HAUI-ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG: THIẾT KẾ MẠCH TẠO DAO ĐỘNG 3 ĐIỂM ĐIỆN CẢM HARLEY Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và Ngành công nghệ kỹ thuật Điện TửViễn thông nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Mạch dao động được sử dụng phổ biến trong các thiết bị viễn thông. Một cách đơn giản, mạch dao động là mạch tạo ra tín hiệu.Đặc biệt, trong các Thiết bị Thông tin dù là hữu tuyến hay vô tuyến cũng đều sử dụng rất nhiều Mạch Dao động bao gồm các sóng hình sin, hình tam giác hoặc hình vuông hoặc phức hợp... Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử, như mạch dao động nội trong khối RF Radio, trong bộ kênh Tivi mầu, Mạch dao động tạo xung dòng , xung mành trong Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động vv...Xuất phát từ thực tế nên em chọn thiết kế “MẠCH TẠO DAO ĐỘNG KIỂU HARLEY HARLEY OSCILLATOR”, hay còn được gọi là “MẠCH DAO ĐỘNG BA ĐIỂM ĐIỆN CẢM” cho môn Đồ án Điện tử cơ bản
1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: ĐIỆN TỬ - BÁO CÁO ĐỒ ÁN THUỘC HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN MẠCH TẠO DAO ĐỘNG ĐIỂM ĐIỆN CẢM HARLEY Cán hướng dẫn : Th.S Hà Thị Phương Sinh viên thực : Nguyễn Trung Kiên Mã sinh viên : 2018605818 Lớp: Điện Tử – K13 Hà Nội – 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ Cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN Họ tên sinh viên : Nguyễn Trung Kiên Lớp: Điện Tử Khoá: 13 Giảng viên hướng dẫn: Ths Hà Thị Phương Tên đề tài: MẠCH TẠO DAO ĐỘNG ĐIỂM ĐIỆN CẢM HARLEY NỘI DUNG THỰC HIỆN TT Nội dung cần thực CĐR Lập kế hoạch làm việc L2.2 Tìm hiểu ứng dụng kỹ thuật điện tử kỹ thuật đời sống Đề xuất ý tưởng L2.3 Phân tích lựa chọn ý tưởng tốt khả thi L3.1 Tính tốn thiết kế, xây dựng phân tích mơ hình L1.1 Vẽ mạch mơ L1.1; L4.1 Chế tạo lắp ráp L1.2; L4.1 Thử nghiệm hiệu chỉnh L4.2 Viết thuyết minh chuẩn bị báo cáo L3.2 10 Báo cáo L2.1; L3.2 L3.1; L4.3 I Yêu cầu thực hiện: Phần thuyết minh: * Trình bày đầy đủ nội dung đồ án, bao gồm: - Chương Tổng quan (Nêu sở lựa chọn đề tài đồ án, ứng dụng thực tiễn …); - Chương Tính tốn, thiết kế mơ phỏng; - Chương Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm hiệu chỉnh; - Phụ lục (nếu có) * Quyển báo cáo trình bày từ 06 đến 12 trang giấy A4 với định dạng sau: - Phông chữ: Times New Roman - Cỡ chữ: 13pt - Căn lề: Trái 3cm; Phải 2cm; Trên 2cm; Dưới 2cm - Dãn dòng: Multiple 1.3 Sản phẩm đồ án môn TT Tên sản phẩm Định dạng Số lượng Slide thuyết trình Theo đề tài đồ án 01 Mơ hình/Mơ Theo đề tài đồ án 01 Quyển báo cáo Theo quy định (QĐ 815/QĐ-ĐHCN) 01 I3 Phạm vi lựa chọn đề tài - Thời gian: tuần; - Vật tư, trang thiết bị: dụng cụ cầm tay, vật liệu (theo đề tài nhóm), linh kiện điện tử bản… - Đảm bảo an toàn lao động Ngày giao: 08/09/ 2020 Ngày hoàn thành: 15/12/ 2020 Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn Hà Thị Phương Nguyễn Ngọc Anh MỤC LỤC: DANH MỤC HÌNH ẢNH: HÌnh 1:Sơ đồ khối tổng quát mạch dao động .7 HÌnh 2:Giản đồ Nguyên lý mạch dao động Harley – hartley oscillator 10 HÌnh 3:Mạch mơ phần mềm Proteus 13 HÌnh 4:Mạch mơ phần mềm Altium 2D .13 HÌnh 5:Mạch mơ phần mềm Altium 3D .14 HÌnh 6:Mạch nguyên lý mô phần mềm Altium 14 DANH MỤC BẢNG BIỂ Bảng 1:Xét dao động điểm điện cảm mắc E chung .8 Bảng 2: Liệt kê linh kiện, giá trị chức linh kiện 13 Y LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN- CƠ SỞ LÝ THUYẾT .5 1.1.Các vấn đề chung tạo dao động 2.1 Điều kiện dao động đặc điểm mạch dao động 2.1.1 Điều kiện để mạch dao động .6 Đặc điểm mạch dao động .7 3.1 Ổn định biên độ dao động tần số dao động .7 3.1.1 Ổn định biên độ dao động Ổn định tần số dao động: .7 Chương 2: Thiết kế mạch dao động,tính tốn, mơ mạch dao động .9 2.1: Tính tốn số liệu cụ thể sau: 10 2.2 :Quy trình thiết kế mạch đặt luật cho mạch : 11 Thử nghiệm mô phần mềm Proteus phần mềm 12 Altium 12 Chương 3: Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm hiệu chỉnh 14 3.1: Nguyên lí làm việc : .14 Kết quả-Kết luận .15 Đề xuất cải tiến hướng phát triển: 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ giới mặt, khoa học cơng nghệ nói chung Ngành cơng nghệ kỹ thuật Điện Tử-Viễn thơng nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho giới ngày đại văn minh Mạch dao động sử dụng phổ biến thiết bị viễn thông Một cách đơn giản, mạch dao động mạch tạo tín hiệu Đặc biệt, Thiết bị Thông tin dù hữu tuyến hay vô tuyến sử dụng nhiều Mạch Dao động bao gồm sóng hình sin, hình tam giác hình vng phức hợp Mạch dao động ứng dụng nhiều thiết bị điện tử, mạch dao động nội khối RF Radio, kênh Tivi mầu, Mạch dao động tạo xung dòng , xung mành Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động vv Xuất phát từ thực tế nên em chọn thiết kế “MẠCH TẠO DAO ĐỘNG KIỂU HARLEY- HARLEY OSCILLATOR”, hay gọi “MẠCH DAO ĐỘNG BA ĐIỂM ĐIỆN CẢM” cho môn Đồ án Điện tử Đồ án điện tử gồm có chương: Chương 1: Tổng quan-Cơ sở lí thuyết Chương 2: Thiết kế mạch dao động,tính tốn, mơ mạch dao động Chương 3: Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm hiệu chỉnh Chương 4: Kết quả-Kết luận Mặc dù cố gắng hoàn thành báo cáo này, nhiên khơng thể tránh sót mong q Thầy, bạn đọc đóng góp ý kiến để đồ án hồn thiện Cuối em xin cảm ơn ThS Hà Thị Phương nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt q trình làm đồ án để em hồn thành với thời gian sớm hoàn chỉnh 7 CHƯƠNG TỔNG QUAN- CƠ SỞ LÝ THUYẾT Mạch dao động mạch dao động sử dụng linh kiện để phát tín hiệu xung dao động cụ thể để điều khiển thiết bị Có nhiều dạng tín hiệu xung phát từ mạch dao động, xung sine, xung vuông, xung tam giác… 1.1.Các vấn đề chung tạo dao động Mạch dao động tạo dạng dao động : - Hình Sine (điều hòa) -Xung chữ nhật - Xung tam giác - Xung cưa Ta xét tạo dao động hình Sine (điều hồ) dạng dao động Các mạch dao động hình Sine thường dùng hệ thống thông tin, máy đo, máy kiểm tra, thiết bị y tế Các phần tử tích cực dùng để tạo dao động đèn điện tử, transistor lưỡng cực, FET, KĐTT, diode tunel, diode gunn - Đèn dùng cần công suất lớn, tần số từ thấp đến cao - KĐTT tần số yêu cầu thấp trung bình - Transistor tần số yêu cầu cao • Tham số mạch dao động - Tần số dao động - Biên độ điện áp - Độ ổn định tần số dao động (nằm khoảng 10- ÷ 10- 6) - Cơng suất - Hiệu suất mạch • Nguyên tắc để tạo mạch điều hòa - Tạo dao động hồi tiếp dương - Tạo dao động phương pháp tổng hợp mạch 8 2.1 Điều kiện dao động đặc điểm mạch dao động 2.1.1 Điều kiện để mạch dao động HÌnh 1:Sơ đồ khối tổng quát mạch dao động (A): Khối khuếch đại có hệ số khuếch đại : = K.ejϕ k (B): Khối hồi tiếp có hệ số truyền đạt : = Kht.ejϕ ht Mạch dao động Xv = X’r, nghĩa lúc ta có th ể nối điểm a a’ tín hiệu lấy từ mạch hồi tiếp đưa trở lại đầu vào (Mạch điện khơng có tín hiệu vào mà có tín hiệu ra) Vậy điều kiện để mạch dao động : = =1 Hay là: K Kht ej (ϕk + ϕht) = (*) Trong đó: K : module hệ số khuếch đại Kht : module hệ số hồi tiếp : góc pha khuếch đại : góc pha mạch hồi tiếp Từ (*) suy : K =1 (1) ϕ = ϕk + ϕht = 2πn (2) Với n = 0, ±1, ±2, Ø : tổng dịch pha khuếh đại mạch hồi tiếp, biểu thị dịch pha X’ r Xv Biểu thức (1) : điều kiện cân biên độ, cho biết mạch dao động hệ số khuếch đại khuếch đại bù tổn hao mạch hồi tiếp gây 9 Biểu thức (2) : điều kiện cân pha cho thấy dao động phát sinh tín hiệu hồi tiếp đồng pha với tín hiệu vào Đặc điểm mạch dao động Mạch dao động mạch khuếch đại, mạch khuếch đại tự điều khiển hồi tiếp dương từ đầu đầu vào Năng lượng tự dao động lấy từ nguồn cung cấp chiều Mạch phải thỏa mãn điều kiện cân biên độ pha Mạch phải chứa phần tử tích cực làm nhiệm vụ biến đổi lượng chiều thành xoay chiều Mạch phải chứa phần tử phi tuyến hay khâu điều chỉnh để đảm bảo cho biên độ dao động không đổi trạng thái xác lập 3.1 Ổn định biên độ dao động tần số dao động 3.1.1 Ổn định biên độ dao động Khi đóng mạch, điều kiện cân pha thỏa mãn tần số đó, đồng thời K.Kht > mạch phát sinh dao động tần số Ta nói mạch trạng thái độ Ở trạng thái xác lập biên độ dao động không đổi ứng với K.Kht = Để đảm bảo biên độ trạng thái xác lập, thực biện pháp sau : - Hạn chế biên độ điện áp cách chọn trị số điện áp nguồn cung cấp chiều thích hợp - Dịch chuyển điểm làm việc đặc tuyến phi tuyến phần tử tích cực nhờ thay đổi điện áp phân cực đặt lên cực điều khiển phần tử khuếch đại - Dùng mạch hồi tiếp phi tuyến dùng phần tử hiệu chỉnh Ví dụ điện trở nhiệt, điện trở thông diode Tùy thuộc vào mạch điện cụ thể áp dụng biện pháp Ổn định tần số dao động: Vấn đề ổn định tân số dao động liên quan chặt chẽ đến điều kiện cân pha Khi dịch pha điện áp hồi tiếp đưa điện áp ban đầu thay đổi dẫn đến thay đổi tần số dao động 10 Điều kiện cân pha : ϕ = ϕK + ϕht = 2πn Cho n = ⇒ ϕK + ϕht = ϕK, ϕht : phụ thuộc vào tham số m, n phân tử mạch khuếch đại mạch hồi tiếp phụ thuộc ω ϕK (m, ω) + ϕht (n, ω) = (**) Vi phân toàn phần biến đổi (**) ta nhận biểu thức : dm + dn + d ω + d ω=0 Suy ra: dω=Từ biểu thức (3) ta suy biện pháp nâng cao độ ổn định tần số : Thực biện pháp nhằm giảm thay đổi tham số mạch hồi tiếp (dn) mạch khuếch đại (dm) - Dùng nguồn ổn áp - Dùng phần tử có hệ số nhiệt nhỏ - Giảm ảnh hưởng tải đến mạch dao động cách mắc thêm tầng đệm đầu tầng dao động - Dùng linh kiện có sai số nhỏ - Dùng phần tử ổn định nhiệt Dùng biện pháp nhằm giảm tốc độ thay đổi góc pha theo tham số mạch, nghĩa cách chọn mạch dao động thích hợp Thực biện pháp làm tăng tốc độ thay đổi góc pha theo tần số, tức xung quanh tần số dao động cách sử dụng phần tử có phẩm chất cao, ví dụ thạch anh 11 Chương 2: Thiết kế mạch dao động,tính tốn, mơ mạch dao động Mạch Dao động Harley gọi ‘Mạch dao động điểm Điện cảm’ điểm hồi tiếp Tín hiệu để tạo dao động trích điểm cuộn L1 hình thành nên Cuộn hồi tiếp L1 có điểm Trên thực tế ‘Mạch dao động điểm Điện cảm’ hay sử dụng đơn giản tin cậy kiểu dao động biến áp HÌnh 2:Giản đồ Nguyên lý mạch dao động Harley – hartley oscillator Dạng dao động Harley Các thành phần mạch Z1 Z2 Z3 L L C Khuếch đại đảo C L L Follower Bảng 1:Xét dao động điểm điện cảm mắc E chung 12 2.1: Tính tốn số liệu cụ thể sau: Ta thấy : X1 = XCE = ωL1>0 X2 = = ωL2 >0 X3 = = -