Bộ tài liệu kỹ thuật xung số chương 3

Từ những tín hiệu không sin này người ta sẽ phân tích thành các tín hiệu hình sin có tần số cơ bản và nhiều tần số khác có giá trị gấp n lần tần số cơ bản, còn gọi là họa tần, hay sóng h

KỸ THUẬT XUNG SỐ

Đỗ Thế Cần

Email : dtcan@dut.udn.vn

Mobile: 0907971768

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI

- Mạch đa hài là các mạch hoạt động với các tín hiệu không sin Từ những tín hiệu không sin này người ta sẽ phân tích thành các tín hiệu hình sin có tần số cơ bản và nhiều tần số khác có giá trị gấp n lần tần số cơ bản, còn gọi là họa tần, hay sóng hài

- Có ba loại mạch dao động đa hài cơ bản:

- Dao động đa hài lưỡng ổn

- Dao động đa hài đơn ổn

- Dao động đa hài phi ổn

1 – Khái niệm

- Mạch đa hài chủ yếu để nói đến các mạch có tín hiệu hình chữ nhật, các tín hiệu này có thể phân tích thành một thành phần sin cơ bản và các hài bậc 3, 5, 7…, tức là các tần số có giá trị gấp 3, 5, 7 lần tần số cơ bản

Ví dụ: U=1250sin(ωt)+340sin(3ωt)+130sin(5ωt)+45sin(7ωt)+15sin(9ωt)+5sin(11ωt)…

2.1 Mạch đảo

2 – Mạch đa hài lưỡng ổn

-12V

+12V

- +

4kΩ

2,2kΩ

2,2kΩ

Vi

Vo

Phân tích mạch:

- Khi Vi ở mức cao, transistor dẫn bão hòa -> Dòng IC qua RC tạo sụt áp, Vo ≈ 0,2V (VCEsat) ứng với mức thấp

- Khi Vi ở mức thấp-> transistor ngưng dẫn ->IC = 0 nên không gây giảm áp qua RC, lúc này Vo ≈ VCC ứng với mức cao

2.2 – Mạch Flip-Flop

+VCC

-VBB

Nguyên lý:

Ta sử dụng hai transistor cùng tên và các điện trở phân cực

có trị số như nhau Tuy nhiên do đặc tính vật lý, hai transitor này không thể nào cân bằng một cách tuyệt đối-> một trong hai sẽ dẫn mạnh hơn transistor còn lại

- Giả thiết T1 chạy nhanh hơn T2: + Dòng IC1 lớn hơn qua RC1 làm VC1 giảm

+ VC1 qua R2 phân cực cho T2 sẽ làm VB2 giảm và điều này làm cho T2 chạy yếu đi Khi T2 chạy yếu-> dòng IC2 nhỏ hơn qua RC2 làm điện áp VC2 tăng Điện áp qua VC2 đi qua

R1 phân cực cho T1 sẽ làm VB1 tăng-> T1 chạy mạnh hơn nữa

Qúa trình này làm cho T1 tiến đến dẫn bão hòa, T2 đến ngưng dẫn. Mạch sẽ ở mãi trạng thái này nếu không có tác động nào khác

2.2 – Mạch Flip-Flop

+12V

-6V

1,8kΩ (RC2) 18kΩ (R1)

18kΩ (R2)

47kΩ (RB2)

47kΩ (RB1)

0,2V

0,8V

IC1

IB1

IR

1,8kΩ

(RC1)

Phân tích mạch:

Theo giả thiết ở trên, khi T1 dẫn bão hòa ta có:

VC1 ≈ VCEsat ≈ 0,2V

VB1 = VBEsat ≈ 0,8V

Ta có:

IC1 = VCC −VCEsat

RC1 = (12-0,2)/1800 ≈ 6,5mA

IB1 = VCC −VBEsat

RC2+R1 - VBEsat −VBB

R𝐵1 = 12−0,8

1800+18000 - 0,8+6

47000 = 0,41mA

Ở trạng thái bảo hòa transitor có β nhỏ, chọn β = 50 Ta

có thể kiểm tra lại điều kiện bão hòa của T1 như sau: Thông thường: IB = IC

β = 0,065

50 = 0,13mA

Ta có: IB1 = 0,41mA => IB1 > IB

=> T1 đủ điều kiện bão hòa vì IB1> IC1

β

2.2 – Mạch Flip-Flop

Xét T2 ở trạng thái ngưng:

VC2 = VCC – (IB1 + IR ).RC2

VC2 ≈ VCC – (𝑉𝐶𝐶 −𝑉𝐵𝐸𝑠𝑎𝑡

𝑅𝐶2+𝑅1 ).RC2

= 12-( 12−0,8

1800+18000).1800 ≈ 11V

VB2 = (VC1 - VBB) RB2

R2+RB2 + VBB

= (0,2+6) 47000

18000+47000 - 6 ≈ -1,5V

T2 là transistor NPN nên khi VB2 < 0V thì sẽ ngưng dẫn

Nguồn âm VBB có tác dụng phân cực để T2 ổn định ở trạng thái ngưng, tránh trường hợp bị tín hiệu nhiễu làm chuyển trạng thái của T2

+12V

-6V

1,8kΩ (RC2) 18kΩ (R1)

18kΩ (R2)

47kΩ (RB2)

47kΩ (RB1)

0,2V

0,8V

IC1

IB1

IR

1,8kΩ

(RC1)

2.3 – Kích đổi trạng thái mạch Flip Flop bằng mạch kích một bên

-6V

C

Vi

Vin

+12V

1,8kΩ 18kΩ

18kΩ

47kΩ 47kΩ

0,2V

0,8V 1,8kΩ

Mạch kích một bên

-1,5V

11V

Khi ngõ vào nhận xung vuông Vin qua mạch vi phân RC tạo điện áp Vi trên điện trở R là hai xung nhọn Khi xung nhọn dương thì D bị phân cực ngược nên ngưng dẫn và mạch Flip Flop giữ nguyên trạng thái Khi có xung nhọn âm thì D phân cực thuận làm VB1 giảm xuống dưới 0V nên

T1 ngưng dẫn -> VC1 tăng làm cho áp phân cực B2 tăng lên -> T2 dẫn bão hòa Lúc này VC2 = 0,2V nên T1 không được phân cực, nó sẽ tiếp tục ngưng dẫn dù xung âm đã hết

D

R

-6V

C

Vi

Vin

+12V

1,8kΩ 18kΩ

18kΩ

47kΩ 47kΩ

0,2V

0,8V 1,8kΩ

Mạch kích một bên

-1,5V

11V

D

R

2.3 – Kích đổi trạng thái mạch Flip Flop bằng mạch kích đếm

-6V

+12V

1,8kΩ 18kΩ

18kΩ

47kΩ

0,2V

0,8V 1,8kΩ

Vin

-1,5V

11V

10kΩ 10kΩ

-6V

+12V

1,8kΩ 18k

Ω 18kΩ

47kΩ

0,2V

0,8V 1,8kΩ

2

Vin

-1,5V

11V

10kΩ 10kΩ

Khi mạch đang ở trạng thái T1 bão hòa, T2 ngưng dẫn ta có:

VA≈ VC1 = 0,2V (T1 bão hòa)

VB ≈ VC2 = 11V (T2 ngưng dẫn) Khi có xung vuông Vin ở ngõ vào thì hai tụ C1-C2 sẽ có hai xung nhọn dương ứng với cạnh dương và hai xung nhọn âm đối với cạnh xuống của xung vuông tại hai điểm A và B

- Tại thời điểm xung nhọn dương: cả hai diode D1 và D2 đều phân cực ngược nên không có tác dụng với mạch FlipFlop

- Khi có xung nhọn âm tại hai điểm A và B sẽ có hai mức biến đổi khác nhau Do VA = 0,2V nên xung nhọn âm sẽ làm giảm điện áp VA và D1 phân cực thuận -> T1 chuyển trạng thái từ bão hòa sang ngưng dẫn và T2 chuyển từ ngưng dẫn sang bão hòa Vì VB rất cao so với xung nhọn

âm nên D2 vẫn bị phân cực ngược-> xung âm không có tác dụng với T2

Khi có xung vuông thứ hai đến, lần này xung nhọn âm chỉ có tác dụng với T2 nên mạch sẽ chuyển lại trạng thái ban đầu

Các điểm cần lưu ý trong thiết kế mạch FlipFlop

1 Mạch vi phân ngõ vào phải được chọn trị số sao cho thỏa yêu cầu sau:

- Xung âm phải có biên độ đủ cao và độ rộng đủ lớn để bù kích đổi trạng thái của transistor đang bão hòa sang ngưng dẫn

- Nếu hằng số thời gian τ = RC lớn sẽ làm giới hạn tần số xung kích (theo điều kiện mạch vi phân)

- Nếu hằng số thời gian τ = RC nhỏ sẽ làm giảm độ rộng xung và có thể không đủ để đổi trạng thái của transistor

2 Để mạch chuyển trạng thái tốt, tốc độ làm việc nhanh Nên chọn mức điện áp nguồn thấp Điều này còn tùy vào yêu cầu của tải nếu tải là Rc

14

- Mạch dao động đa hài được ứng dụng trong thiết kế dàn đèn nháy để trang trí

- Mạch đèn báo hiệu sự cố hoặc khẩn cấp trong các xe cứu hỏa, cấp cứu, xe 113 hoặc

đèn phát tín hiệu SOS

- Ngoài ra mạch còn được dùng để tạo xung vuông trong các mạch khác với tần số <=

1000Hz với độ chính xác tương đối

Ứng dụng:

15

- Sau một khoảng thời gian thì tụ C2 sẽ nạp đầy điện Khi đầy điện thì điện áp ở bên cực âm của tụ sẽ là 0V, do đó nó sẽ làm T1 dẫn Khi T1 dẫn thì led xanh sáng lên, ngay lập tức transistor T2 sẽ ngưng dẫn khiến led đỏ phải tắt do cực âm của tụ C1 kia được tải các hạt tải điện

off với chu kỳ bằng nhau

Khi T2 dẫn thì đèn led đỏ sáng và led xanh sẽ tắt vì T1 không dẫn

mà và do T2 dẫn thì nó thông từ cực E xuống cực C do đó con tụ

được lý do T1 không dẫn, đó chính là do quá trình đang nạp của

tụ C2 đầu âm của cực C2 sẽ được gắn vào cực B của T1 và điện

electron do đó nó sẽ gây ra một lượng điện áp dương rơi trên điện