Cùng tìm hiểu về mạch dao động; mạch dao động Hartley; mạch dao động Colpitts; mạch dao động Clapp; mạch dao động điều hưởng đầu vào/đầu ra; mạch dao động không điều hưởng; trạng thái ổn định của mạch dao động;... được trình bày cụ thể trong Bài giảng Điện tử cho Công nghệ thông tin: Chương 3 - Các mạch tạo dao động do Trần Tuấn Vinh biên soạn.
Điện tử cho CNTT Electronic for IT Trần Tuấn Vinh Bộ môn KTMT – Viện CNTT & TT Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội Nội dung § § § § § Chương 1: Phổ tín hiệu Chương 2: Các khuếch đại tần số sóng Radio Chương 3: Các mạch tạo dao động Chương 4: Điều chế hệ thống điều chế biên độ Chương 5: Điều chế tần số pha Copyright (c) 8/2009 by Chương § § § § § § § § § Giới thiệu chung mạch dao động Mạch dao động Hartley Mạch dao động Colpitts Mạch dao động Clapp Mạch dao động điều hưởng đầu vào/đầu Mạch dao động không điều hưởng Trạng thái ổn định mạch dao động Thạch anh dao động thạch anh Mạch dao động thạch anh Pierce Copyright (c) 8/2009 by Giới thiệu chung § § Mạch dao động(Oscillators) sử dụng nguồn tín hiệu mạch quan trọng việc phát triển hệ thống truyền thông Ứng dụng mạch dao động § Đồng hồ định thời Tạo sóng mang để truyển tín hiệu tần số cao … Các loại mạch dao động Mạch dao động Amstrong Mạch dao động Harley, Colpitts, Clapp, Pierce Mạch dao động cầu Wien Copyright (c) 8/2009 by Các tiêu chuẩn đánh giá mạch dao động § § Việc nhớ tên mạch dao động không quan trọng việc hiểu rõ cấu tạo chúng Các tiêu chí đánh giá mạch tự dao động Nguồn cung cấp Hệ số khuếch đại Sơ đồ xác định tần số Phản hồi dương(điều kiện pha hệ số khuếch đại vòng =1) Copyright (c) 8/2009 by Các tiêu chuẩn đánh giá mạch dao động § § § § Nguồn điện vào quan trọng mạch điện tử cần cung cấp công suất đủ để đưa tải, thêm vào thân mạch điện Oscillators tiêu thụ cơng suất đòi hỏi phân cực Một số mạch đòi hỏi hệ số khuếch đại >1 để bù lại tổn hao Một số mạch cộng hưởng đòi hỏi phải điều chỉnh tần số dao động Toàn mạch vật liệu kim loại, chất khí, chất lỏng, chất rắn sử dụng để điều khiển tần số Oscillators Copyright (c) 8/2009 by Các tiêu chuẩn đánh giá mạch dao động § Oscillators hệ thống phản hồi phải thoả mãn hai tiêu chuẩn, gọi tiêu chuẩn Barkhausen: Tín hiệu phản hồi phải đồng pha với tín hiệu vào sau kết thúc vòng Hệ số khuếch đại vòng trạng thái ổn định phải (AvB = 1) Copyright (c) 8/2009 by Hệ số khuếch đại vòng § Hệ số khuếch đại vòng hệ thống xác định sau vfb=Bv0 v0=(vi+vfb)Av v0 Av = = A fb vi − Av B Av là hệ số khuếch đại của hệ thống(theo hướng tráiphải), B là tỷ số điện áp ra trên điện áp vào mạch phản hồi hệ số phản hồi. Afb là hệ số khuếch đại tồn phần của hệ thống có phản hồi – hệ số khuếch đại vòng Copyright (c) 8/2009 by Hệ số khuếch đại vòng § Nếu mạch có phản hồi âm : Av Afb = + Av B § Với mạch phản hồi dương thỏa mãn điều kiện Barkhausen AvB=1 đó: Av Afb = 1−1 § Đây điều khơng mong muốn hệ thống hồi tiếp dương điều cần thiết cho mạch dao động Copyright (c) 8/2009 by Ví dụ trường hợp AvB>1 § Xét mạch khuếch đại điều hưởng ghép tải biến áp R tổng trở tải khuếch đại bao gồm toàn trở kháng từ đầu xuống đất Copyright (c) 8/2009 by 10 Các dao động thạch anh § Để tránh nhược điểm trên, ta sử dung điện cảm Ln kết hợp với Cp thành cộng hưởng song song giá trị điện cảm tính xấp xỉ: Ln (2 f ) C p Copyright (c) 8/2009 by 72 Các dao động thạch anh § Một sơ đồ dao động Colpitts dùng thạch anh khác hình Copyright (c) 8/2009 by 73 Các dao động thạch anh § § § Thạch anh hoạt động tần số gần với tần số cộng hưởng song song mạch với C1, C2 tạo điện áp phản hồi chuyển đổi trở kháng cực nguồn đến cực cửa Một trở kháng cao RF có tác dụng làm nghẹt (RFC) tạo đường dẫn phân cực chiều Tụ C1 chọn với điện kháng khoảng 500 tạo trở kháng mạch cực nguồn Thực tế trở kháng tải đầu thấp, C1 điều chỉnh giá trị giảm cho điện kháng mạch cực nguồn XC1 không bị tác dụng Copyright (c) 8/2009 by 74 Các dao động thạch anh § Dòng điện từ tổ hợp Rg tinh thể thạch anh chảy qua C2 C1 tạo thành điện áp vg tính: i g m v gs i vg j C2 j C1 gmvgs dòng điện xoay chiều cực nguồn phụ thuộc vào vgs gm hỗ dẫn FET § Cho C3 = C2 + Cin C2 + Cgs v gs i j C3 Copyright (c) 8/2009 by 75 Các dao động thạch anh § § Hệ số khuếch đại vòng đủ lớn để dao động hình thành trì ta chọn C3 10C1 Có cách chọn khác C2 Cgs, xuất phát từ điều kiện tự kích thích dao động, đặc biệt với sơ đồ Colpitts thạch anh cực base sử dụng BJT Copyright (c) 8/2009 by 76 Các dao động thạch anh § Thay C2 với C3 vào ta có vg i § j C3 gm C1C Chú ý số hạng cuối bên phải biểu thức số thực âm Ký hiệu điện trở là: R § j C1 gm C1C Có thể xem nguồn tín hiệu nối tiếp với Ceq = C1C3/ (C1 + C3) nối tiếp thành vòng với L r Copyright (c) 8/2009 by 77 Các dao động thạch anh § § Khi toàn thành phần tổn hao sơ đồ biểu thị tương đương r điện trở tổn hao r phải nhỏ -R Với điều kiện thoả mãn, dao động trì hệ số phẩm chất Q sơ đồ là: 0L QL r Với = (LCeq)-1/2, L điện cảm biểu thị cho thạch anh, có giá trị nhỏ nhiều so với cộng hưởng song song Copyright (c) 8/2009 by 78 Mạch dao động Pierce dùng thạch anh Các thơng số mạch tính tần số 3,5789 MHz dùng cho dao động tạo sóng mang mầu TV tiêu chuẩn Copyright (c) 8/2009 by 79 § § § Hình sơ đồ mạch dao động thạch anh Pierce Mạch dao động phụ thuộc vào thành phần điện cảm sơ đồ tương đương thạch anh để cung cấp tín hiệu hồi tiếp pha Từ mơ hình trở kháng dao động Pierce ta thấy Z3 biểu thị cho thạch anh mạch Pierce phải có trở kháng đối lại Z1 Z2 (mà trường hợp chúng tụ điện) Thông thường Rd đủ lớn để hệ số khuếch đại khuếch đại cực nguồn chung đủ lớn mạch dao động tần số tần số cộng hưởng fs fp nơi mà tinh thể tương đương cuộn cảm Copyright (c) 8/2009 by 80 § Điều dẫn đến ổn định tối ưu Điện áp phân cực cung cấp cho FET từ nguồn VDD qua điện trở R-d Điện trở Rd thay mạch chặn Điện trở Rg có giá trị khoảng 100k có nhiệm vụ nối cực cổng FET với đất Còn Rs tạo phân cực tự cấp (Vs = IdRs) từ cực nguồn FET Điện trở bị ngắn mạch xoay chiều tụ BP để nâng cao hệ số khuếch đại có nhiệm vụ làm cho khuếch đại cao lên tụ BP Rs tụ ngắn mạch khơng có ta nối cực nguồn xuống đất Copyright (c) 8/2009 by 81 Bài tập Bài 1: Một khuếch đại tầng minh hoạ hình vẽ Điểm A B hai đầu vào nối hồi tiếp tới đầu Trong hai cực A B, cực dùng cho hồi tiếp thoả mãn điều kiện pha cho dao động? sao? Copyright (c) 8/2009 by 82 Bài tập Bài 2: Một mạch tích hợp có trở kháng đầu vào đầu cao, có hệ số khuếch đại điện áp +50 vẽ hình a- Tên sơ đồ mạch dao động gì? b-Tính hệ số khuếch đại vòng mạch c- Dao động có trì khơng? Phân tích điều kiện Barkhausen? Copyright (c) 8/2009 by 83 Bài tập Bài 3: Cho mạch điện sơ đồ, giả sử n1=20 vòng (T) n2=10 T, n3 =2 T, n2 độc lập với n3 k=1 ,L1=50 H QN vơ Transistor có =20 IE=1mA Giá trị tụ điện C mạch điều hưởng tần số 1MHz (bỏ qua điện kháng cuộn thứ cấp biến áp) Tính hệ số khuếch đại điện áp collector - base Tính hệ số khuếch đại vòng Nếu n1:n3 biến áp đảo pha có tạo thành dao đọng không? Tại sao? Hệ số khuếch đại vòng có đủ cho dao động trì không? Copyright (c) 8/2009 by 84 Bài tập Copyright (c) 8/2009 by 85 Bài 4: Trong mạch hình mạch phù hợp với mơ hình dao động thạch anh tinh thể thạch anh tương đương với điện cảm Copyright (c) 8/2009 by 86 ... cấp có điện áp 12V nên collector điện áp thay đổi từ -1 2V- 0V Do lượng tích tụ biến áp nửa chu kỳ nên điện áp collector thay đổi tăng thêm 12 V so với điện áp phân cực nủa chu kỳ lại Như điện áp... by 26 Ví dụ 3. 1 Copyright (c) 8/2009 by 27 Ví dụ 3. 1 Xác định tần số công hưởng 150 pF )(1500 pF ) Ceq = + 30 pF = 136 .4 pF + 30 pF = 166.4 pF 150 pF + 1500 pF f0 = = 10.8MHz LCeq Có điện trở tải... với tần số Mhz , XL =30 0 Rcoil=QuXL=50 (33 3)=16.7 k Ώ Từ n 1- n2 nhìn sang bên trái, thấy re//RE=26 mV/Ic//1 k =25 Ώ Copyright (c) 8/2009 by 18 Hệ số khuệch đại AV § Khi nhìn tử Collector tải RE’