Thực tập vô tuyến đại cương - Bài 5 doc

Bài 5 Sơ đồ dao động tín hiệu dạng khác sin Mục đích: Nghiên cứu các mạch đa hài tự dao động, đa hài đợi, mạch tạo xung tam giác, máy phát xung dùng transistor 1 lớp tiếp xúc (UJT), và các ứng dụng của các mạch đó. phần lý thuyết 1. Đa hài tự dao động Đa hài tự dao động là mạch tạo ra những xung vuông. 1.1. Đa hài dùng transistor. Sơ đồ nguyên lý và giản đồ xung đợc trình bày ở hình 5.1a R C2 R C1 R 2 R 1 C 2 C 1 UB 1 UB 2 T 1 T 2 U ra1 U ra2 o o o o o +E CC Hình 5.1a: Sơ đồ nguyên lý của đa hài tự dao động. Mạch đa hài tự dao động có hai trạng thái cân bằng không bền (T 1 mở, T 2 khoá và T 1 khoá T 2 mở). Mỗi trạng thái chỉ ổn định trong một thời gian hạn chế nào đó rồi tự động chuyển sang trạng thái kia và ngợc lại. Hai trạng thái trên của mạch đa hài tự dao động còn gọi là hai trạng thái chuẩn cân bằng . Đây là hai tầng khuếch đại có phản hồi dơng, có 1>> K . Trong đó K: Hệ số khuếch đại. : Hệ số hồi tiếp. 94 Nguyên lý hoạt động có thể tóm tắt nh sau: U ra1 +E c t t U ra2 +E c E c t 1 t t 3 t 2 t 1 t o U B1 E c U B2 t 3 t 2 t 1 t o 2 0,6V 0,6V Hình 5.1b: Giản đồ xung Việc hình thành xung vuông ở cửa ra đợc thực hiện sau một khoảng thời gian o tt = 11 (đối với cửa ra 1) hoặc 122 tt = (đối với cửa ra 2) nhờ các quá trình đột biến chuyển trạng thái của sơ đồ tại các thời điểm t o , t 1 , t 2 Trong khoảng thời gian 1 , transistor T 1 khoá T 2 mở. Tụ C 1 đợc nạp đầy điện tích trớc lúc t o , phóng điện qua T 2 , qua E c qua R 1 theo đờng + C 1 T 2 R 1 - C 1 làm điện thế trên base của T 1 thay đổi theo hình 5.1b. Đồng thời trong khoảng thời gian này, tụ C 2 đợc nguồn E c nạp theo đờng + E c R c1 T 2 - E c làm điện thế trên base của T 2 thay đổi theo hình 5.1b. Lúc t = t 1 ; U B1 = 0,6V transistor T 1 mở, xẩy ra quá trình đột biến lần thứ nhất, 95 nhờ mạch hồi tiếp dơng làm sơ đồ lật trạng thái T 1 mở T 2 khoá. Trong khoảng thời gian 2+ = t 2 - t 1 trạng thái trên đợc giữ nguyên, tụ C 2 (đã đợc nạp trớc lúc t 1 ) bắt đầu phóng điện và tụ C 1 bắt đầu quá trình nạp điện tơng tự nh đã nêu trên cho tới lúc t = t 2 , U B2 = 0,6V làm T 2 mở và xẩy ra đột biến lần thứ hai, chuyển sơ đồ về trạng thái ban đầu T 1 khoá T 2 mở. Chu kỳ xung ở lối ra: 21 += ra T ở đây: 11111 7,02ln CRCR = 22222 7,02ln CRCR = Nếu chọn đối xứng R 1 = R 2 ; C 1 = C 2 ; T 1 giống hệt T 2 ta có 21 = và nhận đợc sơ đồ đa hài đối xứng, ngợc lại ta đợc đa hài không đối xứng ( 21 ). Biên độ của xung ra đợc xác định gần đúng bằng giá trị nguồn E c cung cấp. Để tạo ra các xung có tần số thấp hơn 1000Hz, các tụ C 1 , C 2 trong sơ đồ cần có điện dung rất lớn. Còn cần tạo ra các xung có tần số cao hơn 10KHz do ảnh hởng quán tính của transistor làm xấu các thông số của xung vuông. Nh vậy đa hài dùng transistor chỉ dùng ở tần số trung bình, ở vùng tần số thấp và cao ngời ta đa ra sơ đồ đa hài dùng IC tuyến tính. 1.2. Mạch đa hài dùng IC tuyến tính (khuếch đại thuật toán) Sơ đồ nguyên lý và giản đồ xung đợc trình bày ở hình 5.2a và hình 5.2b. P N + R 1 R C o U ra o R 2 Hình 5.2a: Bộ đa hài dùng KĐTT. Sơ đồ có mạch hồi tiếp dơng R 1 , R 2 . Điện áp ở P: 96 raraP UU RR R U = + = 21 1 o U ngắt U N = t t 3 t 2 t 1 o U ngắt U ra U ra max o U ra max t t 3 t 2 t 1 t U đóng U đóng U P U C Hình 5.2b: Giản đồ xung của bộ đa hài. Nếu dùng nguồn nuôi cho khuếch đại thuật toán là đối xứng. Điện áp ra có hai giá trị là U ra max và U ra max . U P = U ra max = U đóng U P = U ra max = U ngắt Giả sử lúc ban đầu U r = U r max , thì U P = U ra max . Khi đó tụ C tích điện từ lối ra qua R, C xuống đất. U N = U c tăng lên có xu hớng tăng tới U r max nhng khi U N > U P = U ra max điện áp lối vào của khuếch đại thuật toán đổi dấu. Do đó lối ra U r lật trạng thái thành U r max khi đó U P = U ra max , tụ C phóng điện từ +C qua R qua lối ra của 97 khuếch đại thuật toán tới C. Tụ C phóng điện và điện áp U C = U N có xu hớng giảm đến U ra max nhng khi U N < U P = U ra max , điện áp lối vào đổi dấu, lối ra của khuếch đại thuật toán lại lật trạng thái thành U ra max . Quá trình nh vậy sẽ tạo ra xung vuông ở lối ra. Chu kỳ của xung lối ra ) 2 1ln(22 2 1 R R RCT ra +== Nếu chọn R 1 = R 2 ta có T ra 2,2 RC. 2. Mạch tạo xung tam giác (xung răng ca) Xung tam giác đợc sử dụng phổ biến trong hệ thống điện tử, thông tin đo lờng hay tự động điều khiển làm tín hiệu chuẩn hai chiều biên độ và thời gian. Hình 5.3 đa ra xung tam giác lý tởng. T t ng t q t U o U q U max Hình 5.3: Xung tam giác lý tởng. ở đây : U max : Biên độ U o : Mức 1 chiều ban đầu t q : Thời gian quét thuận t ng : Thời gian quét ngợc. Nguyên lý tạo xung tam giác dựa trên quá trình nạp hay phóng điện của 1 tụ điện qua 1 mạch nào đó. Khi đó quan hệ của dòng điện và điện áp trên tụ điện biến đổi theo thời gian có dạng: dt tdU Cti C c )( )( = trong điều kiện C là hằng số, muốn quan hệ U C (t) tuyến tính cần thoả mãn điều kiện i C (t) = hằng số. Nói cách khác sự phụ thuộc điện áp trên tụ điện theo thời gian là càng tuyến tính khi dòng điện phóng nạp cho tụ điện càng ổn định. Có 2 loại xung tam giác cơ bản là: trong thời gian quét thuận t q , U q tăng tuyến tính theo thời gian và U q giảm tuyến tính theo thời gian. 98 Đối với xung răng ca yêu cầu t q >> t ng . Để điều khiển tức thời các mạch phóng nạp, thờng dùng các mạch điện tử dùng transistor hay IC đóng mở theo nhịp điều khiển từ bên ngoài. Trong thực tế để ổn định dòng nạp hay phóng điện của tụ cần khối tạo nguồn dòng để nâng cao chất lợng các xung răng ca. Có thể dùng một mạch tích phân đơn giản là một mạch RC lối ra trên tụ C để nạp điện từ một nguồn E, quá trình phóng nạp đợc 1 khoá điều khiển nhng độ phẩm chất của mạch thấp và độ phi tuyến cao. Hình 5.4 là một mạch tạo xung tam giác dùng transistor. Z o R g C o o o C g U ra U vào o o R 1 R 2 R E T 2 T 1 +E C Hình 5.4: Mạch tạo xung răng ca dùng transistor. Ban đầu khi cha có xung điều khiển T 1 mở bão hoà nhờ R 1 , điện áp ra u ra = U C = U CEbh (T 1 ) 0V. Trong thời gian có xung vuông có cực tính âm điều khiển đa tới base của T 1 làm T 1 khoá, tụ C đợc nạp điện từ +E C , qua T 2 xuống đất. Trong sơ đồ này T 2 mắc theo sơ đồ base chung, có tác dụng nh một nguồn ổn dòng (có bù nhiệt nhờ dòng ngợc qua Z o là diode ổn áp) cung cấp dòng I E2 ổn định nạp cho tụ C trong thời gian xung vuông có cực tính âm điều khiển làm khoá T 1 . Với điều kiện gần đúng dòng collector T 2 không đổi thì: t C I dtI C tU C t CC q 2 0 2 1 )( == là quan hệ bậc nhất. Khi hết xung điều khiển T 1 lại mở, C phóng điện nhanh qua T 1 ; , mạch trở về trạng thái ban đầu. 0= Cra UU Hình 5.5 biểu diễn dạng xung lối vào và lối ra của mạch tạo xung tam giác. 99 t t U ra max U vào U ra Hình 5.5: Dạng xung lối vào và lối ra của mạch tạo xung tam giác. 3. Mạch không đồng bộ một trạng thái ổn định (Mạch đa hài đợi hay trigơ một trạng thái ổn định) Đây là loại mạch có một trạng thái ổn định bền. Trạng thái thứ hai của nó chỉ ổn định trong một thời gian nhất định nào đó (phụ thuộc vào tham số của mạch) sau đó lại quay về trạng thái ổn định bền ban đầu. Từ một xung hay một chuỗi xung ở lối vào ta đợc một xung hay một chuỗi xung ở lối ra mà thời gian keó dài xung (hay độ rộng xung) phụ thuộc vào tham số của mạch. Hiểu theo cách đơn giản đây là mạch sửa độ rộng xung. 3.1. Đa hài đợi dùng transistor. Hình 5.6a trình bày sơ đồ nguyên lý và hình 5.6b trình bày giản đồ điện áp thời gian của mạch đa hài đợi dùng transistor. Trạng thái ban đầu nhờ điện trở R. T 2 mở bão hoà làm cho nên TVUU CEB 0 21 1 khoá, đây là trạng thái ổn định bền (còn gọi là trạng thái đợi) của mạch. Lúc t = t o có 1 xung điện áp dơng đã lớn (làm cho U BE của T 1 cỡ 0,6V) tác dụng tới lối vào làm T 1 mở. Điện thế cực collector của T 1 giảm từ +E C lúc T 1 cấm xuống gần bằng 0V lúc T 1 mở bão hòa. Bớc nhảy điện thế này qua bộ lọc thông cao RC đặt toàn bộ đến cực base của T 2 làm điện thế ở đó đột biến từ mức thông (khoảng 0,6V) đến mức E C + 0,6V -E C , do đó T 2 bị khoá. Khi đó T 1 duy trì ở trạng thái mở nhờ mạch hồi tiếp dơng R 1 , R 2 ngay cả khi điện áp vào bằng không. Tụ C bắt đầu nạp điện từ E C R C T 1 xuống đất. Do đó điện 100 thÕ cña base T 2 biÕn ®æi theo quy luËt sau: U ra T 2 C R o o +E C R C o o • •• • • U vµo o R 1 R 2 T 1 • • H×nh 5.6a: S¬ ®å nguyªn lý cña ®a hµi ®îi τ x t t o t 2 t t 0,6 t o t 2 t t x T ra t 1 U vµo U B1 U B2 − E U ra U ra max t o t 2 H×nh 5.6b: Gi¶n ®å xung cña m¹ch ®a hµi ®îi 101 = )exp(21 2 RC t EU CB Với điều kiện ban đầu CoB EttU = = )( 2 Và điều kiện cuối CB EtU + = )( 2 T 2 bị khoá tới lúc t = t 1 , U B2 đạt giá trị khoảng 0,6V. RCRCttt xo 7,02ln 1 = = Sau thời gian t = t 1 , T 2 mở qua mạch hồi tiếp dơng R 1 , R 2 đa mạch về trạng thái ban đầu đợi xung tiếp sau. Thông thờng ngời ta chọn: xx tT >> ở đây T: Chu kỳ xung lối vào t x : Độ rộng của xung lối ra x : Độ rộng của xung lối vào. Nếu thoả mãn điều kiện trên thì chu kỳ xung lối ra bằng chu kỳ xung lối vào. 3.2. Mạch đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toán (KĐTT) Hình 5.7a đa ra 1 dạng sơ đồ nguyên lý của đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toán. Hình 5.7b trình bày giản đồ xung. U vào o R R 2 R 1 C g C o + D o U ra Hình 5.7a: Sơ đồ nguyên lý của mạch đa hài đợi dùng KĐTT. Nếu IC đợc cung cấp bởi nguồn đối xứng E thì lối ra có hai giá trị là U r max . Khi t < t 1 U V = 0, diode D thông nối đất (bỏ qua điện áp thuận trên diode), từ đó U N = U C 0 do đó U ra = U r max . 102 U r max t 1 t U vào t 3 t 2 U r max U r max t 1 t U N U r max U r max U r max t U ra x U r max U r max Hình 5.7b: Giản đồ xung của mạch đa hài đợi dùng KĐTT. Qua mạch hồi tiếp dơng R 1 , R 2 điện áp ở chân P: U P = U r max . Với 21 1 RR R + = gọi là hệ số hồi tiếp đây là trạng thái ổn định bền (trạng thái đợi) của mạch. Lúc t = t 1 , có 1 xung nhọn cực tính dơng đa tới lối vào P. Nếu có biên độ thích hợp lớn hơn U r max , sơ đồ lật trạng thái cân bằng không bền với U ra = U r max , khi đó qua mạch hồi tiếp dơng tại chân P có U P = U r max . Sau lúc t 1 , điện áp U r max nạp cho tụ C làm cho U C = U N dơng dẫn cho tới lúc t = t 2 khi đó U N = U r max (nói chính xác U N > U r max ) thì xẩy ra đột biến do điện áp đầu vào vi mạch U N và U P đổi dấu, điện áp ra lật trạng thái lần thứ hai U ra = U r max (trong khoảng thời gian t 1 ữ t 2 , U N = U C > 0 nên điốt bị phân cực ngợc, có điện trở rất lớn nh tách khỏi mạch). 103 [...]... điện trở nh hình 5. 11a thì lối ra trên điện trở ta thu đợc xung có độ rộng xung rất nhỏ nh hình 5. 11b o +UBB Ura RE B2 C1 R1 t B1 o UR o (b) (a) Hình 5. 11: (a) Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung dùng UJT (b) Dạng xung của mạch tạo xung dùng UJT 108 Phần thực nghiệm A Thiết bị sử dụng: 1 Thiết bị chính cho thực tập tơng tự (Khối đế nguồn) 2 Panel thí nghiệm AE - 105N cho bài thực tập về dao động (Gắn... ravới C2, R5 : = k C 2 R5 2.8 Vẽ lại dạng tín hiệu tơng ứng tại các điểm: - Tín hiệu vào - Tín hiệu base T1 - Tín hiệu collector T1 - Tín hiệu base T2 - Tín hiệu collector T2 (lối ra) Giải thích qúa trình hình thành độ rộng xung ra 3 sơ đồ máy phát ujt Nhiệm vụ: Tìm hiểu nguyên tắc làm việc và đặc trng của bộ dao động sử dụng UJT Các bớc thực hiện: 3.1 Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A 5- 3 3.2 Đặt thang... nối cắm 2 đầu B Cấp nguồn và nối dây Panel thí nghiệm AE - 105N chứa 4 mảng sơ đồ A 5- 1 A 5- 4 , với các chốt cắm nguồn riêng Khi sử dụng mảng nào thì cắm dây nguồn cho mảng đó Đất (GND) của các mảng sơ đồ đất đợc nối sẵn với nhau Do đó chỉ cần nối đất chung cho toàn khối AE-105N 1 Bộ nguồn chuẩn DC POWER SUPPLY của thiết bị cung cấp các thế chuẩn 5V , 12V cố định 2 Bộ nguồn điều chỉnh DC ADJUST POWER... với lối ra OUT2 MULTIVIBRATOR: đa hài 1.4 Nối các cặp chốt J theo bảng A 5- 1 Tại mỗi cặp nối, quan sát và vẽ dạng tín hiệu ra Đo chu kỳ T xung ra, tính tần số phát f = 1/ T(giây) Bng A 5- 1 Nối J1 & J4 Nối J2 & J5 Nối J3 & J6 Nối J1 & J5 Nối J2 & J4 Tính CR C1 R3 = C2 R3 = C3 R3 = C1 R3 = C2 R3 = (F. = sec) C4 R4 = C5 R4 = C6 R4 = C5 R4 = C4 R4 = Dạng xung ra T (giây) f ( Hz ) = 1 T k = T RC 110 2 sơ đồ... giá trị điện thế một chiều 0 + 15V và 0 15V Khi vặn các biến trở chỉnh nguồn, cho phép định giá trị điện thế cần thiết, sử dụng đồng hồ đo thế DC trên thiết bị chính để xác định điện thế đặt 3 Khi thực tập, cần nối dây từ các chốt cấp nguồn của thiết bị chính tới cấp trực tiếp cho mảng sơ đồ cần khảo sát (Chú ý: Cắm đúng phân cực của nguồn và đồng hồ đo) C Các bài thực tập 1 sơ đồ dao động đa hài Nhiệm... không thể tăng mãi nó bị giới 1 05 hạn bởi điện trở nguồn Sau khi UJT đợc mở nó duy trì trạng thái này cho tới khi mạch vào hở mạch hoặc dòng IE giảm xuống giá trị quá nhỏ Đặc tuyến Von-ampe của UJT đợc trình bày trên hình 5. 9a và ký hiệu của UJT trên hình 5. 9b Miền cắt Miền điện trở âm V U EB1 14 U đh 2 12 Miền bão hoà Đỉnh B2 o VB1B2 = 20V o VB1B2 = 15V 10 o B1 VB1B2 = 5V 6 (b) đáy UEB 2 G VB1B2 = 10V... VB1B2 = 20V o VB1B2 = 15V 10 o B1 VB1B2 = 5V 6 (b) đáy UEB 2 G VB1B2 = 10V 8 IB IE 4 Udy 2 1 (a) VB1B2 = 0 0 IE0 1 I đh 2 IE 3 4 5 mA Idy Hình 5- 9 : (a) Đặc tuyến Von-ampe ; (b) Ký hiệu Khi UB2 = 0; U1 = 0 ; U EB1 chỉ tăng một chút nên diode đợc phân cực thuận, nên đặc tuyến Von- ampe của UJT trong trờng hợp này giống nh diode thông thờng Khi UBB đặt ở một giá trị nhất định, U EB1 = 0, chuyển tiếp emitter... Các bớc thực hiện: 4.1 Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A 5- 4 113 4.2 Đặt thang đo thế lối vào của dao động ký ở 2 V/ cm , thời gian quét ở 1ms cm Chỉnh cho cả 2 tia nằm giữa khoảng phần trên và phần dới của màn dao động ký Nối kênh 1 dao động ký với lối ra OUT/C 4.3 Kiểm tra chế độ một chiều cho transistor T1, T2 Đo độ sụt thế trên trở R5, tính dòng qua T1, T2 Chỉnh biến trở P1 để T2 dẫn dòng ~ 5 ữ 6mA... trở chỉnh tinh FREQUENCY) Biên độ ra 100mV (chỉnh biến trở biên độ AMPLITUDE) 111 2 .5 Nối lối ra máy phát xung với lối vào IN/A của sơ đồ A 5- 2 Tăng dần biên độ máy phát xung cho đến khi lối ra có tín hiệu Đo biên độ xung vào và điện thế tại base T1 (thế ngỡng) thế tại emitter T1, T2 2.6 Đặt biên độ xung máy phát = 50 0mV Vặn biến trở P1 cho đến khi lối ra xuất hiện tín hiệu Giải thích mối liên hệ giữa... dùng transistor Các bớc thực hiện: 1.1 Cấp nguồn +12V cho mảng sơ đồ A 5- 1 1.2 Cha nối các J, để ngắt các mạch phản hồi cho T1, T2 Kiểm tra chế độ một chiều cho transistor T1, T2 Đo độ sụt thế trên trở R1, R2, tính dòng qua T1, T2 Các transistor phải đợc dẫn gần bão hoà hoặc bão hoà (thế trên collector T1, T2 gần hoặc bằng 0) 109 1.3 Đặt thang đo thế lối vào của dao động ký ở 5 V/ cm , thời gian quét . 108 Phần thực nghiệm A. Thiết bị sử dụng: 1. Thiết bị chính cho thực tập tơng tự (Khối đế nguồn) 2. Panel thí nghiệm AE - 105N cho bài thực tập về dao động (Gắn lên khối. ravới C 2 , R 5 : 52 RCk= 2.8. Vẽ lại dạng tín hiệu tơng ứng tại các điểm: - Tín hiệu vào. - Tín hiệu base T 1 . - Tín hiệu collector T 1 . - Tín hiệu base T 2 . - Tín hiệu collector. chùm tia. 4. Dây nối cắm 2 đầu. B. Cấp nguồn và nối dây Panel thí nghiệm AE - 105N chứa 4 mảng sơ đồ A 5- 1 A 5- 4 , với các chốt cắm nguồn riêng. Khi sử dụng mảng nào thì cắm dây nguồn cho mảng