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 - Mạch tạo sóng hình sin Chương MẠCH TẠO SÓNG HÌNH SIN Mạch tạo sóng hình sin tạo tín hiệu sin chuẩn biên độ tần số, thường dùng làm nguồn tín hiệu để kiểm tra đặc tính linh kiện, mạch khuếch đại thiết bị điện tử khác Tín hiệu hình sin dùng làm sóng mang, sóng điều chế kỹ thuật thu phát vô tuyến điện … Dựa theo đặc tuyến linh kiện tần số dao động, ta phân loại dạng tạo sóng hình sin sau: • Dao động RC: linh kiện định tần số dao động RC, tần số làm việc từ Hz đến KHz, gồm mạch dao động dời pha, dao động cầu Wien, dao động cầu T đôi … • Dao động LC: linh kiện định tần số dao động LC, tần số làm việc từ 100 KHz đến hàng GHz, gồm mạch dao động điều hợp LC, dao động ColpiHz, Hartley, dao động dùng tính thể áp điện … 6.1 NGUYÊN LÝ TẠO DAO ĐỘNG VÀ DUY TRÌ DAO ĐỘNG Hãy khảo sát lại nguyên lý hối tiếp sơ đồ khối mạch khuếch đại hình 6.1.1 + Khuếch đại Av Vi = Vi / - + Hồi tiếp β Vo = A v Vi = A v Vi / α - + β Vo = βA v Vi / γ - Hình 6.1.1 Hồi tiếp dương tạo dao động Khi cấp điện cho mạch, biến thiên nguồn điện, cho biến thiên điện áp ngõ vào Vi Qua mạch khuếch đại tạo áp ngõ Vo = AV Vi với góc lệch pha α so với áp ngõ vào Điện áp ngõ Vo lại qua mạch hồi tiếp cho tín hiệu vào Nếu hồi tiếp âm, tín hiệu hồi tiếp ngược pha với tín hiệu ban đầu ngõ vào làm suy giảm biên độ tín hiệu vào, biên độ tín hiệu ngõ mạch khuếch đại bị giảm theo … Kết nguồn điện ổn định, biến thiên tín hiệu vào bị triệt tiêu biến thiên tín hiệu ngõ bị triệt tiêu, mạch ổn định mức phân cực DC Nếu hồi tiếp dương, tín hiệu hồi tiếp đồng pha với tín hiệu ban đầu ngõ vào làm tăng biên độ tín hiệu vào Biên độ tín hiệu ngõ mạch khuếch đại tăng theo Kết ngõ mạch xuất tín hiệu AC (gọi tín hiệu dao động) ngõ vào không cần tín hiệu kích thích đưa từ bên vào Tín hiệu vào có mạch hồi tiếp cung cấp từ ngõ trở 146 Bài giảng Kỹ thuật điện tử Chương - Mạch tạo sóng hình sin Khối hồi tiếp dương đóng vai trò định việc tạo tín hiệu dao đông Khối khuếch đại khuếch đại tín hiệu dao động bị suy giảm sau truyền qua khối hồi tiếp, trì biên độ dao động ổn định ngõ Nếu khối hồi tiếp β tín chọn lọc tần số, mạch tạo tín hiệu xung vuông ngõ Nếu β có tính chọn lọc tần số, chẳng hạn β mạch cộng hưởng tần số fo, có tín hiệu tần số fo chọn lọc đưa vào mạch khuếch đại, ngõ mạch xuất tín hiệu dao động hình sin tần số fo Hãy tìm điều kiện tổng quát để xuất dao động Từ hình 6.1.1, để có tín hiệu dao động ngõ ra, điện áp hồi tiếp tiếp trở phải có biên độ pha trùng với biên độ pha điện áp ngõ vào: V = β V O = βA V V i suy ra: βA v = (6.1.1) điều kiện biên độ và: arg (β.AV) = (6.1.2) điều kiện pha (6.1.1) (6.1.2) điều kiện tổng quát để tạo vào trì dao động Trong thực tế, điều kiện β.A O = khó đạt, người ta thường cho β.A V lớn để dễ dao động thực ổn định biên độ tín hiệu dao động ngõ cách thêm mạch hồi tiếp âm vào khuếch đại Khi đại lượng AV (6.1.1), phải hiểu hệ khuếch đại mạch có hồi tiếp âm 6.2.MẠCH TẠO SÓNG RC 6.2.1 Mạch dao động dời pha Hình 6.2.1 a sơ đồ nguyên lý mạch dao động dời pha Khối hồi tiếp gồm mạch RC tạo lệch pha áp ngõ áp ngõ vào 180o, qua tầng đệm có tổng trở nhập cao để tránh ảnh hưởng đến đặc tính khối hồi tiếp Tín hiệu sau đưa qua mạch khuếch đại đảo pha có hệ khuếch đại AV đưa trở ngõ vào khối hồi tiếp + C C C Đệm + Av=1 + V1 R - R R KĐ đảo pha Av C + Vo V1=AvVo V1=βV1=βAvVo - - (a) Sơ đồ nguyên lý C + V1 - C R R R V2 (b) Khối hồi tiếp Hình 6.2.1 Mạch dao động dời pha Bài giảng Kỹ thuật điện tử 147 Chương - Mạch tạo sóng hình sin Để tính toán định lượng (xác định tần số dao động giá trị tối thiểu cần có hệ số khuếch đại AV) ta xét sơ đồ mạch hồi tiếp (h 6.2.1 b), viết phương trình dòng điện vòng tìm V giá trị hệ số hồi tiếp β = Kết có: V1 β= V2 − j(ωRC) = V1 − 6(ωRC) + jωRC[5 − (ωRC) ] (6.2.1) − j(ωRC) × A V − 6(ωRC) + jωRC[5 − (ωRC) ] (6.2.2) từ ta có: βΑ V = Để thỏa mản điều kiện pha (6.1.2), góc pha biểu thức (6.2.2) phải không Suy ra: – (ωRC ) = Tần số thoả mãn hệ thức tần số dao ñoäng: 1 (6.2.3) ωo = hayf o = 2π 6RC 6RC Tương tự, để thỏa mãn điều kiện biên độ (6.1.1), modul biễu thức (6.2.2) phải Suy ra: → AV [1 − 6(ωo RC) ] + (ωo RC) [5 − (ωo RC) ]2 = = β(ωo ) (ωo RC) 1⎛ 1⎞ ⎜5 − ⎟ 6⎝ 6⎠ (6.2.4) = 29 ⎛ ⎞ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎝ 6⎠ Đây giá trị tối thiệu AV để đảm bảo trì dao động → AV = • Ví dụ 6.1: Mạch dao động dời pha dùng KĐTT hình 6.2.2 tính giá trị R C R1, R2 cho tín hiệu dao động ngõ có tần số fo = KHz Cho KĐTT có Ri = MΩ, Ro ≈ R2 R1 C C - C + + R R Vo R - Hình 6.2.2 Giải 148 Bài giảng Kỹ thuật điện tử + Chương - Mạch tạo sóng hình sin Từ (6.2.3) ta tìm 1 = = 6,5 × 10 −5 s RC = 2πf o 2π × 10 Chọn R = 10 K, tìm C: 6,5 × 10 −5 6,5 × 10 −5 = = 6,5 × 10 −9 F C= R 10 Chọn C = 0,0068 µF , từ (6.2.4), ta có: R2 = 29 → R = 29R R1 Chọn R1