VI. MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI DÙNG CÁC LINH KIỆN CÓ VÙNG ĐIỆN TRỞ AÂM:
4.ỨNG DỤNG CỦA CÁC LINH KIỆN CÓ VÙNG ĐIỆN TRỞ ÂM ĐỂ TẠO MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI:
a. Đặc tính của vùng điện trở âm:
Từ dạng đặc tính vùng điện trở âm kiểu chữ N như của diode tunnel, ta sẽ xây dựng được các dạng mạch khống chế bằng điện áp và dạng đặc tính vùng điện trở âm kiểu chữ S như của UJT, diode NPNP, SCS thì ta cĩ thể xây dựng các dạng mạch khống chế bằng dịng điện.
Đặc tuyến hình chữ N và hình chữ S như hình 6-47
Chương 6. Mạch đa hài. SPKT – Nguyễn Việt Hùng
Hình 6-47. Đặc tuyến hình chữ N và hình chữ S.
b. Mạch nguyên lý:
Ta khảo sát mạch điện trở âm dùng dịng khống chế như hình 6-48:
Hình 6-48. Mạch điện trở âm dùng dịng khống chế và đặc tuyến.
Điện áp v rơi trên điện trở âm cĩ phương trình điện áp: vVDC iRR (1) Với i là dịng điện chạy qua linh kiện cĩ vùng điện trở âm.
Và iC là dịng điện chạy qua tụ.
Với VDC V1: là một giá trị nguồn điện áp DC cụ thể. Ở chế độ xác lập thì iC 0 nên i iR
Ta có được đường tải DC với độ dốc
R
1
Với VDC V2 hay VDC V3 thì ta cĩ thể xây dựng được các đường tải qua V2 và V3 với cùng 1 độ dốc R 1 . Từ sơ đồ ngun lý hình 6-48 ta cĩ: i dt dv C i i iR C (2)
Chương 6. Mạch đa hài. SPKT – Nguyễn Đình Phú
Kết hợp 2 phương trình (1) và (2) ta được V iR v
dtdv dv
CR DC (3)
Nếu linh kiện (-r) hoạt động tại 1 điểm XE với i iE và v vE thì vE iERVE hay
EE E
E i R v
V
Nguồn DC cấp cho mạch lúc này là VDC VS thì ta viết lại phương trình (3):
ES S X V V dt dv CR E (4)
Từ phương trình (4) ta nhận thấy: Nếu linh kiện cĩ (-r) hoạt động tại XE và điện áp nguồn là V VS thì 0 dt dv nếu VS VE và 0 dt dv nếu VS VE.
Nhận xét: khi áp dụng nguyên lý này vào mạch ta thấy: khi điện áp nguồn cung cấp đột ngột
tăng ví dụ VS V2 thì 0
dtdv dv
vì VS V2 VE V1 và điểm làm việc sẽ di chuyển về bên phải dọc theo chiều tăng của v.
c. Hoạt động ở chế độ đơn ổn:
Xem mạch như hình 6-48, điện áp cung cấp ban đầu cho mạch là V1 với điểm làm việc ổn định là x1. Khi cĩ 1 điện áp hàm bước vào làm điện áp nguồn tăng đến giá trị V2 làm dịch chuyển đường tải qua khỏi điểm tới hạn A nhằm tạo trạng thái ổn định mới tại điểm x2.
Áp dụng phương trình (4) tại A ta thấy tại đây 0
dtdv dv
vậy điểm làm việc cĩ xu hướng tăng
dần (di chuyển về bên phải) để đạt x2.
Nhưng điểm làm việc khơng thể di chuyển theo hướng AB vì khi theo hướng này thì 0
dtdv dv
nên phải chuyển trạng thái đột ngột từ A đến A’.
Áp dụng phương trình (4), tại A’ ta thấy 0
dtdv dv
vậy điểm làm việc di chuyển theo hướng
A’B để đến x2.
Lúc này nếu điện áp nguồn lại trở về V1 thì điểm làm việc sẽ về X1 nhưng khơng theo
hướng BA ( 0
dtdv dv
) mà phải giảm đột ngột theo BB’ về điểm làm việc ổn định x1. Ta cĩ hoạt động của mạch đơn ổn.
Chương 6. Mạch đa hài. SPKT – Nguyễn Việt Hùng
Hình 6-49. Đặc tuyến hoạt động ở chế độ đơn ổn.
d. Hoạt động ở chế độ song ổn:
Trong chế độ này thì điện áp nguồn và đường tải phải được chọn sao cho đường tải cắt đặc tuyến von-ampe tại 3 điểm X, Y, Z như hình 6-50.
Hình 6-50. Hoạt động song ổn.
Nếu ban đầu mạch ổn định ở X, một xung vuơng đặt vào nguồn VS đưa điểm làm việc theo chiều bên phải để đạt điểm làm việc ổn định tại Z, nếu xung đủ lớn để dịch chuyển điểm làm việc qua khỏi A để đạt A’ rồi về Z.
Bây giờ, khi đã ổn định tại Z, nếu ta đưa vào 1 xung âm cĩ độ lớn và độ rộng đủ để Z chuyển về X thơng qua BB’ rồi B’X.
Ta cĩ 2 trạng thái ổn định tương ứng với các giá trị xung kích dương và âm. e. Hoạt động ở chế độ bất ổn:
Trong chế độ này thì điện áp nguồn và đường tải phải được chọn sao cho đường tải cắt đặc tuyến von-ampe tại 1 điểm X như hình 6-51. Cần phân biệt ở trong chế độ này thì điểm làm việc X là khơng ổn định – khác với trường hợp mạch song ổn.
Do đĩ khi cĩ một tín hiệu nhiễu thì điểm làm việc sẽ cĩ khuynh hướng dời xa điểm X.
Chương 6. Mạch đa hài. SPKT – Nguyễn Đình Phú
Hình 6-51. Hoạt động bất ổn.
Khảo sát trường hợp điện áp nguồn VS tăng đến giá trị V1:
Vì V1 V nên 0
dtdv dv
: điểm làm việc cĩ khuynh hướng di chuyển đến điểm B.
Và tương tự nếu V1 V thì điểm làm việc cĩ khuynh hướng di chuyển đến điểm A.
Ngồi ra ta cịn cĩ thể giải thích tính bất ổn của mạch thơng qua như hình 6-52 với phần tử cĩ vùng điện trở âm đang ở vùng (-r) khi V 0, mạch tương đương sẽ cĩ hằng số thời gian
RC với r R R r R ( ) ||
Hình 6-52. Mạch điện trở âm dùng dịng khống chế.
Khi cĩ nhiễu thì điểm cân bằng bị thay đổi, đáp ứng sẽ cĩ dạng RC
t e ||
Khi r R thì R|| 0: đáp ứng giảm theo hàm RC
t e ||
về trạng thái ổn định và ổn định tại đĩ.
Khi r R thì R|| 0: đáp ứng tăng theo hàm RC
t e ||
, điểm làm việc di chuyển ra xa khỏi trạng thái ổn định ban đầu.
Trở lại với hình 6-50 ta thấy Y ổn định vì r R||
Chương 6. Mạch đa hài. SPKT – Nguyễn Việt Hùng
Trong hình 6-51, vị trí ban đầu X cĩ xu hướng di chuyển về A hay B tuỳ thuộc vào chiều của kích thích.
Hệ thống cĩ xu hướng vẽ nên đường BB’AA’ theo chiều mũi tên mà khơng cần kích thích bên ngồi.
f. Mạch đa hài dùng điện áp khống chế và mạch điện trở âm cĩ hình chữ N:
Xem hình 6-53 ta thấy tụ điện mắc song song được thay bằng cuộn dây nối tiếp với phần tử cĩ vùng điện trở âm.
Hình 6-53a. Mạch đa hài dùng điện áp khống chế.
Hình 6-53b. Đặc tuyến.
Việc xét ổn định của điểm làm việc cĩ thể theo 2 hướng: Từ hình 6-52a ta có v iR V dt di L (7)
Nếu điểm làm việc đang tạm thời ở XE(iE,vE) thì iERvE VE
Ta có: S E X V V dt di L E
Từ đĩ ta rút ra: nếu linh kiện đang hoạt động tại XE và điện áp nguồn là VS thì
0
dtdv dv
, VS VE
Chương 6. Mạch đa hài. SPKT – Nguyễn Đình Phú 0 dt dv , VS VE
Theo hướng này ta xét mạch tương đương như hình 6-54 để tìm đáp ứng ra.
Hình 6-54. Mạch tương đương. Từ mạch điện thì đáp ứng ra cĩ dạng hàm mũ L r R t e ) (
Hàm mũ sẽ cĩ giá trị dương – trường hợp bất ổn nếu r R tương ứng với đường tải 1. Hàm mũ sẽ cĩ giá trị âm – trường hợp ổn định nếu r R tương ứng với đường tải 2. Nhận xét:
Sự khác biệt cơ bản của các dạng đa hài dùng đặc tuyến hình chữ S (dùng dịng điện điều khiển) và mạch đa hài dùng đặc tuyến hình chữ N là:
Trong dạng đặc tuyến hình chữ S ta cĩ các bước nhảy là dịng điện AA’BB’ Trong dạng đặc tuyến hình chữ N ta cĩ các bước nhảy là điện áp AA’BB’.
VII. BÀI TẬP:
end
[1] Robert Boylestad, Louis Nashelsky – Electronic devices ang circuit theory – Prentice Hall. [2] Donal A. Neamen - Electronic circuit analysis and design – McGraw Hill, 2001.
[3] Donal L. Schilling, Charles Belove - Electronic circuits discrete and intergrated - McGraw Hill, 1989.
[4] Robert T. Paynter - Introductory electronic devices and circuits - Prentice Hall. [5] Theodore F. Bogart, JR. - Electronic devices ang circuits – Maxwell Macmillan, 1991. [6] Phạm Minh Hà – Kỹ thuật điện tử .
[7] Lê Phi Yến – Kỹ thuật điện tử – Đại học Bách khoa TP.HCM.