Giáo trình : Kỹ thuật xung part 8 pptx

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 93 Điện trở R = R1//R2 làm giảm dòng điện off set để hoạt động gần với Op- amp lý tưởng, nhằm mục đích làm cho mạch hoạt động ổn đònh hơn. Ta có rr Av RR R vv = + = + 21 1 Và v - = -v v Khi v v >v + thì v r = -V Do đó AV RR R Vv −= + −= + 21 1 . Đây là ngưỡng kích mức thấp. Khi v v < v + thì v r = +V, do đó AV RR R Vv = + += + 21 1 . Ngưỡng kích mức cao. Dạng sóng vào – ra Hình 6.5 Quan hệ vào – ra Khi v v > AV thì v r = -V Khi v v < -AV thì v r = +V Hình 6.6 0 V ra V V -AV +AV Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 94 Nhận xét. Hai trạng thái của Schmitt Trigger tương ứng với mức điện thế bão hòa dương +V và bão hòa âm –V của ngõ ra bộ khuếch đại thuật toán. Dạng sóng ngõ vào được sửa thành xung chữ nhật. Dạng Mạch 2 Hình 6.7 Ta có v - = v v 12 Re 12 12 ra f RR vvv RR RR + =+ ++ Khi v v > v + thì v ra = -V Do đó 12 Re 12 12 f RR vV V RR RR + =− + ++ = -AV+B : ngưỡng kích mức thấp. Khi v v < v + thì v r = +V Do đó 12 Re 12 12 f RR vV V R RRR + =+ ++ = AV + B Quan hệ vào – ra Khi v v > -AV + B ⇒ v r = -V Khi v v < AV + B ⇒ v r = +V Hình 6.8 R Vref R1 + - Vv R2 Vra Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 95 c. Dạng Mạch Dùng cổng logic Hình 6.9. Ký hiệu và đặc tuyến của cổng NOT Schmitt trigger (74HC14) Hình 6.10 d. Schmitt Trigger chính xác Hình 6.11. Schmitt trigger chính xác R1 Vin Q D / Q R V TH+ S V in + - Q R V TH- + - /Q Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 96 2. Mạch FlipFlop a. Dạng Mạch Dùng OpAmp Xét mạch sau : Hình 6.12 Điện trở hồi tiếp R1 có trò số khá nhỏ so với điện trở R. Mạch F/F dùng Op- amp như trên gồm hai Op-amp làm việc như hai mạch khuếch đại so sánh. Op-amp ở trạng thái bào hòa dương nếu v + > v - ⇒ v 0 = V CC Op-amp ở trạng thái bào hòa âm nếu v + < v - ⇒ v 0 = 0 Giả thuyết mạch có trạng thái ban đầu là v r1 = V CC , v r2 = 0. Ngõ vào âm của Op-amp 1 được hồi tiếp từ v r2 = 0(v) về qua điện trở R 1 , nên vẫn có v + > v - , do đó v r1 = V CC , ổn đònh như trạng thái ban đầu. Đây là trạng thái ổn đònh thứ nhất của mạch F/F. Op-amp 1 ở trạng thái bão hòa dương và Op-amp 2 ở trạng thái bão hòa âm. Để chuyển trạng thái của F/F , cho công tắc S chuyển sang vò trí 2. Lúc đó ở Op-amp 2 có v - = 0, v + = v - nên Op-amp 2 chuyển sang bão hòa dương, v r2 = +V CC . Điện áp này hồi tiếp về ngõ vào âm của Op-amp 1 qua điện trở R 1 (R 1 << R) sẽ làm đổi trạng thái của nó từ bão hòa dương sang bão hòa âm (do lúc này có v + < v - ). b. Mạch FlipFlop Cơ Bản Sơ đồ nguyên lý : Hình 6.13 Rb2 0 Rc1 Vra2 Vcc Rc2 T1 -Vbb 0 R2 Vra1 T2 Rb1 Vcc R1 1 2 Vcc OpAmp1 R1 Vra1 + - R + - OpAmp2 R1 R Vcc Vra2 0 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 97 Mạch này là ghép hai mạch đảo dùng hai Transitor theo kiểu đối xứng. Trong sơ đồ dùng 2 nguồn điện áp DC: Nguồn V CC để cấp I B và I C cho Transitor dẫn bão hòa và nguồn -V BB để phân cực ngược cho cực B của Transitor ngưng dẫn. Giải thích nguyên lý hoạt động Giả thiết 2 Transitor T 1 và T 2 cùng thông số và cùng loại. Các điện trở phân cực R C1 = R C2 , R 1 = R 2 , R B1 = R B2 . Nhưng thực tế hai Transitor không thể cân bằng một cách tuyệt đối nên sẽ có một Transitor chạy mạnh hơn và một Transitor chạy yếu hơn khi ta cung cấp nguồn. Giả sử T 1 hoạt động mạnh hơn T 2 , dòng I C1 mạnh làm V C1 giảm, tức V B2 giảm, nên T 2 hoạt động yếu hơn. Do đó I C2 giảm, dẫn đến V C2 tăng, tức V B1 tăng, làm T 1 hoạt động mạnh hơn và cuối cùng T 1 sẽ tiến đến trạng thái bão hòa còn T 2 tiến đến ngưng dẫn. Khi đó : v r1 = V CE1bh = 0 , v r2 = V CC . Đây là trạng thái thứ hai của Flip-Flop. Mạch Flip-Flop sẽ ở một trong hai trạng thái trên nên được gọi là mạch lưỡng ổn. Tuy nhiên phải chọn các điện trở và nguồn điện thích hợp thì mới đạt được nguyên lý trên. 3. Mạch đa hài dùng Transistor Đây là một loại mạch có một trạng thái bền vững và một trạng thái không bền. Khi có xung kích khởi, mạch chuyển sang trạng thái không bền và sau một khoảng thời gian nhất đònh, mạch tự động trở về trạng thái bền ban đầu. Thời gian mạch tồn tại ở trạng thái không bền phụ thuộc vào độ rộng xung kích khởi và phụ thuộc vào các linh kiện trong mạch. a. Mạch đơn ổn dùng Transistor Sơ đồ mạch điện cơ bản : Hình 6.14 Vra2 R2 0 C R Vcc Vcc Vv R C R3 T2 R1 Vra1 Rc1 Rc2 T1 -Vbb Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 98 Đây là dạng hai mạch ngắt dẫn ghép với nhau. Cực B của T 1 ghép DC với cực thu của T 2 . Cực B của T 2 ghép AC với cực thu của T 1 (qua tụ C). Mạch được thiết kế sao cho ở chế độ T 1 tắt và T 2 dẫn bão hòa. Nguồn V BB phân cực nghòch mối nối BE của T 1 , do đó T 1 tắt khi chưa có tác động bên ngoài. Còn T 2 dẫn bão hòa nhờ cực B của nó được cấp điện thế dương từ nguồn V CC . Ta thấy T 2 dẫn bảo hòa vì các giá trò R 1 và R C2 được chọn để thỏa mãn điều kiện β I B > I Cbh Do vậy ở trạng thái bền thì V r = V CE2bh = 0 Do ghép trực tiếp với T 2 qua R 3 nên v B1 = V CE2bh < V BE1 Khi T 2 dẫn bão hòa thì tụ C nạp điện qua R C1 và qua mối nối BE2, giá trò gần đạt đến là v C = V CC - V BE2 ≈ V CC Hình 6.15 Khi kích một xung dương vào v v cực nền của T 1 , làm T 1 đổi trạng thái tự tắt sang dẫn bão hòa. Lúc này thì tụ C phóng điện qua mối nối CE của T 1 , sự phóng điện này làm phân cực nghòch mối nối BE của T 2 , do đó T 2 tắt. Dòng cực thu của T 2 là I C2 giảm xuống bằng 0. Toàn bộ dòng qua R C2 sẽ chạy hết vào cực nền của T 1 để duy trì trạng thái bão hòa của T 1 . Đây là trạng thái không bền của mạch. Thật vậy, ngay sau khi tụ C xả điện xong thì nó được nạp điện lại qua R 1 và CE 1 . Với thời hằng là R 1 C. Điện thế cực nền của T 2 lúc này tăng dần do cực dương của tụ C đặt vào nó và khi đạt giá trò lớn hơn V γ thì T 2 bắt đầu dẫn lại. Trong lúc này, cùng với sự tăng của dòng I C2 (do dòng I B2 tăng dần), điện áp v r giảm xuống gần bằng không, tức điện thế tại cực nền của T 1 bằng không, làm T 1 tắt. Như vậy mạch đã trở về trạng thái ban đầu với T 1 tắt và T 2 bão hòa v r = V CE2bh . Trong khoảng thời gian ngắn, tụ C sẽ nạp trở lại từ nguồn V CC thông qua R 1 và mối nối BE của T 2 đang dẫn để có điện áp xấp xỉ bằng Vcc . Mạch chờ đợi xung kích mới. C Vbe2 Vcc Rc1 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 99 b. Mạch bất ổn dùng Transistor Dạng mạch Hình 6.16 Mạch được hình thành bởi hai Transistor T 1 và T 2 . Các điện trở R C1 và R C2 và các tụ C 1 và C 2 Nguyên lý hoạt động Thông thường mạch đa hài phi ổn là mạch đối xứng nên hai Transistor có cùng họ và thông số. Các linh kiện điện trở R B1 = R B2 , R C1 = R C2 và C 1 = C 2 . Tuy hai Transistor cùng loại, các linh kiện cùng trò số, nhưng không thể giống nhau một cách tuyệt đối. Điều này làm cho hai Transistor trong mạch dẫn điện không bằng nhau. Khi cung cấp điện sẽ có một Transistor dẫn mạnh hơn và một Transistor dẫn yếu hơn. Nhờ tác dụng của mạch hồi tiếp dương từ cực C 2 về B 1 , từ cực C 1 về cực B 2 , làm cho Transistor nào dẫn mạnh hơn sẽ tiến dần đến bão hòa, còn Transistor dẫn điện yếu hơn sẽ tiến dần đến ngưng dẫn. Giả thuyết T 2 dẫn điện mạnh hơn tụ, C 1 được nạp điện thông qua R C1 và mối nối BE của T 2 , làm cho dòng I B2 tăng cao nên T 2 tiến đến bão hòa. Khi T 2 tiến đến bão hòa, dòng I C2 tăng cao và v CE2 ≈ V CEsat ≈ 0,2 (V), tụ C 2 (giả thuyết lúc đầu đã nạp đầy) xả điện qua mối nối CE 2 . Khi tụ C 2 xả, điện áp âm trên tụ C 2 đưa vào cực B 1 , làm T 1 ngưng dẫn Như vậy, giả thuyết lúc đầu là T 1 đang tắt, T 2 đang dẫn bão hòa , và tụ C 2 đã nạp điện đầy. Lúc này tụ C 2 bắt đầu phóng điện qua mối nối CE 2 đến cực E của T 1 , làm mối nối BE 1 bò phân cực nghòch, do đó T 1 tắt. Do vậy, tụ C 1 được nạp điện thông qua R C1 và mối nối BE 2 Sau khi phóng điện xong, tụ C 2 lại được nạp điện theo chiều ngược lại thông qua R B1 và mối nối CE 2 , lúc này điện áp tại cực B của T 1 là V B1 = V C2 + Rc2 RB2RB1 Rc1 Vcc T2 Vra1 C1 C2 Vcc Vra2 T1 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 100 V BE2 = V C2 . (V C2 điện áp tên tụ C 2 ) . Khi tụ nạp C 2 đến giá trò lớn hơn V BE1 thì T 1 bắt đầu dẫn, khi T 1 đạt đến dẫn bão hòa lúc này tụ C 1 phóng điện qua mối nối CE 1 đến cực E của T 2 , làm mối nối BE 2 phân cực nghòch, T 2 tắt. Quá trình lập lại từ đầu và cứ tiếp tục như thế. Dạng sóng tại các chân. Hình 6.17 Tính Chu Kỳ Xung T = T 1 + T 2 . T 1 là thời gian tụ C 2 xả điện qua mối nối CE 2 , làm cực B của T 1 tăng từ - V CC lên đến V BE1 . Và có khuynh hướng tăng lên đến +V CC , nên điện áp tức thời của tụ C 2 (lấy mức -V CC làm gốc) là: v c (t) = 2V CC . e -T 1/ τ f , với τ f = R B2 . C 2 Tại thời điểm T 1 , tụ C 2 xả điện từ -V CC lên 0(v) (bỏ qua V BE ) là V CC = 2V CC . e -T 1/ τ f , ⇒ e -T 1/ τ f = 2 ⇒ 2 1 In T f = τ Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 101 ⇒T 1 = τ f . ln2 = 0,69 R B2 .C 2 Tương tự ta cũng tính được T 2 được tính theo công thức sau: T 2 = 0,69 R B1 .C 1 ⇒ T = 0,69 (R B2 C 2 +R B1 C 1 ) Trong mạch đa hài bất ổn đối xứng ta có R B1 = R B2 = R B và C 1 = C 2 = C Chu kỳ dao động T = 2 x 0,69 .R B .C = 1,4 R B .C 4. Mạch đa hài dùng OpAmp a. Mạch đơn ổn dùng OpAmp Sơ đồ mạch điện Hình 6.18 R 1 , R 2 : Tạo ngưỡng điện áp để so sánh R, C: Tạo mạch RC nhằm thực hiện quá trình nạp và xả của tụ Diode D tạo mạch ghim điện áp, ngắn mạch tụ C khi mạch ở trạng thái bền. Nguyên lý hoạt động Ở chế xác lập (trạng thái bền), v(t) = -V (bão hòa âm), lúc này VA RR R Vv . 21 1 −= + −= + v - = v c (t) = -V γ (do Diode D dẫn), khi đó ta có dạng mạch như sau: + - R2 Vv Vra CD R1 R Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 102 Hình 6.19 Mà AV > V γ ⇒ -AV < - V γ , tức v + âm hơn v - , Nên mạch có v r = -V. Đây là chế độ xác lập của mạch Khi có xung gai dương v v kích thích vào chân dương của Op-amp. Lúc này v + dương hơn v - , nên v r = +V, do đó v + = AV, D bò phân cực nghòch nên nó bò tắt. Đồng thời, lúc này tụ C được nạp điện qua điện trở R Hình 6.20 Điện áp trên tụ C tăng dần cho đến khi v c (v c = v - ) dương hơn v + (v + = AV), thì v r = -V, mạch trở về chế độ xác lập. Dạng sóng Hình 6.21 AV V γ Vra R -VC Vra R C [...]...Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Tính Độ Rộng Xung Tx Thực hiện phép dời trục dạng sóng trên, ta có hình tương đương sau: Hình 6.22 Phương trình nạp điện của tụ : vc(t) = (V + Vγ)(1 - c-t / τ c) Tại thời điểm t = Tx, ta có vc(Tx) = (V + Vγ)(1 - e-Tx/RC) = (Vγ +AV) ⇒ 1 − e −T x Đặt k =... k+A 1− A ⇒ e −Tx / RC = 1+ k 1+ k T 1+ k 1+ k ) =⇒ x = In( 1− A RC 1− A 1+ k 1− A Nguyễn Trọng Hải Trang 103 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 b Mạch bất ổn dùng OpAmp Dạng mạch R C + Vra R2 R1 Hình 6.23 Mạch điện này là sơ đồ mạch dao động tích thoát dùng Op-amp để cho ra tín hiệu xung vuông Sơ đồ có hai mạch hồi tiếp từ ngõ ra về hai ngõ vào Cầu phân áp RC hồi tiếp về ngõ vào đảo, cầu phân áp R1và... tăng do tụ C nạp qua R theo quy luật hàm số mũ với thời hằng là τ = RC Và có giá trò l : vC(t) = V(1 - e-t / RC) Khi tụ nạp điện tăng dần cho đến khi v- > v+ thì ngõ ra chuyển sang trạng thái bão hòa âm vr = -V Lúc này, ngõ vào không đảo có mức điện áp là v+ = − V Nguyễn Trọng Hải R1 R1 + R2 Trang 104 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Điện áp ra giảm về -V, nên tụ sẽ xả Khi tụ C xả điện áp đang có thì v+... khi v- âm hơn v+ thì ngõ ra sẽ chuyển sang trạng thái bão hòa dương, vr = +V Quá trình này lập lại từ đầu và cứ tiếp diễn liên tục tuần hoàn Dạng Sóng Vào Ra Hình 6.24 Tìm chu kỳ dao động Muốn tìm chu kỳ dao động, ta thực hiện phép dời trục: Trục trung dời đến thời điểm to và trục hoành dời đến mức -V, ta được dạng sóng sau: Nguyễn Trọng Hải Trang 105 . giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 103 Tính Độ Rộng Xung T x Thực hiện phép dời trục dạng sóng trên, ta có hình tương đương sau: Hình 6.22 Phương trình nạp điện của tụ :. v v > -AV + B ⇒ v r = -V Khi v v < AV + B ⇒ v r = +V Hình 6 .8 R Vref R1 + - Vv R2 Vra Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 95 c. Dạng Mạch Dùng cổng logic. S V in + - Q R V TH- + - /Q Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 96 2. Mạch FlipFlop a. Dạng Mạch Dùng OpAmp Xét mạch sau : Hình 6.12 Điện trở hồi