Đang tải... (xem toàn văn)
Moät maïch xeùn ñöôïc ñònh nghóa nhö moät maïch haïn cheá bieân ñoä ñieän aùp bôûi söï caét boû nhöõng thaønh phaàn khoâng caàn thieát cuûa daïng soùng ngoõ vaøo.. Söï caét boû naøy[r]
(1)CHƯƠNG
MẠCH XÉN, MẠCH SO SÁNH
I. KHÁI NIỆM
Trong hệ thống tuyến tính, tín hiệu dạng sin tác động ngõ vào, ngõ không bị biến dạng Ở hệ thống này, linh kiện dùng phần tử tuyến tính Đối với phần tử khơng tuyến tính (phi tuyến ) đặc tuyến Volt-Ampere khơng đường thẳng Đặc tính khơng tuyến tính áp dụng việc biến đổi dạng sóng ngõ vào Dạng sóng hữu dụng ứng dụng kỹ thuật xung
Một dạng mạch khảo sát chương mà dạng sóng khơng tuyến tính gọi mạch xén (clipping) Mạch xén xem tương đương mạch giới hạn, mạch chọn điện áp, hay mạch chọn biên độ Mạch hạn chế biên độ mạch mà tín hiệu đầu lặp lại tín hiệu đầu vào điện áp đầu vào chưa vượt qua giá trị gọi ngưỡng mạch hạn chế, ngược lại điện áp đầu giữ nguyên giá trị không đổi điện áp đầu vào vượt ngưỡng hạn chế mạch Giá trị khơng đổi gọi mức hạn chế
Một mạch xén định nghĩa mạch hạn chế biên độ điện áp cắt bỏ thành phần không cần thiết dạng sóng ngõ vào Sự cắt bỏ thực bên bên tín hiệu ngõ vào mức
(2)Các dạng đặc tuyến vào –ra có nhö sau
Hình 4.1
Về thực chất mạch xén đóng vai trị chuyển mạch điện tử (switching) Nếu khóa mắc nối tiếp với tải tín hiệu qua khóa đóng bị chặn lại khóa mở, tức đóng vai trị phần tử phi tuyến Để thực yêu cầu đó, người ta dùng phần tử khơng tuyến tính như: Diode, Transistor, Op-amp… Riêng mạch hạn chế dùng Transistor Op-amp, nhiệm vụ cắt bỏ thành phần khơng cần thiết cịn khuếch đại tín hiệu, nên gọi mạch hạn chế khuếch đại
Những yêu cầu mạch xén độ sắc cắt, độ ổn định nguỡng Điều phụ thuộc vào phần tử phi tuyến sử dụng
II. MẠCH XÉN VỚI DIODE LÝ TƯỞNG
Theo cách mắc Diode, chia mạch xén dùng Diode thành hai loại song song nối tiếp
Mạch hạn chế nối tiếp có Diode mắc nối tiếp với tải Mạch hạn chế song song có Diode nối song song với tải
Theo chức năng, mạch xén nối tiếp song song chia thành hai loại xén âm, xén dương mạch xén hai phía
Xén âm cắt bỏ thành phần âm dạng sóng tín hiệu vào giữ lại thành phần dương
Xén dương cắt bỏ thành phần dương dạng sóng tín hiệu vào giữ lại phần âm
(3)1. Mạch xén song song a. Mạch Xén Dương
Mạch gồm phần tử điện trở R, nguồn VDC, Diode
Giả sử tín hiệu vào dạng sóng sin, có biên độ max ± V Khảo sát số dạng mạch xén sau :
Daïng maïch
Hình 4.2 Dạng mạch
Hình 4.4 Ngưỡng xén VDC = V
R
Vv Vr
Vdc Vr
Vv R
B A
(4)Daïng maïch
Hình 4.6 b. Mạch Xén Âm
Xét tín hiệu ngõ vào dạng sóng sin có biên độ max ±V Dạng mạch
Hình 4.8 A
Vv C
Vdc Vr R
B
(5)Daïng maïch
Hình 4.10 Dạng mạch
Hình 4.12 R
Vr Vv
Vdc C
B A
R
B Vv
Vr A
(6)2. Mạch xén nối tiếp
Ta khảo sát tín hiệu ngõ vào dạng hình sin có biên độ max ± V Các dạng mạch trình bày sau:
a. Mạch Xén Âm Dạng mạch
Hình 4.14 Dạng mạch
Hình 4.16
Vv R Vr
Vr R
(7)Dạng mạch
Hình 4.18 b. Mạch Xén Dương
Dạng mạch
Hình 4.20
R Vr
B
C Vdc Vv A
(8)Daïng mạch
Hình 4.22 Dạng mạch
Hình 4.24 -VDC
Vv Vdc
R Vr
B
C A
C
B
R Vr
(9)III. MẠCH XÉN VỚI DIODE THỰC TẾ
Đối với Diode thực tế, phân cực thuận có dạng tương đương sau:
1. Vγ
Khi Vγ so sánh với Vv, với VDC , ta phải kể Vγ vào mạch
Trường hợp thường mạch sử dụng Diode loại Si, có vγ = 0,6V,
nguồn VDC bé
Khi VDC >> Vγ , ta bỏ qua Vγ
Ta xét dạng mạch mà Vγ so sánh với VDC
Hình 4.26
Đây dạng mạch xén song song, có Vv = sinωt
Nếu VV > Vγ + VDC = 2,6 v , Diode dẫn, tín hiệu vào truyền đến ngõ , lúc ta có VR = VDC + Vγ = 2,6 (V)
Nếu vv < Vγ + VDC = 2,6( v), Diode ngưng dẫn, Vr = Vv = sinωt 2. rd
Khi D dẫn tồn điện trở thuận rd (điện trở động), rd so sánh với R (điện trở tải), lúc tín hiệu bị méo khơng cịn sắc sảo
Vγ rd
A K
K A
Vγ = 0,6 VDC=2V
R
(10)Các dạng méo gặp sau Trường hợp a
Hình 4.27a Trường hợp b
Hình 4.27b Chứng minh
Xét trường hợp a, mạch tương đương diode D D Diode thực tế Phân cực thuận
Phân cực nghịch
Với giả sử Rng →∞ hay Rng >> R (điều phù hợp với thực tế diode loại Si)
Khi Vv <VDC + Vγ , diode phân cực nghịch, D tắt
⇒ Vr = Vv hay =1
v r
v v
Khi V ≥V + V , Dphân cực thuận ⇒ D dẫn, lúc I V Io ΔI ΔV rd = I V Δ Δ ∞ → Δ Δ = ng ng ng I V R A K Io Rng Vdc Vr R Vv Vv R Vdc Vr rd Vγ
(11)Vra = VDC + Vγ + Vr d (*) Ta coù , Vr d = i rd
maø i =
d DC d v d DC v r R V V r R v r R V V v + + − + = + + − ) ( ) ( γ γ
Phương trình (*) ⇒ ( ) ( DC r)
d d DC d d v
ra R r V V
r V V r R r v
v + +
+ + − + = γ ⇒ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + − + + + = d d DC d d v ra r R r V V r R r v
v ( γ).1
⇒ d DC d d v
ra R r
R V V r R r v v + + + + = ( γ)
• Nếu rd << R (thì dụ rd = 5Ω, R = 1M) ⎟⎟→1 ⎠ ⎞ ⎜⎜
⎝ ⎛
+rd
R
R quan hệ
điện áp điện áp vào là: r
DC v
ra V V
R v
v = + + , R lớn →0
R , VR = VDC + Vγ
• Nếu rd so sánh với R (VD rd = 5Ω, R=10Ω) quan hệ vào - d DC d d v r r R R V V r R r v v + + + +
(12)3. Ảnh Hưởng Của Điện Dung Liên Cực Cd
Giữa hai cực Diode tồn điện dung liên cực Điện dung làm dạng sóng bị méo
Chúng ta khảo sát ảnh hưởng tụ Cd đến dạng sóng ngõ Xét dạng mạch sau
Hình 4.29 Giải thích hoạt động
Khi Vv = 5(v) D phân cực thuận, D dẫn, tụ Cd C2 nạp với thời nạp τ1 = rd (Cd + C2)
Khi vv = - 5(v) D ngưng dẫn ⇒ tụ C2 xả qua R với thời τ2 = RC2, mà τ1 < τ2 (vì R >> rd), thời gian xả hết lâu so với thời gian nạp đầy
IV. MẠCH XÉN Ở MỨC ĐỘC LẬP
Mạch dạng mạch ghép hai mạch xén song song với Để thực mạch này, ta dùng hai ngưỡng xén VB1, VB2 kết hợp với hai Diode, dùng hai Diode Zener Nhiệm vụ mạch loại bỏ bớt hai thành phần tín hiệu ngõ vào
Khảo sát số dạng mạch xén hai mức độc lập sau:
Trường hợp không kể trình độ ảnh hưởng C2 , Cd
Trường hợp ảnh hưởng C2 , Cd C2
Cd
(13)1. Dạng mạch dùng diode
Hình 4.30
Tín hiệu vào dạng sin có vi = sin ωt, giả thuyết Vγ = 0, rd = (Diode lý tưởng)
Hình 4.31 2. Dạng mạch dùng diode zener
Hình 4.32
VB2=4V VB1=3V 10k R1
Vr Vv
D1 D2
5k
Vγ1 Vγ2 D2
D1
Vr Vv
(14)(15)Hình
R1 1K R2
Vin Vout
Baøi tập
1 Vẽ đặc tuyến vào-ra dạng sóng mạch sau
2 Cho mạch sau với Vin =18sinωt, Vγ =0, ,V VZ =8V
Vẽ đặc tuyến vào (Vin-Vout) dạng sóng Vin, Vout ứng với
a) R2 = b) R2 = 0.5K c) R2 = 2.2K
3 Cho mạch sau với Vin =10sinωt,Vγ =0,7V, VZ =3V,rD=0 Vẽ đặc tuyến vào-ra dạng sóng Vin(t), VOUT(t) ứng với
a) R2 = b) R2 = 220
4 Cho mạch sau với Vin =10sinωt, Vγ =0,6V, VZ =3V Vẽ đặc tuyến vào (Vin-Vout) dạng sóng Vin(t) ,
VOUT(t) ứng với
a) rD =
b) rD = 0,5K; R=1K
5 Cho mạch sau Vẽ dạng sóng điện áp ngõ Vr(t)khi điện áp ngõ vào
Vin(t) điện áp khu vực, dạng sin, tần số 50Hz, 220V hiệu dụng, biết Diode bán dẫn ổn áp có Vγ =0,6V ; VZ = 6V
a) rD = b) rD = 0,5K
+16V
-16V
1 R
Vr Vv Si 4V C B A 1,2K Vin Vout R2 R1 Hình 2
Vin R Vout
Hình
Hình 2A Hình 2B
VrA(t)
10K
Vin(t) DZ Vin(t)
10K
VrB(t)