Giáo trình : Kỹ thuật xung part 6 potx

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 67 Các dạng méo có thể gặp như sau Trường hợp a Hình 4.27a Trường hợp b Hình 4.27b Chứng minh Xét trường hợp a, mạch tương đương của diode D khi D là Diode thực tế. Phân cực thuận Phân cực nghòch Với giả sử R ng ∞→ hay R ng >> R (điều này phù hợp với thực tế nhất là khi diode là loại Si) Khi V v < V DC + V γ , diode phân cực nghòch, D tắt ⇒ V r = V v hay 1= v r v v Khi V v ≥ V DC + V γ , D phân cực thuận ⇒ D dẫn, lúc này I V I o Δ I Δ V r d = I V Δ Δ ∞→ Δ Δ = ng ng ng I V R AK Io Rng Vdc Vr R Vv Vv R Vdc Vr r d V γ A K Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 68 V ra = V DC + V γ + V r d (*) Ta có , V r d = i. r d mà i = d DC d v d DCv rR VV rR v rR VVv + +− + = + +− 1 ).( 1 . )( γ γ Phương trình (*) ⇒ )().(. rDC d d DC d d vra VV rR r VV rR r vv ++ + +− + = γ ⇒ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + −++ + = d d DC d d vra rR r VV rR r vv 1).(. γ ⇒ d DC d d vra rR R VV rR r vv + ++ + = ).(. γ • Nếu r d << R (thì dụ r d = 5 Ω , R = 1M) thì 1→ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + d rR R thì quan hệ giữa điện áp ra và điện áp vào là: rDCvra VV R vv ++= 1 . , nếu R lớn thì 0 1 → R , do đó V R = V DC + V γ • Nếu r d có thể so sánh với R (VD r d = 5 Ω , R=10 Ω ) thì quan hệ vào - ra d DC d d vr rR R VV rR r vv + ++ + = ).(. γ = V' r Độ dốc là d d rR r + Hình 4.28 V' r Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 69 3. Ảnh Hưởng Của Điện Dung Liên Cực C d Giữa hai cực của Diode tồn tại một điện dung liên cực. Điện dung này cũng làm dạng sóng ra bò méo. Chúng ta khảo sát sự ảnh hưởng của tụ C d đến dạng sóng ngõ ra. Xét dạng mạch sau Hình 4.29 Giải thích hoạt động Khi V v = 5(v) thì D phân cực thuận, D dẫn, do đó tụ C d và C 2 được nạp với thời hằng nạp là τ 1 = r d (C d + C 2 ). Khi v v = - 5(v) thì D ngưng dẫn ⇒ tụ C 2 xả qua R với thời hằng là τ 2 = RC 2 , mà τ 1 < τ 2 (vì R >> r d ), thời gian xả hết lâu hơn so với thời gian nạp đầy. IV. MẠCH XÉN Ở 2 MỨC ĐỘC LẬP Mạch này là dạng mạch ghép hai mạch xén song song với nhau. Để thực hiện mạch này, ta có thể dùng hai ngưỡng xén V B1 , V B2 và kết hợp với hai Diode, hoặc có thể dùng hai Diode Zener. Nhiệm vụ của mạch này là loại bỏ bớt cả hai thành phần trên và dưới của tín hiệu ngõ vào. Khảo sát một số dạng mạch xén ở hai mức độc lập cơ bản như sau: Trường hợp không kể quá trình quá độ và ảnh hưởng của C 2 , C d . Trường hợp ảnh hưởng của C 2 , C d C2 Cd Rt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 70 1. Dạng mạch dùng diode Hình 4.30 Tín hiệu vào là dạng sin có v i = 9 sin ωt, và giả thuyết là V γ = 0, r d = 0 (Diode lý tưởng) Hình 4.31 2. Dạng mạch dùng diode zener Hình 4.32 V B2 =4V V B1 =3V 10k R1 Vr Vv D1D25k V γ1 V γ2 D2 D1 VrVv R Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 71 Hình 4.33 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 72 Hình 2 R1 1K R2 Vin Vout Bài tập 1. Vẽ đặc tuyến vào-ra và dạng sóng ra của mạch sau 2. Cho mạch sau với 18sin in Vt ω = , 0,7 , 8 Z VVVV γ = = Vẽ đặc tuyến vào ra (V in -V out ) và dạng sóng V in , V out ứng với a). R 2 = 0 b). R 2 = 0.5K c). R 2 = 2.2K 3. Cho mạch sau với tV in ω sin10= , VVVV Z 3,7,0 = = γ ,r D =0. Vẽ đặc tuyến vào-ra và dạng sóng V in (t) , V OUT (t) ứng với a). R 2 = 0 b). R 2 = 220 4. Cho mạch sau với tV in ω sin10= , VVVV Z 3,6,0 = = γ Vẽ đặc tuyến vào ra (V in -V out ) và dạng sóng V in (t) , V OUT (t) ứng với a). r D = 0 b). r D = 0,5K; R=1K 5. Cho mạch sau. Vẽ các dạng sóng điện áp ngõ ra V r (t) khi điện áp ngõ vào V in (t) là điện áp khu vực, dạng sin, tần số 50Hz, 220V hiệu dụng, biết các Diode bán dẫn và ổn áp đều có Vγ =0,6V ; V Z = 6V a). r D = 0 b). r D = 0,5K +16V -16V 1 2 R Vr Vv Si 4V C B A 1,2K Vin Vout R 2 R 1 H ình 2 Vin Vout R Hình 2 Hình 2A Hình 2B V rA (t) 10K Vin(t) DZ Vin(t) 10K V rB (t) DZ D Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 73 CHƯƠNG 5. MẠCH KẸP I. KHÁI NIỆM Mạch kẹp hay còn gọi là mạch ghim điện áp, mạch dòch mức DC của tín hiệu AC đạt đến một mức xác đònh, mà không bò biến dạng sóng. Mạch kẹp được dựa trên cơ sở như một mạch phục hồi thành phần điện áp DC. Nó dùng để ổn đònh nền hoặc đỉnh của tín hiệu xung ở một mức xác đònh nào đó bằng hoặc khác không. Như vậy mạch sẽ kẹp tín hiệu ở những mức DC khác nhau Dạng sóng điện áp có thể bò dòch một mức, do nguồn điện áp không phụ thuộc được cộng vào. Mạch kẹp vận hành dòch mức, nhưng nguồn cộng vào không lớn hơn dạng sóng độc lập. Lượng dòch phụ thuộc vào dạng sóng hiện thời. Mạch kẹp cần có: Tụ C đóng vai trò phần tử tích năng lượng Diode D đóng vai trò khóa Điện trở R Nguồn DC tạo mức DC Hai loại mạch kẹp chính: Mạch kẹp Diode và Transistor. Dạng này ghim mức biên độ dương hoặc mức biên độ âm, và cho phép ngõ ra mở rộng chỉ theo một hướng từ mức chuẩn. Mạch kẹp khóa (đồng bộ) duy trì ngõ ra tại một số mức cố đònh cho đến khi được cung cấp xung đồng bộ và lúc đó ngõ ra mới được cho phép liên hệ với dạng sóng ngõ vào. Điều kiện mạch kẹp: Giá trò R và C phải được chọn để hằng số thời gian τ = RC đủ lớn để sụt áp qua tụ không quá lớn Trong phần lý thuyết này ta xem tụ nạp đầy sau 3τ n và tụ xả hết sau 3τ x Nguyên lý làm việc của các mạch ghim điện áp dựa trên việc ứng dụng hiện tượng thiên áp, bằng cách làm cho các hằng số thời gian phóng và nạp của tụ trong mạch khác hẳn nhau. Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 74 II. MẠCH KẸP DÙNG DIODE LÝ TƯỞNG Loại mạch kẹp đơn giản sử dụng một Diode kết hợp với mạch RC. Tụ C đóng vai trò là phần tử tích - phóng năng lượng điện trường, Diode D đóng vai trò là khóa điện tử , còn nguồn DC tạo mức chuẩn. Các giá trò R và C phải chọn thích hợp, để hằng số thời gian τ = RC đủ lớn nhằm làm sụt áp qua tụ C không quá lớn hoặc tụ C không được xả điện nhanh. Tụ nạp đầy và phóng điện hết trong thời gian 3τ đến 5τ, ở đây các Diode được xem là lý tưởng. 1. Mạch Ghim Đỉnh Trên Của Tín Hiệu Ở Mức Không Dạng mạch Xét tín hiệu vào là chuỗi xung có biên độ max là ±V m Hình 5.1 Đây là mạch kẹp đỉnh trên của tín hiệu ở mức điện áp là 0 v . Điện trở R có giá trò lớn, với nhiệm vụ là nhằm khắc phục nhược điểm: Khi biên độ tín hiệu vào giảm thì mất khả năng ghim đỉnh trên của tín hiệu vào ở mức không. Giải thích nguyên lý hoạt động Vv C R D Vra Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 75 Thời điểm từ 0 đến t 1 , thời điểm tồn tại xung dương đầu tiên, v v = V m , Diode D dẫn, tụ C được nạp điện qua Diode (không qua R, vì điện trở thuận của D rất nhỏ), cực âm của tụ tại điểm A, tụ nạp với hằng số thời gian là: τ n = CR d = 0 ⇒ V C = +V m (tụ nạp đầy tức thời) lúc này V r = V v - V c = 0 Thời điểm từ t 1 đến t 2 , thời điểm mà ngõ vào tồn tại xung âm, V V = -V m , Diode bò phân cực nghòch, D ngưng dẫn, lúc này tụ C phóng điện qua R, có dạng mạch tương đương như hình vẽ. Thời hằng phóng điện là τ f = CR , thời gian này rất lớn so với khoảng thời gian từ t 1 đến t 2 , do vậy tụ C chưa kòp xả mà vẫn còn tích lại một lượng điện áp là V c = V m . Do vậy, v r = v v - v c = -V m -V m = - 2V m . 2. Mạch Ghim Đỉnh Trên Của Tín Hiệu Ở Mức Điện p Bất Kỳ Dạng mạch Hình 5.3 Vc = V VraR R V VV Vra Vdc D Vv VraR C Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 76 Tín hiệu vào là dạng xung có tần số f = 1 Hz và biên độ max là ±V m . Giả sử cho C = 0,1 μ F, V DC = 5 v , R = 1000 k Ω , V m = 10(v) Ta có f = 1KHz ⇒ T = )(1 1 ms f = Bán kỳ có thời gian là )(5.0 2 ms T = Giải thích nguyên lý hoạt động: Thời điểm từ 0 đến t 1 , ngõ vào tồn tại xung dương V v = V m =10 v >V DC , Diode D dẫn điện, tụ C được nạp điện qua Diode D với hằng số thời gian τ = r d .C ≈ 0 Tacó V DC + V γ + V C = V V giá trò điện áp mà tụ nạp đầy là: V c = V v - V γ - V DC = 10 – 5 = 5(v) Do đó V ra = V DC - V γ = 5(v) Thời điểm từ t 1 đến t 2 thì ngõ vào tồn tại xung âm, V v = -V m = -10 v , Diode D ngưng dẫn, tụ C phóng điện qua R, với thời hằng phóng điện τ f = CR = 0,1.10 -6 .10 6 = 0,1(s ) = 10 (ms). Vậy sau 5τ thì tụ phóng hết, tức sau 5.10 = 50 (ms), thời gian này lớn gấp 20 lần thời gian từ t 1 đến t 2 (0,5ms), do vậy v c vẫn giữ mức điện áp là 5 v V r = V v - V c = -10 - 5 = -15v . Nếu đảo cực tính của nguồn V DC thì đỉnh trên ghim ở mức điện áp là -5(v). 3. Mạch Ghim Đỉnh Dưới Của Tín Hiệu Ở Mức Không Dạng mạch Hình 5.4a D Vra C RVv [...]... sau: Vc=Vm V R Hình 5.5 Ta có Vra = VV + VC = Vm + Vm = 2Vm GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 77 Vra Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5 Nhận xét Thời điểm từ 0 đến t1 dạng sóng ra có xung dương không ổn đònh so với chuỗi xung ra Do vậy, xung này không xét đến mà chỉ xét các xung ổn đònh từ thời điểm t1 trở đi 4 Mạch Ghim Đỉnh Dưới Của Tín Hiệu Ở Mức Điện áp Bất Kỳ Dạng mạch 1 2 C D 1 Vv Vdc R Vra Hình 5 .6 Nguồn... Vra = VDC + Vγ = VDC GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 78 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5 Thời điểm từ t2 đến t3 ngõ vào tồn tại xung dương tiếp theo, Vv = + Vm, Diode ngưng dẫn, tụ C phóng điện qua R với hằng số thời gian τf = CR τf rất lớn so với bán kỳ từ t2 đến t3 do vậy tụ C vẫn cố đònh mức điện áp vc = VDC + Vm trong khoảng thời gian này Mạch tương đương của trường hợp này l : Vc=Vm + Vdc V R Vra Hình...Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5 Hình 5.4b Mạch này có chức năng cố đònh đỉnh dưới của tín hiệu ở mức 0(v) Giải thích nguyên lý hoạt động Thời điểm từ 0 đến t1, tồn tại xung dương, Vv = + Vm, Diode ngưng dẫn, tụ C được nạp qua R với hằng số thời gian là τn = RC, vì R rất lớn nên τn rất lớn,... Giải thích nguyên lý hoạt động Thời điểm từ 0 đến t1, ngõ vào tồn tại xung dương, Vv = +Vm , VDC < Vm, Diode D ngưng dẫn, tụ C được nạp qua R với hằng số thời gian τn = RC, do τn rất lớn so với khoảng thời gian từ 0 đến t1 , nên tụ C gần như không được nạp, vc = 0, như vậy Vra = VV = + Vm Thời điểm từ t1 đến t2 ngõ vào tồn tại xung âm, Vv = -Vm , D dẫn, tụ C được nạp qua D, cực dương của tụ tại điểm... Do vậy tụ C gần như không được nạp vc = 0, do đó Vra = Vv = + Vm Thời điểm t1 đến t2, ngõ vào tồn tại xung âm, Vv = -Vm , Diode dẫn điện, tụ C được nạp qua Diode, thời hằng nạp là τn = rd C ≈ 0, vc = Vm (tụ nạp đầy tức thời), lúc này Vra = Vv + Vc = -Vm +Vm = 0 Thời điểm từ t2 đến t3, ngõ vào tồn tại xung dương tiếp theo Vv = +Vm, Diode ngưng dẫn, tụ C xả qua R với hằng số thời gian là τf = C.R τf rất... vc = Vm + VDC + Vm = 2 Vm + VDC Thời điểm từ 0 đến t1 ta không xét (cách giải thích như phần II 3) Dạng mạch 2 C D1 R Vv Vra D2 Hình 5.8 Vz2 = 1/2Vm Vγ1= 1/10 Vm Vz2 + Vγ 1 = (1/2 + 1/10)Vm = 3/5Vm GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 79 . V γ2 D2 D1 VrVv R Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 71 Hình 4.33 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 72 Hình. cơ bản như sau: Trường hợp không kể quá trình quá độ và ảnh hưởng của C 2 , C d . Trường hợp ảnh hưởng của C 2 , C d C2 Cd Rt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4 GV: Nguyễn Trọng. Vc = V VraR R V VV Vra Vdc D Vv VraR C Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 76 Tín hiệu vào là dạng xung có tần số f = 1 Hz và biên độ max là ±V m . Giả sử cho