BÀI GIẢNG KỸ THUẬT XUNG, ĐHCNTPHCM

t v 0 i MỤC LỤC Chương 1: TÍN HIỆU XUNG VÀ MẠCH RLC 1.1 Khái niệm và các dạng xung 1 1.2 Các thông số của tín hiệu xung 3 1.3 Mạch lọc 4 1.3.1 Mạch lọc RC 4 1.3.2 Mạch lọc RL 8 1.3.3 Mạch lọc LC 9 1.4 Mạch tích phân 9 1.4.1 Mạch tích phân RC 9 1.4.2 Mạch tích phân RL 12 1.4.3 Mạch tích phân dùng Op-Amp 13 1.5 Mạch vi phân 13 1.5.1 Mạch vi phân RC 13 1.5.2 Mạch vi phân RL 16 1.5.3 Mạch vi phân dùng Op-Amp 17 Chương 2: MẠCH XÉN VÀ MẠCH GHIM ĐIỆN ÁP 2.1 Mạch xén 18 2.1.1 Mạch xén song song 19 2.1.2 Mạch xén nối tiếp 22 2.2 Mạch ghim 25 2.2.1 Mạch ghim đỉnh trên 25 2.2.2 Mạch ghim đỉnh dưới 27 Chương 3: MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI 3.1 Mạch dao động đa hài dùng BJT 29 3.1.1 Trạng thái tắt, dẫn bão hòa của BJT 29 3.1.2 Mạch dao động lưỡng ổn (bistable) 30 3.1.3 Mạch dao động đơn ổn (monostable) 31 3.1.4 Mạch dao động bất ổn (astable) 34 ii 3.2 Mạch dao động đa hài dùng Op-Amp 37 3.2.1 Trạng thái bão hoà của Op-Amp và mạch so sánh 37 3.2.2 Mạch dao động đơn ổn (monostable) 38 3.2.3 Mạch dao động bất ổn (astable) 39 3.3 Dao động dùng vi mạch LM555 41 3.3.1 Cấu tạo vi mạch LM555 41 3.3.2 Mạch dao động đơn ổn (monostable) 43 3.3.3 Mạch dao động bất ổn (astable) 45 3.4 Dao động dùng các cổng logic 46 Chương 4: CÁC MẠCH TẠO XUNG KHÁC 4.1 Dao động blocking 47 4.2 Mạch Schmitt trigger 49 4.2.1 Mạch dùng BJT 49 4.2.2 Mạch dùng Op-Amp 50 4.3 Mạch dao động dùng UJT 50 http://www.ebook.edu.vn Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 1 CHƯƠNG 1 TÍN HIỆU XUNG VÀ MẠCH GIAO HOÁN RLC. 1.1. KHÁI NIỆM • Các tín hiệu điện có biên độ thay đổi theo thời gian được chia làm hai loại cơ bản là tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc.  Tín hiệu liên tục (còn được gọi là tín hiệu tuyến tính hay tương tự) là tín hiệu có biên độ biến thiên liên tục theo thời gian.  Tín hiệu rời rạc (còn được gọi là tín hiệu xung hay số) là tín hiệu có biên độ biến thiên không liên tục theo thời gian. • Tín hiệu xung: là tín hiệu rời r ạc theo thời gian. • Đặc điểm chung: là thời gian tồn tại xung rất ngắn hay sự biến thiên biên độ từ thấp lên cao hay từ cao xuống thấp xảy ra rất nhanh. • Bản chất vật lý: dòng điện, điện áp, ánh sáng…. • Hình dạng: vuông, tam giác, răng cưa, nh?n, hình thang… T t a. Xung vuông đơn cực T t b. Xung vuông lưỡng cực T t e. Xung nhọn lưỡng cực T t d. Xung tam giác T t c. Xung răng cưa t T f. Xung nấc thang Hình 1.1 Các dạng tín hiệu xung http://www.ebook.edu.vn Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 2 1.2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU XUNG 1.2.1. Xung đơn • Khái niệm: xung đơn là chỉ có một xung riêng biệt. Trong đó: Vm : Biên độxung. ∆V : Độ sụt áp đỉnh xung. tr : Độ rộng sườn trước. tP : Độ rộng đỉnh xung. tf : Độ rộng sườn sau. ton : Độ rộng xung thực tế.  Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau là thời gian biên độ xung tăng hay giảm trong khoảng 0,1Vm đến 0,9Vm.  Độ rộng đỉnh xung là thời gian xung có biên độ nằm trong khoảng từ 0,9 Vm đến Vm ứ ng với đoạn đỉnh.  Độ rộng xung thực tế là: ton = tr + tp +tf  Độ sụt áp đỉnh xung ∆V là độ giảm biên độ ở phần đỉnh xung. 1.2.2. Dãy xung • Khái niệm: dãy xung là tín hiệu gồm nhiều xung đơn. Dãy xung có thể tuần hoàn hoặc không tuần hoàn. Trong đó: Vm : Biên độxung. ton : Độ rộng xung. toff : Thời gian không có xung. T : Chu kỳ  Độ rộng của xung là thời gian ứng với điện áp cao gọi là ton (hay tx).  Thời gian không có xung ứng với điệ n áp thấp gọi là toff (hay thời gian nghỉ tng).  Chu kỳ xung là: T = ton + toff (s)  Xung vuông đối xứng: ton = toff t ∆ V v(t) ton tr tp tf Vm 0.9Vm 0.2 Vm Hình 1.2 Xung vuông đơn t Vm v(t) ton T toff Hình 1.3 Dãy xung vuông tuần hoàn http://www.ebook.edu.vn Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 3  Tần số là số xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian, được tính theo công thức: T 1 f = (Hz)  Độ rỗng của xung là tỉ số giữa chu kỳ T và độ rộng xung ton: on t T Q =  Nghịch đảo của độ rộng Q được gọi là hệ số đầy xung: T t on =η Để phân tích tín hiệu xung cần đưa về các dạng hàm cơ bản: hàm đột biến, hàm tuyến tính, hàm mũ giảm, hàm mũ tăng. 1.3. CÁC DẠNG HÀM CƠ BẢN 1.3.1. Hàm đột biến: v(t) = a.1(t - t 0 ). • Đột biến xảy ra tại thời điểm t = t 0 với biên độ là a. • 1(t – t 0 ) : Hàm đột biến đơn vị. • Khi t < t 0 : v = 0 Khi t ≥ t 0 : v = a 1.3.2. Hàm tuyến tính: v(t) = k(t - t 0 ). • k : Độ dốc của hàm. t 0 t a v v(t) Hình 1.4 Hàm đột biến t 0 t v Hình 1.5 Hàm tuyến tính. v(t) http://www.ebook.edu.vn Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 4 1.3.3. Hàm mũ giảm: τ − − = /)tt( e.a)t(v 0 1.3.4. Hàm mũ tăng: ) /)tt( e1(.a)t(v 0 τ − − −=  Để phân tích 1 tín hiệu xung, phải đưa về dạng tổng các hàm cơ bản. Ví dụ: Suy ra: v(t) = v 1 (t) + v 2 (t) = a.1(t) – a.1(t – t 0 ) 1.4. MẠCH RC 1.4.1. Phản ứng với hàm đột biến điện áp: vi = a.1(t) • t < 0 : vi = 0 , i = 0 vR = 0 , vC = 0 t 0 t v Hình 1.6 Hàm mũ tăng. a ) /)tt( e1(.a)t(v 0 τ − − −= t t 0 a v v(t) t 0 a v t - a v 1 (t) v 2 (t) ⇔ 0 t a vi v t a to Hình 1.6 Hàm mũ giảm τ − − = /)tt( e.a)t(v 0 http://www.ebook.edu.vn Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 5 • t = 0 : vi = a Mặt khác: v i = vC + vR Mà vC = 0 (Điện áp trên tụ không đột biến). Do đó: vR = a ⇒ R a R v i R == • t > 0 : Tụ C nạp bằng dòng điện R vv i Ci − = vC tăng dần, ⇒ i giảm dần, vR giảm dần. • t = ∞ : Mạch xác lập. Tụ C nạp đầy với vC = vi = a , vR = 0 , i = 0 τ− = /t R e.av )e1(.av /t C τ− −= τ = RC : Được gọi là thời hằng. τ đặc trưng cho tốc độ diễn ra quá trình quá độ. τ càng lớn, quá trình quá độ càng kéo dài, mạch lâu xác lập. 1.4.2. Phản ứng với xung vuông:  Phân tích vi thành tổng các hàm cơ bản, ta có: vi = v 1 + v 2 Với : v 1 = a.1(t) v 2 = - a.1(t - tp) τ−− τ− −= /) p tt( /t R e.ae.av )e1(.a)e1(.av /) p tt( /t C τ−− τ− −−−=  Quá trình vật lý trong mạch:  t < 0 : vi = 0 , i = 0 , vC = 0 , vR = 0 0 t a vi tp 0 t a v 1 tp v 2 - a vC(t) vR(t ) a t v http://www.ebook.edu.vn Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 6  0 ≤ t < tp : vi = a ; tụ C nạp điện bằng dòng R vv i Ci − = . vC tăng dần, ⇒ i giảm dần, vR giảm.  tp ≤ t : vi = 0, tụ C phóng điện qua R, với dòng R v i C −= . Điệp áp vR giảm dần đến 0. t vR(t a a vc(t) a t tp [...]... Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy BÀI TẬP CHƯƠNG I Bài 1: Cho mạch như hình vẽ: C R1 vi R + -E R = 1KΩ C = 470 pF Hãy xác định và vẽ đồ thị vi (t), vC(t), vR(t) cho các trường hợp sau: t0 = 10 µs ; R1 = ∞ ; a vi(t) = 5.1(t) – 5.1(t – t0) ; b vi(t) = 5.1(t) – 5.1(t – t0) ; t0 = 10 µs ; R1 = 5,6KΩ ; c vi(t) = 5.1(t) – 7.1(t – t0) ; t0 = 10 µs ; R1 = 5,6KΩ ; E=0 E = 2V E = 2V Bài 2: Cho... Khi đặt vi ở ngõ vào của mạch RC thượng thông, hãy xác định và vẽ vOUT RC khi T = 10 Bài 3: Xác định và vẽ vR , vC của mạch RC khi vi là chuỗi xung vuông có tần số là T = 2t0 trong các trường hợp: a τ >> t0 b τ . thông cao RC khi tín hiệu vào có tần số fi rất thấp so với tần số cắt fc của mạch. Trong kỹ thuật xung, mạch vi phân có tác dụng thu hẹp độ rộng xung tạo ra các xung nhọn để kích các linh. cưa t T f. Xung nấc thang Hình 1.1 Các dạng tín hiệu xung http://www.ebook.edu.vn Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 2 1.2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU XUNG. v(t) ton T toff Hình 1.3 Dãy xung vuông tuần hoàn http://www.ebook.edu.vn Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 3  Tần số là số xung xuất hiện trong một đơn