t t ớ i U vngắt . Khi U vào ≥ U vngắt , qua m ạ ch h ồ i ti ế p d ươ ng có đóng v1 21 ramin Pmin UR RR U- U = + = (3-10) U ra 208 và ti ế p t ụ c gi ữ nguyên khi U v t ă ng. - Khi gi ả m U vào t ừ 1 giá tr ị d ươ ng l ớ n, cho t ớ i lúc U v = U vđóng m ạ ch m ớ i l ậ t làm U ra chuy ể n t ừ -U ramin t ớ i + U ramax . - Để đạ t đượ c hai tr ạ ng thái ổ n đị nh c ầ n có đ i ề u ki ệ n 1.K RR R 21 1 ≥ + (311) v ớ i K là h ệ s ố khu ế ch đạ i không t ả i c ủ a IC. Khi đ ó độ tr ễ chuy ể n m ạ ch đượ c xác đị nh b ở i: )U β (U)U(U RR R ∆ U raminramaxraminramax 21 1 trê −=− + = (3-12) b - Với tri gơ Smit không đảo (h.3.15c) có đặ c tính truy ề n đạ t hình 3.15d d ạ ng ng ượ c v ớ i đặ c tính hình 3.15b. Th ự c ch ấ t s ơ đồ 3.15c có d ạ ng là m ộ t b ộ so sánh t ổ ng 3.9a v ớ i 1 trong s ố hai đầ u vào đượ c n ố i t ớ i đầ u ra (U 2 ≡ U ra ). T ừ ph ươ ng trình cân b ằ ng dòng đ i ệ n cho nút P có: Suy ra ng ưỡ ng: ramin 2 1 vđđón ramax 2 1 vngăn 2 ra 1 vào U R R U U R R U R U R U −= −= = (3-13) hay độ tr ễ chuy ể n m ạ ch xác đị nh b ở i : )U(U R R ∆ U raminramax 1 1 trê −= (3-14) Do cách đư a đ i ệ n áp vào t ớ i l ố i vào không đả o (P) nên khi U v có giá tri âm l ớ n: U ra = -U ramin và khi U v có giá tr ị d ươ ng l ớ n: U ra = +U ramax . Các phân tích khác t ươ ng t ự nh ư v ớ i m ạ ch 3.15a đ ã xét. c - Tương tự như s ơ đồ trigơ Smit dùng tranzito hình 3.12a, có th ể dùng các m ạ ch 3.15a và 3.15c để t ạ o các xung vuông góc t ừ d ạ ng đ i ệ n áp vào b ấ t kì (tu ầ n hoàn). Khi đ ó chu kì xung ra T ra = T vào . Đ i ề u này đặ c bi ệ t có ý ngh ĩ a khi c ầ n s ử a và t ạ o l ạ i d ạ ng m ộ t tín hi ệ u tu ầ n hoàn v ớ i thông s ố c ơ b ả n là t ầ n s ố gi ố ng nhau (hay chu kì đồ ng b ộ nhau). Hình 3.16a và b đư a ra ví d ụ gi ả n đồ minh h ọ a bi ế n đổ i đ i ệ n áp hình sin l ố i vào thành xung vuông l ố i ra s ử d ụ ng trig ơ Smit đả o (3.16a) và trig ơ Smit không đả o (3.16b). Các h ệ th ứ c t ừ (3-9) đế n (3-14) cho phép xác đị nh các m ứ c ng ưỡ ng l ậ t c ủ a trig ơ Smit và nh ữ ng thông s ố quy ế t đị nh t ớ i giá tr ị c ủ a chúng. Trig ơ Smit là d ạ ng m ạ ch c ơ 209 b ả n để t ừ đ ó xây d ự ng các m ạ ch t ạ o dao độ ng xung dùng IC tuy ế n tính s ẽ đượ c xét trong các ph ầ n ti ế p c ủ a ch ươ ng này. 3.3. MẠCH KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH Đ ây là lo ạ i m ạ ch có m ộ t tr ạ ng thái ổ n đị nh b ề n. Tr ạ ng thái th ứ hai c ủ a nó ch ỉ ổ n đị nh trong m ộ t kho ả ng th ờ i gian nh ấ t đị nh nào đ ó (ph ụ thu ộ c vào tham s ố c ủ a m ạ ch) sau đ ó m ạ ch l ạ i quay v ề tr ạ ng thái ổ n đị nh b ề n ban đầ u. Vì th ế , m ạ ch còn có tên là trig ơ m ộ t tr ạ ng thái ổ n đị nh hay đ a hài đợ i hay đơ n gi ả n h ơ n là m ạ ch r ơ le th ờ i gian. 3.3.1. Đa hài đợi dùng tranzito Hình 3.17a ch ỉ ra m ạ ch đ i ệ n nguyên lí và hình 3.17b là gi ả n đồ đ l ệ n áp - th ờ i gian minh h ọ a nguyên lí ho ạ t độ ng c ủ a m ạ ch đ a hài đợ i dùng tranzito. Hình 3.17: Mạch điện nguyên lý đa hài đợi dùng tranzito (a), giản đồ thời gian qua bốn điểm đo U vào ; U B1 ; U B2 ; U ra (b) Th ự c ch ấ t m ạ ch hình 3.17a là m ộ t trig ơ RS, trong đ ó m ộ t trong các đ i ệ n tr ở h ồ i ti ế p d ươ ng đượ c thay b ằ ng m ộ t t ụ đ i ệ n. Tr ạ ng thái ban đầ u T 2 m ở -T 1 khóa nh ờ R, T 2 m ở bão hòa làm U CE2 = U BEI = 0 nên T 1 khóa, đ ây là tr ạ ng thái ổ n đị nh b ề n (g ọ i là tr ạ ng thái đợ i). Lúc t = t o có xung đ i ệ n áp d ươ ng ở l ố i vào m ở T 1 , đ i ệ n th ế c ự c colect ơ c ủ a T 1 gi ả m t ừ +E xu ố ng g ầ n b ằ ng 0. B ướ c nh ả y đ i ệ n th ế này thông qua b ộ l ọ c t ầ n s ố cao RC đặ t toàn b ộ đế n c ự c baz ơ c ủ a T 2 làm đ i ệ n th ế ở đ ó độ t bi ế n t ừ m ứ c thông (kho ả ng +0,6v) đế n m ứ c -E + 0,6v ≈ -E, do đ ó T 2 b ị khóa l ạ i. Khi đ ó T 1 đượ c đ uy trì ở tr ạ ng thái m ở nh ờ m ạ ch h ồ i ti ế p d ươ ng R 1 R 2 ngay c ả khi đ i ệ n áp vào b ằ ng 0. T ụ C ( đấ u qua R đế n đ i ệ n th ế +E) b ắ t đầ u n ạ p đ i ệ n làm đ i ệ n th ế c ự c baz ơ T 2 bi ế n đổ i theo quy lu ậ t : U B2 ≈ E [ 1 - 2exp( -t/RC )] (3-15) 210 V ớ i đ i ề u ki ệ n ban đầ u: U B2 (T = t o ) = -E và đ i ề u ki ệ n cu ố i: U B2 (T -> ∞ ) = E T 2 b ị khóa cho t ớ i lúc t = t 1 (h.3.17b) khi U B2 đạ t t ớ i giá trl +0,6 kho ả ng th ờ i gian này xác đị nh t ừ đ i ề u ki ệ n U B2 (t 1 ) = 0 và quy ế t đị nh độ dài xung ra tx: t 1 - t o = tx = RCln2 = 0,7RC (3-16) Sau lúc t = t 1 , T 2 m ở và quá trình h ồ i ti ế p d ươ ng qua R 1 , R 2 đư a m ạ ch v ề l ạ i tr ạ ng thái ban đầ u, đợ i xung vào ti ế p sau (lúc t = t 2 ). L ư u ý nh ữ ng đ i ề u trình bày trên đ úng khi T > t x > τ x (3-17) (τ x là độ r ộ ng xung vào và T v là chu kì xung vào) và khi đ i ề u ki ệ n (3-17) đượ c th ỏ a mãn thì ta luôn có chu kì xung ra T ra = T v . 3.3.2. Mạch đa hài đợi dùng IC thuật toán Hình 3.18: Nguyên lý mạch đa hài đợi dùng IC. Khởi động bằng cực tính dương (a), cực tính âm (c), giản đồ điện áp tương ứng (b) và (d) . theo quy lu ậ t : U B2 ≈ E [ 1 - 2exp( -t/RC )] ( 3-1 5) 210 V ớ i đ i ề u ki ệ n ban đầ u: U B2 (T = t o ) = -E và đ i ề u ki ệ n cu ố i: U B2 (T -& gt; ∞ ) = E T 2 b ị khóa cho. m ạ ch h ồ i ti ế p d ươ ng có đóng v1 21 ramin Pmin UR RR U- U = + = ( 3-1 0) U ra 208 và ti ế p t ụ c gi ữ nguyên khi U v t ă ng. - Khi gi ả m U vào t ừ 1 giá tr ị d ươ ng l ớ n, cho. m ạ ch đượ c xác đị nh b ở i: )U β (U)U(U RR R ∆ U raminramaxraminramax 21 1 trê −=− + = ( 3-1 2) b - Với tri gơ Smit không đảo (h.3.15c) có đặ c tính truy ề n đạ t hình 3.15d d ạ ng ng ượ c