Đồ án tốt nghiệp mô phỏng mạch dao động RLC bằng MATLAB
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề Tài: MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB GVHD: Th.S PHAN THỊ CHIÊU MỸ SVTH: NGUYỄN TẤN PHÁT MSSV: 0858660056 TP.Hồ Chí Minh-Tháng 7-2011 PHẦN A GIỚI THIỆU LỜI CẢM ƠN 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 báu trong 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 tình hướng dẫn, truyền đạt, cung cấp tài liệu cũng như bổ sung những kiến thức cần thiết và đóng 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 và động 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. NHẬN XÉT 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 ĐỒ ÁN CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên: NGUYỄN 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 phản biện: TP Hồ.Chí Minh,ngày…tháng…năm 2011 Giáo viên phản biện LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển để đáp lại nhu cầu ngày càng cao của con người 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 là một vấn đề rất quan trọng. Để loại bỏ những tần số nhiễu, những tín hiệu không mong muốn 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 ngôn ngữ 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 tài liệu 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 MỤC LỤC 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 1.3.2 Mạch dao động cầu Wien: (wien bridge oscillators) 11 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 VECTƠ 47 2.1.1 Nhập một vectơ 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 2.4.2.3 Ygird 67 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 3.3.2 Vẽ sơ đồ mạch dao động cầu wien 95 [...]... I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB + Rút gọn thành dạng a + jb + Cho b = 0 để xác định tần số dao động f0 + Thay f0 vào phương trình của bước 1 để xác định giá trị của β tại f0 Từ hình 3.3 ta có: Từ đó: Và: CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC Trang 20 MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB Ðể mạch lệch pha 1800: CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC Trang 21 MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB. .. I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB Trang 24 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 cực phát 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 thống hồi tiếp là: CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG... cộng hưởng tổng trở của mạch có trị số cực tiểu CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB Khi tần số f < f0 tổng trở có tính dung kháng Khi tần số f > f0 tổng trở có tính cảm kháng 1.4.1.2 Cộng hưởng song song (parallel resonant ci rcuit) Tổng trở của mạch: CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC Trang 34 MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB Hình 4.2: Đáp ứng tần số mạch cổng hưởng song... 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 kiểu khuếch đại không đảo nên hệ thống hồi tiếp phải có độ lệch pha 0 0 Mạch căn bản như hình 3.8a và hệ thống hồi tiếp như hình 3.8b CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB Hình 3.8: Mạch dao động cầu wien Tại tần số dao động ω0:... β ta tìm được: 1.3.1.2 Mạch dịch pha dùng op-amp Do op-amp có tổng trở vào rất lớn và tổng trở ra không đáng kể nên mạch dao động này minh họa rất tốt cho chuẩn cứ Barkausen Mạch căn bản được vẽ ở hình 3.4 Tần số dao động được xác định bởi: CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB Trang 23 Hình 3.4: Mạch dao động dịch pha dùng op-amp 1.3.1.3 Mạch dao động dịch pha dùng FET... THIẾT KẾ GIAO DIỆN MẠCH DAO ĐỘNG SỚM PHA 96 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 LIỆT KÊ HÌNH Hình 3.1: khuếch đại đảo và hệ thống hồi tiếp 4 Hình 3.2: Mạch dao động dịch pha... khuếch đại và có biên độ ra lớn nhất CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB Trang 33 Các mạch dao động RC trên thường chỉ thích hợp cho các tín hiệu hình sin tần số thấp, từ vài chục hz đến vài chục khz Để tạo dao động hình sin ở tần số cao người ta thường 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... động ω0: CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC Trang 26 MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB Trang 27 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 (đỉnh dương và đỉnh âm của hình sin bị cắt) Cách tốt nhất là khi khởi động, mạch tạo Av > 3 (để dễ dao động) xong giảm dần xuống gần bằng 3 để có thể giảm... Trong mạch dao động cầu Wien, tần số và hệ số hồi tiếp được xác định bằng công thức: Như vậy để thay đổi tần số dao động, ta có thể thay đổi một trong các thành phần trên Tuy nhiên, để ý là khi có hệ số hồi tiếp β cùng thay đổi theo và độ lợi vòng cũng thay đổi, điều này có thể làm cho mạch mất dao động hoặc tín hiệu dao động bị biến dạng CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB. .. 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 tham khảo được vẽ ở hình 3.13 Hình 3.13: Mạch dao động cầu wien điều chỉnh biên độ và tần số CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB Trang 32 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 . đồ mạch dao động cầu wien 95 3.4 THIẾT KẾ GIAO DIỆN MẠCH DAO ĐỘNG SỚM PHA 96 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. 6.13: Mạch tạo sóng răng cưa 45 Hình 6.14: Đáp ứng mạch tạo sóng răng cưa 45 PHẦN B NỘI DUNG MÔ PHỎNG MẠCH DAO ĐỘNG RLC BẰNG MATLAB Trang 15 CHƯƠNG I: MẠCH DAO ĐỘNG RLC 1.1 VÀI NÉT VỀ MẠCH DAO ĐỘNG . mong muốn 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