1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
Các mạch tạo xung cơ bản nhất là các mạch tạo xung vuơng được gọi chung là mạch dao động đa hài. Cĩ ba loại mạch dao độâng đa hài là:
- Dao động đa hài lưỡng ổn (bistable – multivibrator) ( cịn gọi là mạchFlip-Flop, mạch lật hay bấp bênh): mạch cĩ hai trạng thái và hai trạng thái đều ổn định. - Dao động đa hài đơn ổn ( Monostable Multivibraor) (cịn gọi là mạch định thì):
mạch cĩ hai trạng thái, trong đĩ một trạng thái ổn định và một trạng thái khơng
ổn định gọi là trạng thái tạo xung
- Dao động đa hài phi ổn (astable Multivibrator): mạch cĩ hai trạng thái và cả hai trạng thái đều khơng ổn định cịn 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.
Ngồi ra mạch dao động đa hài được tạo ra từ các linh kiện như op-amp, IC555, các cổng logic, ….
1.2 TRẠNG THÁI NGẮT (TẮT) DẪN CỦA TRANSISTOR. TRANSISTOR.
Transistor cĩ 3 trạng thái: - Trạng thái ngắt (tắt) - Trạng thái dẫn khuếch đại - Trạng thái dẫn bão hịa
Trong kỹ thuật xung transistor dùng để tạo xung vuơng nên chỉ hoạt động ở hai trạng thái tắt và bão
hồ. Lúc này transistor làm việc như một khĩa điện tử
để đĩng và ngắt mạch điện.
Trạng thái đĩng hay ngắt của mạch transistor tùy thuộc vào mức điện áp phân cực cho cực B của nĩ
1.2.1. Trạng thái ngắt (tắt)
Trong hình 3.1 transistor cĩ điện áp Vi = 0V ⇒ VB =0V,
transistor khơng được phân cực nên ngưng dẫn.
⇒ IB = 0 và IC =0. Điện áp ngõ ra ở cực C của transistor là:
V0 = VC =VCC – IC.RC ⇒ V0 = VCC
Như vậy ngõ vào Vi cĩ mức thấp, ngõ ra V0 cĩ mức cao.
1.2.2. Trạng thái dẫn bão hịa
Để transistor chuyển từ trạng thái ngắt như hình 3.1
sang trạng thái bão hịa thì ngõ vào phải được cấp một
+VCC VO VO Vi =0v RC RB Hình 3.1: Transistor ngắt IC IB IE +VCC V Vi RC RB
Hình 3.2: Transistor bão hịa
ICIB IE IB IE VO RC RB IC IB IE
Trang 32
điện áp Vi đủ lớn sao cho VB lớn hơn một mức ngưỡng để transistor được phân cực
bão hịa. Điện áp này được gọi là VBEsat cĩ trị số tùy thuộc chất bán dẫn chế tạo transistor.
Ta cĩ VBEsat = 0,7 V÷ 0,8 V (Transistor chất silicium) VBEsat = 0,3 V (Transistor chất Germanium)
Trong mạch điện hình 3.2, điện trở RC được coi là điện trở tải để xác định dịng điện IC qua transistor. Khi transistor chạy ở trạng thái bão hịa thì điện cực C cĩ điện áp ra: V0 = VC = VCEsat ≈ 0,1V÷ 0,2V
Như vậy ngõ vào Vi cĩ mức thấp, ngõ ra V0 cĩ mức cao. Dịng điện IC được tính theo cơng thức:
C CEsat CC C R V V I = −
Khi cĩ dịng điện tải IC phải tính dịng điện cần thiết cung cấp cho cực B để chọn trị số điện trở RB thích hợp. Thơng thường ta cĩ:
β
CI I B
I = (β : độ khuếch đại dịng điện) Trường hợp cần cho transistor chạy bão hịa vững (bão hịa sâu) thì chọn
βC
I B
I ≥ (điều kiện bão hịa) hay
βC
I k. B
I = với k là hệ số bão hịa sâu (k ≈ 2 ÷5)
Điện trở RB dược chọn theo cơng thức:
B IBEsat V i V B R − =
Ví dụ: Mạch điện hình 3.2 cĩ các thơng số sau : + VCC =12V, RC =1,2kO , transistor chất Si và cĩ β =100, điện áp vào Vi =1.5V. Tìm RB để transistor hoạt động ở trạng thái bão hịa.
Trước hết phải tính dịng điện tải: C CEsat CC C R V V I = − = 10mA 2 , 1 2 , 0 12 K V V ≈ −
Chọn hệ số bão hịa sâu K=3 ta cĩ: β = C B I I = 0,3mA 100 mA 10 . 3 =
Điện trở RB được chọn cĩ giá trị B BEsat i B I V V R = − = K V V 33 , 2 mA 3 , 0 8 , 0 5 , 1 − =
3.3.1 Mạch đảo.
Một Transistor cĩ thể làm chức năng của mạch đảo như hình 5.1.
- Khi Vi ở mức điện áp cao thì Transistor chạy bão hịa và dịng Ic qua Rc tạo sụt áp
⇒ Vo≈ 0,2v (VCESat) ứng với mức điện áp thấp .
- Khi Vi ở mức điện áp thấp thì Transistor bị phân cực ngược ở ngõ vào nên ngưng dẫn, dịng Ic =0 nên khơng giảm áp qua RC
⇒ V0 ≈VCC ứng với mức điện áp cao ra. Như vậy, điện áp ra Vo và điện áp vào Vi ngược
pha nhau
3.3.2. Mạch lưỡng ổn (flip-flop) cơ bản.
Mạch dao động đa hài lưỡng ổn được tạo ra bằng cách ghép hai mạch đảo sao cho điện áp ra của
mạch đảo này là ngõ vào của mạch đảo kia. a. Sơ đồ
Mạch lưỡng ổn được Trong sơ đồ dùng 2 nguồn
+VCC để cấp dịng IB và IC cho Transistor dẫn
bão hịa và nguồn -VBB để phân cực ngược cho cực B của Transistor ngưng dẫn.
b. Nguyên lý hoạt động.
Mạch cĩ 2 trạng thái, trong mỗi trạng thái một trasistor tắt và một transistor bão hồ. Giả thiết cĩ mạch Flip-Flop đối xứng (T1 và T2 cùng tên, các điện trở phân cực cho hai Transistor cùng trị số) nhưng hai transistor khơng thể cân bằng một cách tuyệt đối nên sẽ cĩ một Transistor dẫn mạnh hơn và một Transistor dẫn yếu hơn.
Giả thiết Transistor T1 dẫn mạnh hơn T2 nên dịng điện IC1 lớn hơn qua RC1 làm
điện áp VC1 giảm. Điện áp VC1 qua điện trở R2 phân cực cho T2 sẽ làm VB2 giảm và
điều này làm cho T2 chạy yếu hơn. Khi T2 chạy yếu thì dịng điện IC2 nhỏ hơn qua
TC2 làm điện áp VC2 tăng lên . Điện áp VC2 qua điện trở R1 phân cực cho T1 sẽ làm VB1 tăng làm T1 chạy mạnh mạnh hơn nữa và cuối cùng T1 sẽ tiến đến trạng thái bão hịa T2 tiến đến ngưng dẫn . Nếu khơng cĩ một tác động nào khác thì mạch điện sẽ ở trạng thái này. Đây là một trạng thái của mạch Flip-Flop.
Ngược lại , nếu giả tiết Transistor T2 dẫn nhanh hơn T1 và lý luận tương tự thì cuối cùng sẽ cĩ T2 tiến đến trạng thái bão hịa và T1 tiến đến ngưng dẫn và mạch điện cũng
ở mãi trạng thái này nếu khơng cĩ một tác động nào khác. Đây là trạng thái thứ hai
của Flip –Flop.
Mạch Flip-Flop sẽ ở một trong hai trạng thái trên nên được gọi là mạch lưỡng ổn. Tuy nhiên, phải chọn các điện trở và nguồn điện thích hợp mới đạt được nguyên lý
trên.