Tài liệu Tính toán, thiết kế và lắp ráp thí nghiệm các mạch tạo sóng xung vuông, tam giác, sin pdf

tính toán, thiết kế và lắp ráp market thí nghiệm các mạch tạo sóng xung vuông,tam giác, sin. 1. Tính cấp thiết của đề tài: Máy tạo hàm là một công cụ không thể thiếu để kiểm tra và sữa chữa các thiết bị điện tử cũng nh đợc áp dụng trong phòng thực hành điện tử. Nó là một trong những thiết bị đo. Không có máy tạo sóng, ta hoàn toàn phụ thuộc vào các tín hiệu do các thiết bị cần thử gây ra, và bị hạn chế chỉ ở các tín hiệu không rõ. Có nghĩa là không kiểm tra đợc tần số, biên độ, dạng hoặc độ điều biến của tín hiệu và không có cách gì để đa tín hiệu vào mạch hoặc thiết bị đang thử hoặc sữa chữa. Với máy tạo sóng cho phép chúng ta tạo ra các tín hiệu cần cho việc thực hành các mạch điện tử . Với máy tạo sóng thích hợp, ta có thể sao lại tín hiệu hoặc tạo ra tín hiệu cần để thử, điều chỉnh và sữa chữa các mạch. Chúng ta có thể điều khiển tần số, biên độ, dạng và đặc tính điều chế của tín hiệu thế nào đó để có thể kiểm tra hoạt động của mạch cần thử với các điệu kiện khác nhau của tín hiệu (yếu, mạnh, chuẩn, dị thờng . . .). Hiện nay, tại phòng thực hành của khoa kỹ thuật điện tử 1 đợc trang bị rất nhiều loại máy tạo sóng phục vụ cho công việc học tập và nghiên cứu. Tất cả những loại máy này đều đợc nhập từ nớc ngoài với giá cả khá đắt đỏ. Mặt khác, để tạo điều kiện cho sinh viên gắn việc học tập với nghiên cứu khoa học do đó đề tài đã chính thức đợc đề ra với mục tiêu nh sau: + Giúp sinh viên làm quen với nghiên cứu khoa học, + Tìm hiểu khả năng chế tạo thiết bị đo lờng điện tử. 2. Nội dung khoa học của đề tài: 2.1.Sơ đồ khối: Máy tạo hàm về cơ bản tạo ra các dạng xung vuông, tam giác, sin. Đôi khi dạng sóng răng c- a, các dạng điều chế tín hiệu nh AM, FM cũng đợc tạo ra. Tần số và biên độ ra có thể thay đổi đ- ợc và có thể có mạch điều chỉnh dịch chuyển DC v.v . Ta có sơ đồ khối tổng quát của máy tạo hàm: (Hình vẽ 1 trang bên) Hình 1.Sơ đồ khối máy tạo sóng chức năng Khối tạo sóng chọn sóng biên độ KHối Khuếch đạI công suất Bộ Suy giảm Bộ phối hợp trở kháng dảI tần tần số LoạI sóng biên độ lệch DC Suy giảm phối hợp trở kháng Ra - Khối chính của máy tạo hàm là Khối tạo sóng. Tại đây 3 dạng sóng chính đợc tạo ra là xung vuông, tam giác và sin. Đây là mạch tổng hợp tạo ra ba dạng tín hiệu trên - Khối thứ 2 là khối chọn loại sóng ở đầu ra từ bộ dao động trên. - Khối thứ 3 là khối để điều chỉnh biên độ ra của xung, đơn giản đây chỉ là bộ phân áp có thể điều chỉnh đợc tỷ số phân áp. - Khối thứ 4 là khối khuếch đại công suất. Để đáp ứng đầu ra công suất thì tín hiệu sau khi đợc tạo ra phải qua bộ khuếch đại công suất. Đồng thời ở đây ta có thể điều chỉnh mức DC. - Khối thứ 5 là khối suy giảm. Với khối này tín hiệu ra có thể đợc suy giảm một phần để phù hợp với tải. - Khối thứ 6 là khối phối hợp trở kháng. Dùng để chọn trở kháng ra phù hợp với tải nhằm để cho công suất trên tải là lớn nhất. 2.2. Khối tạo sóng: Trong kỹ thuật mạch điện tử có nhiều kĩ thuật để tạo ra 3 loại sóng trên. Do vậy có rất nhiều phơng pháp thiết kế nên khối tạo sóng. Nhng tóm lại ta có thể phân ra 2 loại cơ bản sau: - Tạo ra các sóng riêng lẻ . Với phơng pháp này tơng tự nh tổng hợp các máy tạo sóng đơn chức năng lại với nhau. Do vậy nó không có u điểm nổi bật. Để khắc phục phơng pháp này thì ngời ta chuyển sang phơng pháp 2. - Các sóng tạo ra trên cùng một mạch. Phơng pháp này dựa trên mối quan hệ giữa các sóng thông qua các mạch điện. Phơng pháp này có 2 mô hình sau: - Mô hình 1(Mô hình tuần tự): Sóng 1 Sóng 2 Sóng 3; ở mô hình này: Đầu tiên một khối sẽ tạo ra sóng 1, sau đó qua mạch thích hợp cho ra sóng 2 và từ sóng 2 qua mạch thích hợp cho ra sóng 3. Mô hình này rất ít khi đợc sử dụng. - Mô hình 2(Mô hình có hồi tiếp): Đây là mô hình điển hình và phổ biến của tất cả các máy tạo hàm. Ta có sơ đồ khối: - Khối I: Là bộ tích phân biến đổi xung vuông thành xung tam giác. I S F - Khối S: Là bộ so(hay Triger smith) biến đổi xung tam giác thành xung vuông. - Khối F: Là bộ biến đổi xung tam giác thành sin 2.3. Nguyên lý hoạt động : (xét mô hình 2) Giả sử điện áp bão hoà của bộ so là :V max . Các điện áp ngỡng hoặc chuyển tiếp đối với bộ so là: V T . Gọi hệ số thời gian của bộ tích phân là T tp . Giả sử tại t = 0 đầu ra của bộ so V 1 chuyển tiếp âm tới mức -V max . Điều này có nghĩa là tín hiệu ra V 2 của bộ tích phân, vốn cũng là tín hiệu vào bộ so, đúng đạt tới mức -V T . Nh vậy là hợp lý khi giả thiết:V 2 (0 + ) = -V T . Có thể biểu thị tín hiệu ra V 2 (t) của bộ tích phân sau sự chuyển nh sau: V 2 (t) = - T tp -1 V 1 (t)dt+V 2 (0 + ); Vì V 1 (t) =-V max ; V 2 (0 + ) =-V T vào : Suy ra : V 2 (t)= Ttp -1 .V max .t-V T ; Từ phơng trình này ta thấy rằng V 2 (t) tăng tuyến tính từ mức -V T đến +V T . Khi V 2 (t) tăng đến mức +V T thì tại bộ so sẽ chuyển tiếp dơng sang +V max . Và quá trình đó ngợc lại khi bộ so chuyển từ +V max đến -V max . Chu kì đợc lặp lại nh thế. Nh vậy thông qua sự hồi tiếp giữa hai bộ trên cho ta xung vuông ở đầu ra bộ so và xung tam giác tuyến tính ở đầu ra bộ tích phân. Xét về chu kì và tần số: Bộ so duy trì ở trạng thái thấp cho tới khi V 2 (t) đạt mức +V T . Cho t 1 là thời gian đạt đợc điều kiện đó. Thế: V 2 (t)=V T và t=t 1 vào trên giải ra ta có: t 1 = 2T ph V T (V max ) -1 . Khi đó chu kỳ của xung ra là : T=2t 1 =4T ph V T (V max ) -1 ; Tần số tơng ứng: f=T -1 =V max (4T ph V T ) -1 ; Nh vậy tần số đợc thay đổi thông qua thay đổi giá trị T ph . Phơng pháp đợc sử dụng rộng rãi để biến đổi sóng tam giác thành một dạng sóng xấp xỉ hình sin đợc vẽ ở hình dới. Phơng pháp này làm giảm độ dốc của sóng tam giác khi biên độ tăng lên. Ra+V3 -V3+V2 -V2+V1 -V1 Vào Ra +V1 -V1 Với 6 hoặc nhiều điot với các mức phân cực khác nhau Sóng ở lối ra có dạng gần sin Sóng ra đã suy giảm Sóng vào tam giác Dạng sóng tam giác có thể đợc tạo hình thành gần giống sóng sin nhờ gánh điot: a)Mạch gánh điot hai mức và các dạng sóng đầu vào và đầu ra; b)Mạch gánh điot sáu mức và tác dụng của nó tới dạng sóng vào. D2D1 D4D6D5D3R1R3R5R7 R4R6R8R2 D1 D2 R2 R3 R4 R1 3. Phơng pháp nghiên cứu của đề tài: Phơng pháp nghiên cứu của đề tài gồm có các bớc sau: 3.1. Nghiên cứu tài liệu: Xác định đúng nội dung cần nghiên cứu để tìm tài liệu. Sau khi nghiên cứu kỹ tài liệu viết đợc bản tóm tắt nội dung. 3.2. Xây dựng phơng án: Từ bản tóm tắt, xây dựng các phơng án có thể có. Dùng các phần mềm về thiết kế mạch điện xây dựng các phơng án trên. Đánh giá chất lợng các phơng án. Chọn ra phơng án khả thi. 3.3. Thiết kế và lắp ráp: Trên cơ sở phơng án đã chọn tiến hành thiết kế và lắp ráp mạch. Đo đạc các thông số đã đặt ra. Sau khi lắp ráp xong market, tiến hành hội thảo khoa để rút ra những yếu kém, nhợc điểm. 3.4. Tiến hành báo cáo cấp khoa: Sau khi hoàn chỉnh lại đề tài, tiến hành báo cáo tại khoa. 4. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn: Nh ở trên đã trình bày, hiện nay việc trang bị các thiết bị đo lờng cho các phòng thí nghiệm điện tử là cấp thiết. Mà các thiết bị này đều đợc nhập ngoại. Đề tài đợc đặt ra muốn nghiên cứu kỹ về khả năng chế tạo thiết bị đo và ứng dụng đề tài vào thực tiễn. Đó là: - Dần thay thế thiết bị ngoại nhập. - Dùng làm thiết bị để dạy học. Tuy đã có rất nhiều cố gắng, nhng do trình độ hạn chế và thời gian gấp rút nên đề tài chỉ mới hình thành ở mức mô hình. Mong rằng đợc sự góp ý chân tình để hoàn thành đề tài tốt hơn ở những lần sau. Vào . tính toán, thiết kế và lắp ráp market thí nghiệm các mạch tạo sóng xung vuông ,tam giác, sin. 1. Tính cấp thiết của đề tài: Máy tạo hàm là một. khả thi. 3.3. Thiết kế và lắp ráp: Trên cơ sở phơng án đã chọn tiến hành thiết kế và lắp ráp mạch. Đo đạc các thông số đã đặt ra. Sau khi lắp ráp xong market,