D. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ: (tớnh theo thang điểm 10)
4. Mạch dao động thạch anh
4.1. Giới thiệu mạch dao động dựng thạch anh
Khi yờu cầu mạch tạo dao động cú tần số ổn định cao mà dựng cỏc biện phỏp bỡnh thường như ổn định nguồn cung cấp, ổn định tải... vẫn khụng đảm bảo được độ ổn định tần số thỡ dựng mạch thạch anh để ổn định tần số.
Vỡ thạch anh cú tớnh chất đỏng quý là độ bền cơ học cao, ớt chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm và cỏc tỏc dụng hoỏ học nờn thạch anh được sử dụng nhiều trong cỏc mạch dao động.
Đặc tớnh của thạch anh
Tinh thể thạch anh là loại đỏ (trong mờ) cú cấu tạo sỏu mặt và cú hai thỏp ở hai đầu.
Hỡnh 5.25. Hỡnh dỏng của thạch anh
Hỡnh 5.26. Ký hiệu quy ước và sơ đồ tương đương của thạch anh
Người ta cắt tinh thể thạch anh theo một phương vị gốc xỏc định theo dạng trũn, dạng vuụng dài hay dạng thanh… Diện tớch của lỏt thạnh anh khoảng vài cm2
và bề dày rất mỏng khoảng vài mm. Hai mặt lỏt thạch anh được mài phẳng, mạ lờn lớp kim loại thường là loại bạc và nối ra cỏc điện cực. Cuối cựng lỏt thạch anh được bỏ trong hộp cú chứa bột cỏch điện và được nối ra hai chõn. Tinh thể thạch anh cú ký hiệu như hỡnh vẽ.
Tinh thể thạch anh cú đặc tớnh là khi bị kớch thớch bởi một lực ộp cơ học thỡ thạch anh sẽ phỏt ra điện trường, giữa hai bản cực sẽ xuất hiện một điện ỏp gọi là hiệu ứng ỏp điện. Ngược lại khi kớch thớch tinh thể thạch anh bằng nguồn điện AC, tinh thể thạch anh sẽ rung ở tần số khụng đổi và hiện tượng rung này gõy ra hiệu ứng ỏp điện, thạch anh lại phỏt ra điện trường và cho tớn hiệu xoay chiều cú tần số khụng đổi.
Tinh thể thạch anh cú mạch tương đương và đặc tớnh trở khỏng như hỡnh sau: Cỏc thụng số của tinh thể thạch anh cú trị số tuỳ thuộc mặt cắt thường trong khoảng:
Rs= vài chục tới vài k
Ls=vài chục mH tới vài ngàn mH Cs= nhỏ hơn 1 pF
CP= vài pF tới vài chục pF
Tinh thể thạch anh cộng hưởng ở hai tần số khỏc nhau. - Cộng hưởng nối tiếp ở tần số fs do Ls và Cs theo cụng thức:
- Cộng hưởng song song ở tần số fP do Ls và Cs (Cs song song CP) theo cụng thức:
Do CP >> CS nờn
Như vậy fs và fP cú trị số gần bằng nhau.
Thach anh cũn cú : XLs>>Rs và XCs>>R nờn dao động thạch anh cú hệ số phẩm chất Q rất lớn. Điều này cú nghĩa là tinh thể thạch anh trong mạch dao động cú độ ổn định tần số rất lớn.
Cỏc thụng số của tinh thể thạch anh rất ớt thay đổi theo nhiệt độ và thời gian nờn thường được dựng trong cỏc mạch dao động cần độ ổn định tần số cao.
Bộ dao động thạch anh cú thể cho mạch dao động ở tần số fs, lỳc đú trở khỏng cộng hưởng Z0 . Ngược lại cũng cú thể cho mạch dao động ở tần số fP, lỳc đú trở khỏng cộng hưởng Z. Như vậy, dao động thạch anh được chia ra hai loại là dao động nối tiếp và dao động song song.
– Tần số cộng hưởng của thạch anh: Thạch anh cú hai tần số cộng hưởng, tần số cộng hưởng nối tiếp nhỏnh L, C và tần số song song (nhỏnh CM với điện cảm tương đương của nhỏnh nối tiếp).
Thạch anh cú kớch thước càng nhỏ thỡ L, C, R càng nhỏ; nghĩa là tần số cộng hưởng riờng của nú càng cao. Chớnh vỡ tớnh chất của thạch anh, nờn nú được sử dụng như một khung dao động LC cú độ chớnh xỏc cao.
Để thay đổi tần số cộng hưởng riờng của thạch anh người ta mắc nối tiếp nú với một tụ bỏn chỉnh (trimơ) như hỡnh 10.3.
Hỡnh 5.27. Một biện phỏp để điều chỉnh (vi chỉnh) tần số cộng hưởng riờng của thạch anh
Hỡnh 5.28. Mạch ứng dụng
X1 : là thạch anh tạo dao động , tần số dao động được ghi trờn thõn của thach anh, khi thạch anh được cấp điện thỡ nú tự dao động ra súng hỡnh sin. Thạch anh thường cú tần số dao động từ vài trăm KHz đến vài chục MHz.
Transistor Q1 khuyếch đại tớn hiệu dao động từ thạch anh và cuối cựng tớn hiệu được lấy ra ở chõn C.
R1 vừa là điện trở cấp nguồn cho thạch anh vừa định thiờn cho transistor Q1
R2 là trở ghỏnh tạo ra sụt ỏp để lấy ra tớn hiệu
Mạch dao động dựng thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp Sơ đồ mạch điện
Hỡnh 5.29. Bộ tạo dao động thạch anh điều khiển bằng hồi tiếp nối tiếp a) Sử dụng BJT; b) Sử dụng FET
Tỏc dụng linh kiện
Để kớch thớch phần tử thạch anh hoạt động trong mạch cộng hưởng nối tiếp, người ta mắc nối tiếp thạch anh với phần tử hồi tiếp.
Điện trở R1, R2 là mạch phõn ỏp cho cực B của tranzito; Tụ C: Dẫn hồi tiếp trở về đầu vào;
RE CE: Bộ ổn định chế độ làm việc cho T.
Cuộn chặn (RFC) cấp điện ỏp một chiều, ngăn khụng cho tớn hiệu xoay chiều trờn đường cụng suất ảnh hưởng tới tớn hiệu ra.
Nguyờn lý hoạt động
Tại tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh trở khỏng của nú là nhỏ nhất và hồi tiếp dương là lớn nhất. Trở khỏng tụ CC tại tần số dao động là khụng đỏng kể nhưng nú ngăn khụng cho dũng một chiều đi từ cực colectơ đến cực bazơ. Kết quả là tần số cộng hưởng của mạch dao động đó được xỏc định bằng tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh. Thay đổi điện ỏp cung cấp, thụng số của
tranzito thay đổi cũng khụng ảnh hưởng đến tần số dao động, tần số dao động được giữ ổn định nhờ thạch anh.
Cú thể sử dụng tranzito trường (FET) thay thế cho tranzito lưỡng cực (BJT) trong mạch dao động sử dụng thạch anh mắc nối tiếp như hỡnh 10.4b.
Mạch dao động dựng thạch anh với tần số cộng hưởng song song Sơ đồ mạch điện
Sơ đồ bộ tạo dao động dựng thạch anh điều khiển bằng hồi tiếp song song
R1 R 2 Thạch anh (XTAL) + UCC Lối ra CC RFC RE CE RG CC RFC Lối ra + UCC RFC RS CS Thạch anh (XTAL) a) b)
Hỡnh 5.30. Bộ tạo dao động dựng thạch anh điều khiển bằng hồi tiếp song song
Phõn tớch mạch điện
Khi thạch anh cộng hưởng song song thỡ trở khỏng của mạch đạt giỏ trị lớn nhất. Tại tần số hoạt động của mạch cộng hưởng song song, phần tử thạch anh được coi như là một phần tử điện khỏng lớn nhất.
Hỡnh 10.5 được mắc gần giống như mạch Colpits. Điện ỏp phõn cực một chiều lớn nhất được tăng lờn khi đi qua phần tử thạch anh tại tần số cộng hưởng song song của nú. Điện ỏp được ghộp tới emitơ bằng điện ỏp ở bộ chia điện dung C1 và C2. Bộ tạo dao động Miller dựng phần tử thạch anh như hỡnh 10.6.
Khung cộng hưởng LC được điều chỉnh gần tần số cộng hưởng song song của thạch anh.
Hỡnh 5.31. Mạch dao động Miller dựng thạch anh
Ra RFC C1 R2 CB RE C2 R1 Thạch anh (XTAL) XTAL RFC RG RS CS C L Ra + UDD Thạch anh (XTAL)
IV.2. Mạch dao động dựng thạch anh với mạch khuếch đại thuật toỏn
Bộ tạo dao động thạch anh dựng OA mắc nối tiếp
Sơ đồ mạch dao động thạch anh sử dụng mạch khuếch đại thuật toỏn mắc nối tiếp được chỉ dẫn trờn hỡnh 10.7.
Hỡnh 5.32. Mạch dao động thạch anh sử dụng mạch khuếch đại thuật toỏn mắc nối tiếp
Bộ tạo dao động thạch anh dựng OA như hỡnh 10.8. Phần tử thạch anh được mắc nối tiếp trờn đường hồi tiếp.
Mạch này cú hệ số khuếch đại lớn, dao động ra cú dạng hỡnh vuụng nhờ sử dụng một cặp điốt zener để biờn độ điện ỏp luụn bằng điện ỏp của điốt (Uz) cộng với điện ỏp 0,7V: (Uz + 0,7V). Ra (XTAL) Ri Rf +VCC –VEE UZ 100 k 100 k 1 k Thạch anh
Hỡnh 5.33. Mạch dao động thạch anh dựng OA
Bộ tạo dao động thạch anh dựng OA mắc song song
Hỡnh 10.9 là một dạng của mạch dao động colpit sử dụng thạch anh mắc song song với tụ C1, C2 tạo dao động ở đầu ra (Ur).
Hỡnh 5.34. Mạch dao động thạch anh sử dụng mạch khuếch đại thuật toỏn mắc song song
B- THỰC HÀNH:
Lắp mạch dao động thạch anh
I. Tổ chức thực hiện
Lý thuyết dạy tập chung
Thực hành theo nhúm (3 sinh viờn/nhúm)
II. Lập bảng vật tư thiết bị
TT Thiết bị - Vật tư Thụng số kỹ thuật Số lượng
2 Đồng hồ vạn năng V-A-OM 1cỏi/nhúm 3 Bo mạch thớ nghiệm Bo 2112 1mạch/nhúm 4 Bo mạch thớ nghiệm Bo 2113 1mạch/nhúm 5 Dõy nối Dõy đơn 0,05mm X
25cm nhiều màu 20m/nhúm 6 Nguồn điện Điện ỏp vào 220ACV/2A Điện ỏp ra 0 -:- 30DCV 1bộ/nhúm
III. Quy trỡnh thực hiện
TT Cỏc bước
cụng việc Phương phỏp thao tỏc
Dụng cụ thiết
bị,vật tư Yờu cầu kỹ thuật
1 Chuẩn bị
Kiểm tra dụng cụ Kiểm tra mỏy phỏt xung
Kiểm tra mỏy hiện súng Bo mạch thớ nghiệm Bộ dụng cụ Mỏy phỏt xung Mỏy hiện súng Bo mạch Sử dụng để đo cỏc dạng xung, Khi đo xỏc định được chu kỳ, dạng xung, tần số… 2 Kết nối
mạch điện Dựng dõy dẫn kết nối
Dõy kết nối Bo mạch
Đỳng sơ đồ nguyờn lý
3 Cấp nguồn Nối dõy đỏ với dương
Dõy đen với õm
Bộ nguồn Bo mạch
12VDC
Đỳng cực tớnh 4 Đo kiểm tra Kết nối mạch với
đồng hồ vạn năng Đồng hồ vạn năng Đỳng điện ỏp 5 Bỏo cỏothực hành
Viết trờn giấy Bỳt, giấy
Vẽ sơ đồ nguyờn lý Vẽ sơ đồ lắp rỏp Trỡnh bầy nguyờn lý hoạt động Ghi cỏc thụng số đo được
IV. Kiểm tra, đỏnh giỏ (Thang điểm 10)
TT Tiờu chớ Nội dung Thang điểm
1 Kiến thức Vẽ được sơ đồ, trỡnh bày nguyờn lý làm việc, đặc điểm của dao động dựng thạch anh
Trỡnh bày được nguyờn lý làm việc của mạch dao động thạch anh dựng tranzito.
Trỡnh bày được nguyờn lý làm việc của mạch dao động thạch anh dựng vi mạch thuật toỏn
4
2 Kỹ năng Lắp được mạch điện đỳng yờu cầu kỹ thuật
Đo được cỏc thụng số cần thiết
4 3 Thỏi độ -An toàn lao động
-Vệ sinh cụng nghiệp 2
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Vẽ sơ đồ mạch điện tương đương của thạch anh, ký hiệu của thạch anh.
2. Vẽ sơ đồ, trỡnh bày nguyờn lý làm việc, đặc điểm của dao động dựng thạch anh?
3. Vẽ sơ đồ, trỡnh bày nguyờn lý làm việc của mạch dao động thạch anh dựng tranzito.
4. Vẽ sơ đồ, trỡnh bày nguyờn lý làm việc của mạch dao động thạch anh dựng vi mạch thuật toỏn
PHƯƠNG PHÁP KẾT NỐI
- Lắp mạch bờn trỏi
- Kết nối điểm + và điểm G của mạch với điểm + và G của nguồn
- Cấp nguồn và chạy thử mạch ở trạng thỏi ban đầu, dựng đồng hồ vạn năng và mỏy hiện súng đo, kiểm tra tớn hiệu ra tại điểm OUTPUT
- Tắt nguồn, kết nối điểm 4 với điểm 8 sau đú bật nguồn, dựng đồng hồ vạn năng và mỏy hiện súng đo, kiểm tra tớn hiệu ra tại điểm OUTPUT
- Tắt nguồn, kết nối điểm 1 với điểm 3, điểm 2 với điểm 8 sau đú bật nguồn, dựng đồng hồ vạn năng và mỏy hiện súng đo, kiểm tra tớn hiệu ra tại điểm OUTPUT
- Tắt nguồn, kết nối điểm 3 với điểm 6, điểm 7 với điểm 8 sau đú bật nguồn, dựng đồng hồ vạn năng và mỏy hiện súng đo, kiểm tra tớn hiệu ra tại điểm OUTPUT
- Tắt nguồn, kết nối điểm 1 với điểm 3, điểm 2 với điểm 4,8 sau đú bật nguồn, dựng đồng hồ vạn năng và mỏy hiện súng đo, kiểm tra tớn hiệu ra tại điểm OUTPUT
- Tắt nguồn, kết nối điểm 6 với điểm 3, điểm 4 với điểm 7,8 sau đú bật nguồn, dựng đồng hồ vạn năng và mỏy hiện súng đo, kiểm tra tớn hiệu ra tại điểm OUTPUT
- Lần lượt thay đổi ( mắc thờm và thỏo ra cỏc linh kiện để quan sỏt sự thay đổi tạo đầu ra OUTPUT)
- Từ sự thay đổi tại tớn hiệu ra khi thay đổi cỏc linh kiện rỳt ra nhận xột, kết luận về sự hoạt động của mạch
Bài 6: MẠCH ỔN ÁP Giới thiệu
Nhiệm vụcủa mạch ổn định điện ỏp là giữcho điện ỏp đầu ra ổn định khi điện ỏp đàu vào thay đổi hay tải thay đổi. Để đỏnh giỏ độ ổn định của mạch ổn ỏp người ta đưa ra hệsố ổn định Ku
Mục tiờu
- Phõn tớch được nguyờn lý hoạt động, phạm vi ứng dụng của cỏc mạch ổn ỏp cấp nguồn.
- Đo đạc, kiểm tra, sửa chữa một số mạch ổn ỏp theo yờu cầu kỹ thuật. - Thiết kế, lắp rỏp một số mạch ổn ỏp theo yờu cầu kỹ thuật.
- Thay thế một số mạch ổn ỏp hư hỏng theo số liệu cho trước. - Rốn luyện tớnh tỷ mỉ, chớnh xỏc, an toàn và vệ sinh cụng nghiệp
A- Lí THUYẾT 1. Khỏi niệm:
1.1 Khỏi niệm ổn ỏp
Hệ số ổn định điện ỏp Ku núi lờn tỏc dụng của bộ ổn định đó làm giảm độ khụng ổn định điện ỏp ra trờn tải đi bao nhiờu lần so với đầu vào.
Độkhụng ổn định điện ỏp đầu ra
- Dải ổn định Du, Di núi nờn độrộng của khoảng làm việc của bộ ổn ỏp, ổn dũng. - Hiệu suất: khi làm việc cỏc bộ ổn định cũng tiờu hao năng lượng điện trờn chỳng, do đú hiệu suất của bộ ổn định
Pr: cụng suất cú ớch trờn tải của bộ ổn định PV : cụng suất mà bộ ổn định yờu cầu từ đầu vào Pth : cụng suất tổn hao trờn bộ ổn định
1.2 Thụng số kỹ thuật của mạch ổn ỏp
Dải điện ỏp ngừ vào:
Dũng điện vào:
Tần số:
Điện ỏp cung cấp ngừ ra :
Dũng điện DC:
1.3. Phõn loại mạch ổn ỏp
Tuỳ theo nhu cầu về điện ỏp, dũng điện tiờu thụ, độ ổn định mà trong kỹ thuật người ta phõn chia mạch ổn ỏp thành hai nhúm gồm ổn ỏp xoay chiều và ổn ỏp một chiờu.
Ổn ỏp xoay chiều dựng để ổn ỏp nguồn điện từ lưới điện trước khi đưa vào mạng cục bộ hay thiết bị điện. Ngày nay với tốc độ phỏt triển của kỹ thuật người ta cú cỏc loại ổn ỏp như: ổn ỏp bự từ, ổn ỏp dựng mạch điện tử, ổn ỏp dựng linh kiện điện tử....
Ổn ỏp một chiều dựng để ổn định điện ỏp cung cấp bờn trong thiết bị, mạch điện của thiết bị theo từng khu vực, từng mạch điện tuỳ theo yờu cầu ổn định của mạch điện. Người ta cú thể chia mạch ổn ỏp một chiều thành hai nhúm lớn là ổn ỏp tuyến tớnh và ổn ỏp khụng tuyến tớnh (cũn gọi là ổn ỏp xung). việc thiết kế mạch điện cũng đa dạng phức tạp, từ ổn ỏp dựng Điot zờne, ổn ỏp dựng tranzito, ổn ỏp dựng IC...Trong đú mạch ổn ỏp dựng tranzito rất thụng dụng trong việc cấp điện ỏp thấp, dũng tiờu thụ nhỏ cho cỏc thiết bị và mạch điện cú cụng suất tiờu thụ thấp.
2. Mạch ổn ỏp tham số
Mục tiờu
+ Biết được nguyờn lý mạch ổn ỏp dung diode zener và mạch ổn ỏp dung transistor
+ Lắp được mạch ổn ỏp cơ bản
2.1. Mạch ổn ỏp tham số dựng diode zenera. Mạch ổn ỏp dựng zener a. Mạch ổn ỏp dựng zener
Hỡnh 6.1: Mạch ổn ỏp dựng diode zener
Mạch ổn ỏp tạo ỏp 33V cố định cung cấp cho mạch dũ kờnh trong Ti vi mầu Từ nguồn 110V khụng cố định thụng qua điện trở hạn dũng R1 và gim trờn Dz 33V để lấy ra một điện ỏp cố định cung cấp cho mạch dũ kờnh
Khi thiết kế một mạch ổn ỏp như trờn ta cần tớnh toỏn điện trở hạn dũng sao cho dũng điện ngược cực đại qua Dz phải nhỏ hơn dũng mà Dz chịu được, dũng cực đại qua Dz là khi dũng qua R2 = 0
Như sơ đồ trờn thỡ dũng cực đại qua Dz bằng sụt ỏp trờn R1 chia cho giỏ trị