Bài giảng môn Kỹ thuật điện tử - Chương 8

Giáo trình Kỹ thuật điện tử được biên soạn dựa theo nhiều tài liệu của những tác giả đã được xuất bản, cập nhật thông tin trên mạng sau đó chọn lọc, tổng hợp mà đặc biệt là bài giảng m

Chương 8: Kỹ thuật xung8.1. Khái niệm:Xung điện là 1 dạng điện áp hoặc dòng điện mà thời gian tồn tại củanó rất nhỏ, có thể so sánh được với quá trình quá độ của mạch điện mà nótác dụng. Một số dạng xung thường gặp:Xung vuông: ( xung chữ nhật)Hình 8.1. Tín hiệu xung vuông Xung hình thangHình 8 2. Tín hiệu xung hình thang Xung tam giác ( xung răng cưa )Hình 8.3. Tín hiệu xung tam giác Xung hàm mũHình 8.4. Tín hiệu xung vuôngvttvvtvt Các tham số cơ bản của xungXét 1 xung vuông thực tếHình 8.5. Tín hiệu xung vuông thực tếTrong đó:Vm: biên độ xung ( giá trị cực đại của tín hiệu xung )0-t1: thời gian trễ của tín hiệu xung, đó là khoảng thời gian cần thiếtđể tín hiệu tăng từ 0 0,1 Vm t1- t2: thời gian lên hay còn gọi là độ dài sườn trước của xung, đó làkhoảng thời gian cần thiết để tín hiệu tăng từ 0,1 Vm 0,9 Vmt2- t3 : thời gian tồn tại đỉnh xung.t3- t4: thời gian giảm hay còn gọi là độ dài sườn sau của xung.t5= t1+t2+t3+t4: thời gian tồn tại của xungĐối với dãy xung tuần hoàn ta có thêm các thông số sau:Hình 8.6. Tín hiệu xung vuông tuần hoàn Chu kỳ xung T=tx+tng Độ rộng xung tx tng: thời gian nghỉ của xung Tần số xung f=1/TTrong kỹ thuật xung số, người ta thường dù ng phương pháp số đối vớitín hiệu xung khi biên độ xung Vm > mức ngưỡng VHthì xung đó ở trạngt4t3t1v0.9Vm0.9Vm0.1Vmtt2tngvtTtx th¸i møc 1 hay møc cao. Khi Vm < møc ng­ìng VL th× xung ë tr¹ng th¸imøc thÊp hay møc 0.Khi Vl<Vm<VH xung ë tr¹ng th¸i cÊm.8.2. C¸c chÕ ®é lµm viƯc cđa BJTT theo ®iƯn ¸p ph©n cùc, BJT cã thĨ lµm viƯc ë tr¹ng th¸i ng­ng dÉn, khch®¹i hay dÉn b·o hoµ. ChÕ ®é ng­ng dÉn: tiÕp xuc JEvµ JC ®Ịu ph©n cùc ng­ỵc ChÕ ®é khch ®¹i: JE ph©n cùc thn, JC ph©n cùc ng­ỵc ChÕ ®é b·o hoµ: JE vµ JE ®Ịu ph©n cùc thn§Ĩ ®ãng ng¾t c¸c m¹ch ®iƯn tư, ng­êi ta th­êng dïng BJT.Ta xÐt m¾c m¹ch sau:H×nh 8.7.M¹ch t¹o tÝn hiƯu xung vu«ngKhi ®iƯn ¸p vi ©m hc nhá h¬n ®iƯn ¸p ng­ìng, BJT sÏ r¬i vµo tr¹ng th¸ing­ng dÉn (hc t¾t). Dßng IC cã gi¸ trÞ rÊt bÐ, IC=ICboKhi ngâ vµo vi d­¬ng , BJT dÉn, t theo gi¸ trÞ cđa dßng ngâ vµo IB, BJTcã thĨ dÉn khch ®¹i hc b·o hoµ.Khi BJT dÉn b·o hoµ, ®iƯn ¸p trªn cùc C vµ E rÊt nhá VCES=0.2V, dßng IClóc ®ã cã gi¸ trÞ lµ ICS=(VCC-VCES)/RC. VËy ®iỊu kiƯn ®Ĩ BJT ho¹t ®én g ë chÕ ®éb·o hoµ th× dßng IB>ICS/NÕu vi < ®iƯn ¸p ng­ìng th× BJT t¾t, v0=VCCNÕu (vi- VBE)/Rb> ICS/, BJT dÉn b·o hoµ, ng­ỵc l¹i BJT dÉn khch ®¹i.9.3. C¸c m¹ch t¹o xung c¬ b¶n.8.3.1. Mảch khäng trảng thại bãưn (astable)Mảch cn âỉåüc gi l mảch dao âäüng âa hi dng âãø tảo xung vng8.3.1.1 Så âäư mảch v dảng sọng :VCCRcRbv0 Rc2Rc2VCCC2 C1Q1Rc1Q2Rb2Rb1Vo2Vo1Hçnh 8.8. Så âäư mảch v dảng sọng ca mảch khäng trảng thại bãưn8.3.1.1 Ngun l lm viãûc :Trảng thại khäng bãưn ban âáưu : 0  t  t1Q1 tàõt , Q2 dáùn bo ha  V01 = VccV02 = Vces = 0.2V 0Vb/Q2 = Vbes = 0.8V 0Tủ C2 nảp âiãûn tỉì Vcc  Rc1 JE/Q2 âãø âảt âãún giạ trë Vcc . Tủ C1 x vnảp âiãûn theo chiãưu ngỉåü c lải tỉì Vcc  Rb1 BJT Q2 dáùn bo ha. Qụa trçnhnảp âiãûn ca tủ C1 lm Vb1tàng  Vc1 tàng  cho âãún khi Vc1 = Vb 1 V JE/Q1 phán cỉûc thûn  Q1 dáùn  ic1 tàng  v01 gim  thäng qua C2 lm Vb2ttttv02vb1vb2v01t1t2T2T1 gim  JE/Q2 phán cỉûc úu hån  Q2 dáùn khúch âải  ic2 gim  v02 tàngthäng qua C1 Vb 1 cng tàng  Q1 nhanh chọng dáùn bo ha  V01 0 , do tênhcháút âiãûn ạp trãn tủ C2 khäng âäüt biãún  nãn nọ âàût ton bäü âiãûn ạp ám lãn cỉûcB/Q2 lm Q2 nhanh chọng tàõt  mảch chuøn sang trảng thại khäng bãưn thỉï hai. Trảng thại khäng bãưn thỉï 2 :Q1 dáùn bo ha , Q2 tàõt  V01 = 0 ,Vb 1 = Vbes = 0.8  0V02 = VccTủ C1 x v nảp âiãûn theo chiãưu ngỉåüc lải tỉì Vcc  Rc2 JE/Q1 âãø âảtâãún giạ trë Vcc - ic02.Rc2 våïi chiãưu cỉûc tênh nhỉ hçnh v. Trong khi âọ tủ C2 cngnảp tỉì Vcc  Rb2 Q1 dáùn bo ha våïi chiãưu cỉûc tênh nhỉ hçnh v âãø tiãún âãúnVcc Tủ C2 cng nảp  Vc2 tàng cho âãún khi Vc2 = Vb 2 V  Q2âáùn  ib2tàng  ic2 tàng  V02 gim  thäng qua C1 lm Vb 1 gim  Q1 dáùn khúch âải ic1 gim  V01 tàng thäng qua C2 Vb 2 tàng  Q2 dáùn bo ha  V02 0. dotênh cháút âiãûn ạp trãn tủ C1 khäng âäüt biãún  âàût ton bäü âiãûn ạp ám vo cỉûcB/Q1 Q1 nhanh chọng tàõt  mảch chuøn vãư trảng thại khäng bãưn ban âáưïng våïi Q1 tàõt , Q2 dáùn bo ha. Quạ trçnh cỉï tiãúp tủc nhỉ váûy , trong mảch lnln tỉû âäüng chuøn trảng thại m khäng cáưn xung kêch khåíi tỉì bãn ngoi vo.Do âọ mảch s ln ln tảo âäü di xung ra.Chu k dao âäüng : T = T1 + T2. Xạc âënh T1 : Q1 tàõt , Q2 dáùn bo haVc1 (t) = [ Vc1 () - Vc1 (0) ](1 - exp (- t/1 )) + Vc1 (0)Vc1 () = Vcc ; Vc1 (0) = - VccKhi t = T1 Vc1 (T1 ) = V  0 T1 = 1lnV2Vcccc; 1 = Rb1. C1. Xạc âënh T2 : Q1 dáùn bo ha , Q2 tàõtTỉång tỉû ta cọ : T2 = 2 ln2 T = T1 + T1 = (1 + 2). Ln 2 = 0,7 ( C1.Rb1 + C2.Rb2 )Chn C1 = C2 = C  T = 0,7 C ( Rb1 + Rb2 ) Âãø T khäng âäøi nhỉng T1 ,T2 thay âäøi âỉåüc  dng biãún tråí âãø thay âäøi.Nãúu Rb1 = Rb2 = Rb T = 1,4 C Rb.8.3.2 Mảch monostable dng BJT :8.3.2.1 Så âäư mảch v dảng sọng :Hçnh 8.9. Så âäư mảch v dảng sọng ca mảch mäüt trảng thại bãưn8.3.2.2 Ngun l lm viãûc :* 0  t < t0: Trảng thại bãưn : Q1tàõt ,Q2dáùn bo ha V0 = Vces= 0.2v 0 ; Vb /Q2= Vbes= 0.8v 0.Tủ C1nảp tỉì Vcc qua Rc1v tiãúp xục JEca BJT Q2 âang dáùn bo ha våïichiãưu cỉûc tênh nhỉ hçnh v âãø âảt âãún giạ trë Vc2Vcc* ÅÍ trảng thại khäng bãưn : t = t0 : Mảch âỉåüc kêch khåíi båíi xung V i cọ cỉûc tênh dỉång cọ giạ trë â låïnâỉa vo cỉûc nãưn ca BJT Q1 Vb /Q1 > V.  JE phán cỉûc thûn  Q1 dáùn  ib1tàng  iC1tàng  Vc/Q1 gim  Vb/Q2gim  Q2tỉì dáùn bo ha chuøn sangdáùn khúch âải  dng ic2 gim Vc /Q2 = V0 tàng thäng qua R1 lm cho Vb /Q1 tàng  Q1 dáùn bo ha Vc /Q1 0v, do tênh cháút âiãûn ạp trãn tủ C2khäng âäüt biãún, lục ny ton bäü âiãûnạp ám âàût vo cỉûc B/ Q2 lm cho Q2 nhanh chọng tàõt. Mảch chuøn sang trảngthại khäng bãưn Q1dáùn bo ha Q2 tàõt. ÅÍ trảng thại khäng bãưn ny tủ C2 x v nảpâiãûn theo chiãưu ngỉåüc lải tỉì Vcc  Rb2 Q1dáùn bo ha  tiãún âãún giạ trë Vc=Vcc Qụa trçnh nảp âiãûn cho C2lm cho Vb /Q2 thay âäøi, tủ C2cng nảp  Vb /Q2cng tàng lãn (båït ám hån) v tàng cho âãún khi Vc2= Vb /Q2 V. Tiãúp xục JEcu Q2phán cỉûc tháûn tråí lải  Q2dáùn  dng ib2 tàng  ic2 tàng  Vc /Q2gimtT0tVccVOVCC-VbbQ2R1Q1C1Rb2Rb1RC1 RC2V ivit0vo  thäng qua R1lm cho Vb /Q1 gim  Q1tỉì dáùn bo ha sang dáùn khúch âải ib1 gèam  ic1 gim  Vc /Q1 tàng thäng qua C2 Vb/Q2 tàng  thục âáøyBJT Q2 nhanh chọng dáùn bo ha  Vc /Q2 0  Q1 tàõt. Mảch chuøn sang giaiâoản phủc häưi, kãút thục trảng thại khäng bãưn.8.3.2.3.Tênh âäü di xung ra T0 : Thåìi gian mảch täưn tải åí trảng thại khäng bãưn  mảch tảo âäü di xung ra ,sau âọ mảch tỉû âäüng tråí vãư trảng thại bãưn ban âáưu.T0 phủ thüc vo trë säú linh kiãûn trong mảch :Vc1 (t) = [ Vc1 () - Vc1(0) ].(1 - exp (-(t - t0)/)) + Vc1 (0).Vc1 (0) = - Vcc ; Vc1 () = Vcc Vc1 (t) = (2.Vcc ).(1 - exp (-(t - t0)/ )) -VccKhi t = t0+ T0 Vc1 (t0 + T0 ) = V  0.Thay vo ta cọ :T0 = . lnVcc2.Vcc=0.7 våïi  = C2.Rb28.3.3. Mảch hai tr¹ng th¸i bỊn dng BJT(bistable) :8.3.3.1 Så âäư mảch v dảng sọng :Hçnh 8.10. Så âäư mảch v dảng sọng ca mảch hai trảng thại bãưnvi1vi2ttvi1vi2ttt1t2v01v02Q1R2 R1Rc1Q2Rb2Rb11Rc2vccv02v01 8.3.3.2. Nguyª n lý ho¹t ®éngNgỉåìi ta chn 2 thnh pháưn âäúi xỉïng nhau, nhỉng trong thỉûc tãú, 2 BJT cọcạc thäng säú khạc nhau. Khi âọng âiãûn ạp ngưn, BJT ny dáùn mảnh thç BJT kiâáùn úu hån. Nhỉng mảch l häưi tiãúp dỉång khẹp kên nãn lm cho BJ T dáùn mảnhtråí thnh dáùn bo ha, cn BJT kia s dáưn dáưn tàõt hàón. ( Khi BJT lm viãûc åí chãúâäü ngỉng dáùn hay dáùn bo ha thç êt chëu nh hỉåíng ca nhiãùu so våïi khi BJT lmviãûc åí chãú âäü khúch âải). 0< t < t1: Trảng thại bãưn ban âáưu : Q1 tàõt, Q2 dáùn bo ha. t1 t < t2:Tải t = t1 : vb/Q1 > âiãûn ạp ngỉåỵng, dáùn âãún tiãúp xục JE ca BJT Q1 âỉåüc pháncỉûc thûn, BJT Q1dáùn  ib1 tàng  ic1tàng  vc/Q1gim, thäng qua R2dáùn âãúnvb/Q2gim  tiãúp xục JE/Q2 phán cỉûc úu hån  Q2ra khi chãú âäü bo ha v âivo dáùn khúch âải : lục ny dng ic2gim  vc/Q2tàng lãn thäng qua R1lmcho vb/Q1tàng theo  Q1nhanh chọng dáùn bo ha  vc /Q1 0v Q2tàõt.Nhỉ váûy mảch chuøn sang trảng thại bãưn thỉï hai ỉïng våïi Q1 dáùn bo ha, Q2tàõt.Mảch s ln ln åí trảng thại bãưn ny nãúu khäng cọ xung kêch khåíi. t2 t < t3:t = t2: Mảch âỉåüc kêch khåíi båíi xung cỉûc tênh dỉång våïi biãn âäü âlåïn âỉa vo cỉûc nãưn Q2. Tải thåìi âiãøm ny, Vb/Q2 > V Q2dáùn  ib2tàng  ic2tàng  Vc/Q2 gim thäng qua R1lm cho Vb/Q1 gim  Q1 phán cỉûc úu, tỉì dáùnbo ha chuøn sang dáùn khãúch âải  ic1gim  Vc /Q1tàng thäng qua R2lmcho Vb/Q2 tàng  Q2dáùn bo ha  Vc /Q2 0  Q1tàõt. Mảch chuøn vãư trảngthại bãưn ban âáưu. . = [ Vc1 () - Vc1(0) ].(1 - exp (-( t - t0)/)) + Vc1 (0).Vc1 (0) = - Vcc ; Vc1 () = Vcc Vc1 (t) = (2.Vcc ).(1 - exp (-( t - t0)/ )) -VccKhi t = t0+. Chương 8: Kỹ thuật xung8.1. Khái niệm:Xung điện là 1 dạng điện áp hoặc dòng điện mà thời gian tồn tại củanó rất nhỏ,