– Mạch dao động Hartley là mạch dao động ba điểm điện cảm - khung dao động có hai điện cảm, một tụ điện. Z
1 = L 1; Z 2 = L 2; Z 3 = C 1và 1 2 2 1 N N V V – Hai cuộn cảm L 1 và L
2 mắc nối tiếp nên điện cảm của toàn mạch là L = L 1 + L
2 + 2M với M là hổ cảm.
CHƢƠNG 4: MẠCH ĐIỆN KHÁNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 37
– Từ điều kiện: Z 1 + Z 2 + Z 3 = 0 tại tần số cộng hƣởng với Z 1+Z 2=Z l=jω 0L Và 1 0 1 2 0 1 0 3 2 1 1 1 LC f LC C j Z
– Với L là điện cảm của cả cuộn dây và
2 1 2 1 L L Z Z AvOC – Ta cũng có thể dùng mạch cực thu chung nhƣ hình 4.2 MẠCH ĐIỆN DUNG 4.2.1 MẠCH DAO ĐỘNG COLPITTS: – Ta xem mạch dùng JFET
CHƢƠNG 4: MẠCH ĐIỆN KHÁNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 38
– So sánh với mạch tổng quát: Z 1= C 1; Z 2 = C 2; Z 3 = L 1; C 3: tụ liên lạc ngỏ vào làm cách ly điện thế phân cực. – L
2: cuộn chận cao tần (Radio-frequency choke) có nội trở không đáng kể nhƣng có cảm kháng rất lớn ở tần số dao động, dùng cách ly tín hiệu dao động với nguồn cấp điện.
– Tại tần số cộng hƣởng: Z1 + Z 2 + Z
3 = 0
Nếu gọi:
Điều kiện độ lợi:
– Kết quả trên cho thấy mạch khuếch đại phải là mạch đảo và độ lợi vòng hở phải có trị tuyệt đối lớn hơn C
2 /C 1. A
v(oc) là độ lợi không tải: A
v(oc) = -g m(r d //X L2) – Do X L2 rất lớn tạitầnsố cộng hƣởng, nên: A v(oc) ≈ -g mr d – Một mạch dùng BJT
CHƢƠNG 4: MẠCH ĐIỆN KHÁNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 39
4.2.2 DAO ĐỘNG CLAPP (CLAPP OSCILLATOR):
– Dao động clapp thật ra là một dạng thay đổi của mạch dao động colpitts. Cuộn cảm trong mạch dao động colpitts đổi thành mạch LC nối tiếp. Tại tần số cộng hƣởng, tổngtrở của mạch này có tính cảm kháng.
– Tại tầnsố cộng hƣởng: Z1 + Z 2 + Z
3 = 0
– Ðể ý là do mạch L1C3 phải có tính cảm kháng ở tần số dao động nên C3 phải có trị số nhỏ, thƣờng là nhỏ nhất trong C1, C2, C3 và f0 gần nhƣ chỉ tùy thuộc vào L1C3 mắc nối tiếp. Ngƣời ta cũng có thể dùng mạch clapp cải tiến.
– Tần số dao động cũng đƣợc tính bằng công thức trên nhƣng chú ý do dùng mạch cực thu chung (A
CHƢƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 40
CHƯƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG
GIỚI THIỆU CHUNG
– Khái niệm về mạch tạo dao động sin. Yêu cầu của mạch tạo dao động sin là tạo ra tín hiệu có biên độ, tần số ổn định caọ
– Khái niệm về tín hiệu xung: tín hiệu xung là tín hiệu rời rạc theo thời gian. Các tham số của tín hiệu xung: biên độ xung, độ rộng xung, sƣờn xung. độ sụt đỉnh xung, chu kỳ xung, tần số lặp lại, hệ số lấp đầỵ
– Điều kiện dao động của mạch tạo dao động hình sin: mạch tạo dao động sin có hai phần cơ bản: phần mạch khuếch đại và phần mạch hồi tiếp. Mạch hồi tiếp thực hiện hồi tiếp dƣơng.
– Mạch tạo dao động sin ba điểm. Loại mạch này khung dao động có ba phần tử điện kháng. Mạch khuếch đại cũng có thể là transitor hoặc BKĐTT. Có mạch tạo dao động ba điểm điện dung (khung dao động có hai tụ điện, một điện cảm), mạch dao động ba điểm điện cảm (khung dao động có hai điện cảm, một tụ điện).
– Chế độ làm việc của transistor ở chế độ xung. Transitor trong mạch xung làm việc ở hai chế độ cơ bản là chế độ tắt và chế độ bão hoà tuỳ thuộc vào điện áp đặt vào cực điều khiển ở đầu vàọ Khi UBE 0 transitor tắt, dòng cực góp IC = 0 điện áp UC đạt cực đại bằng EC, khi UBE > 0 đủ để IB Ibh thì transitor bão hoà, dòng cực góp đạt cực đại IC = IC max, UC = 0.
– BKĐTT làm việc trong mạch xung: BKĐTT làm việc ở chế độ so sánh, đầu ra ở một trong hai trạng thái bão hoà dƣơng, Ur = +Ur max hoặc bão hoà âm Ur = - Ur max tuỳ thuộc điện áp đầu vào điều khiển.
– Mạch dao độngđa hài là các mạch tạo xung vuông, mạch có hai trang tháị Có ba loại mạch dao động đa hài là:
Dao động đa hài lƣỡng ổn (Bistable Multivibrator): mạch có hai trạng thái và hai trạng thái đều ổn định.
Dao động đa hài đơn ổn (Monostable Multivibraor): mạch có hai trạng thái,
trong đó một trạng thái ổn định và một trạng thái không ổn định gọi là trạng thái tạo xung. Dao động đa hài phi ổn (Astable Multivibrator):mạch có hai trạng thái và cả hai trạng thái đều không ổn định còn gọi là mạch tự dao động.
– Mạch dao động đa hài dùng BJT dựa vào sự nạp điện và sự xả điện của tụ điện kết hợp với đặc tính chuyển mạch của Transistor.
CHƢƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 41
NỘI DUNG
5.1 KHÁI NIỆM CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦATÍN HIỆU XUNG.
5.1.1 KHÁI NIỆM TÍN HIỆU XUNG
– Là tín hiệu rời rạc theo thời gian.
– Là thời gian tồn tại xung rất ngắn hay sự biến thiên biên độ từ thấp lên cao hay từ cao xuống thấp xảy ra rất nhanh.
– Hình dạng của tín hiệu xung: vuông, tam giác, răng cƣa, nhọn, hình thang…
5.1.2 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU XUNG.
ạ Xung đơn:
– Khái niệmxung đơn là xung mà chỉ có một xung riêng biệt.
Trong đó: Vm: Biên độxung. V : Độ sụt áp đỉnh xung. tr: Độ rộng sƣờn trƣớc. tp: Độ rộng đỉnh xung. tf: Độ rộng sƣờn saụ
CHƢƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 42
) ( 1 H T f
– Độ rộng sƣờn trƣớc, độ rộng sƣờn sau là thời gian biên độ xung tăng hay giảm trong khoảng 0,1Vm đến 0,9Vm.
– Độ rộng đỉnh xung là thời gian xung có biên độ nằm trong khoảng từ 0,9 Vm đến Vm ứng với đoạn đỉnh.
– Độ rộng xung thực tế là: ton = tr + tp +tf
– Độ sụt ápđỉnh xung -V là độ giảm biên độ ở phần đỉnh xung.
b. Dãy xung
– Khái niệm: dãy xung là tín hiệu gồm nhiều xung đơn. – Dãy xung có thể tuần hoàn hoặc không tuần hoàn.
Trong đó:
Vm: Biên độ xung.
ton: Độ rộng xung.
toff: Thời gian không có xung.
T : Chu kỳ
– Độ rộng của xung là thời gian ứng với điện áp cao gọi là ton (hay tx).
– Thời gian không có xung ứng với điện áp thấp gọi là toff (hay thời gian nghỉ tng).
– Chu kỳ xung là: T = ton + ton (s) – Xung vuông đối xứng: ton= toff
– Tần số là số xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian, đƣợc tính theo công thức:
– Độ rỗng của xung là tỉ số giữa chu kỳ T và độ rộng xung ton:
on
t T
Q
– Nghịch đảo của độ rộng Q đƣợc gọi là hệ số đầy xung: tTon
– Chu trình làm việc D (Duty Cycle) : .100%
T t D on
5.2 MẠCH TẠO DAO ĐỘNG SIN
5.2.1 KHÁI NIỆM :
– Mạch tạo dao động là mạch khi có nguồn cung cấp nó tự làm việc cho ra tín hiệụ Sơ đồ tổng quát một mạch tạo dao động nhƣ ở hình 3-1.
– Yêu cầu mạch tạo dao động tạo ra tín hiệu có biên độ, tần số ổn định cao, ít chịu ảnh hƣởng của môi trƣờng nhƣ nhiệt độ, độ ẩm.
– Để đạt các yêu cầu đó mạch tạo dao động cần: + Dùng nguồn ổn áp.
Hình 5-3 Dãy xung vuông tuần
CHƢƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 43
+ Dùng các phần tử có hệ số nhiệt độ nhỏ.
+ Giảm ảnh hƣởng của tải đến mạch tạo dao động nhƣ mắc thêm tầng đệm. + Dùng các linh kiện có sai số nhỏ.
+ Dùng các phần tử ổn nhiệt.
– Đặc biệt khi cần có độ ổn định tần số cao trên 104 ta dùng thạch anh vào mạch tạo dao động. Khi đó f f đạt đƣợc 10 6 8 10 .
5.2.2 ĐIỀU KIỆN DAO ĐỘNG VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA MẠCH TẠO DAO ĐỘNG
– Để xét nguyên lý làm việc của mạch tạo dao động ta dùng sơ đồ khối hình 3-2. Nó gồm hai khối; khối khuếch đại có hệ số khếch đại K K .exp jk và khối hồi tiếp có hệ số hồi tiếp .exp j.
– Nếu đặt vào đầu vào tín hiệu UVvà giả thiết K.1 thì Uht UV. với
V ht K. .U
U . Vậy tín hiệu vào của mạch khuếch đại và tín hiệu hồi tiếp Uht bằng nhau cả về biên độ và pha nên nối a với a, thì tín hiệu vẫn khụng thay đổị Lúc đó ta có sơ đồ khối của mạch tạo dao động làm việc theo nguyên tắc hồi tiếp.
– Nhƣ vậy trong sơ đồ này mạch chỉ dao động ở tần số mà nó thoả món: K.1 (5-1)
– Với K và là những số phứcnên viết lại:
K. K. .exp ( j k ) 1 . (5-2) Trong đó: K: Mođun hệ số khuếch đạị
: Mođul hệ số hồi tiếp.
k: Góc dịch pha của bộ khuếch đạị
k: Góc dịch pha của mạch hồi tiếp.
– Có thể tách 3-2 thành hai biểu thức viết theo mođun và biểu thức viết theo pha: K. = 1 (5-3) = k + = 2.n. (5-4)
là tổng góc dịch pha của bộ khuếch đại và mạch hồi tiếp, biểu thị sự dịch pha giữa Uhtvà tín hiệu vào ban đầu UV.
Mạch tạo
dao động u
ra
Hình 5-4: Sơ đồ tổng quát của
một mạch tạo dao động K u V ' u ra
Hình 5-5: Sơ đồ khối đầy đủ của
CHƢƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 44
– Quan hệ (5-3) đƣợc gọi là điều kiện cân bằng biên độ. Nó cho thấy mạch chỉ có thể dao động khi hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có thể bù đƣợc tổn hao do mạch hồi tiếp gây rạ Cũn điều kiện cân bằng pha (5-4) cho thấy dao động chỉ có thể phát sinh khi tín hiệu hồi tiếp về đồng pha với tín hiệu ban đầu tức là hồi tiếp dƣơng.
– Thực tế để có dao động khi mới đóng nguồn K. phải lín hơn 1 làm chobiên độ dao động tăng dần. Do tính phi tuyến của phần tử khuếch đại điểm làm việc đi vào vùng có S giảm làm K giảm đến lúc K.1 mạch làm việc ở chế độ xác lập. Vậy điều kiện dao động của mạch là: K.1.
5.3 MẠCH SO SÁNH
5.4.1 ÐIỆN THẾ NGÕ RA BẢO HÕA:
– Ta xem mạch hình
– Trong đó A là độ lợi vòng hở của op-amp. Vì A rất lớn nên theo công thức trên v0 rất lớn.
– Khi Ed nhỏ, v0 đƣợc xác định. Khi Ed vƣợt quá một trị số nào đó thì v0 đạt đến trị số bảo hòa và đƣợc gọi là VSat.. Trị số của Ed tùy thuộc vào mỗi op-amp và có trị số vào khoảng vài chục μV.
- Khi E
d âm, mạch đảo pha nên v0=-V Sat - Khi E d dƣơng, tức v 1>v 2 thì v0=+V Sat.
– Ðiện thế ng ra bảo hòa thƣờng nhỏ hơn điện thế nguồn từ 1 volt đến 2 volt. Ðể ý là |+V
Sat| có thể khác |-V Sat|.
– Nhƣ vậy ta thấy điện thế Ed tối đa là:
A V E A V E sat sat
CHƢƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 45
5.4.2 MẠCH SO SÁNH MỨC 0: (TÁCH MỨC ZÉRO)
ạ So sánh mức zéro không đảo
Điện thế ở ng vào (-) đƣợc dùng làm điện thế chuẩn và Eilà điện thế muốn đem so sánh với điện thế chuẩn đƣợc đƣa vào ngõ vào (+)
Khi Ei > Vref = 0 thì V0 = +Vsat Khi Ei < Vref = 0 thì V0 = -Vsat Thí dụ khi Eicó dạng tam giác thì dạng sóng ng ra V0có dạng nhƣ sau:
b. Mạch so sánh mức zéro đảo:
Điện thế chuẩn Vref = 0V đặt ở ng vào (+). Điện thế muốn đem so sánh Eiđƣa vào ngõ vào (-)
Khi Ei > Vref = 0 thì V0 = -Vsat Khi Ei < Vref = 0 thì V0 = +Vsat
c. Mạch so sánh với 2 ngõ vào có điện thế bất kỳ: * So sánh mức dƣơng đảo và không đảo:
– So sánh mức dƣơng không đảo:
Điện thế chuẩn Vref > 0V đặt ở ng vào (-). Điện thế muốn đem so sánh Ei đƣa vào ngõ vào (+)
Khi Ei > Vref = 0 thì V0 = +Vsat Khi Ei < Vref = 0 thì V0 = -Vsat
CHƢƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 46
– So sánh mứcdƣơng đảo:
Điện thế chuẩn Vref > 0V đặt ở ng vào (+). Điện thế muốn đem so sánh Eiđƣa vào ngõ vào (-)
Khi Ei > Vref = 0 thì V0 = -Vsat Khi Ei < Vref = 0 thì V0 = +Vsat
d. So sánh mức âm đảo và không đảo:
Điện thế chuẩn Vref < 0V đặt ở ng vào (-). Điện thế muốn đem so sánh Eiđƣa vào ngõ vào (+)
Khi Ei > Vref = 0 thì V0 = +Vsat Khi Ei < Vref = 0 thì V0 = -Vsat
CHƢƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 47
– So sánh mức âm đảo:
Điện thế chuẩn Vref < 0V đặt ở ng vào (+). Điện thế muốn đem so sánh Eiđƣa vào ngõ vào (-)
Khi Ei > Vref = 0 thì V0 = +Vsat Khi Ei < Vref = 0 thì V0 = -Vsat
ẹ Mạchsó sánh với hồi tiếp dƣơng: Mạch đảo:
Tín hiệu so sánh Eiđƣợc đƣa vào ng vào (-)
Điện thế chuẩn Vref đƣợc lấy từ một phần của điện thế ng ra V0 qua cầu phân thế R1, R2. Các điện trở R1, R2 nhƣ vậy còn đóng vai trò một hồi tiếp dƣơng nên v0 luôn luôn ở trạng thái bảo hòạ Tùy theo mức tín hiệu vào mà v0 giao hoán ở một trong hai trạng thái +VSat và -V
Sat.
– Ta có: ref Vsat Vsat
R R R V R R R V . . . 2 1 2 0 2 1 2 – Trong đó: 2 1 2 R R R
gọi là tỉ số hồi tiếp dƣơng
– Nếu ta tăng Ei từ từ, ta nhận thấy: Khi Ei<V
ref thì v 0=+V Sat Khi E i>V ref thì v 0=-V Sat – Trị số của Ei=V
ref =β.(+VSat) làm cho mạch bắt đầu đổi trạng thái đƣợc gọi là điểm nảy trên (upper trigger point) hay điểm thềm trên (upper threshold point).
VUTP=β.(+VSat) – Bây giờ nếu ta giảm E
i từ từ, chú ý là lúc này V 0= -V Sat và V ref=β(-V Sat), ta thấy khi E i < β (-V Sat) thì v
0 chuyển sang trạng thái +VSat. Trị số của Ei lúc này: E
i= V
ref = β(-V Sat)
CHƢƠNG 5: CÁC MẠCH TẠO XUNG
GIÁO TRÌNH VI MẠCH TƢƠNG TỰ Trang 48
Đƣợc gọi là điểm nảy dƣới hay điểm thềm dƣới (lower trigger point-lower threshold point- V
LTP). Nhƣ vậy chu trình trạng thái của mạch nhƣ hình 7.34. – Ngƣời ta định nghĩa: V H=(Hysteresis)=V UTP-V LTP V H=β{(+V Sat)-(-V Sat)] – Nếu |+VSat| = |-VSat| ⇒ V
H=|2β.V Sat|
f. Mạch không đảo:
Thay đổi Eita nhận thấy: Khi VA < Vref = 0 thì V0 = -Vsat
khi VA bắt đầu lớn hơn 0V, mạch đổi trạng thái và V0 = + Vsat. Trị số Ei khi V0 bắt đầu đổi trạng thái đƣợc gọi là điểm nảy trên VUTP
– Bây giờ nếu ta giảm E i (v 0 đang là +V Sat), khi V A bắt đầu nhỏ hơn V ref=0v thì v 0 đổi trạng thái và bằng -V
Sat. Trị số của Ei lúc này gọi là điểm nảy dƣới VLTP.