Đồ án tốt nghiệp mô phỏng mạch dao động RLC bằng MATLAB

Đồ án tốt nghiệp mô phỏng mạch dao động RLC bằng MATLAB

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

PHẦN A

GIỚI THIỆU

Sinh viên: Nguyễn Tấn Phát xin chân thành cảm ơn:

Qúy thầy cô trường Đại Học Văn Hiến nói chung và thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông nói riêng đã hết lòng dạy bảo và trang bị cho em những kiến thức quý báutrong những năm qua và đó cũng chính là hành trang vào đời của em sau này

Đặc biệt, Em xin chân thành cảm ơn cô giáo:ThS Phan Thị Chiêu Mỹ đã tận tìnhhướng dẫn, truyền đạt, cung cấp tài liệu cũng như bổ sung những kiến thức cần thiết vàđóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho em trong thời gian làm đề tài

Em xin cảm ơn và ghi nhớ công lao của cha mẹ và những người thân đã động viên,tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành tốt nhiệm vụ trong những năm học vừa qua

Đồng thời, xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn sinh viên đã giúp đỡ, đóng góp vàđộng viên để em hoàn thành tốt tập luận văn này, đặc biệt là sinh viên lớp C08E1

TP.HCM, ngày…tháng …năm 2011

Sinh viên thực hiện đồ án

ĐỒ ÁN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên: NGUYỂN TẤN PHÁT

GVHD: ThS PHAN THỊ CHIÊU MỸ

Tên đề tài: MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB

Lời nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

TP.Hồ Chí Minh,ngày…tháng…năm 2011

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT

GVHD: ThS PHAN THỊ CHIÊU MỸ

Tên đề tài: MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB

Lời nhận xét của giáo viên phản biện:

TP Hồ.Chí Minh,ngày…tháng…năm 2011

Giáo viên phản biện

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển để đáp lại nhu cầu ngày càng cao của conngười trong mọi lĩnh vực như là: thông tin truyền thông, viễn thông, điện tử…Bên cạnh

đó thì chất lượng của sản phẩm và độ chính xác cao trong tín hiệu, âm thanh cũng làmột vấn đề rất quan trọng Để loại bỏ những tần số nhiễu, những tín hiệu không mongmuốn ấy thì mạch dao động ra đời

Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này, với mục đích tìm hiểu về mạch dao động,sinh viên thực hiện đồ án đã lựa chọn đề tài mạch dao động RLC và ứng dụng ngônngữ lập trình matlab để mô phỏng Với sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của cô giáo:ThS PHAN THỊ CHIÊU MỸ Tuy đề tài còn đơn giản, nhưng hi vọng đây sẽ là một tàiliệu bổ ích cho những ai quan tâm

Do thời gian, tài liệu tham khảo có hạn và kinh nghiệm thực tiễn còn non kém, nên

đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu xót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp

đỡ chân tình quý báu của quý thầy cô cùng các bạn sinh viên

TP.Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2011

Sinh viên thực hiện đồ án

Trang

Phần A: Giới thiệu

Trang bìa

Lời cảm ơn

Quyết định giao đề tài

Nhận xét giáo viên hướng dẫn

Nhận xét giáo viên phản biện

Lời nói đầu

Mục lục

Liệt kê hình

Phần B: Nội dung

CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC 1

1.1 VÀI NÉT VỀ MẠCH DAO ĐỘNG 1

1.2 LINH KIỆN THỤ ĐỘNG TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 1

1.2.1 Điện trở R 1

1.2.2 Cuộn dây L 2

1.2.3 Tụ điện C 2

1.3 MẠCH DAO ÐỘNG SIN TẦN SỐ THẤP 3

1.3.1 Dao động dịch pha (phase shift oscillator) 4

1.3.1.1 Nguyên tắc 4

1.3.1.2 Mạch dịch pha dùng op-amp 8

1.3.1.3 Mạch dao động dịch pha dùng FET 9

1.3.1.4 Mạch dùng BJT 10

1.3.3 Mạch dao động cầu T đôi 18

1.4 MẠCH DAO ÐỘNG SIN TẦN SỐ CAO 19

1.4.1 Mạch cộng hưởng (resonant circuit) 19

1.4.1.1 Cộng hưởng nối tiếp (series resonant circuit) 19

1.4.1.2 Cộng hưởng song song (parallel resonant ci rcuit) 20

1.4.2 Tổng quát về dao động LC 21

1.4.3 Mạch dao động Colpitts 23

1.4.4 Dao động Clapp (clapp oscillator) 25

1.4.5 Dao động Hartley (hartley oscillators) 26

1.5 DAO ÐỘNG THẠCH ANH (crystal oscillators) 28

1.5.1 Thạch anh 28

1.5.2 Dao động thạch anh 31

1.6 DAO ÐỘNG KHÔNG SIN 33

1.6.1 Dao động tích thoát dùng OP-AMP (op-amp relaxation oscillator) 33

1.6.2 Tạo sóng vuông, tam giác và răng cưa với mạch dao động đa hài 36

1.6.2.1Tạo sóng tam giác 36

1.6.2.2 Thay đổi độ dốc của sóng tam giác 37

1.6.2.3 Tạo sóng răng cưa 38

1.6.3 Tạo sóng tam giác từ mạch so sánh và tích phân 39

1.6.4 Tạo sóng tam giác đơn cực 43

1.6.5 Tạo sóng răng cưa 45

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB 47

2.1.2 Cộng vectơ 47

2.1.3 Vẽ vectơ 47

2.1.4 Tạo biểu đồ cột 48

2.1.5 Vẽ vectơ b 49

2.2 MA TRẬN 50

2.2.1 Nhập ma trận 50

2.2.2 Ma trận chuyển vị 51

2.2.3 Nhân ma trận 51

2.2.4 Nhân đơn vị của ma trận 51

2.2.5 Nghịch đảo của ma trận 51

2.2.6 Nhân ma trận nghịch đảo của A với ma trận A 52

2.2.7 Tính và làm tròn 52

2.2.8 Giải phương trình 52

2.2.9 Tính tích chập của hai đa thức 52

2.3 BÀI TẬP ÁP DỤNG 53

2.4 VẼ ĐỒ THỊ THEO TRỤC TỌA ĐỘ 61

2.4.1 Scale (tọa độ) 61

2.4.1.1 semilogx 62

2.4.1.2 semilogy 63

2.4.1.3 Loglog 64

2.4.2 Grid 65

2.4.2.1 Neither 65

2.4.2.2 Xgird 66

2.4.2.4 Both 68

2.4.3 Direction 69

2.4.3.1 Normal 69

2.4.3.2 Reversex 70

2.4.3.3 Reversey 71

2.4.3.4 Rev.both 72

2.4.4 Color 73

2.4.4.1 Default 73

2.4.4.2 Bbule 74

2.4.4.3 Red 75

2.5 ĐỒ HỌA: VẼ 2D 76

2.5.1 Line Plot of a chirp 76

2.5.2 Bar Plot of a Bell Shaped Curve 77

2.5.3 Stairstep Plot of a Sine Wave 78

2.5.4 Errorbar Plot 79

2.5.5 Polar Plot(vẽ tọa độ cực) 80

2.5.6 Stem Plot (vẽ tín hiệu lấy mẫu rời rạc) 81

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG MATLAB ĐỂ MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC 83

3.1 GIAO DIỆN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH MATLAB 83

3.2 GIAO DIỆN TẠO NÚT 86

3.3 THIẾT KẾ GIAO DIỆN MẠCH DAO ĐỘNG CẦU WIEN 89

3.3.1 Tính toán mạch dao động cầu wien 94

3.4.1 Tính toán mạch dao động sớm pha 101

3.4.2 Vẽ sơ đồ mạch dao động sớm pha 102

3.5 THIẾT KẾ GIAO DIỆN MẠCH DAO ĐỘNG CẦU T ĐÔI 104

3.5.1 Tính toán mạch dao động cầu T đôi 109

3.5.2 Vẽ sơ đồ mạch dao động cầu T đôi 110

  

Hình 3.1: khuếch đại đảo và hệ thống hồi tiếp 4

Hình 3.2: Mạch dao động dịch pha 5

Hình 3.3: Khối hồi tiếp dao động dịch pha 5

Hình 3.4: Mạch dao động dịch pha dùng op-amp 9

Hình 3.5: Mạch dao động dịch pha dùng FET 10

Hình 3.6: Mạch dao động dịch pha dùng BJT 10

Hình 3.7: Khối hồi tiếp của dao động dịch pha dùng BJT 11

Hình 3.8: Mạch dao động cầu wien 12

Hình 3.9: Mạch dao động cầu wien dùng diode 14

Hình 3.10: Mạch dao động cầu wien sử dụng JFET 15

Hình 3.11: Mạch dao động cầu wien dùng tụ và biến trở 16

Hình 3.12: Mạch dao động cầu wien dùng để điều chỉnh tần số 17

Hình 3.13: Mạch dao động cầu wien điều chỉnh biên độ và tần số 17

Hình 3.14:Mạch dao động cầu T đôi 18

Hình 4.1: Mạch cổng hưởng nối tiếp 19

Hình 4.2: Đáp ứng tần số mạch cổng hưởng song song 21

Hình 4.3: Mạch tổng quát LC (a) và mạch hồi tiếp (b) 21

Hình 4.4: Mạch khuếch đại căn bản 22

Hình 4.5: Mạch dao động colpitts dùng JFET 23

Hình 4.6: Mạch dao động colpitts dùng BJT 25

Hình 4.7: Mạch dao động cllap 25

Hình 4.10: Mạch dao động dùng cực thu chung 28

Hình 5.1: Hình dạng tinh thể thạch anh 28

Hình 5.2: Mạch dao động dùng tinh thể thạch anh 29

Hình 5.3: Đáp ứng mạch dao động dùng tinh thể thạch anh 30

Hình 5.4: Đáp ứng mạch dao động dùng tinh thể thạch anh 30

Hình 5.5: Mạch dao động Pierce 31

Hình 5.6: Mạch dao động Pierce dùng tụ tinh chỉnh 32

Hình 5.7: Mạch dao động Pierce dùng tụ C1 và C2 mắc bên ngoài 32

Hình 6.1: Mạch dao động tích thoát dùng op-amp 33

Hình 6.2: Đáp ứng dao động tích thoát 34

Hình 6.3: Mạch dao động tích thoát 36

Hình 6.4: Mạch tạo sóng tam giác 36

Hình 6.5: Đáp ứng mạch tạo sóng tam giác 37

Hình 6.6: Mạch thay đổi độ dốc của sóng tam giác 38

Hình 6.7: Mạch tạo sóng răng cưa 39

Hình 6.8: Mạch tích phân 39

Hình 6.9: Đáp ứng mạch tích phân 40

Hình 6.10: Mạch so sánh và tích phân ghép với nhau 41

Hình 6.11: Mạch tạo sóng tam giác đơn cực 43

Hình 6.12: Mạch tạo sóng tam giác đơn cực dùng diode 44

Hình 6.13: Mạch tạo sóng răng cưa 45

Hình 6.14: Đáp ứng mạch tạo sóng răng cưa 45

PHẦN B NỘI DUNG

CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC

1.1 VÀI NÉT VỀ MẠCH DAO ĐỘNG

Trong lĩnh vực điện – điện tử, dòng điện xoay chiều hình sin rất quan trọng vìnhững đặc tính riêng của nó như:

Dòng điện hình sin dễ phát sinh

Các dòng điện xoay chiều khác có tính tuần hoàn điều có thể phân tích ra mộtchuỗi các tín hiệu hình sin Điều này thuận lợi cho việc phân tích, tính toán nhờ cónhiều công cụ toán học

Dòng điện hình sin thường được dùng để khảo sát đặc tính kỹ thuật của cácmạch điện tử như mạch lọc, mạch khuếch đại…

Mạch dao động được hiểu là một mạch khuếch đại nhưng không có tín hiệu vào

Tổng quát, người ta thường chia ra làm 2 loại mạch dao động: Dao động điềuhòa (harmonic oscillators) tạo ra các sóng sin và dao động tích thoát (thư giãn -relaxation oscillators) thường tạo ra các tín hiệu không sin như răng cưa, tam giác,vuông (sawtooth, triangular, square)

1.2 LINH KIỆN THỤ ĐỘNG TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

Ba linh kiện thụ động cơ bản là R- L- C khi áp dụng vào dòng điện xoay chiềuthì quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong mỗi linh kiện giống nhau

Xét dòng điện xoay chiều có:I=Imsinωt khi đi qua các linh kiện trên

1.2.1 Điện trở R

Theo định luật Ohm, điện áp trên điện trở:

Như vậy: điện áp VL sớm pha hơn dòng điện i 90°

So sánh hai biểu thức (1) và (2) ta thấy ωL có nghĩa như R là sức cản điện củacuộn dây và được gọi là cảm kháng XL

(3)

Như vậy: điện áp Vc trễ pha hơn dòng điện i 90°

So sánh hai biểu thức (1) và (3) ta thấy có ý nghĩa như R là sức cản điệncủa tụ điện và được gọi là dung kháng Xc

Nếu pha của vf lệch 1800 so với vs ta có hồi tiếp âm

Nếu pha của vf cùng pha với vs (hay lệch 3600) ta có hồi tiếp dương

Ðộ lợi của mạch khi có hồi tiếp:

Trường hợp đặc biệt βAv = 1 được gọi là chuẩn cứ Barkausen (Barkausencriteria), lúc này Af trở nên vô hạn, nghĩa là khi không có tín hiệu nguồn vs mà vẫn cótín hiệu ra v0, tức mạch tự tạo ra tín hiệu và được gọi là mạch dao động Tóm lại điềukiện để có dao động là: βAv=1

θA + θB = 00 (3600) điều kiện này chỉ thỏa ở một tần số nào đó, nghĩa là trong hệthống hồi tiếp dương phải có mạch chọn tần số

Nếu βAv >> 1 (đúng điều kiện pha) thì mạch dao động đạt ổn định nhanh nhưngdạng sóng méo nhiều (thiên về vuông) còn nếu βAv > 1 và gần bằng 1 thì mạch đạtđến độ ổn định chậm nhưng dạng sóng ra ít méo Còn nếu βAv < 1 thì mạch không daođộng được

1.3.1 Dao động dịch pha (phase shift oscillator)

Tạo sóng sin tần số thấp nhất là trong dải âm tần

Còn gọi là mạch dao động RC

Mạch có thể dùng BJT, FET hoặc Op-amp

Thường dùng mạch khuếch đại đảo (lệch pha 1800) nên hệ thống hồi tiếp phảilệch pha thêm 1800 để tạo hồi tiếp dương

1.3.1.1 Nguyên tắc

Hình 3.1: khuếch đại đảo và hệ thống hồi tiếp

Hệ thống hồi tiếp gồm ba mắc R-C, mỗi mắc có độ lệch pha tối đa 900 nên để

độ lệch pha là 1800 phải dùng ba mắc R-C

Mạch tương đương tổng quát của toàn mạch dao động dịch pha được mô tả ởhình 3.2

Hình 3.2: Mạch dao động dịch phaNếu Ri rất lớn và R0 nhỏ không đáng kể

Ta có: v0 = v1 = Av.vi

vi = v2

Hệ thống hồi tiếp gồm 3 măc C-R, và được vẽ lại như hình 3.3

Hình 3.3: Khối hồi tiếp dao động dịch pha

Ðể phân giải mạch ta theo 4 bước:

+ Viết phương trình tính độ lợi điện thế β = v2/v1 của hệ thống hồi tiếp

Ðể mạch lệch pha 1800:

Thay ω0 vào biểu thức của β ta tìm được:

Hình 3.4: Mạch dao động dịch pha dùng op-amp

1.3.1.3 Mạch dao động dịch pha dùng FET

Do FET có tổng trở vào rất lớn nên cũng thích hợp cho loại mạch này

Tổng trở ra của mạch khuếch đại khi không có hồi tiếp:

R0 = RD||rD phải thiết kế sao cho R0 không đáng kể so với tổng trở vào của hệ thốnghồi tiếp để tần số dao động vẫn thỏa mãn công thức:

Nếu điều kiện trên không thỏa mãn thì ngoài R và C, tần số dao động sẽ còn tùythuộc vào R0 (xem mạch dùng BJT)

Ðộ lợi vòng hở của mạch: Av = -gm(RD||rD) ≥ 29 nên phải chọn Fet có gm, rD lớn

và phải thiết kế với RD tương đối lớn

Hình 3.5: Mạch dao động dịch pha dùng FET

1.2.1.4 Mạch dùng BJT

Mạch khuếch đại là cực phát chung có hoặc không có tụ phân dòng cựcphát

Hình 3.6: Mạch dao động dịch pha dùng BJT Ðiều kiện tổng trở vào của mạch không thỏa mãn nên điện trở R cuối cùng của hệ

R = R’ + (R1||R2||Zb)Với Zb = βre nếu có CE và Zb = β(re + RE) nếu không có CE Tổng trở của mạch khi chưa có hồi tiếp R0 ≈ RC không nhỏ lắm nên làm ảnhhưởng đến tần số dao động Mạch phân giải được vẽ lại

Hình 3.7: Khối hồi tiếp của dao động dịch pha dùng BJT

Áp dụng cách phân giải như phần trước ta tìm được tần số dao động:

Thường người ta thêm một tầng khuếch đại đệm cực thu chung để tải khôngảnh hưởng đến mạch dao động

1.3.2 Mạch dao động cầu Wien: (wien bridge oscillators)

Cũng là một dạng dao động dịch pha Mạch thường dùng op-amp ráp theo kiểukhuếch đại không đảo nên hệ thống hồi tiếp phải có độ lệch pha 00 Mạch căn bản nhưhình 3.8a và hệ thống hồi tiếp như hình 3.8b

Hình 3.8: Mạch dao động cầu wien

Tại tần số dao động ω0:

Trong mạch cơ bản hình 3.8a, ta chú ý:

Nếu độ lợi vòng hở Av < 3 mạch không dao động

Nếu độ lợi vòng hở Av >> 3 thì tín hiệu dao động nhận được bị biến dạng (đỉnhdương và đỉnh âm của hình sin bị cắt)

Cách tốt nhất là khi khởi động, mạch tạo Av > 3 (để dễ dao động) xong giảmdần xuống gần bằng 3 để có thể giảm thiểu tối đa việc biến dạng Người ta có nhiềucách, hình 3.9 là một ví dụ dùng diode hoạt động trong vùng phi tuyến để thay đổi độlợi điện thế của mạch

Khi biên độ của tín hiệu ra còn nhỏ, D1, D2 không dẫn điện và không ảnh hưởngđến mạch Ðộ lợi điện thế của mạch lúc này là:

Ðộ lợi này đủ để mạch dao động Khi điện thế đỉnh của tín hiệu ngang qua R4

khoảng 0.5 volt thì các diode sẽ bắt đầu dẫn điện D1 dẫn khi ngõ ra dương và D2 dẫnkhi ngõ ra âm Khi dẫn mạnh nhất, điện thế ngang diode xấp xỉ 0.7 volt Ðể ý là haidiode chỉ dẫn điện ở phần đỉnh của tín hiệu ra và nó hoạt động như một điện trở thayđổi nối tiếp với R5 và song song với R4 làm giảm độ lợi của mạch, sao cho độ lợi lúcnày xuống gần bằng 3 và có tác dụng làm giảm thiểu sự biến dạng Việc phân giải hoạtđộng của diode trong vùng phi tuyến tương đối phức tạp, thực tế người ta mắc thêm

một điện trở R5 (như hình vẽ) để điều chỉnh độ lợi của mạch sao cho độ biến dạng đạtđược ở mức thấp nhất.

Hình 3.9: Mạch dao động cầu wien dùng diode Ngoài ra cũng nên để ý là độ biến dạng sẽ càng nhỏ khi biên độ tín hiệu ở ngõ

ra càng thấp Thực tế, để lấy tín hiệu ra của mạch dao động người ta có thể mắc thêmmột mạch không đảo song song với R1C1 như hình vẽ thay vì mắc nối tiếp ở ngõ ra củamạch dao động Do tổng trở vào lớn, mạch này gần như không ảnh hưởng đến hệ thốnghồi tiếp nhưng tín hiệu lấy ra có độ biến dạng được giảm thiểu đáng kể do tác động lọccủa R1C1

Một phương pháp khác để giảm biến dạng và tăng độ ổn định biên độ tín hiệudao động, người ta sử dụng JFET trong mạch hồi tiếp âm như một điện trở thay đổi.Lúc này JFET được phân cực trong vùng điện trở (ohmic region-vùng ID chưa bảohòa) và tác động như một điện trở thay đổi theo điện thế (VVR-voltage variableresistor)

Ta xem mạch hình 3.10

Hình 3.10: Mạch dao động cầu wien sử dụng JFET

D1, D2 được dùng như mạch chỉnh lưu một bán kỳ (âm); C3 là tụ lọc Mạch nàytạo điện thế âm phân cực cho JFET

Khi cấp điện, mạch bắt đầu dao động, biên độ tín hiêu ra khi chưa đủ làm cho

D1 và D2 dẫn điện thì VGS = 0 tức JFET dẫn mạnh nhất và rds nhỏ nhất và độ lợi điện thếcủa op-amp đạt giá trị tối đa

Sự dao động tiếp tục, khi điện thế đỉnh ngõ ra âm đạt trị số xấp xỉ -(Vz + 0.7v)thì D1 và D2 sẽ dẫn điện và VGS bắt đầu âm

Sự gia tăng của tín hiệu điện thế đỉnh ngõ ra sẽ làm cho VGS càng âm tức rds

tăng Khi rds tăng, độ lợi Av của mạch giảm để cuối cùng đạt được độ lợi vòng bằngđơn vị khi mạch hoạt động ổn định

Thực tế, để mạch hoạt động ở điều kiện tốt nhất, người ta dùng biến trở R4 để cóthể chỉnh đạt độ biến dạng thấp nhất

Ðể khắc phục điều này, người ta thường thay đổi R1, R2 hoặc C1, C2 cùng lúc(dùng biến trở đôi hoặc tụ xoay đôi) để không làm thay đổi hệ sốβ Hình 2.11a mô tảviệc điều chỉnh này.

(a) (b)Hình 3.11: Mạch dao động cầu wien dùng tụ và biến trở Tuy nhiên, hai biến trở rất khó đồng nhất và thay đổi giống hệt nhau nên β khógiữ vững Một cách khác để điều chỉnh tần số dao động là dùng kỹ thuật hồi tiếp âm vàchỉ thay đổi một thành phần mạch và không làm thay đổi độ lợi vòng dù β và Av đềuthay đổi Mạch điện như hình 3.11b

Tần số dao động của mạch vẫn được xác định bởi:

Vậy khi R1 tăng thì f0 giảm, β tăng Ngược lại khi R1 giảm thì f0 tăng và β giảm.Mạch A2 đưa vào trong hệ thống hồi tiếp dùng để giữ vững độ lợi vòng luôn bằng đơn

vị khi ta điều chỉnh tần số (tức thay đổi R1) Thật vậy, ta thử tính độ lợi vòng hở Av củamạch

Hình 3.12: Mạch dao động cầu wien dùng để điều chỉnh tần số

Toàn bộ mạch dao động cầu Wien có điều chỉnh tần số và biên độ dùng thamkhảo được vẽ ở hình 3.13

Hình 3.13: Mạch dao động cầu wien điều chỉnh biên độ và tần số

1.3.3 Mạch dao động cầu T đôi:

Hình 3.14:Mạch dao động cầu T đôi Trong sơ đồ hình 3.14 transistor T1 ráp kiểu E chung khuếch đại đảo pha,transistor T2 ráp kiểu C chung nên khuếch đại đồng pha Do đó, tín hiệu vào cực B1 vàtín hiệu ra ở cực E2 là hai tín hiệu đảo pha

Mạch lọc cầu T đôi trong sơ đồ này là mạch hồi tiếp âm từ cực E2 về cực B1 Cáctín hiệu có tần số cao và tần số thấp hơn f˳ đều được hồi tiếp âm về cực B1 nên các tínhiệu này sẽ bị loại bỏ ở ngõ ra Riêng tín hiệu f˳ bị mạch lọc cầu T đôi giảm biên độnên không được hồi tiếp âm sẽ được khuếch đại và có biên độ ra lớn nhất

Các mạch dao động RC trên thường chỉ thích hợp cho các tín hiệu hình sin tần sốthấp, từ vài chục hz đến vài chục khz Để tạo dao động hình sin ở tần số cao người tathường dùng mạch dao động cộng hưởng LC.

1.4 MẠCH DAO ÐỘNG SIN TẦN SỐ CAO

Dao động dịch pha không dùng được ở tần số cao do lúc đó tụ điện phải có điệndung rất nhỏ Ðể tạo sóng tần số cao người ta thường đưa vào hệ thống hồi tiếp cácmạch cộng hưởng LC (song song hoặc nối tiếp)

1.4.1 Mạch cộng hưởng (resonant circuit)

1.4.1.1 Cộng hưởng nối tiếp (series resonant circuit)

Gồm có một tụ điện và một cuộn cảm mắc nối tiếp

Cảm kháng của cuộn dây là jXL = 2πfL

Thực tế, cuộn cảm L luôn có nội trở R nên tổng trở thực của mạch là: Z =

R + jXL - jXC

Tại tần số cộng hưởng f0 thì XL = XC nên Z0 = R

Hình 4.1: Mạch cổng hưởng nối tiếp Vậy tại tần số cộng hưởng tổng trở của mạch có trị số cực tiểu

Hình 4.2: Đáp ứng tần số mạch cổng hưởng song song

1.4.2 Tổng quát về dao động LC

Dạng tổng quát như hình 4.3a và mạch hồi tiếp như hình 4.3b

Hình 4.3: Mạch tổng quát LC (a) và mạch hồi tiếp (b)

Giả sử Ri rất lớn đối với Z2 (thường được thỏa vì Z2 rất nhỏ)

Ðể tính hệ số hồi tiếp ta dùng hình 4.4b

Ðể xác định Av (độ lợi của mạch khuếch đại căn bản ta dùng mạch 4.4

Hình 4.4: Mạch khuếch đại căn bản

L2: cuộn chận cao tần (Radio-frequency choke) có nội trở không đáng kể nhưng

có cảm kháng rất lớn ở tần số dao động, dùng cách ly tín hiệu dao động với nguồn cấpđiện

Tại tần số cộng hưởng: Z1 + Z2 + Z3 = 0

Kết quả trên cho thấy mạch khuếch đại phải là mạch đảo và độ lợi vòng hở phải

có trị tuyệt đối lớn hơn C2 /C1

Av(oc) là độ lợi không tải: Av(oc) = -gm(rd //XL2)

Do XL2 rất lớn tại tần số cộng hưởng, nên: Av(oc)≈ -gmrd

Một mạch dùng BJT

Hình 4.6: Mạch dao động colpitts dùng BJT

1.4.4 Dao động Clapp (clapp oscillator)

Dao động clapp thật ra là một dạng thay đổi của mạch dao động colpitts Cuộncảm trong mạch dao động colpitts đổi thành mạch LC nối tiếp Tại tần số cộng hưởng,tổng trở của mạch này có tính cảm kháng

Hình 4.7: Mạch dao động clappTại tần số cộng hưởng: Z1 + Z2 + Z3 = 0

Ðể ý là do mạch L1C3 phải có tính cảm kháng ở tần số dao động nên C3 phải có trị

số nhỏ, thường là nhỏ nhất trong C1, C2, C3 và f0 gần như chỉ tùy thuộc vào L1C3 mắcnối tiếp

Người ta cũng có thể dùng mạch clapp cải tiến như hình 4.8

Tần số dao động cũng được tính bằng công thức trên nhưng chú ý do dùng mạchcực thu chung (Av, 1) nên hệ số β phải có trị tuyệt đối lớn hơn 1

Hình 4.8: Mạch dao động clapp cải tiến

1.4.5 Dao động Hartley (hartley oscillators)

Cũng giống như dao động colpitts nhưng vị trí của cuộn dây và tụ hoán đổinhau

Z1 = L1; Z2 = L2; Z3 = C1