Kỹ thuật xung

kỹ thuật xung Chơng : khái niệm chung Đ1.1: Tín hiệu xung v tham số Ngy thiết bị xung đợc ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật đại nh : Thông tin, điều khiển, Máy tính điện tử,Điện tử ứng dụng Tuỳ theo nhiệm vụ m thiết bị có sử dụng nhiều loại sơ đồ xung khác Chúng khác nguyên tắc cấu tạo, nguyên lý lm việc nh tham số Tổ hợp phơng pháp v thiết bị để tạo v biến đổi dạng xung gọi l kỹ thuật xung Trớc vo nghiên cứu trình xung, ta cần hiểu no l tín hiệu xung v tham số đặc trng Theo định nghĩa: Xung điều khiển l điện áp hay dòng điện tồn khoảng thời gian ngắn so sánh đợc với trình độ mạch điện m chúng tác dụng Nếu có dãy xung tác dụng lên mạch điện ta giả thiết thời gian giữ xung đủ lớn so với thời gian qúa độ mạch việc nghiên cứu tác dụng dãy xung giống nh việc nghiên cứu tác dụng xung đơn lên mạch Ngợc lại thời gian xung không đủ lớn việc nghiên cứu tác động dãy xung phức tạp Thông thờng hay gặp l dãy xung có chu kỳ lặp lại Tx dãy xung đợc đặc trng tham số nh: Tần số lặp lại fx , độ rỗng Qx v hệ số đầy + Độ rỗng dãy xung l tỷ số chu kỳ lặp lại Tx với độ rộng xung tx T Qx = x tx + Trị số nghịch đảo Qx l hệ số đầy xung = tx Tx Thông thờng phạm vi biến đổi Qx lớn từ vi hng trăm, chí hng nghìn đơn vị + Tần số lặp lại dãy xung đợc đo HZ tức l số xung giây v liên hệ với độ rỗng theo biểu thức : fx = 1 = Tx Q x t x Dạng xung l qui luật biến đổi trị số điện áp (dòng điện) xung theo thời gian, l tham số tín hiệu xung Tuỳ theo mục đích công tác m ngời ta sử dụng dãy xung có hình dạng khác nh: u uu tx um u t a u Tx c Tx t b t d Tx Tx Hình 1-1: Một số dạng xung thờng gặp a-xung vuông; b- xung tam giác; c- xung hình thang ; d- xung kim Qua ví dụ ta thấy thông thờng thời gian tồn xung tx nhỏ so với chu kỳ lặp lại Tx v có thời điểm xung biến đổi đột ngột Tuy thực tế gặp dãy xung m m thời gian tồn tx nửa lớn nửa chu kỳ lặp lại Những dãy xung nh đợc gọi l dãy xung rộng Tuy nhiên khái niệm ny hon ton l tuyệt đối ví dụ : Trong điều khiển tự động thờng dùng xung có độ rộng đến hng giây, thông tin liên lạc dùng xung có độ rộng vi chục s đến vi ms Trong vật lý lại dùng xung cỡ ns xung có độ rộng hẹp Để đặc trng cho dạng tín hiệu xung, ngời ta thờng dùng số tham số sau (hình 1-2) U U 0,9um Um 0,1um ts1 tx t ts2 Hình 1-2 - Độ rộng xung tx , l khoảng thời gian tồn xung http://www.ebook.edu.vn - Biên độ xung Um (Im) , l giá trị cực đại xung - Độ rộng sờn trớc ts1 , l khoảng thời gian tăng biên độ xung - Độ rộng sờn sau ts2 , l khoảng thời gian giảm biên độ xung Đôi để thay cho tham số độ rộng sờn xung ngời ta sử dụng tham số độ rốc sờn xung , tức l tốc độ tăng giảm xung (độ dốc sờn trớc SS1 , độ dốc sờn sau SS2 ) U SS1 = m , tS1 U SS2= m ; tS2 - Độ sụt đỉnh xung U , l độ giãn biên độ xung phần đỉnh xung Trong thực tế thờng dùng độ sụt đỉnh tơng đối để dễ dng so sánh mức sụt U = đỉnh xung với biên độ U Um Trong thực tế khó xác định điểm bắt đầu v kết thúc sờn xung nh đỉnh xung ngời ta thờng đo độ rộng sờn xung theo quy ớc l khoảng thời gian để xung tăng từ 0,1um đến 0,9um ngợc lại Khi dộ rộng xung đợc đo khoảng thời gian xung lớn 0,1um Có thể lấy mức um tuỳ ý , nhng thông thờng ngời ta lấy = 0,1; 0,01; 0,05 Trong thực tế ngời ta sử dụng thông số độ rộng hiệu dụng xung tx , tức l độ rộng xung mức giá rtị xung 0,5um Những xung ( hình 1-1v hình 1-2 ) l xung thị tần, tức l điện áp v dòng điện xung m giá trị tức thời khoảng thời gian no khác giá trị không đổi Ngoi ngời ta sử dụng xung xạ tần, tức l đợt dao động cao tần thờng l hình sin, có đờng bao l xung thị tần (hình 1-3 b) u u xung thị tần xung xạ tần t t a b Hìmh 1-3 Nh ta biết , việc phân tích mạch tạo v bién đổi dạng xung , trớc hết dẫn đến việc xác định phụ thuộc hm số điện áp dòng điện mạch theo thời gian trạng thái xác lập , m l trạng thái qúa độ Bởi , việc phân tích mạch xung cò liên quan trớc hết đến việc xác định qúa trình qúa độ mạch điện http://www.ebook.edu.vn Khác với tín hiệu hình sin đơn , tín hiệu xung bị thay đổi hình dạng cách nghiêm trọng đa qua mạch điện tuyến tính Vì ngời ta dùng mạch điện tuyến tính để tạo tín hiệu xung có dạng cần thiết Phơng pháp đợc gọi l phơng pháp tạo tín hiệu xung tuyến tính Một phơng pháp khác để tạo tín hiệu kỹ thuật xung l phơng pháp sử dụng đoạn không thẳng đặc tuyến dụng cụ điện tử v ion , thờng gọi l phơng pháp tạo tín hiệu xung phi tuyến Khi đèn điện tử v bán dẫn đợc sử dụng nh rơle điện tử có hai trạng thái thông (tức l dẫn điện) v tắt (tức l không dẫn điện) Để phân tích qúa trình công tác thiết bị xung ta sử dụng công cụ toán học no dã biết nh : phơng pháp cổ điển , tức l thiết lập v giải phơng trình vi phân hệ số số Khi , đặc tuyến phần tử phi tuyến đợc tuyến tính hoá đoạn , phơng trình vi phân đợc viết cho khâu bao hm biên đoạn Hoặc sử dụng phơng pháp toán học khác nh phơng pháp phổ ( tức l sử dụng chuỗi v tích phân Furie ) , phơng pháp tích phân xếp chồng (tức l sử dụng tích phân Duhamen ) , phơng pháp toán tử (tức l sử dụng phơng pháp biến đổi Laplace ) Đ1.2.các dạng điện áp đơn giản v phản ứng mạch điện rc - rl chúng 1.2.1 Khái niệm : Nh ta biết , để xác định điện áp u2(t) mạch điện tuyến tính, đầu vo tác dụng u1(t) có dạng phức tạp ta sử dụng nguyên lý xếp chồng Khi ta phân tích u1(t) có dạng phức tạp thnh thnh phần u11(t), u12(t), , u1n(t) có dạng đơn giản, tìm kết đầu thnh phần m ta ký hiệu l u21(t), u22(t), , u2n(t) Cuối đem tổng kết lại Mặt khác ta thấy tín hiệu xung nh hình chữ nhật, hình thang, hình tam giác, ca, xung nhọn coi l tổng ba dạng điện áp ( dòng điện ) đơn giản sau ( Hình 1-4) u E Hình 1-4 t a =arctgk t b u u E http://www.ebook.edu.vn t c - Một l , dạng điện áp đột biến ( hình 1-4a ) viết theo biểu thức: E t t 0 t < t u (t) =E.1(t-t0) = 2-1 Trong 1(t - t0 ) gọi l hm đơn vị , hay hm đóng mạch thời điểm t=t0 t t 0 t < t 1(t - t0 ) = 2-2 - Hai l , điện áp biến đổi theo quy luật đờng thẳng ( hình 1-4b) , viết dới dạng: K (t t ) t t t < t 0 2-3 u(t) = K(t - t0 ).1(t - t0 ) = - Ba l , điện áp biến đổi theo quy luật hm số mũ ( hình 1-4c) , viết dới dạng: - (t - t0 ) ] 1(t - t0 ) u (t) = E.[ - e u1 u1 2-4 u1 tx t01 t t02 u1 t02 t01 t03 t t04 u11(t) E u1 (t) t E u12(t) u13(t) u12(t) u1 u14(t) t u1 E t u1 u1 u11(t) t01 E u1 (t) http://www.ebook.edu.vn t01 t t02 u11(t) E t t02 E Hình 1-5 u13(t) t u12(t) Trên ( hình 1-5 ) l số ví dụ phơng pháp phân tích điện áp có dạng phức tạp thnh tổng điện áp thnh phần đơn giản Nh ta coi điện áp vo u1(t) l tổng điện áp thnh phần u1(i)(t) , u1(2)(t) , u1(3)(t) , u1(n)(t) u1(t) = u1(1)(t) + u1(2)(t) + u1(3)(t) + + u1(n)(t) 2-5 Để tìm u2( t) ta tìm phản ứng mạch với điện áp thnh phần đầu vo u1(i)(t) , với i=1 n l u2(i)(t) , lấy tổng kết lại u2(t) = u2(1)(t) + u2(2)(t) + u2(3)(t) + + u2(n)(t) 2-6 1.2.2 Phản ứng mạch RC, RL với thành phần điện áp đơn giản a/Điện áp đột biến : Nếu thời điểm t = 0, có điện áp đột biến biên độ E, tác dụng lên đầu vo mạch tuyến tính đơn giản gồm hai phần tử R v C mắc nối tiếp (hình 1-6 a) , ta xác định đợc cách rễ rng điện áp lấy R l uR(t) v C l uC(t) ( hình 1-6 b) u C uC(t) R uR(t) uV(t) uV(t) uC(t) uR(t) E t b a Hình 1-6 Bằng phơng pháp biến đổi Laplace, ta tìm đợc dòng điện mạch i(t) Từ xác định đợc uR(t) v uC(t) Nh biết i(t) có ảnh l I(p) v đợc xác định: I(p) = u1(p) Y(p) Trong : u1(p) l ảnh điện áp vo u1(t) Y(p) l điện dẫn dới dạng toán tử Với mạch R-C mắc nối tiếp ta có: Y (P) = R+ http://www.ebook.edu.vn PC = R + P ; = RC 2-7 Nếu điện áp đầu vo u1(t) có dạng đột biến t =0 ta có: E u1(p) = P E E E Vậy: I (p) = u1(p) Y(p) = = = 2-8a R R P + P R.1 + P + P P Tơng ứng với gốc: E i (t) = e t 2-8b R Từ ta có: E 2-9 uR (t) = R i (t) = R e t = E e-t R 2-10 uC (t) = E - uR (t) = E - E e-t = E(1- e-t ) Về mặt vật lý, ta thấy sau đóng mạch R-C vo nguồn sức điện động l E Trong mạch phát sinh trình độ Đó l trình nạp điện cho tụ c lm cho điện áp tụ tăng dần v điện áp điện trở giảm dần theo qui luật hm số mũ Về mặt lý thuyết thời gian để điện áp tụ đạt giá trị xác lập (E) l vô Song thực tế khoảng thời gian để điện áp tụ tăng từ mức E no nhỏ đến mức E (1- ) đợc coi l xác lập Khoảng thời gian ny di hay ngắt số thời gian mạch l: =RC =1/ định Ta xét cụ thể khoảng thời gian đó, thờng gọi l độ rộng sờn điện áp dạng hm mũ Nếu gọi độ rộng sờn l tS theo hình 1-7ta có : - t UC(t1) =E (1-e ) = E - t UC(t2) =E (1-e ) = E(1- ) Từ phơng trình ta tìm đợc t1,t2 v tS = t2- t1 đợc xác định theo biểu thức sau: tS = RC.ln ứng với khác ta có giá trị tS cho bảng bảng u (1- ) E Bảng tS 0,01 4,6 0,05 0,1 2,2 E t1 tS t2 t Hình 1-7 http://www.ebook.edu.vn Thông thờng ngời ta lấy = 0,05 v tS = =3RC Đối với mạch điện gồm R v L mắc nối tiếp (hình 1-8 a), thời điểm t = 0, tác dụng lên đầu vo mạch điện áp đột biến E, dạng điện áp lấy điện trở R l uR (t) v cuộn cảm L l uL (t) giống nh điện áp lấy tụ C v điện trở R xét Nghĩa l điện áp lấy điện trở R tăng điện áp cuộn cảm L giảm theo qui luật hm số mũ: uL (t) = E.e- t = E.e-t/ uR (t) = E.(1- e- t ) = E.(1-.e-t/ ) = R = L L l số thời gian mạch R = u uV(t) uR(t) R uV(t) L uR(t) uL(t) uL(t) E t b a Hình 1-8 b/Điện áp biến đổi tuyến tính Nếu thời điểm t = 0, tác dụng lên đầu vo mạch RC điện áp biến đổi tuyến tính có dạng: u1(t) = K.t u1(t) có ảnh : u1(P) = v K P2 I(P) = u1(p).Y(p) = K K = P R (1 + ) R P (1 + ) P Tơng ứng với gốc: i (t) = Từ đó: ( K e t R uR (t) = 2-11 ) 2-12 ( e ) = K (1 e ) K - t uC (t) = u1 (t)- uR (t) = - t/ [ ( K t e t / 2-13 )] 2-14 Giản đồ thời gian uR(t) v uC(t) vẽ hình 1-9 : http://www.ebook.edu.vn u u1(t)=k.t uC(t) k uR(t) t Hình1-9 Theo biểu thức (2-13) v (2-14) ta thấy tốc độ biến đổi điện áp điện trở R tốc độ biến đổi điện áp điện áp vo nghĩa l : du R (t ) du (t ) = =k dt t =0 dt t =0 Tốc độ biến đổi điện áp tụ điện ban đầu không, thời điểm t = điện áp vo u1(0) v điện áp tụ uc(0) không Điện áp điện trở uR(0) = dòng điện nạp cho tụ không Do tốc độ biến đổi điện áp tụ không Bởi tốc độ biến đổi điện áp điện trở phải tốc độ biến đổi điện áp vo v k Mặt khác , său khoảng thời gian xấp xỉ điện áp R v C đợc coi l xác lập Nghĩa l biểu thức ( 2-14 ) ,( 2-14 ) cho t = : uR() = k = const uC() = k (t- ) Điều nycó nghĩa l sau đến xác lập, điện áp điện trở R không tăng v giá trị không đổi k, điện áp tụ C biến đổi giống hệt nh điện áp vo khác l chậm so với điện áp vo khoảng thời gian số thời gian mạch Khi tốc độ biến đổi điện áp tụ uC(t) k v điện áp tụ biến đổi theo quy luật tuyến tính Các công thức v giản đồ thời gian hon ton áp dụng cho trờng hợp mạch gồm phần tử l R v L mắc nối tiếp 2-15 Nghĩa l: uL(t) = k.(1- e-t/) [ ( uR(t) = k t e t / Với = )] 2-16 L l số thời gian mạch R http://www.ebook.edu.vn 10 c\ Điện áp biến đổi theo qui luật hàm số mũ Nếu thời điểm t = 0, dẫn đến đầu vo mạch R v C mắc nối tiếp điện áp biến đổi theo qui luật hm số mũ có dạng : u1(t) = E (1- e- t) u1(t) có ảnh l : 2-17 u1 (P) = E P (P + ) V ảnh dòng i (t) mạch l: E 1 I (P) = E = 2-18 P (P + ) R (P + )(P + ) + R P Tơng ứng với gốc: E q 2-19 e -t e 1t i (t) = R q [ RC = Từ ta có: ] ( q E e t e 1t q U C (t ) = U (t ) U R (t ) U R (t ) = ( = Với : q= ) = E - e 1t ) ( q E e t e 1t q 2-20 ) 2-21 Giản đồ thời gian UR(t) v UC(t) với giá trị khác q , biểu diễn rtên hệ toạ độ tơng đối đợc vẽ hình 1-10 v hình 1-11 Từ đồ thị t a thấy, q lớn tức l số thời gian mạch lơ , q nhỏe tức l số thời gian mạch giảm đi, độ rộng sờn său UR(t) giảm , xongt đồng thời biên độ cực đại giảm xuống Khi q=1, giá trị cực đại UR(t) vo khoảng 0,37E Đối với dạng điện áp lấy tụ điện C ta thấy, q cng nhỏ dạng UC(t) cng giống dạng điện áp vo U1(t) Khi q < 0,3 đờng cong UC(t) hầu nh lặp lại điện áp vo U1(t) Tơng tự nh hia trờng hợp trên, biểu thức va f giản đồ thời gian dùng cho trờng hợp mạch gồm hai phần tử L v R ắc nối tiếp với Nghĩa l dùng công thức 2-20 cho điện áp lấy điện cảm L v công thức 2-21 cho điện áp lấy điện trở R Trong đó: = với = LR http://www.ebook.edu.vn 11 điện, điện áp tiếp tục giảm, xung mức logic + Đến thời điểm t1 U C Ucc , đầu OA2 có mức logic 1, đầu OA1 có mức logic 0, nhận trị (R = 0, S = 1) Qua cổng NAND ta nhận đợc xung mức logic 1, đồng thời tranzitor T khoá tụ C đợc nạp từ +UCC RA RB C mát Quá trình tụ nạp điện áp tăng dần theo biểu thức sau: Uc = U CC (1 e t ( R A + R B ).C t U ) + CC e ( R B + R A ).C (4-35) + Trong khoảng thời gian điện áp tụ thoả mãn: Ucc Ucc > UC 3 đầu so sánh nhận trị 0, trigơ giữ nguyên trạng thái (R = 0, S = 0), xung tồn mức logic 1, T khóa tụ C tiếp tục đợc nạp điện + Cho đến thời điểm t2, UC 2UCC/3 đầu OA1 chuyển trạng thái lên mức logic 1, đầu OA2 giữ nguyên trạng thái, nhận trị (R =1, S = 0), xung nhận mức logic đồng thời T thông bão ho, tụ C phóng điện, hoạt động mạch lặp lại nh trình từ ữt1 Kết l ta thu đợc dẫy xung vuông đầu chân vi mạch 555 Để thay đổi tần số xung thay đổi số thời gian phóng, nạp tụ C cách thay đổi giá trị điện trở RA v RB Thời gian để điện áp tụ đợc nạp từ giá trị UCC/3 đạt đến giá trị 2UCC /3 ta tính đợc theo công thức sau: U CC U CC (R A e = 3 tn +R B ) C + U CC (R A e tn +R B ) C Đơn giản phơng trình ta đợc : tn Ucc ( R A + R B ).C U CC = e 3 Ln hai vế: t n = (R A + R B ).C ln 0,69.(R A + R B ).C (4-36) Trong khoảng từ ữ t1 tụ C phóng điện từ giá trị ban đầu l 2UCC /3 đến UCC /3 http://www.ebook.edu.vn 75 t Biểu thức điện áp tụ: Uc(t ) = Ucc.e R B C (437) Tại t = t1: U CC = Ucc.e R B C 3 Với l số thời gian phóng tụ C t p = R B C ln 0,69.R B C Chu kỳ T dãy xung ra: T = tn + = 0,69(RA + RB).C + 0,69RB.C = 0,69(RA + 2RB).C Nếu mắc thêm điôt D song song với điện trở RB nh hình vẽ tụ C nạp điện theo đờng +Ucc RA D C mát, thời gian nạp tụ C đợc tính: tn = 0,69.C.RA, v ny chu kỳ dãy xung đợc tính: T = tn + = 0,69.RA.C + 0,69.RB.C = 0,69.(RA + RB).C Nếu ta chọn RA = RB tn = T = 2.tn = 2.tp = 2.0,69 RA.C = 1,4.RA.C Trong trờng hợp ny xung có độ rộng v khoảng thời gian không tồn xung l Nhìn vo biểu thức ta thấy muốn thay đổi chu kỳ T xung ta thực cách l thay đổi dung lợng tụ C thay đổi giá trị điện trở RA, v RB Trên hình để thay đổi đợc T ta điều chỉnh hai biến trở WR1 v WR2, l hai biến trở đồng trục m ta tăng chúng tăng ta giảm chúng giảm nên WR1 = WR2 = WR Với mạch nh hình công thức tính chu kỳ xung nh sau: T = 2.0,69.(WR+R1).C1 = 1,4.(WR+R1).C1 (4-38) 4.5.3 Mạch đa hài đợi dùng IC555 +Uc U Chân R t Chân UCC C R0 Xung 555 t K Chân (b) http://www.ebook.edu.vn tx 0,01 (a) t 76 Hình 4-22: +UC R C N R1 R0 UCC UCC K R A1 R1 S A2 Q T R1 T0 IC 555 Hình 4-23 Sơ đồ hình 4-22 l sơ đồ Mạch đa hi đợi dùng IC555 , với sơ đồ nguyên lý hình a v sơ giản đồ thời gian chân hình b Để phân tích nguyên lý lm việc mạch đa hi đợi dùng IC555 , ta sử dụng sơ đồ hình 4-23, l sơ đồ cấu chúc bên IC Trong mạch ny chân v đợc nối vo điểm chung mạch định RC , chân đợc nối với nguồn +UCC qua điện trở R0 =10 K cho châm ny có điện áp lớn Ucc , nh K hở đầu A2 (S) có mức điện áp thấp ( 0V) , khoá K có vai trò kích xung âm để mạch lật trạng thái kích xong K lại đợc mở , biên độ xung âm phải > Ucc Đặc điểm mạch ny l có xung âm hẹp tác động vo chân mạch sé đổi trạng thái v ngõ châm có xung dơng đa * Nguyên lý làm việc mạch : Giả sử thời điểm đầu đầu Q trigơ RS có méc điện áp thấp T mở bão ho điện áp chân ( 0V) v tụ C phóng điện tức thời qua T , lúc ny đầu A1 (R) có mức diện áp thấp Mặt khác đầu A2 (S) có mức điện áp thấp ( 0V) Nh đầu váo Rv S Tri gơ có mức điện áp thấp nên trạng thái đầu đợc giữ nguyên, tức l Q có mức điện áp cao Qua mạch đảo N ngõ chân có mức điện áp thấp ( 0V) Lúc ny tụ C http://www.ebook.edu.vn 77 không đợc nạp điện mạch ổn định trạng thái ny neeus tác động khác từ bên ngoi Khi đóng khoá K có xung âm kích vo châm lm A2 đổi trạng thái ngõ S lên mức cao v lm cho đầu trigơ lật trạng thái , nghi l Q chuyển từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp , ngõ chân có mức điện áp cao ( +UCC) Lúc ny T khoá , tụ c đợc nạp điện , điện áp tụ tăng dần theo quy luật hm số mũ Khi điện áp tụ UC < UCC đầu A1 (R) có mức thấp , khoá K kích xong lại mở lm ch S có mức thấp , đấu trigơ nguyên trạng thái( Q có mức điện áp thấp ) Khi điện áp tụ đạt tới giá trị UCC A1 có đầu ralật trạng thái , R tăng lên mức cao lm cho Q trở trạng thái cũ (điện áp cao ) v chân3 có mức điện áp thấp , đồng thới lúc ny T mở bão ho v tụ C phóng điện qua T tức thời Mạch nguyên trạng thái ny có xung âm khác kích vo chân2 Thời gian xung dơng l thời gian nạp tụ C từ 0V lên UCC v đợc tính nh sau : + Điện áp tụ tăng theo hm số mũ : U C (t ) = U CC (1 e t ) U C (t x ) = U CC (1 e tx t )= t t x x x 2U CC 2 e = = e = e 3 3 tx = e với = RC lấy ln hai vế ta đợc tx = ln3 (ln3 =1,1) tx = 1,1RC (4-39) 4.5.4 IC555 giao tiếp với loại tải IC 555 giao tiếp với nhiều loại tải khác nhng nhìn chung mắc theo hai cách sau : +UCC +UCC 8 T1 T2 T1 I T2 Tải Hình 4-24: Điện áp mức cao http://www.ebook.edu.vn Tải I Hình 4-25: Điện áp mức thấp 78 Tải đợc cấp điện ngõ có điện áp cao (hình 4-24) Lúc IC cấp điện cho tải theo chiều dòng từ nguồn qua IC qua tải Tải đợc cấp điện ngõ có điện áp thấp (hình 4-25) Lúc IC nhậndòng điện tải theo chiều dòng từ nguồn qua tải qua IC Đ4.6 : Một số mạch sửa dạng xung M ạch sửa xung có nhiệm vụ sửa lại dạng xung cho phù hợp với yêu cầu công nghệ no xung vo cha đáp ứng đợc yêu cầu Tuy nhiên mạch sửa xung phải đảm bảo không dịch chuyển thời điểm xuất xung vo cần sửa 4.6.1 Mạch sửa xung dùng mạch vi phân khuếch đại thuật toán: +ucc C R3 R2 R1 USS R4 DZ1 D DZ Co WR USX -ucc Hình 4-26: Sơ đồ nguyên lý mạch sửa xung USS t UC t U USX UR1 Uđ tx t t http://www.ebook.edu.vn Hình 4-27: Giản đồ xung mạch sửa xung 79 Sơ đồ nguyên lý mạch sửa xung dùng mạch vi phân v khuếch đại thuật toán hình 4-26 v giản đồ thời gian hình 4-27 Các phần tử R2 ,C0 ,DZ,WR tạo nên mạch ổn áp thông số, điện áp WR có giá trị không đổi Điện áp USS (dãy xung vuông) đợc đặt nên C v R1 nối tiếp, điện áp R1 có dạng l xung hm mũ có cực tính trái dấu , nhờ có diôt D ngắn mạch phần xung âm phần xung dơng qua R3 đa tới đầu vo không đảo Khuếch đại thuật toán thực hiên việc so sánh điện áp vi phân (trên R1) v điện áp đặt lấy R Đầu khuếch đại thuật toán l dãy xung vuông có cực tính thay đổi, nhờ R1 v DZ1 điện áp USX l dãy xung vuông có sờn trớc xung trùng với sờn trớc xung USS , độ rộng xung USX thay đổi đợc Ta nhận thấy độ rộng xung phụ thuộc vo thông số mạch vi phân (C,R1) v điện áp đặt Uđ Với giả thiết biên độ USS V , điện áp tụ C đợc tính : UC = 5.e t C R1 Chọn điện áp đặt Uđ = 2,5 V Nếu độ rộng theo yêu cầu xung điều khiển l tx ta có: 2,5 = 5.e tx C R1 (*) thực Ln hai vế (*) : t tx = ln 0,5 = 0,69 t x = 0,69.C R1 C R1 = x Trờng hợp tx = 500(s) 0,69 C R1 Ta có : C.R1=7,25.10-4 (s) , chọn C = 200nF = 2.10-7F 2.10-7 R1 = 7,25.10-4 (s) R1 =3,63.103() = 3,63 (k) 4.6.2 Mạch sửa xung dùng tranzitor kết hợp với mạch vi phân txv UV http://www.ebook.edu.vn +U 80 CC R R1 R2 U t1 t2 t3 t Trong sơ đồ ny tụ C v điện trở R l hai phần tử định độ di xung Tụ C0 l tụ gép tầng dùng để truyền xung tới đầu vo mạch sửa xung C1 có dung lợng đủ nhỏ , cần đủ để kích mở T1 thời điểm có xung vo Nguồn E v R3 dùng để khoá T1 cách chắn R0 l điện trở mạch phản hồi dơng đợc dùng để trì trạng thái mở T1 điện áp UCC * Nguyên lý làm việc sơ đồ : Giả sử thời điểm đầu t = ữ t tbh (b) Hình 4-33: Giản đồ thời gian mô tả nguyên lý hoạt động BAX * Nguyên lý sửa xung BAX: Trên hình 4-33a l trờng hợp xung vo cuộn sơ cấp biến áp xung có độ rộng nhỏ khoảng thời gian bão hòa từ BAX Do xung ur lấy cuộn thứ cấp biến áp xung có độ rộng độ rộng xung vo hình 4-33b l trờng hợp độ rộng xung vo BAX lớn thời gian bão ho từ BAX Tại thời điểm t1 có xung vo cuộn sơ cấp BAX nên cuộn sơ cấp BAX ta thu đợc xung Đến thời đểm t1 từ thông lõi thép BAX bão hòa nên xung cuộn thứ cấp BAX lúc ny xung vo Nh xung lấy cuộn thứ cấp BAX có độ rộng lớn l khoảng thời gian bão hòa từ lõi thép BAX Dới ta phân tích nguyên lý hoạt động mạch mạch sửa xung v khuếch đại xung với giả thiết xung đa http://www.ebook.edu.vn 86 đến mạch BAX có độ rộng nhỏ khoảng thời gian bão ho BAX * Nguyên lý hoạt động mạch sửa xung v khuếch đại xung: Từ thời điểm t = ữ t = t1, điện áp USS có giá trị USS = Ucebh nên ta coi điện áp vo mạch vi phân không, Tranzistor T4 v T5 khoá, xung cuộn thứ cấp biến áp xung Tại thời điểm t = t1 điện áp USS = -UCC2 đặt tới mạch vi phân v có cực tính nh hình vẽ Khi tụ C3 đợc nạp điện từ +UCC3 rebT5 rebT4 C3 R8 nội trở nguồn USS mát Quá trình nạp điện tụ C3 tạo nên dòng điện chảy qua chân B hai Tranzistor T4 v T5 nên chúng mở dẫn dòng qua cuộn sơ cấp biến áp xung theo chiều từ (*) đến không (*) Lúc ny cuộn thứ cấp biến áp xung xuất điện áp có cực tính dơng (*) v âm không (*) Đây l xung đa đến điều khiển Tiristor UđkTi > Đến thời điểm t = t1, điện áp vo mạch sửa xung có giá trị USS = -UCC2 nhng tụ C3 đầy điện nên không nạp nữa, điện áp tụ giữ nguyên giá trị UC3 = UCC2 Khi C3 ngừng nạp dòng nạp cho tụ chảy qua chân B Tranzistor T4, T5 chuyển không nên T4 v T5 khoá, ngừng dẫn dòng qua cuộn sơ cấp biến áp xung Lúc ny điện áp cuộn sơ cấp biến áp xung không nên điện áp cuộn thứ cấp BAX chuyển không: UđkTi = Do dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp BAX đột ngột giảm không nên cuộn dây sinh sức điện động tự cảm có cực tính dơng không (*) v âm (*) để chống lại biến thiên dòng điện Sức điện động tự cảm ny phân cực thuận cho điốt D5 nên D5 thông dập tắt sức điện động ny Điốt D6 mắc song song với cuộn thứ cấp biến áp xung có chức dập sức điện động tự cảm cuộn thứ cấp biến áp xung thời điểm t2 điện áp vo mạch vi phân lại chuyển giá trị USS = Ucebh 0, tụ C3 bắt đầu thực trình phóng điện theo đờng: +C3 D4 mát nội trở nguồn USS R8 -C3 Quá trình phóng điện tụ C3 gây sụt áp thuận D4, sụt áp ny đặt nên hai tiếp giáp Je T4 v T5 v phân cực http://www.ebook.edu.vn 87 ngợc cho hai tiếp giáp ny Đây l xung âm đặt tới hai tiếp giáp điều khiển hai Tranzistor v chúng đợc thể giản đồ thời gian nét đứt trục UKAD4 * Kết luận: Quá trình diễn liên tục v lặp lặp lại kết l cuộn thứ cấp biến áp xung ta thu đợc dẫy xung có tần số tần số dẫy xung USS Xung mạch khuếch đại xung UđkTi có sờn trớc không thay đổi so với xung USS, song độ rộng xung đợc sửa với độ rộng thích hợp để mở Tiristor Độ rộng xung UđkTi khoảng thời gian T4 v T5 dẫn dòng qua cuộn sơ cấp biến áp xung, l khoảng thời gian tụ C3 nạp điện từ giá trị UC3 = Ucebh đến giá trị UC3 = UCC3 Trong thực tế ngời ta thờng tính chọn cho mạch vi phân cho độ rộng xung đa đến mở Tiristor nằm khoảng từ 200s đến 600s * Tính chọn cho mạch sửa xung: Để tính chọn cho mạch sửa xung v khuếch đại xung ta chọn nguồn nuôi có giá trị UCC3 = 12 (v) Khâu sửa xung gồm tụ C3 v nội trở tiếp giáp Je hai Tranzistor T4 v T5 Vì độ rộng xung UđkTi (tx) khoảng thời gian tụ C3 nạp điện (tn) từ giá trị UC3 = Ucebh ữ -UC3 = UCC3 nên ta chọn độ rộng xung tx = 200s tn = 200s Trong trình tụ C3 nạp điện ta có biểu thức: U C = U CC (1 e tn ) + U cebh Trong tn l thời gian nạp tụ từ giá trị -UC3 = Ucebh = 0,6 (v) ữ -UC3=UCC3, l số thời gian nạp tụ C3 = (rebT5 + rebT4 + R8).C3, với rebT5, rebT4 l nội trở tiếp giáp Je hai Tranzistor T4, T5 Do nội trở tiếp giáp Je Tranzistor nhỏ so với R8 nên ta coi nh không có, ta có công thức nh sau: = R8.C3 Đến thời điểm t2 tụ C3 nạp đầy điện ta có biểu thức: U C (t ) = U CC (1 e tn ) + U cebh Thay giá trị UCC3 = 12 (v), Ucebh = 0,6 (v), tn = 200s = 2.10-4s, = R8.C3 , UC3(t3) = UCC3 = 12 (v), vo biểu thức ta đợc: http://www.ebook.edu.vn 88 U C = U CC (1 e e tn 2.10 R C ) + U cebh 12 = 12.(1 e 2.10 R C ) + 0,6 = 0,6 e 2.10 R C = 1,7 Lấy ln hai vế v biến đổi ta đợc: R8.C3 = 4.10-4 R = 4.10 C3 Chọn tụ C3 có dung lợng l 200 (nF) = 2.10-7 (F) Khi suy ra: R8 = 2(k) * Tính chọn cho mạch khuếch đại xung: Mạch khuếch đại xung gồm hai Tranzistor T4 v T5 l đèn thuận ghép Darlington kết hợp với biến áp xung BAX Để chọn đợc Tranzistor tầng khuếch đại ta phải hiểu ngời ta thờng ghép nh để tạo tầng khuếch đại Nguyên l Tranzistor công suất dùng để khuếch đại công suất xung lại có hệ số khuếch đại nhỏ, Tranzistor có hệ số khuếch đại lớn lại có công suất nhỏ Vậy muốn có tầng khuếch đại có công suất nh hệ số khuếch đại lớn có cách ghép nối tiếp chúng lại với Khi hệ số khuếch đại mạch tơng đơng tích hệ số khuếch đại hai Tranzistor thnh phần Đối với Tranzistor có hệ số khuếch đại dòng điện lớn ta chọn l loại B562 hay loại khác tơng đơng Còn Tranzistor công suất lớn ta chọn l loại A671 loại khác tơng đơng Biến áp xung BAX ta chọn loại có tỉ lệ 1:1 Các điốt mạch ta chọn l điốt chỉnh lu có nhãn hiệu IN 4007 http://www.ebook.edu.vn 89 [...]... usso l dãy xung vuông có cực tính thay đổi, nhờ R11, DZ3 m điện áp uss chỉ còn l phần xung dơng, biên độ bằng uDZ3 các phơng pháp tạo v biến đổi dạng xung điện áp biến đổi đờng thẳng Chơng 3 : http://www.ebook.edu.vn 33 Đ3.1 : Mạch vi phân 3.1.1 Mạch vi phân dùng RC và RL Trong kỹ thuật xung mạch vi phân dùng để vi phân các xung điện nhằm mụch đích : - Thu hẹp độ rộng xung v tạo ra những xung nhọn... của mạch điện cng nhỏ xung đi qua cng t bị méo dạng nghiêm trọng Khi < x xung ra sẽ có dạng l hai xung nhọn 3 dơng v âm Đó l trờng hợp của mạch vi phân Ngợc lại hằng số thời gian cng lớn xung ra cng ít bị méo dạng , đó l trờng hợp mạch phân cách dùng RC Khi > 10t xung ra có dạng gần giống xung vo , xong bị sụt đỉnh chút ít http://www.ebook.edu.vn 14 v có bớc âm nhỏ Yêu cầu xung đi qua cng ít méo... http://www.ebook.edu.vn 18 Đ1.4 Phản ứng của mạch RC với chuỗi xung hình chữ nhật Khi có một dãy xung truyền qua mạch RC, nếu hằng số thời gian của mạch đủ nhỏ để quá trình quá độ trong mạch điện khi có một xung tác dụng kịp kết thúc trớc khi xuất hiện xung tiếp theo, thì phản ứng của mạch điện đối với dãy xung hon ton giống phản ứng của mạch với từng xung riêng lẻ Ngợc lai hằng số thời gian của mạch đủ lớn... tích phân 3.2.1.Các mạch tích phân đơn giản: Cũng nh mạch vi phân, mạch tích phân đợc ứng dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật xung để tạo điện áp v dòng điện biến đổi đờng thẳng dùng trong ống tia điện tử của các máy hiện sóng, hiện hình Nó còn đợc dùng để chọn xung theo độ rộng trong kỹ thuật thông tin v điều khiển, trong các hệ thống theo dõi, tự động điều chỉnh v đồng bộ các thiết bị Theo định nghĩa... Hình 1-14 Để đánh giá mức độ méo dạng xung , ta dùng độ sụt đỉnh tơng đối U: U = t u 1 (- x ) Um 2 ( 3- 5 ) nh vậy theo (3-5) nếu cũng yêu cầu độ xụt đỉnh tơng đối không vợt quá một phần trăm , khi truyền xung tam gác qua mạch phân cách , thì hằng số thời gian của mạch chỉ cần lớn hơn năm mơi lần đôi rộng xung l đợc Song cần lu ý rằng , dù truyền qua mạch RC những xung đơn có dạng nh hình1-13 hình 1-14... U của xung ra đợc tính theo biểu thức : U = E(1- e tx ) ( 3-1 ) tx Khai triển e thnh chuỗi luỹ thừa kết hợp với điều kiện ( * ) ta có biểu thức gần đúng nh său : U E( - tx ) ( 3-2 ) Nớu tính theo độ sụt đỉnh tơng đối U, thì sự méo dang xung do mạch phân cách gây ra khi xung vuông truyền qua đợc viết theo biểu thức t u ( 3-3 ) U = - x Um Nếu điện áp của mạch đầu vo phân cách có dạng một xung đơn... trình quá độ trong mạch không kịp kết thúc trớc khi xuất hiện xung tiếp theo thì phản ứng của mạch sẽ phức tạp hơn Giả sử tại thời điểm t = 0, ta truyền đến đầu vo mạch RC một dãy xung vuông có biên độ E, độ rộng tx , chu kỳ Tx Đầu tiên tụ C đợc nạp, điện áp trên tụ tăng lên một lợng no đó, do hằng số thời gian của mạch xác định Sau khi hết xung, tụ phóng điện lm cho điện áp trên tụ giảm dần Song do... không có khả năng chảy qua tụ điện Uc(t) E Uv(t) Uc(t) t Ur(t) E Ur(t) s1 t s2 Hình 1-17 http://www.ebook.edu.vn 20 Đ1.5.Mạch phân áp Trong các thiết bị xung thờng gặp trờng hợp phải lm suy giảm bớt một phần điện áp no đó để đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật chung, hoặc tiện lợi cho việc sử dụng Khi đó ta phải dùng bộ phân áp Vấn đề l phải lm sao cho tín hiệu trên đầu ra của bộ phân áp vẫn giữ đợc tín hiệu... (khoá thờng đóng hay thờng mở ).Việc chuyển trạng thái của khóa thờng đợc thực hiện nhờ một tín hiệu xung có cực tính thích hợp tác động tới đầu vo Cũng có trờng hợp khoá từ động chuyển đổi trạng thái một cách tuần hon mhờ mạch hồitiếp sợng nọi bộ , khi đó không cần xung điều khiển (xem các phần mạch tạo xung tiếp sau ) Để đa ra những đặc điểm chủ yếu của chế độ khoá ,hãy xét mạch cụ thể ( hình 2-1 )... áp đầu vo tối đa cho phép của IC,cần mắc chúng qua bộ phân áp điện trở trớc khi đa tới các đầu vo của IC.Giống nh khoá trazito ,khi lm việc với các tín hiệu xung biến đổi nhanh cần lu ý tới tính chất quán tính (trễ ) của IC thuật tpán Với các IC thuật toán tiêu chuẩn hiện,thời gian tăng của điện áp ra khoảng V/ s ,do đó việc dùng chúng trong các mạch comparator có nhiều hạn chế khi đòi hỏi độ chính ... số dạng xung thờng gặp a -xung vuông; b- xung tam giác; c- xung hình thang ; d- xung kim Qua ví dụ ta thấy thông thờng thời gian tồn xung tx nhỏ so với chu kỳ lặp lại Tx v có thời điểm xung biến... dùng RC RL Trong kỹ thuật xung mạch vi phân dùng để vi phân xung điện nhằm mụch đích : - Thu hẹp độ rộng xung v tạo xung nhọn dùng để kích thích v đồng thiết bọ khác - Thực thuật toán vi phân... dụng thông số độ rộng hiệu dụng xung tx , tức l độ rộng xung mức giá rtị xung 0,5um Những xung ( hình 1-1v hình 1-2 ) l xung thị tần, tức l điện áp v dòng điện xung m giá trị tức thời khoảng