Giáo trình Kỹ thuật xung: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 2 của giáo trình Kỹ thuật xung tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: mạch vi phân và tích phân; tín hiệu xung răng cưa; mạch dao động đa hài; mạch schmitt trigger; sơ đồ nguyên tắc của mạch tạo tín hiệu răng cưa dùng nguồn dòng điện;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 3

MẠCH VI PHÂN VÀ TÍCH PHÂN 3.1 Mạch vi phân

3.1.1 Những khái niệm và định nghĩa cơ bản

Mạch vi phân là mạch dùng để vi phân các xung điện nhằm mục đích:

Thu hẹp độ rộng xung và tạo ra các xung nhọn để kích thích hoặc đồng bộ

các thiết bị khác [4-6]

Thực hiện thuật toán vi phân đối với các hàm số phức tạp trong kỹ thuật

tương tự, trong các thiết bị đo lường [5-8]

3.1.2 Mạch vi phân lý tưởng

Mạch vi phân lý tưởng là mạch có điện áp tín hiệu ra tỷ lệ với đạo hàm theo

thời gian của tín hiệu vào

Hình 3-1 Sơ đồ khối mạch vi phân lý tưởng

3.1.3 Hàm truyền đạt của mạch vi phân

Giả sử tại t = 0 u v 0 0 Lấy Laplace hai vế của (3.1), ta được:

     

Với u v s và u r s là biến đổi Laplace của u t và v  u t r 

Hàm truyền đạt của mạch được định nghĩa là:

( )

r v

u s

3.1.4 Mạch vi phân đơn giản

Hai kiểu mạch vi phân đơn giản nhất là mạch RC và mạch RL

a Mạch vi phân RC

Hình 3-2 Sơ đồ mạch vi phân đơn giản RC

Mạch vi phân RC chính là mạch lọc thông cao RC khi tín hiệu vào có tần số

fv rất thấp so với tần số cắt fc của mạch Trong kỹ thuật xung, mạch vi phân có tác

dụng thu hẹp độ rộng xung tạo ra các xung nhọn để kích các linh kiện điều khiển

hay linh kiện công suất khác nhƣ SCR, Triac…

( ) 1

R v

So sánh (3.11) và (3.3) ta thấy hệ số truyền đạt của mạch thoả điều kiện cho

hệ số truyền đạt của mạch vi phân trong đó hệ số tỷ lệ:



Tóm lại, các mạch RC và RL cho bởi hình 3-2 và hình 3-3 đều là các mạch

vi phân gần đúng Để tăng độ chính xác cho mạch vi phân ta phải chọn thời hằng 

của mạch càng nhỏ hơn so với 1 càng tốt

Theo (3.1) khi K0  càng nhỏ thì biên độ tín hiệu ra càng giảm

3.1.5 Mạch khuếch đại thuật toán vi phân

Để tăng biên độ tín hiệu ra mà vẫn đảm bảo độ chính xác cao cho phép tính

vi phân người ta dùng mạch khuếch đại thuật toán vi phân

Ta biết rằng mạch khuếch đại thuật toán (OPAMP) có các đặc trưng:

Hệ số khuếch đại vòng hở A rất lớn 0

Tổng trở vào rất lớn

Tổng trở ra rất nhỏ

Tính chất và tham số của mạch chỉ tuỳ thuộc vào tham số của mạch hồi tiếp

Thiết lập theo sơ đồ (hình 3-4):

Hình 3-4 Sơ đồ nguyên lý mạch vi phân dùng khuếch đại thuật toán

Vì tổng trở vào của OPAM rất lớn nên có thể xem dòng điện i chỉ đi qua điện

trở R để đến ngõ ra Ta có các hệ thức biểu diễn mối qua hệ giữa các đại lƣợng

trong mạch nhƣ sau

1

1( ) ( )

Chia tử và mẫu của (3.33) cho A01;

So sánh (3.35) và (3.10) hoặc (3.20) ta thấy chúng đồng dạng Vậy, mạch

hình 2-4 sẽ là mạch vi phân khi td rất nhỏ so với 1

Biểu thức (3.34) cho thấy td nhỏ hơn  là A01 lần, nên phép tính vi

phân sẽ chính xác hơnA01 lần so với mạch RC đơn giản

Vì độ lợi vòng hở A của OPAMP rất lớn (hàng trăm ngàn) nên (3.35) có 0

thể viết gần đúng như sau:

  0 td

K s  A S

0 0

So sánh (3.37) với (3.13) cho ta thấy biên độ của tín hiệu ra không bị suy

giảm mặc dù phép tính vi phân có độ chính xác tăng lên A01 lần

3.1.6 Ảnh hưởng của các tụ ký sinh lên tín hiệu ra của mạch vi phân RC

Khi cho một xung hình chữ nhật qua mạch vi phân lý tưởng thì ngõ ra ta sẽ

được hai xung nhọn ngược dấu, có biên độ bằng vô cùng và độ rộng xung bằng

không (hình 3-5)

Hình 3-5 Đáp ứng khi đưa tín hiệu xung vuông vào mạch vi phân

Thực tế, không thể có mạch vi phân lý tưởng Mạch vi phân RC hoặc mạch

khuếch đại thuật toán vi phân chỉ là những mạch vi phân gần đúng Khi tín hiệu vào

có dạng hình nấc biên độ E, ta có:

0( ) ( )

u s E e u t



Kết quả này ta đã thấy ở (2.6)

Vậy khi cho xung hình chữ nhật biên độ E, độ rộng t qua mạch vi phân RC x

ta sẽ được hai xung nhọn ngược dấu, được xác định bởi các biểu thức (2.87) và

Hơn nữa, ta cũng không có các xung chữ nhật lý tưởng Thường thì xung có

một độ rộng sườn nhất định, nghĩa là cạnh lên và cạnh xuống của xung là một hàm

mũ hoặc một hàm dốc Điều này càng làm hạn chế biên độ tín hiệu ra

Nếu không quan tâm đến tất cả các nhược điểm nói trên thì trong mạch vẫn

còn những tồn tại không thể bỏ qua, đó là:

Nội trở và điện dung ngõ ra của nguồn xung

Điện dung ngõ vào của tải và điện dung kí sinh

Nếu quan tâm đầy đủ đến mọi yếu tố, ta phải thực hiện một khối lượng tính

toán rất lớn và rất phức tạp Ở đây ta chỉ nêu lên một số tính toán chủ yếu để rút ra

C1 : điện dung ngõ ra của nguồn

C2: điện dung ngõ vào của tải

RC: mạch vi phân

Giả sử tổng trở ngõ vào của tải rất lớn để dòng điện vào tải không đáng kể và

giả sử rằng lúc đầu các tụ chưa nạp điện sẵn

Áp dụng thuyết tứ cực và mô tả tứ cực dưới dạng ma trận (phụ lục I) Ta xem

mạch ở hình 3-7 như gồm hai tứ cực mắc nối tiếp (hình 3-8)

Hình 3-8 Sơ đồ tương đương của mạch tạo xung dung mạch vi phân RC

Gọi 4, U , I, U, I , Uv r r lần lượt là biến đổi Laplace của 4, u , i, u, i , uv r r

Xem U và ' I là hàm của ' U và r I Ta có thể viết: r

''

1 1 2' '

Z Z

Hình 3-13 Sơ đồ khối hàm truyền đạt mạch tạo xung

Tứ cực này được biểu diễn bằng hệ phương trình:

 

2 2

R C

( )

r v

s td

b Đáp ứng đối với xung hình nấc

Xác định dạng của đáp ứng khi cho xung hình nấc ở ngõ vào

 0( )

Thay (3.85) và (3.86) vào (3.88):

2 2

R R

Thay (3.96) vào (3.92) ta được:

2 2

1

4

s td

R R

Đáp ứng của mạch là một hàm mũ tăng Mạch bây giờ không còn giữ vai trò

là một mạch vi phân Thông thường C1C2 có giá trị từ 10 pF đến 15 pF Do đó

người ta chọn tụ C có giá trị không quá 4 lần của C1C2; C được chọn từ 40 pF

đến 60 pF

3.2 Mạch tích phân

3.2.1 Những khái niệm

Mạch tích phân thường được dùng để tạo các xung có dạng dốc tuyến tính,

được sử dụng trong khối quét của các bộ phận chỉ thị dùng ống tia điện tử như ti vi,

rađa…

Mạch tích phân còn được dùng để chọn xung theo độ rộng trong kỹ thuật

thông tin, điều khiển và cũng còn được dùng để thực hiện phép tính tích phân đối

3.2.3 Hàm truyền đạt của mạch tích phân

Giả sử điều kiện ban đầu bằng không Lấy Laplace hai vế của (3.103) ta

được: u s r( ) K0u s v( )

S



0( )( )

( )

r v

a Mạch tích phân đơn giản

Tuỳ theo tín hiệu vào và tín hiệu ra là hiệu điện thế hay dòng điện, ta có thể

có các mạch tích phân đơn giản khác nhau

Nếu tín hiệu vào là dòng điện qua tụ điện và tín hiệu ra là hiệu điện thế giữa

Hình 3-16 Sơ đồ mạch tích phân đơn giản dùng điện dung

Nếu tín hiệu vào là hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn dây và tín hiệu ra là hiệu

dòng điện qua cuộn dây, ta có:

Hình 3-17 Sơ đồ mạch tích phân đơn giản dùng điện cảm

Ở đây ta sẽ quan tâm nhiều hơn đến trường hợp cả tín hiệu vào và tín hiệu ra

đều là hiệu điện thế

b Mạch tích phân RC

Hình 3-18 Sơ đồ mạch tích phân RC

Giả sử dòng điện tải i t không đáng kể và tụ chưa nạp điện trước  

( )

1

K s

L S R

3.2.5 Mạch tích phân với bộ khuếch đại thuật toán

Trong các mạch tích phân đơn giản, khi thời hằng  càng lớn thì phép tính

tích phân càng chính xác, nhưng sẽ làm giảm biên độ tín hiệu ra Mạch khuếch đại

thuật toán tích phân sẽ khắc phục nhược điểm này

Hình 3-20 Sơ đồ mạch tích phân dùng khuếch đại thuật toán

Vì tổng trở vào của mạch khuếch đại thuật toán rất lớn nên ta xem dòng điện

qua R cũng đi qua C Giả sử lúc đầu tụ C chưa nạp điện trước

Ta có:

1( ) ( )

v

1

1( ) r( )

Áp dụng phép biến đổi Laplace cho hai vế của (3.121), (3.122), (3.123) :

1 1

r

Loại ( )I s và u s , từ các hệ thức (3.122), (3.123) và (3.124) ta suy ra: 1( )

0 0

( )( )

( ) ( 1) 1

r v

0( )

phân sẽ chính xác hơn mạch tích phân đơn giản có thời hằng 

Vì: td >>1 nên từ (3.128) suy ra:

0( )

td

A K



 

0 0

0( 1)

A K

So sánh (3.130) với (3.114) ta thấy K không thay đổi, nên tín hiệu ra không 0

bị suy giảm biên độ

3.3 Tín hiệu xung răng cưa

Tín hiệu răng cưa còn được gọi là tín hiệu quét vì nó thường được sử dụng

trong mạch quét

Mạch tạo tín hiệu răng cưa là một ứng dụng phổ biến của mạch tích phân và

mạch khuếch đại thuật toán tích phân

Xung răng cưa là xung có chứa một đoạn có dạng hàm dốc tuyến tính Đoạn

đó có thể là hàm dốc tăng hoặc hàm dốc giảm

Đối với một xung răng cưa ta có các đại lượng đặc trưng của xung sau đây

(hình 3-21):

t thời gian quét nghịch

hay còn gọi là độ rộng sườn sau,

hay thời gian hồi phục

quét Hình 3-21 Tín hiệu dạng răng cưa

Yêu cầu của xung răng cưa là sườn trước càng thẳng càng tốt và thời gian

hồi phục thp càng nhỏ càng tốt

Để đánh giá tính thẳng của sườn trước, người ta định nghĩa đại lượng hệ số

bất tuyến tính  , biểu thị sự sai lệch so với đường thẳng của tín hiệu quét

Để đánh giá hiệu quả của mạch tạo tín hiệu răng cưa, người ta định nghĩa đại

lượng độ lợi điện áp  , đó là tỷ số giữa biên độ quét với điện thế nguồn cung cấp

M

u E

3.4 Mạch tạo tín hiệu răng cưa dùng mạch tích phân đơn giản

Mạch tạo tín hiệu răng cưa chủ yếu dựa vào hiện tượng nạp điện và phóng

điện của tụ

Hiệu điện thế giữa hai đầu tụ được cho bởi:

1( )

C

Với i t là dòng điện qua tụ  

Nếu giữ được dòng điện qua tụ không đổi: i t I0 const

Thì hiệu điện thế giữa hai đầu tụ sẽ có dạng hàm dốc tuyến tính:

( )

với: I0

K C

Để tạo được một dãy xung răng cưa, cần thiết phải thực hiện việc đảo mạch

để tụ phóng điện và nạp lại sau từng khoảng thời gian nhất định

3.4.1 Sơ đồ nguyên tắc của mạch tạo tín hiệu răng cưa dùng mạch tích phân

đơn giản

Sơ đồ nguyên tắc được cho bởi hình 3-22

Tại t0: khoá K được mở để tụ nạp điện qua R

Tại tt q: khoá K được đóng lại để tụ phóng điện qua R k

Hình 3-22 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo tín hiệu răng cưa RC

Nếu cho thời gian quét thuận t q  , trong khoảng thời gian 0 t t q, áp

dụng khai triển giới hạn vào (3.137) ta được:

1( ) ( )

n



Hệ thức (3.138) cho thấy tín hiệu ra có dạng xung dốc tuyến tính Tuy nhiên

ta phải lưu ý rằng (3.138) chỉ là biểu thức gần đúng Các đặc trưng của xung là do

(3.137) quyết định

Biên độ quét:

n M

n

t u E

Thí dụ mạch có yêu cầu có hệ số bất tuyến tính là 3% thì khi sử dụng nguồn

E = 10V chỉ tạo được tín hiệu có biên độ u k 0.35

Vì vậy mạch chỉ được dùng trong các trường hợp không yêu cầu chất lượng

cao  10% và biên độ tín hiệu ra nhỏ

b Quét nghịch

Đến thời điểm tt q, khóa K đóng lại Áp dụng định lý Thevenin, hình 3-22

có sơ đồ tương đương như hình 3-23

Hình 3-23 Sơ đồ tương đương của mạch tạo xung răng cưa RC

t t q n

Vì n có giá trị rất nhỏ nên u t sẽ nhanh chóng đạt đến giá trị   u Sau đó 0

có thể mở khoá K để tạo xung mới

Tín hiệu ra có dạng như hình 3-24

Hình 3-24 Dạng tín hiệu ra mạch tạo xung răng cưa RC

3.4.2 Ví dụ về mạch tạo tín hiệu răng cưa dùng mạch tích phân đơn giản

Trong thí dụ này, khoá K dùng trong sơ đồ hình 3-22 là một transistor (hình

3-25)

Hình 3-25 Mạch tạo xung răng cưa dùng khóa transistor

Transistor được phân cực bằng điện trở R sao cho khi chưa có tín hiệu vào B

 

v

u t thì nó ở trạng thái bão hoà, ứng với trường hợp khoá K đóng

Hiệu điện thế UCE chính là u trong mạch (hình 3-23), tổng trở ra của 0

transistor khi bão hoà tương ứng với R Ta phải chọn R>>R k k

Khi có xung âm vào cực nền, transistor sẽ ngưng dẫn và tụ sẽ nạp điện qua

điện trở R để tạo sườn trước của xung răng cưa

Khi chấm dứt xung ở ngõ vào, transistor trở lại trạng thái bão hoà Tụ C sẽ

phóng điện qua transistor, tạo sườn sau của xung răng cưa

Nếu bỏ qua dòng điện rỉ I C0 khi transistor ngưng dẫn và trạng thái chuyển

tiếp của transistor khi đi từ trạng thái bão hoà sang ngưng dẫn hoặc ngược lại, thì

mạch (hình 3-25) hoạt động giống hệt như trường hợp sơ đồ nguyên tắc (hình 3-22)

phần này không lặp lại các tính toán ở đây

Khác biệt nhỏ duy nhất của sơ đồ hình 3-25 so với sơ đồ hình 3-22 là khi

chấm dứt xung ngõ vào transistor không trở về trạng thái bão hòa ngay mà rơi vào

vùng khuếch đại, vì hiệu thế giữa hai đầu tụ C đã giữ cho điện thế cực thu cao hơn

điện thế cực nền Vì vậy tổng trở ra của transistor còn khá lớn, thời hằng phóng điện

của tụ sẽ lớn và thời gian hồi phục chậm hơn

3.5 Mạch tạo tín hiệu răng cưa dùng nguồn dòng điện

3.5.1 Sơ đồ nguyên tắc của mạch tạo tín

hiệu răng cưa dùng nguồn dòng điện

Mạch có dạng như hình 3-26, bình

thường khoá K đóng, dòng điện I qua 0 R k

tạo hiệu điện thế U giữa hai đầu tụ 0

Hình 3-26 Mạch tạo xung răng cưa

Tụ phóng điện qua R , điện trở k R nhận được cùng một lúc hai dòng điện: k

Dòng điện do tụ phóng ra và dòng điện do nguồn dòng cung cấp cho R Ta có thể k

Thật vậy, tại tt q mạch trong hình 3-26

q R

0( )

q

t t q

Sau một khoảng thời gian t 3, ta xem nhƣ U t đạt đến mức ban đầu, đó  

chính là thời gian hồi phục

Tín hiệu ra có dạng nhƣ hình 3-28

Hình 3-28 Dạng tín hiệu điện áp ra của mạch tạo xung răng cưa dùng nguồn dòng

3.5.2 Ví dụ về mạch tạo tín hiệu răng cƣa dùng nguồn dòng điện

Hình 3-29 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung răng cưa dung transistor nguồn dòng

Mạch trong hình 3-29, transistor T đóng vai trò nguồn dòng điện không đổi, 0

0

I và transistor T đóng vai trò là một khoá K

Transistor T làm việc ở vùng khuếch đại Nếu 0 T thuộc loại 0 S , ta có: i

0

0,7

z E

V I

R



(V là hiệu điện thế giữa hai đầu diode Zener) z

Người ta chọn R sao cho T bão hòa Dòng B I sẽ qua T và 0 R điện trở k

k

R có giá trị khá nhỏ để tụ C nạp điện đến mức ban đầu U khá nhỏ 0

0 k 0

Tại t = 0 cho một xung âm vào cực nền của transistor T làm T ngưng dẫn Tụ

C sẽ nạp điện với dòng điện không đổi là I 0

Tại tt q: xung âm chấm dứt, T dẫn điện lại và tụ C phóng điện qua T và R k

Theo sơ đồ hình 3-20, người ta dùng một tụ C mắc hồi tiếp âm từ ngõ ra trở

về ngõ vào của một mạch khuếch đại Mạch áp dụng nguyên tắc trên có dạng như

hình 3-31

Khi chưa có tín hiệu vào, diode D dẫn điện vì được phân cực thuận Người ta

dùng hai điện trở R và R có giá trị sao cho cầu phân áp này tạo nên một điện thế B

xấp xỉ 0V ở chân nền để cho transistor T ngưng dẫn

Tụ nạp điện qua R đến mức điện thế E: c

 0

c

U E và U t E

Khi t = 0, xung dương đến ngõ vào, diode bị phân cực nghịch nên ngưng

dẫn, transistor được phân cực bằng điện trở R nối về nguồn dương E nên dẫn điện,

tụ C phóng điện qua R và T, tạo tín hiệu dốc ở ngõ ra

Hình 3-31 Sơ đồ mạch tạo xung răng cưa dùng nguyên tắc khuếch đại thuật toán

( ) ( )

1( )

C

Tín hiệu ra là một xung dốc tuyến tính có độ dốc âm

Khi tt q chấm dứt xung dương ở ngõ vào, V giảm đột ngột về 0, B U t q

cũng bị giảm đột ngột một lượng tương ứng là 0,75 Transistor ngưng dẫn, tụ C nạp

điện lại qua R , D và C R tạo nên thời gian hồi phục B

Khi tt q: ( )   1 ( )  

q n

q n

t t q

Dạng tín hiệu được cho bởi hình 3-32

Hình 3-32 Đồ thị điện áp vào và ra của mach

Trong mạch hình 3-31, diode đóng vai trò như một khoá K, Transistor T

đóng vai trò như một mạch khuếch đại thuật toán Mạch trong hình 3-31 có thể vẽ

lại thành dạng tương đương như sau (hình 3-33):

Hình 3-33 Sơ đồ mạch tương đương của hình 3-31

So sánh hình 3-33 và hình 3-20, ta thấy tổng quát của hai mạch hoàn toàn

tương tự Vì vậy ta có thể áp dụng các kết quả đối với mạch khuếch đại thuật toán

tích phân để xác định các đại lượng đặc trưng cho xung quét

3.7 Mạch tạo tín hiệu răng cưa dạng phương pháp bù áp

3.7.1 Phân tích ảnh hưởng đến hệ số bất tuyến tính của xung quét

Đối với mạch tích phân đơn giản RC như hình 3-18, hệ số truyền đạt của

mạch được cho bởi biểu thức (3.112): ( ) 1

Tại thời điểm t = 0 ta cho xung vuông có biên độ E vào ngõ vào Giả sử tụ

lúc đầu chưa nạp điện sẵn trong khoảng thời gian tồn tại của xung vuông, tín hiệu

ra có dạng hàm mũ tăng, nhưng ta xem nó như một đoạn dốc tuyến tính:

Đối với mạch khuếch đại thuật toán tích phân như hình 3-20, hệ số truyền đạt

của mạch được cho bởi biểu thức (3.128): ( ) 0

Dạng (3.128) giống với dạng (3.3.112), nên khi có xung vuông ở ngõ vào với

biên độ E, ta có thể suy ra dạng tín hiệu ra giống với (3.181)

0( ) (1 td)

Vậy so với mạch tích phân đơn giản RC, mạch tích phân thuật toán có hệ số

bất tuyến tính giảm đi (A01)lần

Hệ thức (3.183) có thể xem như tương đương với đáp ứng của một mạch tích

phân đơn giản R mắc nối tiếp với C (hoặc R mắc nối tiếp với td C ) và sau đó tín td

hiệu được khuếch đại A0 lần

Với: R td (A01)R (3.185)

0( 1)

td

Hình 3-34 Sơ đồ phân tích ảnh hưởng hệ số không tuyến tính của xung dùng

khuếch đại thuật toán

Hình 3-34 cho thấy có thể tạo xung quét của mạch khuếch đại thuật toán tích

phân hoàn toàn tương tự như mạch tích phân đơn giản RC Trong quá trình nạp

điện, hiệu thế giữa hai đầu tụ tăng dần, làm giảm điện thế giữa hai đầu điện trở Do

đó dòng điện qua R cũng được xem là dòng điện nạp của tụ, giảm dần Tụ không td

được nạp bằng một dòng điện cố định nên hiệu điện thế giữa hai đầu tụ không thể

tăng tuyến tính, kết quả là tín hiệu quét không thẳng

3.7.2 Mạch tạo tín hiệu quét dùng phương pháp bù áp

Qua phân tích trên ta thấy: để có tín hiệu ra thẳng ta cần giữ dòng nạp của tụ

bằng một hằng số Điều đó có thể được thực hiện bằng cách tăng điện thế u t v 

thêm một lượng bằng đúng hiệu thế nạp được trên tụ Ta gọi phương pháp này là

phương pháp bù áp

Từ sơ đồ hình 3-34, ta có thể suy ra một sơ đồ có thể thực hiện được (hình 3-35)

Hình 3-35 Sơ đồ mạch tạo tín hiệu dùng phương pháp bù áp

Thực tế ta chỉ có mạch khuếch đại với độ lợi A xấp xỉ 1 Theo hình 3-35, ta 0

có tể viết được các phương trình sau:

1( ) ( ) 0

0 1( ) ( )

1

0

1( )

t

C

Các phương trình trên cũng được viết trong điều kiện tổng trở vào của mạch

khuếch đại đủ lớn để dòng điện đi vào mạch khuếch đại không đáng kể

Giả sử lúc đầu tụ chưa nạp điện, lấy Laplace hai vế các phương trình (3.187),

(3.188) và (3.189) ta có:

1( ) ( ) ( ) E 0

S

0 1( ) ( )

1

( )( ) I s

.( )

E E

A



01

td

R R

(1 )1

q td q

t t

t

 có giá trị rất bé Ta có thể dùng khai triển giới hạn cho (3.201) và suy ra:

  0

01

q q

td

t A

  0

q q

3.7.3 Ví dụ về mạch tạo tín hiệu răng cưa dùng phương pháp bù áp

Thông thường người ta dùng một mạch khuếch đại kiểu Emitter follower để

C đóng vai trò đường hồi tiếp dương, C phải có giá trị đủ lớn để thay cho 1

nguồn E nhận tín hiệu hồi tiếp

Khi chưa có tín hiệu vào T dẫn điện bão hòa làm T ngưng dẫn: 0 u t 0

1

C nạp điện qua điốt D đến gần bằng điện thế nguồn

C chưa nạp điện: u C u CE 0

Khi t = 0, cho xung âm vào làm T ngưng dẫn Tụ C bắt đầu nạp điện qua R

khi u đạt được giá trị ngưỡng cho C T dẫn điện thì 0 u t tăng và điện thế này được  

hồi tiếp về để bù vào hiệu thế giữa hai đầu R bị giảm do C nạp

Khi tt q, chấm dứt xung ngõ vào, T dẫn điện trở lại, tụ C phóng điện

nhanh qua T làm cho u t giảm cho đến khi   T ngưng dẫn 0

Dạng tín hiệu đƣợc cho bởi hình 3-38

Hình 3-38 Dạng tín hiệu trên các phần tử C1, đầu vào và ra của mạch

Kết luận

Trong chương 3 nội dung được trình bày cụ thể các khái niệm cơ bản về

mạch vi phân và tích phân từ các dạng mạch cơ bản đến sử dụng vi mạch thuật toán

Từ đó có thể ứng dụng các mạch trên để tạo ra mạch phát xung cụ thể như là xung

răng cưa

Chương 4 MẠCH DAO Đ NG ĐA HÀI

Mạch dao động đa hai bao gồm nhiều loại mạch dao động khác nhau cơ bản

như sau:

- Mạch đa hài lưỡng ổn còn được gọi là mạch đa hài hai trạng thái bền hay

mạch Flip Flop hoặc mạch trigger đối xứng [14-16] Mạch có hai trạng

thái cân bằng ổn định và nó có khả năng biến đổi đột biến từ trạng thái

cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác khi có một xung kích thích

- Mạch đa hài đơn ổn còn được gọi là mạch đa hài một trạng thái bền hay

mạch đa hài ở chế độ đợi Đây là một mạch có hai trạng thái cân bằng,

trong đó có một trạng thái cân bằng bền và một trạng thái cân bằng không

bền [12-13] Ở trạng thái thường trực, mạch tồn tại ở trạng thái cân bằng

bền Khi mạch bị kích thích bởi một xung nhọn thích hợp, nó sẽ tạm thời

chuyển sang trạng thái cân bằng không bền một thời gian nhất định, sau

đó mạch sẽ trở về trạng thái cân bằng bền thường trực, thời gian mạch tồn

tại ở trạng thái cân bằng không bền tuỳ thuộc vào tham số của mạch

Mạch đa hài đơn ổn thường được dùng để biến đổi một dạng xung nhọn

bất kỳ thành một xung chữ nhật có độ rộng xác định Người ta có thể điều

chỉnh độ rộng xung chữ nhật sinh ra bằng cách điều chỉnh các tham số

của mạch, nghĩa là điều chỉnh thời gian tồn tại của mạch ở trạng thái cân

bằng không bền

- Mạch dao động đa hài hai trạng thái không ổn còn được gọi là mạch dao

động đa hài không trạng thái bền hay mạch dao động đa hài tự dao động

Đó là loại mạch dao động tạo ra tín hiệu có dạng là chuỗi xung chữ nhật

[11-13] Có nhiều cách để thiết kế loại mạch này Người ta có thể sử dụng

linh kiện rời hoặc IC định thời hay các cổng logic

Trước đây, người ta dùng các transistor để thiết kế mạch Việc tính toán thiết

kế mạch và khảo sát tỉ mỉ dạng tín hiệu trở nên khá phức tạp, công phu Tín hiệu

sinh ra không hoàn toàn vuông, do đó cần có một số biện pháp bổ xung để sửa dạng

tín hiệu Từ đó người ta có nhiều sơ đồ khác nhau

4.1 Mạch đa hài lưỡng ổn dùng transistor

4.1.1 Sơ đồ mạch và nguyên tắc hoạt động

Mạch cơ bản có dạng như hình 4-1 Các linh kiện không thể giống nhau một

cách tuyệt đối, nên khi cấp điện sẽ có một trasistor dẫn điện hơi mạnh hơn Giả sử

transistor Q dẫn điện hơi mạnh hơn Q2, chu trình sau đây sẽ nhanh chóng xảy ra: 1

1

Q

 dẫn mạnh,V C1,V B2,Q dẫn yếu, 2 V C2,V B1 , Q dẫn mạnh 1  Mạch

sẽ đạt đến trạng thái cân bằng ổn định thứ nhất: Q bão hoà, 1 Q ngưng dẫn Trạng 2

thái chỉ thực sự được xác lập khi các điện trở R C, R , Rk B được chọn một cách

thích hợp để transistor hoạt động ở vùng bảo hoà

Q bão hoà nên điện thế cực nền của Q bị đặt ở giá trị điện áp 0,75V, từ đó ta có 1

điện thế cực thu của Q là: 2

2 2

Nếu ta cho một xung âm kích vào cực nền của Q sao cho điện thế của cực 1

nền này có giá trị âm trong khoảnh khắc, chu trình sau đây tức khắc xảy ra làm

mạch đổi trạng thái:

1

Q

 ngưng,V C1,V B2 ,Q dẫn, 2 V C2 ,V B1 , Q ngưng 1 

Nếu điều kiện tương tự như (4.2) được thoả mãn cho Q thì mạch sẽ ổn định 2

ở trạng thái cân bằng thứ hai: Q ngưng dẫn, 1 Q bão hoà 2

Các điện thế V C1, V , VC2 B1 sẽ có dạng lần lượt tương tự như (4.6), (4.3) và

(4.4)

Nếu ta lại cho một xung âm kích vào cực nền của Q thì một chu trình tương 2

tự như trước sẽ xảy ra làm mạch đổi trạng thái: Q bão hoà, 1 Q ngưng dẫn 2

4.1.2 Dạng tín hiệu

Hình 4-2 Dạng tín hiệu trên các cực của transistor trong mạch

Ghi chú:

Các điện dung ngõ vào của các transistor (từ cực nền xuống mass) phải có

thời gian để phóng và nạp điện qua các điện trở R C, R , Rk B làm transistor chậm

thay đổi trạng thái từ ngưng dẫn sang bão hoà Do đó người ta thường mắc thêm các

tụ C song song với k R để đẩy nhanh quá trình đổi trạng thái Các tụ k C này được k

gọi là các tụ tăng tốc Trong mạch đa hài đơn ổn hình 4-1 người ta cũng có thể làm

tương tự

Xung kích thích có thể đưa đồng thời vào cả hai cực nền của Q và 1 Q trong 2

hình 4-1 mà không cần đưa lần lượt, vì xung âm chỉ ảnh hưởng lên transistor đang ở

trạng thái bão hoà Sơ đồ trong hình 4-2 mô tả xung kích thích như vậy Để tạo

được xung nhọn âm dùng để kích thích cho mạch, người ta thường dùng một mạch

vi phân như hình 4-3

Hình 4-3 Mạch vi phân tạo xung nhọn cho mạch dao động lưỡng ổn

Đối với transistor đang ở trạng thái ngưng dẫn, điện thế cực nền có giá trị âm

nên D ngưng dẫn Đối với transistor đang ở trạng thái bão hoà thì diode D hơi dẫn

điện

Khi cho một xung vuông tác động vào mạch vi phân, mạch sẽ tạo ra hai xung

nhọn trái dấu Xung nhọn có biên độ dương sẽ bị diode D chặn lại, không làm ảnh

hưởng đến trạng thái của transistor Xung nhọn âm sẽ làm diode D phân cực thuận

(nếu transistor đang ở trạng thái bảo hoà) và kéo điện thế cực nền của transistor

xuống điện thế âm

Ta cũng có thể dùng mạch

vi phân như hình 4-3 để đưa xung

kích thích vào mạch đa hài đơn ổn

thích hợp để mỗi transistor đều có

thể đạt được trạng thái bão hoà

4.2.1 Sơ đồ mạch và nguyên tắc hoạt động

Sơ đồ của mạch có dạng như hình 4-5 Bình thường chân 6 ở mức 0, vì được

nối bằng điện trở R xuống mass Chân này sẽ được kích bằng xung dương, tượng

trưng cho việc ấn khoá K 1

Sự hoạt động của mạch đƣợc tóm tắt trong bảng 4-1

Bảng 4-1

Trig (2)

Theo mô tả ở bảng 4-1 ta có thể suy ra dạng tín hiệu nhƣ ở hình 4-6

Hình 4-6 Dạng tín hiệu trên các chân của IC555

4.3 Mạch đa hài đơn ổn dùng transistor

Có một số dạng mạch khác

nhau của mạch đa hài đơn ổn

dùng transistor Có loại chỉ cần

dùng một nguồn cung cấp Có

loại phải dùng đến hai nguồn

cung cấp khác dấu Ở đây ta chỉ

xem qua dạng mạch cơ bản của

Hình 4-7 Sơ đồ mạch đa hài đơn ổn

* Transistor Q bão hòa vì đƣợc phân cực bởi điện trở 2 R B2