chương 9 mạch tạo xung tam giác dùng tranzito

Chương 9: Mạch tạo xung tam giácdùng tranzito Hình 3.27 đưa ra các sơ đồ dùng tranzito thông dụng để tạo xung tam giác trong đó a là dạng đơn giản, b là mạch dùng phần tử ổn dòng phương

Chương 9: Mạch tạo xung tam giác

dùng tranzito

Hình 3.27 đưa ra các sơ đồ dùng tranzito thông dụng để tạo xung tam giác trong đó (a) là dạng đơn giản, (b) là mạch dùng phần tử ổn dòng (phương pháp Miller) và (c) là mạch bù có khuếch đại bám kiểu Bootstrap

Hình 3.27: Các mạch tạo xung tam giác dùng tranzito thông dụng nhất

a Với mạch (a): Ban đầu khi Uv = 0 (chưa có xung điều khiển) T

mở bão hòa nhờ RB, điện áp ra Ura = Uc = UCEbh ≈ 0V Trong thời gian có xung vuông, cực tính âm điều khiển đưa tới cực bazơ, T khóa, tụ C được nạp từ nguồn +E qua R làm điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật Uc(t) = E (1 - e-t/RC) (3-39)

Điện áp này Uc(t) = Ura(t) ở gần đúng bậc nhất tăng đường thẳng theo t với hệ

số phi

tuyến

C

i − i(t )U

ε = 0 q =m với i(0) = E/R (3-40)

và

i(t

q

i0 ) = E -Um R

E

là các dòng nạp lúc đầu và cuối

Khi hết xung điểu khiển T mở lại, C phóng điện nhanh qua T; Ura= Uc≈ 0 mạch về lại trạng thái ban đầu

Từ biểu thức sai số ε (3-40) thấy rõ muốn sai số bé cần chọn nguồn E lớn và biên độ ra của xung tam giác Um nhỏ Đây

là nhược điểm căn bản của sơ đồ đơn giản hình 3.27a

b Với mạch (b) tranzito T2 mắc kiểu bazơ chung có tác dụng

như một nguồn ổn dòng (có bù nhiệt nhờ dòng ngược qua DZ là điôt ổn áp (xem 2.6) cung cấp dòng IE2 ổn định nạp cho tụ trong thời gian có xung vuông cực tính âm điều khiển làm khóa T1 Với điều kiện gần đúng dòng cực colectơ T1 không đổi thì:

U (t)

= tq1

I

I

dt = c2 t

là quan hệ bậc nhất (3-41)

c ∫c20

Mạch (b) cho phép tận dụng toàn bộ E tạo xung tam giác với biên độ nhận được là Um ≈ E Tuy vậy, khi có tải Rt nối song song trực tiếp với C thì có phân dòng qua Rt và Um giảm và do

đó sai số ε tăng Để sử dụng tốt cần có biện pháp nâng cao Rt hay giảm ảnh hưởng của Rt đối với mạch ra của sơ đồ

c Với mạch (c) T1 là phần tử khóa thường mở nhờ RB và chỉ

khóa khi có xung vuông cực tính dương điều khiển T2 là phần

tử khuếch đại đệm chế độ đóng mở (k < 1) Ban đầu (Uv = 0) T1 mở nhờ Rb, điôt D thông qua R có dòng Io ≈ E/(R + Rd) với

Uc = UCE1bh≈ 0 Qua T2 ta nhận được Ura≈ 0 Tụ Co được nạp tới điện áp UN - UE2 ≈ E với cực tính như hình 3.27 Trong thời gian có xung vào T1 bị khóa, C được nạp qua D và R làm điện thế tại M (cũng là điện thế cực bazơ T2) âm dần T2 mở mạnh, gia số ∆Uc qua T2 và qua Co (có điện dung lớn) gần như

được đưa toàn bộ về điểm N bù thêm với giá trị sẵn có tại N (đang giảm theo quy luật dòng nạp) giữ ổn định dòng trên R nạp cho C Chú ý khi dòng hồi tiếp qua Co về N có trị số bằng E/R thì không còn dòng qua D dẫn tới cân bằng động, nguồn E dường như cắt khỏi mạch và C được nạp nhờ điện thế E đã được nạp trước trên Co

Sơ đồ (c) có ưu điểm là biên độ Um đạt xấp xỉ giá trị nguồn

E trong khi sai số giảm đi (1 - k) lần (với k là hệ số truyền đạt của T2 mắc chung emitơ) và ảnh hưởng của Rt mắc tại cực emitơ của T2 thông qua tầng đệm phân cách T2 tới Uc(t) rất yếu Các sơ đồ 3.27 a b c có thể sử dụng với xung điều khiển cực tính ngược lại khi chuyển mạch T1 được thiết kế ở dạng thường khóa (không có RB)

3.6.3 Mạch tạo xung tam giác dùng vi mạch

thuật toán

Hình 3.28 a và b đưa ra hai sơ đồ tạo xung tam giác dùng IC thuật toán

0

Hình 3.28: Các mạch tạo xung tam giác dùng IC tuyền ttnh a) Dạng mạch tích phân

đơn giản

b) Dùng mạch phức tạp có điều chỉnh hướng quét và cực tính

a - Mạch 3.28 a xây dựng trên cơ sở khuếch đại có đảo trong

đó thay điện trở Rht

bằng tụ C, khi đó điện áp ra được mô tả bởi (giả thiết Uo = 0)

U (t) = Q(t)

= 1ra ∫ctI (t)dt +Q 0 (3-42)

C C 0 với Qo là điện tích có trên tụ tại lúc t = 0

với I (t)

= Uvào(t) ta cóU (t)= 1 U (t)dt +

c R

ra

RC

∫ vào ra Thành phần Urao xác định từ điền kiện ban đầu của tích phân

Urao = Ura (t = 0) = Q0 / C

Nếu Uvào(t) là một xung vuông có giá trị không đổi trong khoảng 0

÷ t thì Ura(t)

là một điện áp đường thẳng

Ura(t) = ( - Uvào/RC) t + Urao (3-44)

Độ chính xác của (3.44) là tùy thuộc vào giả thiết gần đúng Uo ≈ 0 hay dòng điện đầu vào IC gần bằng 0, các vi mạch chất lượng cao đảm bảo điều kiện này khá tốt

0

R

b – Phân tích hoạt động của mạch 3.28b Khi có xung điều

khiển cực tính dương, T mở bão hòa, thông mạch phóng điện cho tụ C trong khoảng thời gian to (to < tnghỉ với tnghỉ = tvào

là thời gian có xung điều khiển)

Trong khoảng tq (không có xung điều khiển) IC làm việc ở chế

độ khuếch đại tuyến tính, nếu Uo = 0 thì

Up = UN = Uc (3-45)

Ta xác định quy luật biến đổi của Uc(t), từ đó tìm điều kiện để

có quan hệ là tuyến tính như sau:

Phương trình dòng điện tại nút N với mạch hồi tiếp âm:

E0 UN =

UN Ura

suy

ra

R 1

UU=

R2

R1 + R2 −

E R2

(3-46)

ra c

1 1 Phương trình dòng tại núi P với mạch hồi tiếp dương:

E Uc R3

dU U

= C c +c dt

Ur a R4

(3-47)

Từ hai hệ thức (346) và (3-47) rút ra phương trình của Uc(t)

dU U 1c = c 2 R 1 E E R

= 0 2 (3-48)

dt C

R3 R1R4 C R3 R1R4 Tính chất biến đổi của Uc(t) phụ thuộc vào hệ số của số hạng thứ hai vế trái của

(3-48) Nếu R3 > R1R4/R2 đường Uc(t) có dạng đường cong lồi Nếu R3<R1R4/R2 R2

đường Uc(t) có dạng đường cong lõm

3 0

0

thì Uc phụ thuộc bậc nhất vào t Khi đó có:

1 E

Uc = C R

E R2 tR1 R4

(3-50)

Nếu chọn R1 = R3 và R2 = R4 ta có biểu thức thu gọn

Từ

đó:

Uc

=

1 (E R3C

Nếu E > Eo có Ura là điện áp tăng

đường thằng Nếu E < Eo có Ura

giảm đường thẳng

Nếu chọn Eo = 0 ta nhận được xung tam giác cực tính dương, còn chọn Eo là 1 nguồn điều chỉnh được thì Ura có dạng

có hai cực tính với biên độ gần bằng 2Ec

Trên thục tế, thường chọn E = Ec và Eo lấy từ Ec qua chia

áp Biên độ cực đại trên tụ C xác định bởi:

Ucmax = (E - Eo)tq/ R3C (3-52) Người ta có thể tạo ra đồng thời một xung vuông và một xung tam giác nhờ ghép nối tiếp một bộ tích phân sau một trigơ Smit (h 3.30) Bộ tích phân IC2 lấy tích phân điện áp ra ổn định trên lối ra (Ura1) của trigơ Smit Khi Ura2 đạt ngưỡng tắt của trigơ thì điện áp ra của nó đổi dấu đột biến do đó Ura2 đổi hướng quét ngược lại Quá trình lại tiếp diễn cho tới khi đạt tới ngưỡng lật thứ hai của trigơ Smit và sơ đồ quay về trạng thái đầu Tần

số của dao động thay đổi nhờ R hoặc C Biên độ Ura2 chỉ phụ thuộc ngưỡng lật của trigơ Smit, được xác định bởi:

Ura2 = Umax R1/R2 (3-53) (với Umax là giá trị điện áp ra bão hòa của IC1) Chu kì

dao động xác định bởi

Hình 3.30: Sơ đồ tạo đồng thời xung vuông (Ura1) và xung tam giác (Ura2)