KĨ THUẬT XUNG - SỐ, Chương 1 pptx

Ngày nay, trong bước phát triển nhảy vọt của kĩ thuật tự động hóa, nó mang ý nghĩa là khâu then chốt, là công cụ không thể thiếu để giải quyết các nhiệm vụ kĩ thuật cụ thể hướng tới mục

KĨ THUẬT XUNG - SỐ

Chương 1: mở đầu

"Kĩ thuật xung - số'' là thuật ngữ bao gồm một lĩnh vực khá rộng và quan trọng của ngành kĩ thuật điện tử - tin học Ngày nay, trong bước phát triển nhảy vọt của kĩ thuật tự động hóa, nó mang ý nghĩa là khâu then chốt, là công cụ không thể thiếu để giải quyết các nhiệm vụ kĩ thuật cụ thể hướng tới mục đích giảm các chi phí về năng lượng và thời gian cho một quá trình công nghệ hay kĩ thuật, nâng cao độ tin cậy hay hiệu quả của chúng Trong chương này, do thời gian hạn chế, chúng ta chỉ đề cập tới một số vấn đề có tính chất cơ bản, mở đầu của kĩ thuật xung - số Việc nghiên cứu chi tiết hơn sẽ được thực hiện ở giáo trình Kỹ thuật xung, Kỹ thuật số và Xử lý tín hiệu số

3.1.1 Tín hiệu xung và tham số

Tín hiệu điện áp hay dòng điện biến đổi theo thời gian (mang nội dung của một quá trình thông tin nào đó) có hai dạng cơ bản: liên tục hay rời rạc (gián đoạn) Tương ứng với chúng, tồn tại hai loại hệ thống gia công, xử lí tín hiệu có những đặc điểm kĩ thuật khác nhau mang những ưu, nhược điểm khác nhau là hệ thống liên tục (analog) và hệ thống rời rạc (digital) Nhiều khi, do đặc điểm lịch sử phát triển và để phát huy đầy đủ

ưu thế của từng loại ta gặp trong thục tế hệ thống lai ghép kết hợp cả việc gia công xử lí hai loại tín hiệu trên

Đối tượng của chương này chỉ đề cập tới loại tín hiệu rời rạc theo thời gian gọi là tín hiệu xung

Dạng các tín hiệu xung thường gặp cho trên hình 3.1 Chúng có thể là một dãy xung tuần hoàn theo thời gian với chu

kì lặp lại T, hay chỉ là một xung đơn xuất hiện một lần, có cực tính dương, âm hoặc cực tính thay đổi

Hình 3.1: Các dạng tín

hiệu xung

a) Dãy xung vuông; b) Dãy xung tam giác (răng cưa); c) Dãy

xung hàm mũ (xung kim)

Hình 3.2 chỉ ra một xung vuông thực tế với các đoạn đặc trưng: sườn trước, đỉnh và sườn sau Các tham số cơ bản là biên độ, độ rộng xung, độ rộng sườn trước và sau, độ sụt đỉnh

Hình 3.2: Các tham số của một tín

hiệu xung

• Biên độ xung Um xác đinh bằng giá trị lớn nhất của điện

áp tín hiệu xung có

được trong thời gian tồn tại của nó

• Độ rộng sườn trước và sườn sau (ttr và ts) xác đinh bởi khoảng thời gian tăng và thời gian giảm của biên độ xung trong khoảng giá trị 0,l Um đến 0,9Um

•Độ rộng xung tx xác định bằng khoảng thời gian có xung với biên độ trên mức

0,1Um (hay mức 0,5Um tùy theo chuẩn quy ước)

• Đô sụt đỉnh xung thể hiện mức giảm biên độ xung ở đoạn đỉnh xung

Với dãy xung tuần hoàn, còn có các tham số đặc trưng sau (cụ thể xét với dãy xung vuông)

• Chu kì lặp lại xung T (hay tần số xung f = 1/T) là khoảng thời gian giữa các

điểm tương ứng của hai xung kế tiếp nhau

• Thời gian nghỉ tng (h3.1a) là khoảng thời gian trống giữa hai xung liên tiếp

• Hệ số lấp đầy γ là tỉ số giữa độ rộng tx và chu kì T

γ = tXT

từ đó có hệ thực : T = tx + tng và γ < 1

Trong kĩ thuật xung - số, người ta thường sử dụng phương pháp số đối với dạng tín hiệu xung với quy ước chỉ có hai trạng thái phân biệt:

• Trạng thái có xung (khoảng tx) với biên độ lớn hơn một mức ngưỡng UH gọi là mức cao hay mức "1', mức UH thường được chọn cỡ bằng 1/2 điện áp nguồn cung cấp

• Trạng thái không có xung (khoảng tng với biên độ nhỏ hơn một mức ngưỡng UL) gọi là mức thấp hay mức "O" Mức UL được chọn tùy theo phần tử khóa (tranzito, IC)

• Các mức điện áp ra trong dải UL < Ura < UH là các trạng thái cấm Vấn đề này sẽ được đề cập kĩ hơn ở phần tiếp theo

3.1.2 Chế độ khóa của tranzito

Tranzito làm việc ở chế độ khóa hoạt động như một khóa điện tử đóng mở mạch với tốc độ nhanh (l0-9 + l0-6s), do đó có nhiều đặc điểm khác với chế độ khuếch đại đã xét ở Chương 2

a - Yêu cầu cơ bản với một tranzito ở chế độ khóa là điện áp đầu

ra có hai trạng thái khác biệt:

• Ura ≥ UH khi Uvào ≤ UL (3-1)

• Ura ≤ UL khi Uvào ≥ UH

Chế độ khóa của tranzito được xác đinh bởi chế độ điện áp hay dòng điện một chiều cung cấp từ ngoài qua 1 mạch phụ trợ (khóa thường đóng hay thường mở) Việc chuyển trạng thái của khóa thường được thực hiện nhờ một tín hiệu xung

có cực tính thích hợp tác động tới đầu vào Cũng có trường hợp khóa tự động chuyển đổi trạng thái một cách tuần hoàn nhờ mạch hồi tiếp dương nội bộ, khi đó không cần xung điều khiển (xem các phần mạch tạo xung tiếp sau)

Để đưa ra những đặc điểm chủ yếu của chế độ khóa, hãy xét

mạch cụ thể hình 3.3

Hình 3.3: Mạch khóa (đảo) dùng Tranzito

Sơ đồ thực hiện được điều kiện (3-1) khi lựa chọn các mức

UH, UL cũng như các giá trị Rc và RB thích hợp Ban đầu (khi

Uv = 0 hay Uv ≤ UL) tranzito ở trạng thái đóng, dòng điện ra Ic

= 0, lúc không có tải Rt

Ura = +Ecc Lúc điện trở tải nhỏ nhất Rc = Rt (với Rt là điện trở vào của mạch tầng sau nối với đầu ra của sơ đồ) Ura = 0,5Ecc là mức nhỏ nhất của điện áp ra ở trạng thái H, để phân biệt chắc chắn,

ta chọn UH < 0,5Ecc (chẳng hạn UH = l,5V khi Ecc = 5V) Phù hợp với điều kiện (3-1), điện áp vào phải nằm dưới mức UL (được hiểu là điện áp vào lớn nhất để tranzito vẫn bị khóa chắc chắn UL=UVmax) Với tranzito silic người ta chọn UL = 0,4V Khi có xung điều khiển cực tính dương đưa tới đầu vào Uvào ≥ UH tranzito chuyển sang trạng thái mở (bão hòa), điện áp ra khi đó phải thỏa mãn điều kiện Ura ≤ UL Điện trở

Rc chọn thích hợp để thời gian quá độ đủ nhỏ và dòng Ic không quá lớn, chẳng hạn Rc = 5kΩ Xác định RB để khi Uv = UH

= 1,5V thì Ura ≤ UL = 0,4V Muốn vậy Icbh = ECC/RC = 1mA, với β = 100 khi đó dòng bazơ IBbH = 10µA Để tranzito bão hòa vững, chọn IB = 100µA (tức là có dự trữ 10 lần), lúc đó lưu ý UBE = 0,6V có

R B= (1,5 − 0,6)V = 9kΩ100µ0

b - Đặc tính truyền đạt của sơ đồ với những tham số trên cho ở

hình 3.4 Để đánh giá mức tin cậy của khóa, người ta định nghĩa các tham số độ dự trữ chống nhiễu ở mức cao SH và ở mức thấp SL:

(3-2) SL = UL - Ura mở

Ở đây, Ura khóa và Ura mở là các điện áp thực tế tại lối ra của tranzito lúc khóa hay mở tương ứng với trường hợp cụ thể trên

SH = 2,5V – l,5V = 1V

(lúc Uv ≤ UL) SL = 0,4V – 0,2V =

0,2V (lúc Uv ≥ UH)

Từ đó có nhận

xét sau:

- Có thể dễ dàng đạt được mức SH lớn bằng cách chọn Ecc

và các tham số Rc, RB

thích

hợp

- Do SL thường nhỏ, cần phải quan tâm đặc biệt tới việc nâng cao tính chống nhiễu với mức thấp Vì trị số điện áp ra Urabh = UCEbh thực tế không thể giảm được, muốn SL tăng, cần tăng mức UL (xem biểu thức 3.2)

Hình 3.4: Đặc tuyến truyền đạt của tranzito khóa