Mạch tạo xung tam giác

6.3. Mạch dao động xung

6.3.6. Mạch tạo xung tam giác

1. Khái niệm

Xung tam giác được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điên tử: thông tin đo lường hay tự động điều khiển, làm tín hiệu chuẩn hai chiều biên độ và thời gian,…Ngoài ra chúng còn có vai trò quan trọng không thể thiếu được hầu như trong mọi hệ thống điện tử hiện đại

Umax: biên độ xung Uq(t =0) = Uo T: chu kú

tq: thêi gian quÐt thuËn tng: thời gian quét ngược thông thường: tng>>tq

Tốc độ quét thuận: dU tq( )

K  dt hay gọi độ nghiêng vi phân của đường quét.

Tốc độ quét trung bình: TB max

q

K U

 t Hiệu suất năng lượng:

max nguon

EU

  , từ đó có hệ số phẩm chất của Uq là Q 

 , trong đó  là hệ số không

đường thẳng:

' '

'

( 0) ( ) (0) ( )%

( 0) (0)

q q

q q q q

q q

dUdt t dUdt t t U U t

dUdt t U

      



(6.117)

Nguyên lý tạo xung tam giác dựa trên việc sử dụng quá trình nạp hay phóng điện của một tụ điện qua một mạch nào đó. Khi đó quan hệ dòng điện và áp trên tụ biến đổi theo thời gian có dạng i t Cc( ) dU tC( )

 dt

Trong đó, C là một hằng số, muốn quan hệ Uc(t) tuyến tính cần thỏa mãn điều kiện ic(t) là hằng số. Sự phụ thuộc của điện áp trên tụ điện theo thời gian càng tuyến tính, khi thời gian phóng hay nạp cho tụ càng ổn định.

Có hai dạng xung tam giác cơ bản là: trong thời gian quét thuận tq, Uq tăng

đường thẳng nhờ quá trình nạp cho tụ từ nguồn một chiều nào đó và trong thời gian quét thuận tq, Uq giảm đường thẳng nhờ quá trình xả cho tụ qua một mạch tải. Với mỗi dạng kể trên có yêu cầu khác nhau, để đảm bảo tng<<tq, với dạng tăng đường thẳng cần nạp chậm phóng nhanh, và ngược lại với dạng giảm đường thẳng, cần nạp nhanh phóng chËm.

Để điều khiển tức thời các mạch phóng, nạp thường sử dụng các khóa điện tử transistor hay IC đóng mở theo nhịp đóng mở từ ngoài. Trên thực tế để ổn định dòng

điện nạp hay dòng điện phóng của tụ cần một khối tạo nguồn dòng điện để nâng cao chất lượng xung tam giác. Có ba phương pháp tạo xung tam giác cơ bản sau:

a. Dùng mạch tích phân đơn giản

Dùng một khâu RC đơn giản để nạp điện cho tụ từ nguồn E. Quá trình phóng nạp

được một khóa điện tử K điều khiển.

Nếu sử dụng phần tăng đường thẳng ta có: C( ) [1 exp( )]

n

U t E t

  R C víi

n p

R C  R C. Nếu chọn nguồn E cực tính âm ta có UC(t) là giảm đường thẳng.

Hình 6.32 Mạch tạo xung tam giác dùng mạch tích phân đơn giản

b. Dùng một phần tử ổn định dòng kiểu thông số có điện trở phụ thuộc vào điện

áp đặt trên nó. Rn  f U( Rn) làm điện trở nạp cho tụ C. Để giữ cho dòng nạp không đổi,

điện trở Rn giảm khi điện áp trên nó giảm, lúc đó: max

td

E

  E , víi Etd InapRi

Ri: điện trở trong của nguồn dòng nên khá lớn nên Etd lớn, cho phép nâng cao Umax với mức méo phi tuyến cho trước.

c. Thay thế nguồn E cố định bằng nguồn biến đổi.

( ) ( C 0)

e t  E K U U (6.118)

Hay e t( )  E K UC, K là hằng số tỷ lệ, bé hơn 1 ( ) 1

C

K de t

 dU  , nguồn bổ sung K U C bù lại mức giảm của dòng nạp nhờ mạch khuếch đại có hồi tiếp thay đổi theo điện áp trên tụ, méo phi tuyến xác định:

max (1 )

U K

  E  nhỏ do vậy có thể lựa chọn Umax lớn xấp xỉ E làm tăng hiệu suất của mạch mà  vẫn nhỏ.

2. Mạch tạo xung tam giác dùng transistor a. Mạch điện

Hình 6.33 Mạch tạo xung tam giác dùng Transistor b. Tác dụng linh kiện

Q2: tạo xung tam giác, làm việc ở chế độ D DZ, R3: ph©n cùc cho Q1

DZ: phần tử bù nhiệt R2: định thiên cho Q2 R5: ổn nhiệt cho Q2

C2: tụ phóng nạp tạo xung tam giác Q1: phần tử ổn dòng, làm việc ở chê độ A c. Nguyên lý làm việc:

0 t1 t2 t

0 t UV

Ur

Hình 6.34 Giản đồ xung

- Khi Uv =0 (khi chưa có xung điều khiển) thì Q2 dẫn bão hòa nhờ R2 do đóUr = 0 - Khi đầu vào có xung điều khiển cực tính âm, C1 nạp nhanh qua rbe2 khi đó Q2 khóa. Q1 mắc base chung có tác dụng như nguồn ổn dòng, cung cấp dòng IE1 ổn định nạp cho tụ C2 trong thời gian có xung vuông cực tính âm, đồng thời điều khiển làm khóa Q2. Tụ C2 nạp điện:

Từ +EC qua R4 qua rCE1 qua C2 về mass. Tụ C2 nạp hình thành sườn trước của xung tam giác

-Khi đầu vào có xung vuông điều khiển cực tính dương (hết xung điều khiển cực tính âm) dẫn đến Q2 bão hòasuy ra Ur 0 dẫn đến tụ C2 phóng điện nhanh qua rCE1 do vậy hình thành sườn sau của xung tam giác. Khi đó mạch trở về trạng thái ban đầu. Với

điều kiện gần đúng, dòng cực Collector Q1 không đổi thì

Với điều kiện gần đúng, dòng cực Collector Q1 không đổi thì

2

0 2

( ) 1 tq C

C C

U t I dt I t

C C

   (6.119)

Mạch cho phép tận dụng toàn bộ nguồn EC tạo xung tam giác với biên độ nhận

được là Um  EC. Tuy vậy khi có tải Rt nối song song trực tiếp với C thì có phân dòng qua Rt và Um giảm. Để sử dụng tốt cần có biện pháp nâng cao Rt hay giảm ảnh hưởng của Rt đối với mạch ra. Để thực hiện điều trên, lối ra dùng một tầng khuếch đại lặp (dùng transistor lưỡng cực hay transistor trường, khuếch đại thuật toán), khi đó giảm

ảnh hưởng của trở tải.