GiaoTrinhDienTuTruong - Các mạch tạo dao động.pdf

GiaoTrinhDienTuTruong - Các mạch tạo dao động.

22 CHỈÅNG CẠC MẢCH TẢO DAO ÂÄÜNG Chỉång ny nhũm trỗnh baỡy caùc vỏỳn õóử vóử taỷo dao õọỹng, âiãưu kiãûn v âàûc âiãøm mảch tảo dao âäüng, äøn âënh biãn âäü v táưn säú dao âäüng, phỉång phạp toạn cạc mảch dao âäüng âiãøm âiãûn cm, âiãøm âiãûn dung, mảch clapp, mảch dao âäüng ghẹp biãún ạp, mảch dao âäüng thảch anh, mảch dao âäüng RC 2.1 Cạc váún âãư chung vãư tảo dao âäüng Mảch dao âäüng cọ thãø tảo cạc dảng dao õọỹng : - hỗnh Sine (õióửu hoỡa) - xung chỉỵ nháût - xung tam giạc - xung ràng cỉa õỏy ta xeùt taỷo dao õọỹng hỗnh Sine (õióửu hoaỡ) vỗ õỏy laỡ daỷng dao õọỹng cồ baớn Caùc maỷch dao õọỹng hỗnh Sine thổồỡng õổồỹc duỡng caïc hãû thäúng thäng tin, caïc maïy âo, maïy kiãøm tra, caïc thiãút bë y tãú Caïc pháưn tỉí têch cỉûc dng âãø tảo dao âäüng ân âiãûn tỉí, transistor lỉåỵng cỉûc, FET, KÂTT, hồûc diode tunel, diode gun - Ân dng cáưn cäng sút låïn, táưn säú tỉì tháúp âãún ráút cao - KÂTT táưn säú u cáưu tháúp v trung bỗnh - Transistor tỏửn sọỳ yóu cỏửu cao ã Tham säú cå bn ca mảch dao âäüng - Táưn säú dao âäüng - Biãn âäü âiãûn aïp - Âäü äøn âënh táưn säú dao âäüng (nàịm khong 10- ÷ 10- 6) - Cäng suáút - Hiãûu sút ca mảch • Ngun tàõc cå bn âãø tảo mảch âiãưu - Tảo dao âäüng bàịng häưi tiãúp dỉång - Tảo dao âäüng bàịng phỉång phạp täøng håüp mảch 23 Chỉång ny kho sạt mảch dao âäüng theo ngun tàõc mảch dao âäüng bàịng häưi tiãúp dỉång 2.2 Âiãưu kiãûn dao âäüng v âàûc âiãøm ca mảch dao âäüng 2.2.1 Âiãưu kiãûn âãø mảch dao âäüng a’ _ XV a Xr K (A) Xr _ Kht(B) Hỗnh 2.1 Så âäư khäúi thäøng quạt ca mảch dao âäüng (A): Khäúi khúch âải cọ hãû säú khúch âải : K = K.ejϕ k (B): Khäúi häưi tiãúp cọ hãû säú truưn âảt : K ht = K.ejϕ ht X’r = K ht Xr Maì Xr = K Xv ⇒ X’r = K K ht.Xv Maûch chè dao âäüng Xv = X’r, nghéa l lục âọ ta cọ thãø näúi âiãøm a v a’ v tên hiãûu láúy tỉì mảch häưi tiãúp âỉåüc âỉa tråí lải âáưu vo (Mảch âiãûn khäng cọ tên hiãûu vo m cọ tên hiãûu ra) Váûy âiãưu kiãûn âãø mảch dao âäüng laì : X’r = Xv ⇒ K K ht = Hay laì : K Kht ej (ϕk + ϕht) = (*) Trong âoï : K : module hãû säú khúch âải ϕk : gọc pha ca bäü khúch âải Kht : module hãû säú häưi tiãúp ϕht : gọc pha ca mảch häưi tiãúp (1) ⎧K.K ht = Tỉì (*) ⇒ ⎨ ⎩ϕ = ϕ k + ϕ ht = 2πn (2) Våïi n = 0, ±1, ±2, 24 ϕ : täøng dëch pha ca bäü khúh âải v ca mảch häưi tiãúp, biãøu thë sỉû dëch pha giỉỵa X’r v Xv Biãøu thỉïc (1) : âiãưu kiãûn cán bàịng biãn âäü, cho biãút mảch chè cọ thãø dao âäüng hãû säú khúch âải ca bäü khúch âải b âỉåüc täøn hao mảch häưi tiãúp gáy Biãøu thỉïc (2) : âiãưu kiãûn cán bàịng pha cho tháúy dao âäüng chè cọ thãø phạt sinh tên hiãûu häưi tiãúp vãư âäưng pha våïi tên hiãûu vo 2.2.2 Âàûc âiãøm ca mảch dao âäüng Mảch dao âäüng cng l mäüt mảch khúch âải, nhỉng l mảch khúch âải tỉû âiãưu khiãøn bàịng häưi tiãúp dỉång tỉì âáưu vãư âáưu vo Nàng lỉåüng tỉû dao âäüng láúy tỉì ngưn cung cáúp mäüt chiãưu Mảch phi tha mn âiãưu kiãûn cán bàịng biãn âäü v pha Mảch phi chỉïa êt nháút mäüt pháưn tỉí têch cỉûc lm nhiãûm vủ biãún âäøi nàng lỉåüng mäüt chiãưu thnh xoay chiãưu Mảch phi chỉïa mäüt pháưn tỉí phi tuún hay mäüt kháu âiãưu chènh âãø âm bo cho biãn âäü dao âäüng khäng âäøi åí trảng thại xạc láûp 2.3 ÄØn âënh biãn âäü dao âäüng v táưn säú dao âäüng 2.3.1 ÄØn âënh biãn âäü dao âäüng Khi måïi âọng mảch, nãúu âiãưu kiãûn cán bàịng pha âỉåüc tha mn tải mäüt táưn säú no âọ, âäưng thåìi KKht > thỗ maỷch phaùt sinh dao õọỹng ồớ tỏửn säú âọ Ta nọi mảch åí trảng thại quạ âäü Åí trảng thại xạc láûp biãn âäü dao âäüng khäng âäøi ỉïng våïi K.Kht = Âãø âm bo biãn âäü åí trảng thại xạc láûp, cọ thãø thỉûc hiãûn cạc biãûn phạp sau âáy : - Hản chãú biãn âäü âiãûn ạp bàịng cạch chn trë säú âiãûn aïp nguäön cung cáúp mäüt chiãöu thêch håüp - Dëch chuøn âiãøm lm viãûc trãn âàûc tuún phi tuún ca pháưn tỉí têch cỉûc nhåì thay âäøi âiãûn ạp phán cỉûc âàût lãn cỉûc âiãưu khiãøn ca pháưn tỉí khúch âải - Dng mảch häưi tiãúp phi tuún hồûc dng pháưn tỉí hiãûu chènh Vê dủ âiãûn tråí nhiãût, âiãûn tråí thäng ca diode Ty thüc vo mảch âiãûn củ thãø cọ thãø ạp dủng mäüt cạc biãûn phạp trãn 25 2.3.2 ÄØn âënh táön säú dao âäüng Váún âãö äøn âënh tán säú dao âäüng liãn quan chàût ch âãún âiãưu kiãûn cán bàịng pha Khi dëch pha giỉỵa âiãûn ạp häưi tiãúp âỉa vãư v âiãûn ạp ban âáưu thay âäøi s dáùn âãún thay âäøi ca táưn säú dao âäüng Âiãưu kiãûn cán bàịng pha : ϕ = ϕK + ϕht = 2πn Cho n = ⇒ ϕK + ϕht = ϕK, ϕht : phủ thüc vo tham säú m, n ca cạc phán tỉí ca mảch khúch âải v mảch häưi tiãúp v phuû thuäüc ω ϕK (m, ω) + ϕht (n, ω) = (**) Vi phán ton pháưn v biãún âäøi (**) ta nháûn âæåüc biãøu thæïc : ∂ϕ ∂ϕ K dm + ht dn ∂n dω = - ∂m ∂ϕ K ∂ϕ ht + ∂ω ∂ω (3) Tỉì biãøu thỉïc (3) ta suy caïc biãûn phaïp náng cao âäü äøn âënh táưn säú : Thỉûc hiãûn cạc biãûn phạp nhàịm gim sỉû thay âäøi tham säú ca mảch häưi tiãúp (dn) v mảch khúch âải (dm) - Dng ngưn äøn ạp - Dng cạc pháưn tỉí cọ hãû säú nhiãût nh - Gim nh hỉåíng ca ti âãún mảch dao âäüng bàịng cạch màõc thãm táưng âãûm åí âáưu ca táưng dao âäüng - Dng cạc linh kiãûn cọ sai säú nh - Dng cạc pháưn tỉí äøn âënh nhiãût Dng cạc biãûn phạp nhàịm gim täúc âäü thay âäøi gọc pha theo tham säú ca mảch, ∂ϕ ht ∂ϕ K v bàịng cạch chn mảch dao âäüng thêch håüp nghéa l gim ∂m ∂m Thỉûc hiãûn cạc biãûn phạp lm tàng täúc âäü thay âäøi gọc pha theo táưn säú, tỉïc l bàịng ∂ϕ K ∂ϕ ht , xung quanh táön säú dao âäüng bàịng cạch sỉí dủng cạc pháưn tỉí cọ pháøm cháút cao, ∂ω ∂ω vê dủ thảch anh 26 2.4 Cạc phạp toạn mảch dao âäüng 4.1 Cạc mảch tỉång âỉång ca mảch dao âäüng dng transistor Z3 _ + Z1 Z2 + Hỗnh 2.2 Sồ õọử maỷch taỷo dao âäüng duìng Transitor z1 = r1 + jx1 ≅ jx1 (r1 ≅ 0) z2 = r2 + jx2 ≅ jx2 (r2 ≅ 0) z3 = r3 + jx3 ≅ jx3 (r3 ≅ 0) Âiãöu kiãûn dao âäüng : x1 + x2 + x3 = x1, x2 cuìng dáúu x1, x2 khaïc dáúu |x3| > |x2| * Nãúu z1, z2 : C ⇒ z3 : L Ta cọ mảch dao âäüng ba âiãøm âiãûn dung (Colpits) C2 L3 L1 C1 L2 C2 Hỗnh 2.3 Maỷch dao õọỹng ba õióứm õióỷn dung (Colpits) Hỗnh 2.4 Maỷch dao õọỹng ba õióứm âiãûn caím (Hartley) * Nãúu z1, z2 : L ⇒ z3 : C Ta cọ mảch dao âäüng ba âiãøm âiãûn cm (Hartley) 27 Thäng thỉåìng dng ba mảch âiãûn õọỹng ba õióứm õióỷn dung vỗ sổỷ ọứn õởnh tọỳt hån nhỉng ba âiãøm âiãûn cm dãù thỉûc hiãûn * Maûch biãún thãø : L C L2 L1 C3 C1 C2 Hỗnh 2.5 Maỷch dao õọỹng gheùp bióỳn aùp Hỗnh 2.6 Mảch dao âäüng Clapp 2.4.2.Phỉång phạp toạn Cọ nhiãưu phỉång phạp, nhỉng åí âáy ta xẹt phỉång phạp thäng dủng nháút, âọ l toạn mảch dao âäüng theo phỉång phạp bäü khúch âải cọ häưi tiãúp Xem âiãưu kiãûn pha â bo âm (do kãút cáúu mảch âm nhiãûm) Ta chè cáưn càn cỉï vo mảch âiãûn củ thãø âãø xạc âënh hãû säú khúch âải K v hãû säú häưi tiãúp Kht Sau âọ dỉûa vo âiãưu kiãûn cán bàịng biãn âäü K.Kht = âãø suy cạc thäng säú cáưn thiãút ca mảch, vê dủ : Tênh âiãưu kiãûn tỉû dao âäüng ca mảch ba âiãøm âiãûn dung duìng BJT Lc Vcc C R1 Ct C1 L EI R2 Re C2 Ce B Hỗnh 2.7 Så âäư mảch dao âäüng ba âiãøm âiãûn dung dng Transitor RE, CE : thnh pháưn äøn âënh nhiãût R1, R2 : phán cæûc Vtd 28 LC : cuäüc cn cao táưn âãø gim nh hỉåíng táưn säú dao âäüng vãư ngưn Ct : tủ liãn lảc cao táưn (thoạt cao táưn) + Bỉåïc : Tênh hãû säú khuãúch âaûi k : K = - S.Zc = - h 21 Zc h 11 S : häù dáùn BJT Zc : tråí khạng giỉỵa Colectå v âáút : l mäüt pháưn tråí khạng ca khung cäüng hỉåíng Zc = P2.Rt // ZVpa ZVpa : tråí khạng vo phn nh sang nhạnh Colectå-emitå Nãúu R1 // R2 >> h11 ta coï : ZVpa = Z v h 11 = n2 n Trong âọ : n l hãû säú phaín aính 0 fp ≈ fq jXq Cạc thäng säú âàûc trỉng ca T.A: fq : KH3 ÷ 100MH3 rq~0 Song song Näúi tiãúp ⇒ R td = fp Lq ráút låïn Cq rq f fq Lq Q = R td Cq Lq = Cq rq = 10 ÷ 105 ráút låïn Âäü äøn âënh táưn säú : ∆f ≈ 10 −6 ÷ 10 f0 Hỗnh 2.16 ỷc tờnh õióỷn khaùng cuớa thaỷch anh Âãø thay âäøi táưn säú cäüng hỉåíng ca thảch anh mäüt phảm vi hẻp, ngỉåìi ta màõc näúi tiãúp thảch anh våïi mäüt tủ biãún âäøi Cs hỗnh veợ CS q Hỗnh 2.17 Tỏửn sọỳ cọỹng hổồớng näúi tiãúp ca : f q/ = f q + Cq Cq + Cs Lỉåüng thay âäøi táưn säú màõc thãm Cs vaìo: / Cq ∆f f q − f q Cq = = 1+ −1 = fq fq C p + Cs Cq + Cs 40 2.5.4.2 Mảch âiãûn bäü tảo dao âäüng vng thảch anh våïi táưn säú cäüng hỉåíng song song Vcc Rc q C1 CS Rb Re C2 Ce Hỗnh 2.18 Mảch bäü dao âäüng dng thảch anh våïi táưn säú cäüng hỉåíng song song Nhạnh thảch anh màõc näúi tiãúp våïi tủ Cs tỉång âỉång våïi âiãûn cm âãø mảch cọ thãø dao âäüng dỉåïi dảng âiãøm âiãûn dung Lục âọ phi chn thảch anh cho: fq < fdd < fp vaì ωdd c s < ωdd L td 2.5.4.3 Maûch âiãûn bäü taûo dao âäüng dng thảch anh våïi táưn säú cäüng hỉåíng näúi tiãúp Cs q q C1 L3 R2 Ce C2 R1 Re Re C3 Vcc Hỗnh 2.19 Maỷch dao õọỹng duỡng thaỷch anh våïi táưn säú cäüng hỉåíng näúi tiãúp, ghẹp biãún aùp, EC R1 R2 Vcc Hỗnh 2.20 Maỷch dao õọỹng thảch anh våïi táưn säú cäüng hỉåíng näúi tiãúp, ba âiãøm âiãûn dung, BC 41 T1 C1 T2 q Ck R1 R2 Re Rc R3 R4 Lk Re Vcc Hỗnh 2.21 Mảch bäü dao âäüng dng thảch anh våïi táưn säú cäüng hỉåíng näúi tiãúp häưi tiãúp qua hai táưng khúch âải Trong så âäư trãn, thảch anh âỉåüc màõc häưi tiãúp v âọng vai tr phán tỉí ghẹp cọ chn lc âäúi våïi táưn säú Khi fdõ ~ fq (nọỳi tióỳp) thỗ trồớ khaùng Xq = - ạp trãn thảch anh nh lm âiãûn ạp häưi tiãúp vãư tàng lãn v mảch tảo dao âäüng våïi táön säú fdd ~ fq 2.5.5 Mảch âiãûn cạc bäü tảo dao âäüng RC Âàûc âiãøm chung ca cạc bäü tảo dao âäüng RC: Thỉåìng dng åí phảm vi táưn säú tháúp thay cho cạc bọỹ LC vỗ kờch thổồùc cuớa bọỹ taỷo dao õọỹng LC åí táưn säú tháúp quạ låïn Khäng cọ cün cm, âọ cọ thãø chãú tảo dỉåïi daûng vi maûch Trong bäü dao âäüng RC - fdd tè lãû våïi 1/C, coìn bäü dao âäüng LC thỗ fdd tố lóỷ vồùi C bọỹ dao âäüng RC dãù daìng thay âäøi fdd våïi bäü dao âäüng LC Yãu cáöu bäü dao âäüng RC lm viãûc åí chãú âäü A âãø gim mẹo Vỗ khỏu họửi tióỳp (gọửm caùc phỏn tổớ R,C) phuỷ thüc táưn säú, nãn mảch s tảo âỉåüc dao âäüng tải táưn säú m âiãưu kiãûn pha âỉåüc tha mn Bäü dao âäüüng RC dng mảch di pha mảch häöi tiãúp: R1 C C C R2 Vr V1 R I1 R I2 I3 R V2 Hỗnh 2.22 Maỷch dao âäüng RC ... khúch âải (dm) - Dng ngưn äøn ạp - Dng cạc pháưn tỉí cọ hãû säú nhiãût nh - Gim nh hỉåíng ca ti âãún mảch dao âäüng bàịng cạch màõc thãm táưng âãûm åí âáưu ca táưng dao âäüng - Dng cạc linh kiãûn... Chỉång ny kho sạt mảch dao âäüng theo ngun tàõc mảch dao âäüng bàịng häưi tiãúp dỉång 2.2 Âiãưu kiãûn dao âäüng v âàûc âiãøm ca mảch dao âäüng 2.2.1 Âiãưu kiãûn âãø mảch dao âäüng a’ _ XV a Xr... u cáưu maỷch dao õọỹng coù tỏửn sọỳ ọứn õởnh cao vỗ hãû säú pháøm cháút Q ca ráút låïn + Thảch anh cọ cháút ạp âiãûn : Âiãûn trỉåìng - sinh dao âäüng cå hoüc vaì dao âäüng cå hc - sinh âiãûn