luận văn tốt nghiệp ứng dụng multimedia trong giảng dạy môn kỹ thuật xung

Vấn đề ở đây là làm sao trình bày sao cho có sứcthuyết phục đến người lĩnh hội là mối quan tâm hàng đầu đối với người diễn trình ,nếu thuyết trình một cách thụ động sẽ tạo ra không khí b

LỜI NÓI ĐẦU

Chúng ta tiến vào thế kỷ 21, nền kinh tế xã hội của thế giới có những bướcchuyển biến lớn lao về khoa học kỹ thuật, về công nghệ thông tin Việt Nam đangtiếp cận dần những sự thay đổi ấy, với mục tiêu trước mắt là công nghiệp hóa vàhiện đại hóa đất nước Trong nền sản xuất đa dạng và đầy tiềm năng, đòi hỏi phảicần một đội ngũ lao động vững vàng về chuyên môn, chất lượng tay nghề cao có thểđáp ứng nhu cầu sản xuất xã hội Do vậy, không ngừng hoàn thiện và nâng cao chấtlượng giáo dục Muốn vậy, cần phải cải tiến nội dung và phương tiện dạy học chophù hợp với mục tiêu đào tạo và môi trường giảng dạy

Hiện nay, cuộc cách mạng khoa học công nghệ đang có những chuyển biến

vĩ đại, hệ thống truyền thông đa phương tiện sẽ không còn xa lạ gì đối với mọingười Như vậy, việc chuẩn bị hành trang để bước vào kỷ nguyên mới này thiết nghĩsẽ không thừa đối với mọi người Cũng như ứng dụng Multimedia trong giảng dạykhông phải là một vấn đề quá mới đối với chúng ta và chúng ta hoàn toàn có thểthực hiện được

Với đề tài này, nội dung trình bày về phần lý thuyết căn bản nhất để ứngdụng trong bài giảng môn kỹ thuật xung Lý thuyết đại cương về các loại linh kiệnbán dẫn, các dạng mạch xén, mạch lọc, mạch kẹp, mạch dao động xung Mục đíchlà thuyết minh nội dung này trên hệ thống đa phương tiện để ứng dụng vào công tácgiảng dạy Với phương pháp giảng dạy này, giáo viên chuẩn bị trước những chươngtrình diễn họa và có thể truyền thụ một khối lượng kiến thức lớn đến sinh viên

Với thời gian nghiên cứu đề tài có hạn định, kiến thức còn hạn chế, cộng vớikinh nghiệm thực tiễn chưa nhiều, nên đề tài này chỉ nêu những phần trọng tâm vàchắc chắn còn nhiều thiếu sót Em rất mong sự góp ý chân thành của quí thầy cô vàcác bạn sinh viên trong ngành để đề tài này hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện

PHẠM HÙNG THIÊN

DẪN NHẬP

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Chúng ta bước vào ngưỡng cửa đầu thế kỷ21, là thời đại của công nghệthông tin, trong đó có nhiều thay đổi lớn lao, và những tiến bộ vượt bậc về khoa họckỹ thuật chưa từng có trong lịch sử loài người , đặc biệt là xu hướng toàn cầu hóangành tin học Hành trang để mỗi người chúng ta bước vào thế kỷ 21 là không thểthiếu máy điện toán, màn hình hay thiết bị thông tin nói chung

Trước tình hình đó, đất nước ta đang chuyển mình theo sự phát triển chungcủa thế giới và khu vực Châu Á bằng nền sản xuất đa dạng và đầy tiềm năng , nềnkinh tế yêu cầu cao về trình độ, chất lượng tay nghề, kỹ thuật lao động Muốn vậy,đòi hỏi phải không ngừng khai thác và ứng dụng điện tử , tin học nhằm làm thoátkhỏi trình trạng lạc hậu , cũ kỹ Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nướcđề ra những yêu cầu cấp bách và cơ bản phải đáp ứng, đó là hệ thống công nghệhiện đại Chính vì vậy , cần thiết đào tạo một đội ngũ tri thức, những người có trìnhđộ để tiếp thu những công nghệ mới ứng dụng vào thực tiễn

Để hình thành đội ngũ tri thức có chuyên môn và tay nghề cao, bổ sung cholực lượng lao động nồng cốt của đất nước Đảng và nhà nước phải không ngừnghoàn thiện và phát triển ngành giáo dục Năm 1996 trong Đại Hội Đại Biểu CộngSản toàn quốc lần thứ VIII có nêu rõ phát triển khoa học và công nghệ, giáo dục vàđào tạo là một trong mười lĩnh vực chủ yếu được đưa ra các định hướng phát triểntrong tương lai Coi giáo dục và đào tạo là quốc sách hàng đầu, lưu ý đến sự pháttriển , đổi mới hệ thống các loại trường trong xã hội nhằm thực hiện mục tiêu tổngquát trong giáo dục ở nước ta

Trong lịch sử sự phát triển của xã hội Việt Nam, giáo dục giữ vai trò quantrọng Thế hệ trẻ là tương lai của đất nước, là những người kế tục và phát huy nềnkinh tế xã hội Đại hội toàn quốc lần thứ VII với quan điểm đổi mới mọi mặt kinhtế xã hội , lĩnh vực giáo dục và đào tạo nghị quyết đã khẳng định: Mục tiêu của giáodục và đào tạo nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài, hìnhthành đội ngũ lao động có tri thức và tay nghề, có năng lực phẩm chất , tự chủ, năngđộng và sáng tạo Nhà trường đào tạo thế hệ trẻ theo hướng toàn diện và có nănglực chuyên môn sâu, có ý thức và có khả năng tự tạo việc làm trong nền kinh tếnhiều thành phần

Như vậy, vấn đề cốt lõi đối với các trường đại học và dạy nghề là chất lượngđào tạo Điều này hoàn toàn phụ thuộc vào đội ngũ giáo viên và phương tiện giảngdạy

TRANG- 2

Phương tiện giảng dạy góp phần không nhỏ trong việc nâng cao chất lượnggiảng dạy Chính vì vậy, hiện nay tại các trường đại học đưa các hệ thống đa phươngtiện (Multimedia) vào trong giảng dạy Các phương tiện này kết hợp với giáo viênsẽ làm nhân tính hóa môi trường giáo dục Chính sức mạnh kỹ thuật đang làm choviệc học hành trở nên cần thiết này cũng sẽ làm cho nó thiết thực hơn.

Chúng ta có thể thực hiện nhiều phương pháp giảng dạy khác nhau, bởi vìcác công cụ Multinedia tạo cho chúng ta sự dễ dàng để thử nghiệm và đo lường hiệuquả của chúng Giáo trình Multimedia và các loại giáo cụ khác rất dễ sử dụng sẽgiúp cho giáo viên thực hiện dễ dàng chương trình giảng dạy, phù hợp với nguyệnvọng của từng cá nhân Máy tính điện toán sẽ giúp tinh chỉnh nội dung giáo trìnhdưới dạng hình ảnh động trực quan và sinh động, giúp sinh viên có thể theo học cácchương trình phù hợp và học theo khả năng tiếp thu nhanh chậm của mình Bất kỳmột sinh viên nào cũng có thể áp dụng phương pháp học theo sở thích, và đều có cơhội cập nhật các kỹ thuật tiên tiến nhất trong phạm vi ngành nghề của mình Mọithành viên trong xã hội, đều có thể khai thác thông tin một cách dễ dàng Nguồnthông tin vô cùng phong phú và có sẵn trong các hệ thống đa phương tiện, như vậysẽ kích thích lòng khao khát hiểu biết và trí tưởng tượng của con người Từ đó,giáo dục sẽ trở thành một ngành mang đầy đủ tính chất cá nhân

Hiện nay có một số người lo ngại rằng công nghệ đó sẽ thay thế giáo viên.Có thể khẳng định rằng, điều này hoàn toàn không xảy ra Hệ thống đa phương tiệnsẽ không thay thế hoặc làm giá trị bất kỳ một tài năng giáo dục con người nào cả.Họ là những người hiện đang rất cần cho những thách thức phía trước : Các giáoviên tận tụy, các nhà quản lý đầy óc sáng taọ Tuy nhiên nền công nghệ này sẽ giữvai trò trụ cột đối với giáo viên trong tương lai

Multimedia sẽ đúc kết và giới thiệu những công trình tốt nhất của các giáoviên và các tác giả để mọi người cùng chia sẻ Giúp cho giáo viên có thể tận dụngnguồn giáo trình đó và sinh viên có dịp khai thác tối đa nguồn thông tin phong phútrên phương tiện

Đồng thời công nghệ giảng dạy mới này sẽ giúp mở rộng cơ hội được họchành đến những sinh viên không có điều kiện vào học tại các trường

Mặc dù nhìn bề ngoài, các lớp học vẫn là những lớp học như trước, nhưngMultimedia sẽ cải tiến tất cả những nội dung bên trong Các giảng đường sẽ đượctrang bị các phương tiện diễn họa đa môi trường, và bài tập về nhà sẽ phải thamkhảo rất nhiều tài liệu điện tử , giống như trước đây sinh viên tham khảo sách giáokhoa vậy

Hệ thống đa phương tiện hiện nay có rất nhiều chương trình được ứng dụngtrong giảng dạy Trong đó, có những phần mềm Presentation (minh họa) dùng máytính để hỗ trợ cho diễn giả, và nhất là Microsoft PowerPoint

Việc thuyết trình trong các cuộc hội nghị, các cuộc trao đổi, hội thảo, cũngnhư các buổi hướng dẫn dạy học Vấn đề ở đây là làm sao trình bày sao cho có sứcthuyết phục đến người lĩnh hội là mối quan tâm hàng đầu đối với người diễn trình ,nếu thuyết trình một cách thụ động sẽ tạo ra không khí buồn, mất khả năng tiếp thu.

Thời gian còn ngồi trên ghế giảng đường đại học , em đã cảm nhận và thấyđược công việc truyền đạt kiến thức của thầy cô bằng phương pháp truyền thống làhết sức khó khăn và tốn kém thời gian, nhưng hiệu quả không cao

Như vậy tin học, là một trong những lĩnh vực còn non trẻ, nhưng với sự pháttriển thần kỳ của nó đã được ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều ngành khác nhau

Với những nhận định vừa nêu trên, cùng với những kiến thức đã tiếp thutrong suốt thời gian qua, cùng với sự tiến bộ của công nghệ thông tin, em đã nghiêncứu một phương giảng dạy mới.Trong đó, có ứng dụng Multimedia, phương phápnày đã tạo tính tích cực trong quá trình giảng dạy, sinh viên có thể tiếp thu nhanhhơn nhờ những hình ảnh động được minh họa hết sức lôi cuốn Nội dung môn kỹthuật xung đã được phát thảo kỹ và được đưa vào giảng dạy có sự hỗ trợ của hệthống đa phương tiện

II LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hoà cùng xu thế phát triển kinh tế xã hội của thế giới, nước ta đã và đangtiếp cận những xu thế ấy, với mục tiêu là xây dựng và phát triển đất nước Trongnền kinh tế mở cửa, luôn tồn tại qui luật cạnh tranh và hợp tác với thế giới bênngoài Do vậy, có sự đòi hỏi phải gấp rút đào tạo đội ngũ lao động đông đảo về sốlượng, vững vàng về chất lượng và chuyên môn, để có đủ khả năng phát triển sảnxuất, đưa Việt Nam hòa nhập vào cộng đồng thế giới Vấn đề này chỉ có thể giảiquyết triệt để khi các trường kỹ thuật đào tạo kỷ sư , kỷ thuật viên và công nhânđược trang bị lại toàn bộ cơ sở vật chất hiện đại, đồng thời nâng cao và hoàn thiệnnội dung giảng dạy Hiện nay, tại các trường kỹ thuật nói chung và ngành Điện -Điện Tử của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật nói riêng có đào tạo môn họcchuyên ngành khá quan trọng Đó là môn kỹ thuật xung, nó là nền tảng cho cácmôn học khác

Trong thực tế các lĩnh vực thông tin, điều khiển, ra đa, vô tuyến truyềnhình ,đều làm việc có sự ứng dụng kỹ thuật xung Thời gian của xung ảnh hưởngrất lớn đến hệ thống Do đó cần phải tìm hiểu kỹ để có thể làm chủ được các tìnhhuống xảy ra

Hiện nay tài liệu kỹ thuật xung chưa được phổ biến nhiều, nên vấn đề họctập của sinh viên gặp khó khăn hơn Mặt khác, nội dung môn học được truyền đạtđến sinh viên bằng một trong những phương pháp truyền thống là dùng bảng đen vàphấn trắng, với loại hình này thì có những hạn chế nhất định Ngày nay, phương tiệnmáy tính dần dần thay thế phương pháp này Khi đó, nội dung bài giảng của mộtmôn học được lồng kết hợp với máy tính, đặc biệt là các hệ thống đa phương tiện

TRANG- 4

(Multimedia) sẽ có sức lôi cuốn rất lớn đối với người học Quá trình thực hiện diễn

ra nhanh chóng và dễ dàng , hiệu quả được nâng cao trong công tác giảng dạy

Để có tài liệu về lý thuyết kỹ thuật xung và đồng thời giới thiệu phương phápgiảng dạy mới có sự trợ giúp của máy tính, mà ở đó giáo viên và học sinh dễ cậpnhật và tra cứu Từ đó em đã nghiên cứu và chọn ra đề tài " ỨNG DỤNGMULTIMEDIA TRONG GIẢNG DẠY MÔN KỸ THUẬT XUNG"

III GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Khi phân tích một vấn đề, ta có thể phân tích sâu từng phần nhỏ của vấn đề,hoặc có thể khai triển rộng ra những lĩnh vực liên quan đến vấn đề

Nhưng với điều kiện thời gian còn nhiều hạn chế, tài liệu tham khảo khôngđầy đủ và khả năng kiến thức có giới hạn, cùng với những yêu cầu của giáo viênhướng dẫn nên đề tài chỉ nghiên cứu giới hạn trong các vấn đề sau:

Đối tượng nghiên cứu : Tài liệu Kỹ Thuật Xung của Thầy Nguyễn Việt Hùngvà Thầy Vương Cộng , trong đó dựa vào dàn bài để phân tích rõ các vấn đề có liênquan Việc xây dựng nội dung được trích thêm từ tài liệu Electronic Design Trongnội dung, đưa ra cách phân tích và chứng minh một cách rõ ràng và hợp lý Đốitượng nghiên cứu thứ hai là các hệ thống đa phương tiện như : Phần mềm CircuitMaker để vẽ và mô phỏng mạch điện, cùng với sự trợ giúp của MicrosoftPowerPoint được sử dụng khá phổ biến hiện nay, để xuất ra những phim ảnh độngthuận lợi trong quá trình dạy và học Các đối tượng tham khảo là sinh viên trong cáctrường kỹ thuật và trung học nghề

IV MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Mục Đích Yêu Cầu

Xây dựng nội dung về lý thuyết kỹ thuật xung Nội dung trình bày chi tiết, rõràng, trong đó có sự phân tích mạch điện và chứng minh bằng hình vẽ Nhằm truyềnđạt đến sinh viên các kiến thức cơ bản nhất mà cần phải nắm

Giúp sinh viên làm quen với phương pháp giảng dạy trên máy tính cá nhân.Nội dung bài giảng được trình bày dưới dạng phim ảnh động, nhằm tạo quá trình tiếpthu kiến thức và áp dụng thực hành dễ dàng Giúp sinh viên có cái nhìn chi tiết hơn,cảm nhận sát thực với thực tế, và trên hết là góp phần giúp giáo viên giảm bớt sựvất vả trong công tác giảng dạy của mình

2 Phương Pháp Nghiên cứu

Phương pháp tham khảo tài liệu: Căn cứ vào mục đích, nhiệm vụ của đề tàiđể từ đó tiến hành thu thập tài liệu , báo chí, tạp chí có nội dung liên quan Tiếp theolà phân tích và chọn lọc ra nội dung phù hợp với đề tài.

Quan sát là sử dụng các giác quan, để chú ý xem xét các sự vật, các hiệntượng một cách khách quan, qua đó nắm được bản chất và nguyên lý vận hành củanó Đối với đề tài này, chủ sát quan sát trên máy tính về công việc xử lý hình ảnh.Việc quan sát có thể diễn ra ở nhiều mức độ: Quan sát thông thường là ghi nhận sựkiện quan sát Quan sát khoa học là ghi nhận và giải thích ý nghĩa của sự kiện quansát

V GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT PHƯƠNG TIỆN TRONG GIẢNG DẠY

Triển khai về phương pháp dạy học trực quan: Đó là các phương pháp sửdụng các phương tiện trực quan như là nguồn cung cấp tri thức mới cho học sinh

Nguyên tắc trực quan trong quá trìng dạy học : Trong quá trình lĩnh hội tri

thức của học sinh , từng giai đoạn của việc nhận thức , chúng ta cần phải tìm ra điểmxuất phát của nó, trong việc tìm hiểu các sự vật , sự kiện hay khái niệm

Để làm tích cực hóa quá trình dạy học và làm cho sinh động buổi giảng, cáctrường học của các nước tiên tiến trên thế giới sử dụng các phương tiện rất là thôngdụng và hiện đại

Theo nghĩa rộng phương tiện dạy học là phương tiện nghe nhìn và tương tácphục vụ trực tiếp vào quá trình dạy học Các phương tiện dạy học bao gồm các loạinhư sau: Các vật thật, các vật tượng hình, các phương tiện kỹ thuật như máy chiếu,video, máy tính cá nhân Đây là các phương tiện truyền tin

Công nghệ học giảng dạy : Việc ứng dụng các thành quả của khoa học kỹthuật trong quá trình tích cực hóa quá trình dạy học, được mô tả dưới những quanđiểm sau:

- Sản xuất và sử dụng hàng hóa cứng : Đây là các giá mang của tài liệunghe nhìn, giúp cho việc truyền đạt và lĩnh hội các thông tin kiến thức, là phươngtiện trung gian nhằm truyền tải , phân phối khuếch đại, kích thích với mục đích đápứng cho nhu cầu giảng dạy cá nhân hay nhiều nhóm học sinh một cách đồng loạt vàcho phép giảm được phí tổn giảng huấn trên mỗi học sinh

- Sản xuất và sử dụng hàng hóa mềm: Đây là lĩnh vực kỹ thuật nói đếnnội dung của thông tin , nó được tổ chức, sắp đặt, trình bày như thế nào cho việctruyền đạt và tiếp thu có hiệu cao nhất

Các yếu tố quan trọng của phương tiện dạy học

TRANG- 6

- Kinh nghiệm trực quan vàyêu cầu học tập: Cần có nhiều giác quan tham gia vàoquá trình tri giác thì việc tiếp thu những lượng thông tin càng chính xác, đầy đủvà bền vững hơn Lượng thông tin được truyền qua các giá mang như ngôn ngữnói viết, động tác điệu bộ, màu sắc âm thanh, ký hiệu

Các tính chất của phương tiện:

Nó có ảnh hưởng đến cách sử dụng phương tiện, bao gồm những tính chấtsau:

- Tính ngưng giữ: Đây là tính chất lưu giữ hoặc tái tạo các sự vật hiện tượng , quátrình …Như trong lĩnh vực nhiếp ảnh ghi âm, ghi hình

- Tính gia công: Đây là sự biến dổi các yếu kỹ thuật để thúc đẩy kìm hãm cáchiện tượng, các quá trình biên tập, sắp đặt lại để làm người xemdễ hiểu

- Tính phân phối : Dùng để chuyển tải các sự việc, các hiện tượng qua khônggian, cho tập thể cùng quan sát một vấn đề

Chức năng của phương tiện dạy học: Những phương tiện khác nhau có nhữngchức năng và hiệu quả khác nhau, nên tùy thuộc vào mục đích mà chúng ta chọnlựa Bảo đảm tính thực tiễn khách quan, bảo đảm tổ chức dạy hợp lý, bảo đảm cáckhâu quá trình dạy học có hiệu quả cao

Khả năng của phương tiện: Mỗi phương tiện đều có khả năng đặc biệt củanó Giúp phát triển các kỹ năng, tình huống hóa vấn đề , củng cố hay áp dụng

Cơ sở để lựa chọn phương tiện: Mục đích yêu cầu sư phạm cụ thể Đặc điểmmôn học: Tùy theo tính chất của mỗi đề tài hay nói cách khác phương tiện tùy thuộcvào nội dung và phương pháp Mục đích học tập: Kiến thức, kỹ năng , hành vi tưtưởng Đặc điểm của đối tượng : Vốn kiến thức kinh nghiệm Bảo đảm thực hiện cácnguyên tắc dạy học Điều kiện thực tế của nhà trường

KẾT LUẬN

Qua sáu tuần thực hiện, đề tài đã hoàn thành đúng thời hạn và nhiệm vụ đãđược giao ban đầu Đó là, soạn nội dung bài giảng môn kỹ thuật xung Trong phầnnày có sự phân tích và giải thích một cách cụ thể và dễ hiểu Trong khi đó hiện nay,sách kỹ thuật xung phục vụ nhu cầu học tập cho sinh viên còn khang hiếm Do vậy,các bạn sinh viên kỹ thuật, nhất là sinh viên ngành điện có thể lấy làm tài liệu thamkhảo hữu dụng

Ứng dụng các phần mềm như Circuit Maker là công cụ vẽ và mô phỏngmạch điện Xây dựng các bái thí nghiệm cơ bản nhất của môn kỹ thuật xung dựatrên phần mềm này Qua đó, ta thấy được kết quả của sự mô phỏng so với những gì

ta đã học ở lý thuyết Từ đó, tìm ra được phương pháp học thích hợp cho mỗi cánhân, có thể dùng phương tiện máy tính để hỗ trợ cho quá trình học tập nhằm manglại chất lượng và hiệu quả cao

Cũng với nội dung này, nếu kết hợp hài hòa với hệ thống đa phương tiện sẽlàm tính chất của vấn đề khác đi Giúp cho sinh viên dễ tiếp thu trong quá trình lĩnhhội Còn đối với người giáo viên đứng lớp sẽ giảm đi sự vất vả trong công tác giảngdạy Chính vì vậy, trong đề này có ứng dụng Mutimedia để đưa nội dung môn kỹthuật xung vào dạy học Việc ứng dụng đa phương tiện này vào giảng dạy là vấn đềcòn mới mẽ ở Việt Nam, chưa được phổ cập nhiều trong các trường đại học, nhưng

do tính ưu việt của nó rồi cũng sẽ thay thế phương pháp giảng dạy truyền thống nhưkhi nay Khi làm chủ được các chương trình làm Multimedia, cùng với các kiến thứcchuyên ngành thì người sử dụng có thể phát huy hết những tính năng sẵn có, đểsoạn và trình bày nội dung cho bất kỳ môn học nào

Phần nội dung và các bài thí nghiệm được trình bày dưới dạng ảnh động vớisự trợ giúp của phần mềm Microsoft PowerPoint và được lưu trên một đĩa CD-ROM

Qua thời gian làm đề tài, đã giúp ích nhiều cho em không những trong củngcố và nâng cao kiến thức chuyên ngành đã tiếp thu, mà còn nắm được kỹ thuật làmMultimedia cho việc giảng dạy

Tuy nhiên, do đây là lần đầu làm quen với Multimedia, kiến thức và kinhnghiệm còn hạn chế nhất định , và nhất là có sự giới hạn về thời gian, nên đề tàicòn có những hạn chế nhất dịnh: Chỉ sử dụng Multimedia là công cụ hỗ trợ cơ bảnnội dung bài giảng môn kỹ thuật xung, chưa tạo ra những nét đặc sắc về nghệ thuậttrình bày sao cho có sức thuyết phục cao, chưa thể hiện hết khả năng ứng dụng củanó

TRANG- 8

MỤC LỤC

TRAN

GLời nói đầu

Dẫn nhập

III Đặc tính của chuyển mạch điện tử (linh kiện bán dẫn) 4

1.1 Cấu trúc và đặc tính cơ bản của Diode 4

2.1 Quá trình nạp, đồ thị hằng số thời gian 142.2 Quá trình phóng điện của tụ và đồ thị thời gian 162.3 Cách xác định  trên đồ thị và ảnh hưởng của  đến quá

3 Đáp ứng của mạch RC đối với tác dụng của xung vuôngđơn

17

1.1 Xét mạch lọc tần số thấp dạng cơ bản dùng RC 201.2 Dạng mạch lọc tần số thấp dùng RL 221.3 Dạng mạch lọc tần số thấp dùng LC 23

2.2 Dạng mạch lọc tần số cao dùng hai phần tử R,L 26

II Mạch xén dùng Diode bán dẫn (Loại Diode lý tưởng ) 43

TRANG- 10

1.1 Mạch xén dương 43

3.1 Mạch chỉnh lưu bán kỳ, ngõ ra đảo 683.2 Mạch chỉnh lưu bán kỳ có nguồn điện áp DC làmmức chuẩn

69

1 Mạch ghim đỉnh trên của tín hiệu ở mức không 73

2 Mạch ghim đỉnh trên của tín hiệu ở một mức điện áp bất

3 Mạch ghim đỉnh dưới của tín hiệu ở mức không 76

4 Mạch ghim đỉnh dưới của tín hiệu ở một mức điện áp bấtkỳ

77

5 Mạch ghim dùng Diode khi kể cả điện trở thuận của

1 Mạch kẹp ở cực nền của Transistor 82

II Mạch dao động đa hài dùng các linh kiện tương tự 89

1.2 Dạng mạch dùng chuyển mạch Transistor 91

4.1 Mạch đa hài bất ổn dùng Transistor 974.2 Mạch dao động đa hài bất ổn dùng Op-Amp 99Kết luận

TRANG- 12

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 KỸ THUẬT XUNG VÀ SỐ (Tập 1 và 2)

Nguyễn Việt Hùng

Trần Thanh Mai

Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

2 KỸ THUẬT XUNG

Vương Cộng

Nhà Xuất Bản Đại Học Và Trung Học Chuyên Nghiệp

KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ

Phạm Minh Hà

Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật

3 KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Lê Phi Yến

Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật

6 MICROSOFT POWERPOINT

TRANG- 14

Các tín hiệu có biên độ biến đổi theo thời gian được phân ra thành hai loại

cơ bản , đó là tín hiệu liên tục (còn gọi là tín hiệu tuyến tính hay tín hiệu tương tự)và tín hiệu gián đoạn (còn gọi là tín hiệu xung hay số)

Ngày nay trong kỹ thuật vô tuyến điện, có rất nhiều thiết bị hoạt động trongmột chế độ đặc biệt đó là chế độ xung Khác với những thiết bị điện tử làm việctrong chế độ liên tục, trong các thiết bị làm việc ở chế độ xung thì dòng điện hoặcđiện áp tác dụng lên mạch một cách rời rạc theo một quy luật nào đó Ở những thờiđiểm đóng hoặc ngắt điện áp, trong mạch sẽ phát sinh quá trình quá độ phá hủy chếđộ công tác tĩnh của mạch

Các thiết bị xung được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹthuật hiện đại như :Thông tin , điều khiển, ra đa, vô tuyến truyền hình, máy tính điệntử, điện tử ứng dụng

Tùy theo nhiệm vụ mà trong các thiết bị sử dụng nhiều loại sơ đồ xung khácnhau: Khác nhau về nguyên tắc cấu tạo, nguyên lý làmviệc cũng như các thamsố Tổ hợp các phương pháp, các thiết bị để tạo và biến đổi dạng xung, để biểu thịvà chọn xung gọi là kỹ thuật xung

Tín hiệu hình sin được xem là một tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu liên tục Với tín hiệu này có thể xác định biên độ của nó tại từng thời điểm và nó được biểunhư hình1-1

Tín hiệu hình vuông được xem là một tín hiệu tiêu biểu cho loại tiùn hiệugián đoạn.Với tín hiệu này thì biên độ của nó chỉ có hai giá trị là mức cao (High) vàmức thấp (Low), thời gian để chuyển từ mức biên độ thấp lên biên độ cao hay từ

biên độ cao xuống biên độ thấp là rất ngắn và được xem như tức thời Tín hiệu xungđược tổng hợp từ các hàm bước và nó được biểu diễn như hình 1-2.

v = Vmax sint v = VH , nếu 0  t < t1

v = VL , nếu t1  t < t2Ngoài ra, tín hiệu xung (tín hiệu gián đoạn) còn có các dạng khác như: Xungtam giác, xung răng cưa , xung nhọn, xung nấc thang …

a/ Xung tam giác b/ Xung nhọn (Xung dạng hình mũ)

c/ Xung răng cưa d/ Xung nấc thang

Hình 1-3 : Các dạng tín hiệu xung khác

Qua một số thí dụ về các dạng xung ở trên, thông thường thời tồn tại củaxung rất nhỏ so với chu kỳ lặp lại của nó và có những thời điểm biến đổi đột ngột.Tuy vậy, trong thực tế còn gặp những dãy xung mà thời gian tồn tại xung bằng hoặclớn hơn một nửa chu kỳ lặp lại của nó, những xung như vậy gọi là xung rộng

Mặc khác, khi nói đến khái niệm độ rộng của một xung nào đó là rộng hayhẹp thì nên hiểu đó không phải là một khái niệm tuyệt đối Ví dụ : Trong kỹ thuật tựđộng dùng những loại xung có độ rộng đến hàng giây, trong thông tin liên lạc và ra

đa thì dùng những loại xung có độ rộng đạt micro giây

Tóm lại, tín hiệu xung được định nghĩa như sau : Tín hiệu xung điện thế hayxung dòng điện là những tín hiệu có thời gian tồn tại rất ngắn, có thể so sánh vớiquá trình quá độ trong các mạch điện mà chúng tác dụng Do đó, đây là một khái

TRANG- 16

niệm rất quan trọng , nếu không tìm hiểu kỹ thì thời gian của quá trình quá độ sẽảnh hưởng đến thiết bị xung.

II CÁC THÔNG SỐ CỦA TÍN HIỆU XUNG

Xét tín hiệu xung như hình 1-4 là một tín hiệu xung vuông lý tưởng Trongthực tế khó có một tín hiệu xung vuông mà chuyển mạch từ mức thấp lên mức caovà ngược lại là thẳng đứng như thế (ứùng với thời gian tăng và thời gian giảm là t= 0)

Khảo sát một vài thông số của tín hiệu xung

1 Chu Kỳ Xung – Tần Số Xung

Độ rộng xung ton, là khoảng thời gian tồn tại của xung (ứng với thời gian màbiên độ có mức điện áp cao) Thời gian không xuất hiện xung (ứng với mức biên độthấp) gọi là thời gian nghỉ, toff.

Ý nghĩa của tấn số F : số xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian

2 Độ Rỗng Xung Và Hệ Số Lắp Đầy

Độ rỗng của một dãy xung là tỉ số giữa chu kỳ lặp lại T đối với độ rộng xung

ton

Q = T / tonThông thường thời gian tồn tại của xung ton rất nhỏ so với chu kỳ lặp lại T.Trịsố nghịch của Q được gọi là hệ số đầy của xung và nó được tính theo công thức:

3 Độ Rộng Xung

Hình 1-5

Đây là dạng xung thực tế , với dạng xung này thì khi tăng biên độ điện áp sẽcó thời gian trễ tr , gọi là độ rộng sườn trước Thời gian này tương ứng từ 10% đến90% biên độ U Ngược lại, khi giảm biên độ điện áp xung sẽ có thời gian trễ tf , gọilà độ rộng sườn sau Thời gian này tương ứng từ 90% đến 10% biên độ U

Độ rộng xung thực tế là:

Ton = tr+ tf + tpĐộ sụt đỉnh xung u của xung điện áp là độ giảm biên độ xung ở phần đỉnhxung.Trong thực tế thường dùng độ sụt áp tương đối &u = u / u để dễ dàng sosánh mức sụt đỉnh của xung đối với biên độ của nó

III ĐẶC TÍNH CỦA CHUYỂN MẠCH ĐIỆN TỬ (Linh Kiện Bán Dẫn)

Trong luận văn này phần lớn đề cập đến lý thuyết kỹ thuật xung và số Vìvậy, để thực hiện các chức năng khác nhau về việc biến đổi dạng xung, người tadùng các phần tử thụ động như : Diode, Transistor, Op-amp Do đó, các mạch biếnđổi xung muốn hiểu rõ nguyên lý hoạt động, thì trước hết cần nắm vững về cấu trúcvà bản chất lý thuyết của những linh kiện trên

1.Đại Cương Về Diode

1.1 Cấu Trúc Và Đặc Tính Cơ Bảøn Của Diode

Ba loại vật liệu khác nhau thường được sử dụng để chế tạo Diode là :Germanium (Ge), Silicon (Si), Gallium arsenide Si hầu như đã thay thế Ge để chếtạo Diode Gallium arsenide đặc biệt hữu dụng trong những ứng dụng vi ba và nhữnglĩnh vực liên quan đến tần số cao

Diode bán dẫn là tên gọi chung của một họ linh kiện hai cực, cấu tạo cơ bảndựa trên chuyển tiếp p-n Điện cực nối với bán dẫn p gọi là cực anode, điện cực nốivới bán dẫn n gọi là cực cathode, tiếp giáp giữa p và n được gọi là mối nối củaDiode

TRANG- 18

 Khi chưa có phân cực (ở trạng thái cân bằng): Trước khi tiếp xúc,mỗibán dẫn nằm ở trạng thái cân bằng: Tổng số điện tích dương bằng tổng số điệntích âm trong thể tích Khi tiếp xúc nhau, do sự chênh lệch nồng độ sẽ xảy ra hiệntượng khuếch tán của các hạt dẫn đa số: Lỗ trống khuếch tán từ p sang n, còn điện tửkhuuếch tán theo chiều ngược lại Chúng tạo nên dòng khuếch tán có chiều từ psang n Trên đường khuếch tán, các điện tích khác dấu sẽ tái hợp với nhau, làm chotrong một vùng hẹp ở hai bên mặt ranh giới có nồng độ hạt dẫn giảm xuống thấp.Tại vùng này, bên vùng nghèo bán dẫn loại p tồn tại các phần tử thiểu số loại n (ionâm) Còn bên vùng nghèo loại n tồn tại các phần tử thiểu số loại p (lỗ trống), nghĩalà hình thành hai lớp điện tích không gian khác dấu đối diện nhau Chúnhg bị lực hútcủa các ion trái dấu và lực đẩy của các ion cùng dấu, nên chúng được tồn tại trongvùng nghèo như hình 1-6a Giữa hai lớp điện tích này sẽ có một sự chênh lệch điệnthế (bên n dương hơn bên p), gọi là điện thế tiếp xúc.

A K

Phần tử đa số loại n có thể thắng lực hút của các lớp ion dương và lực đẩycủa lớp ion âm, để di chuyển đến vùng trung hòa loại p Số lượng phần tử đa số rấtlớn nên được coi như bất biến, trong khi có một số đủ năng lượng vượt qua vùngnghèo để đến lớp p Và ngược lại , phần tử đa số loại p có thể vượt qua vùng nghèođể đến lớp n

 Khi có tác dụng của điện áp ngoài

- Khi phân cực nghịch mối nối p-n: Nguồn điện áp V được nối như hình 1-6b,bán dẫn p nối với cực âm, bán dẫn n nối với cực dương Giả thuyết điện trở củabán dẫn ở ngoài vùng nghèo ( còn gọi là miền trung hòa) là không đáng kể.Lúc đó gần như toàn bộ điện áp V đặt vào vùng nghèo, và lúc đó nó cùng chiềuvới điện thế tiếp xúc, tình trạng cân bằng ban đầu không còn nữa Điện trường

E ( do điện áp V gây ra) cùng chiều với điện thế tiếp xúc, sẽ làm hạt dẫn đa sốloại p di chuyển về cực âm, còn hạt dẫn đa số loại n di chuyển về cực dương,nói cách khác là rời xa khỏi mặt ranh giới Do đó vùng nghèo được mở rộng,điện trở vùng nghèo tăng Lúc này hình thành hàng rào điện thế là tổng củanguồn V và điện thế tiếp xúc, ngăn cản dòng đa số vượt qua nên nó có giá trịbằng không Còn dòng trôi của hạt dẫn thiểu số thì tăng theo V Nhưng nồngđộ hạt dẫn thiểu số vốn rất bé, cho nên trị số dòng này rất nhỏ và nó nhanhchóng đạt giá trị bão hòa khi V còn rất thấp Dòng này sẽ tăng đột biến khi đạtđến ngưỡng điện áp đánh thủng

K A

V

Hình 1-6c Ký hiệu

1.2 Đường Đặc Tính Của Diode

Quan hệ Volts – Amperes của Diode được mô tả như sau:

iD = Io[ exp(qvD/nkT)-1] (1.1).

Các số hạng trong phương trình được định nghĩa như sau :

id : Dòng qua diode (A)

vd : Hiệu điện thế rơi trên diode (V)

io : Dòng bão hòa ngược

q : Điện tích electron, 1,6.10-19 J/V ( C )

k : Hằng số Boltzmann , 1,38.10-23 J/ok

T : Nhiệt độ tuyệt đối (oK)

n : Hằng số kinh nghiệm , 1  n  2

TRANG- 20

Ở nhiệt độ phòng (300oK)

iD = Io exp(vD /nVT)Những phương trình trên được minh họa ở hình 1-7 cho cả hai vật liệu Silliconvà Germanium

Hình 1-7: Đặc tuyến Volts- Amperes

Đặc tuyến thực của Diode có dạng hàm mũ Khi phân cực thuận mối nối p-n, ởbên phải đặc tuyến V-A, thì điện trở tiếp xúc của chất liệu bán dẫn tỉ lệ thuận vớidiện trở thuận Khi phân cực nghịch mối nối p-n, bên trái đặc tuyến V-A, thì dòngđiện rỉ Io tỉ lệ nghịch với điện trở nghịch Khi Diode chịu một điện áp ngược lớn sẽlàm phá hủy tiếp giáp p-n

Điện áp rơi trên Diode khi được phân cực thuận là

V = 0,1v đến 0,3v (chọn 0,2v) , Đối với diode loại Ge

V = 0,6v đến 0,8v (chọn 0,7v) , Đối với diode loại Si

Mạch tương của Diode khi được phân cực thuận là:

rd : Điện trở động

rd = nVT (iD + Io)  nVT / iDDiode lý tưởng có rd = 0 và V = 0

2 Đại Cương Về Transistor

Transistor thuộc họ linh kiện ba cực Nếu Diode là loại linh kiện hai cực, baogồm một bán dẫn loại p và một loại n, thì Transistor bao gồm hai bán dẫn loại p vàmột bán dẫn loại n đối với loại PNP, hai bán dẫn loại n và một bán dẫn loại p đốivới loại NPN

Sơ đồ ký hiệu của Transistor được mô tả ở hình 1.8

Chiều dòng điện được qui ước theo chiều của mũi tên

B E

- Vùng tắt : Transistor rơi vào vùng hoạt động này khi thõa mãn điều kiện sau:Mối nối BE và BC phải được phân cực nghịch Khi đó, các thông số ngõ ra làdòng iC gần như bằng 0 và điện áp vCE gần bằng VCC

- Vùng khuếch đại : Transistor hoạt động trong vùng khuếch đại khi mối nối BEđược phân cực thuận (VB > VE ) và mối nối BC được phân cực nghịch (VC >VB)

Ở chế độ này thì IB =  IC

IC = IE , Với  là hệ số độ lợi, giá trị điển hình của biến thiên trong phạm vi từ 20 đến 800 tùy theo loại Transistor

Chúng ta sẽ phân tích mạch hình 1-10 để làm sáng rõ hơn về đường cong đặctính này

BB

Vcc

+ V

Rc

RE RB

Hình 1-10

Áp dụng định luật kirchoff 2 cho lưới vòng quanh từ cực C đến cực E

Ta có VCC = iC RC+ vCE + iERE (1.3)

Mà iC = iEPhương trình (1.3) có thể viết lại như sau: VCC = iC(RC + RE) + vCE

 iC = -vCE.1/(RC + RE) + VCC 1/(Rc +RE)Xem đây là phương trình đường tải tĩnh (DC) và cách vẽ đồ thị đường thẳngnày giống như phương pháp vẽ đồ thị của hàm bậc nhất, tức là khi ic = 0 ,thì vCE

=VCC và khi vCE = 0 thì ic = VCC

Re

1



Rc Điểm làm việc tĩnh là Q(VCEQ,ICQ)

Dạng đường tải tĩnh này được minh họa trên đường cong đặc tính hình 1.9

- Vùng bão hòa : Transistor làm việc ở vùng bão hòa cần thõa mãn các điều kiệnsau: Mối nối BC và mối nối BE đều được phân cực thuận Transistor rơi vàovùng bão khi ngõ vào phải được cung cấp tín hiệu đủ lớn sao cho điện áp tạicực nền (VB) lớn hơn một mức ngưỡng để Transistor phân cực bão hòa Mứcđiện áp ngưỡng này là VBEsat , nó có trị số tùy thuộc vào loại chất bán dẫn

ic

0

iEv

iB

VBEsat = 0,7V đến 0,8V , Transistor loại Si

VBEsat = 0.3V , Transistor loại Ge

Khi sử dụng ở chế độ công tác chuyển mạch, Transistor thông thường mắctheo dạng E chung ( mắc CE )

Khảo sát một dạng mạch mắc CE chung ở hình 1-11 làm việc ở chế độ bãohòa

Vcc

+ V RB

Rc

Hình 1-11

Áp dụng định luật kirchoff 2 cho lưới vòng quanh cực C đến cực E

Ta có VCC = IC.RC - vCE

Ở trạng thái bão hòa thì Ic rất lớn đạt ICsat , và vCE đạt VCEsat = 0,1V đến 0,2V

Từ đó, ICsat được tính theo công thức sau : ICsat =

Rc

Vcesat Vcc 

.Khi đã có dòng điện tải IC , ta phải tính dòng điện cần thiết cấp cho cực nền

B, nhằm chọn trị số RB thích hợp Ta xác định IBsat theo biểu thức :

IBsat = 1 ICsat

Trườnghợp cần cho Transistor làm việc ở chế độ bão hòa sâu, thì có thể tính

IB theo công thức:

IBsat = Icsat k ,Trong đó, k là hệ số bão hòa sâu (k = 2  5)

Khi Transistor bão hòa, các giá trị IBsat và ICsat , đều do mạch ngoài quết định

Ta có thể xác định RB theo công thức sau :

Ngày nay, Op-amp là loại linh kiện được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vựcđiện tử Gần như mọi chức năng trong lĩnh vực này đều có thể dùng Op-amp để thựchiện Chẳng hạn, thực hiện các phép tính: Cộng, trừ , tích phân trong máy tínhtương tự, làm thành phần nồng cốt trong các mạch khuếch đại, mạch đo, bộ daođộng, mạch tạo âm, mạch cảm biến.

Op-amp là loại linh kiện được tích hợp, gồm hai ngõ vào: Đảo và không đảo,một ngõ ra Op-amp hoạt động được phải cần cung cấp cặp nguồn điện áp đốixứng dương và âm, điểm giữa của cặp nguồn này được xemlà mass (0V) Do vậy,tín hiệu ở ngõ ra của bộ khuếch đại thuật toán có thể biến đổi cả về phía dương hayphía âm so với mass

Op-amp có sơ đồ ký hiệu như hình 1-12a Hình 1-12b là trình bày mạchtương của nó Mô hình gồm một nguồn áp phụ thuộc (phụ thuộc vào điện áp ngõvào), trở kháng ngõ vào (Rin) và trở kháng ngõ ra (Ro)

Điện áp vào vi sai vd = v+ - v-

Trở kháng ngõ vào của Op-amp tương đương như một điện trở ở hình 1-12b Điện áp ngõ ra tỉ lệ thuận với điện áp ngõ vào, và ta biểu thị tỉ lệ này là độlợi vòng hở (G) Vì vậy, điện áp ngõ ra khuếch đại G lần điện áp vào vi saivà đượcxác định theo công thức sau :

vo = G (v+ - v-) = G vdOp-amp lý tưởng có những đặc điểm như sau:

- Trở kháng ngõ vào, Rin = 0

- Trở kháng ngõ ra, Ro = 0

- Độ lợ vòng hở, G  

- Băng thông BW  

- vo = 0, khi v+ = v

-v+ - v- = vo /G (1.4), G tiến gần đến vô định, do đó phương trình (1.4)

được viết lại như sau: v+ - v- = 0  v+ = v

-Bởiđiện trở ngõ vào Rin  , nên dòng điện chạy vào hai ngõ vào đảo vàkhông đảo là zero

i+ = i- = 0Tùy thuộc điện áp ở hai ngõ vào này so sánh với nhau mà Op-amp sẽ làmviệc một trong hai trạng thái sau:

 Nếu v+ > v- thì vo = +V, gọi là trạng thái bão hòa dương

 Nếu v+ < v- thì vo = -V, gọi là trạng thái bão hòa âm

Hai trạng thái bão hòa này tương đương với ngõ ra của Op-amp ở hai mức điệnáp cao và điện áp thấp, để tạo ra các xung điện

Đặc tuyến truyền được thể hiện ở hình 1-13

Hình 1-13

CHƯƠNG 2

TÍN HIỆU XUNG QUA CÁC MẠCH RC - RL – RLC

I KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Hệ thống điện tử số làm việc dựa vào những tín hiệu chỉ mang một trong haigiá trị gián đoạn là 0 hoặc 1 ( mức thấp hoặc mức cao) Những tín hiệu đó được xemnhư là số nhị phân, và là loại tín hiệu chuẩn được tìm thấy trong những hệ thống sốđiện tử số ngày nay

Những tín hiệu có dạng xung vuông là sự nối tiếp của một chuỗi mức thấp vàmức cao Nó được tạo thành nhờ hệ thống điện tử Trong đó dạng xung vuông có thểxem như bao gồm các thành phần DC ( thành phần tần số thấp), thành phần nàyđược thể hiện bởi mức 0 và mức 1 của xung vuông, và thành phần tần số cao đượcthể hiện bởi hai sườn lên và sườn xuống của xung

TRANG- 26

Nếu hệ thống điện tử cần cung cấp những chuỗi xung có tần số cao hoặc tầnsố thấp, khi đó người ta dùng mạch phát xung và biến đổi dạng xung theo yêu cầucủa hệ thống Dạng mạch biến đổi dạng xung cơ bản là dùng mạng RC - RL - RLC,các phần tử có thể mắc nối tiếp hoặc song song với nhau Tùy theo tín hiệu ngõ ralấy trên phần tử nào mà hình thành các mạch lọc khác nhau.

Trong lý thuyết về mạch lọc, người ta chia ra mạch lọc thụ động và mạch lọc tíchcực Mạch lọc thụ động là do trong mạch chỉ dùng những phần tử thụ động như R, L,

C (bản thân các phần tử này không mang năng lượng) để thực hiện chức năng lọc.Mạch lọc tích cực dùng phần tử tích cực như op-amp kết hợp với vòng hồi tiếp gồm

R và C Nếu phân theo tần số thì có mạch lọc thông thấp, mạch lọc thông cao, mạchlọc thông dãi và mạch lọc chặn dãi

1 Hằng Số Thời Gian R- C

Tỉ lệ điện tích nạp cho tụ khi có cung cấp điện áp phụ thuộc vào điện trở toànmạch nối tiếp với tụ và giá trị điện dung của tụ Nếu điện trở tăng thì dòng giảm vàtổng số điện tích của tụ trong thời gian nạp cũng bị giảm Tương tự nếu điện dungcủa tụ tăng thì tụ cần một lượng điện tích lớn hơn để được nạp, do đó thời gian nạpđầy cho tụ là khá lâu

Để so sánh tỉ lệ điện tích được nạp trong tụ ở những mạch RC khác nhau,người ta dùng hằng số thời gian  để biểu thị Hằng số thời gian được định nghĩa là:

 = R C

Trong đó  : Hằng số thời gian (s)

R: Điện trở tổng (  ) C: Điện dung của tụ (F)

Ví dụ: R = 100 K, C = 50.10-12 thì hằng số thời gian là  = R.C = 5.10-11 105 =5(s)

Giá trị tính ở trên được gọi là hằng số thời gian của mạch, thời gian 5 s có thểxem là thời gian ngắn Nhưng sự phân biệt giữa hằng số thời gian của mạch ngắn,dài hay trung bình là hoàn toàn tùy ý Tuy nhiên tổng thể mạch được xét là có hằngsố thời gian dài khi kết quả RC bằng 10 lần so với khoảng thời gian có tồn tại xungcủa dạng sóng cung cấp, và khi kết quả RC bằng 1/10 so với khoảng thời gian có tồntại xung của dạng sóng cung cấp được xem là thời gian ngắn và thời hằng nằm giữahai mức đó thì được xem là thời hằng trung bình

2 Quá Trình Nạp- Xả Của Tụ

2.1 Quá Trình Nạp, Đồ Thị Hằng Số Thời Gian

Xét mạch như hình 2-1, với ngõ vào là thành phần điện áp đơn giản : vv (t) = E u(t), trong đó u(t) là hàm bước.

Ta có E u(t) = E , nếu t  0 E

Bằng phương pháp biến đổi laplace ta xác định vr(t) và vc(t) như sau:

vv (t) : vv (p) Với v(p) là ảnh của v(t), tức v(t) là gốc

vr (t) : vr (p)

Ta có i = ic(t) =

dt

v t v d c dt

t dv

v dt

t dv

r

)()(

Đạo hàm hai vế của phương trình (2.1) ta được:

2

2 2

dt

t v d RC dt

t dv dt

t v d

 RC * p2vr(t) + pv1(t) = RC * p2vv(t)

 RC * p2vr(p) + pvr(p) = RC * p2vv(p)

RC p

p RCp

RCp p

v p

Khi vv(t) = E.u(t) hàm bước đơn vị

vv(p) = £vv(t) = E £u(t) = E 1/p

Vậy

n n

r

P

P E P

E p

p p

v





1 1 1 )

Giá trị điện áp trên tụ và điện trở được biểu diễn dưới dạng tức thời Về mặtvật lý ta nhận thấy sau khi đóng mạch RC vào một nguồn suất điện động là E, trongmạch sẽ phát sinh quá trình quá độ Đó là quá trình nạp điện cho tụ điện C, làm chođiện áp trên tụ tăng dần và điện áp trên điện trở giảm dần theo quy luật hàm số mũ.Về mặt lý thuyết khoảng thời gian nạp điện cho tụ để điện áp trên tụ đạt đến trạngthái xác lập là bằng vô cùng Xong trong thực tế khoảng thời gian đó được lấy đượclấy bằng khoảng thời gian để điện áp trên tụ tăng đến một mức E nào đó (  hằngsố ,  <1, lấy  = 0,05) Khoảng thời gian này dài hay ngắn là tùy thuộc vào  quyếtđịnh

2.2 Quá Trình Phóng Điện Của Tụ Và Đồ Thị Thời Gian

Xét trở lại mạch hình 2-1 đã khảo sát ở phần (a), với giả thuyết là tụ đã nạpđầy Lúc này mạch tương đương như sau:

( 1 ) K( 2 ) V r ( t )

V c = E

t = t 1

R +C

+ E

Hình 2-3

Khóa K ở tại vị trí (1), mạch tương đương với quá trình nạp điện cho tụ, giátrị điện áp mà tụ nạp đầy là E Khi khóa K chuyển sang vị trí (2), tức tại thời điểm t

= t1 (vv = 0), mạch tương đương với quá trình phóng điện của tụ, tụ phóng qua R

Như đã học ở lý thuyết mạch ta có:

vc(0+) = vc (0-), điện áp qua tụ không đổi tức thời,

iL(0+) = iL(0-), dòng điện qua cuộn dây không thay đổi tức thời

n Và điện áp trên tụ giảm dần theo quy luật hàm mũ vc (t) = E e-t/ f

Đồ thị hàm số thời gian

Hình 2-4

2.3 Cách Xác Định  Trên Đồ Thị Và Ảnh Hưởng Của  Đến Quá Trình Nạp Xả

TRANG- 30

Hình 2-5a Hình 2-5b

Tại thời điểm t =  thì

vc(t) = vc() = E ( 1-e-t/ ) = E ( 1-e-t/ ) = E (1-e-1) = E(1-1/e) = 0,632E

vR(t) = vR() = E.e-/ = E.e-1 = E.1/e = 0,368 E

Trong kỹ thuật xung người ta xem như tụ nạp đầy sau một khoảng thời gian3 đến 5, khi tụ nạp đầy là đạt đến trạng thái xác lập

Chứng minh:

Tại thời điểm t = 3 , ta có vc(3) = E ( - e-3/) = E (1-e-3) = E (1-1/e3) = 0,95E ,điện áp trên tụ C đã đạt giá trị điện áp nguồn

Và vR (3) = E.e-3 = E.1/e3 = 0,049E  0

Sau thời gian 3 tụ nạp đầy , lúc đó không có điện áp rơi trên điện trở

Giá trị của hằng số thời gian  có ảnh hưởng đến quá trình quá độ của mạch(quá trình nạp xả)  càng lớn thời gian nạp và xả càng lâu, tức thời gian quá độ rấtlớn làm dạng sóng ra bị méo nhiều so với tín hiệu vào Ngược lại, giá trị  càng nhỏthì thời gian quá độ của mạch càng ngắn, do đó dạng sóng ra ít bị méo dạng hơn sovới tín hiệu vào

 ảnh hưởng đến điện áp nạp của tụ  ảnh hưởng đến điện áp phóng của tụ

3 Đáp Ứng Của Mạch RC Đối Với Tác Dụng Của Các Xung Vuông Đơn

Nếu tín hiệu ngõ vào là dạng xung vuông vv(t) = p(t) như hình vẽ Tín hiệunày được phân tích ra các thành phần như sau:

vR(t) = E e-t/

vR (t) = vv(t) – vc(t), Khi vc(t) tăng dần thì vR(t) giảm dần

Tùy theo giá trị của  lớn hay nhỏ mà tụ nạp trong thời gian dài ngắn khácnhau

Trong khoảng thời gian t > t1, điện áp ngõ vào mạng RC có giá trị là C Lúcnày, tụ C là đóng vai trò như nguồn điện áp cung cấp cho mạch, nghĩa là tụ C xảđiện qua điện trở R Do đó điện áp trên tụ C giảm dần theo quy luật hàm mũ, cònđiện áp trên điện trở tăng dần cũng theo quy luật hàm mũ, như ng mang giá trị âm

Ta có vc(t) = E.e-t/

 f

vR (t) = - E(1 – e-t/ f)Thời gian phóng điện và nạp điện của tụ là như nhau, xét thời gian tụ nạp đầy vàxả hết là 3 Các dạng điện áp nạp và phóng của tụ được biểu diễn ở những trườnghợp sau:

3.1 Xét Trường Hợp 1

Khoảng thời gian tồn tạixung từ 0 đến t1 rất lớn so với  (t1 >>) Lúc này,thời hằng rất nhỏ so với thời gian t0n , nên tụ C được nạp đầy và xả hết trong khoảngthời gian ngắn, tức là thời gian chuyển mạch từ mức thấp lên mức cao và ngược lạitừ mức cao xuống mức thấp gần như là đường thẳng dốc đứng (xem như là tức thời)

Do vậy, đáp ứng ở ngõ ra không bị biến dạng nhiều so với tín hiệu xung vào

Điều này được minh họa ở hình 2-6a

TRANG- 32

tE

Hình 2-6a

3.2 Xét Trường Hợp 2

Khoảng tồn tại xung từ 0 đến t1 rất nhỏ so với  (t1 << ) Lúc này, thời hằngrất lớn so với thời gian t0n , nên tụ C nạp đầy và xả hết rất lâu, tức thời gian quá độrất lớn, làm biến đổi dạng xung ngõ ra khác xa với dạng xung ngõ vào Có nhữngtrường hợp thời gian quá độ rất lớn, làm cho tụ C giữ nguyên giá trị điện áp đã nạpban đầu, còn điện áp trên điện trở gần như bằng 0

Điều này được minh họa ở hình 2-6b

Hình 2- 6b

t1 << , tại thời điểm t1 thì tụ chưa nạp đầy nhưng lập tức sau đó xả qua R

Nhận xét: Từ những lý luận trên, căn cứ vào tương quan giữa thời gian tồntại xung ton và thời hằng  của mạch, ta có các dạng sóng như hình trên Tùy theoyêu cầu của hệ thống cần những dạng xung như thế nào, mà người ta thiết kế mạng

RC có giá trị  khác nhau

Điện áp qua tụ vc(t)

Hình 2-7a

Điện áp qua điện trở vR(t)

Hình 2-7b

II MẠCH LỌC THÔNG THÔNG THẤP VÀ THÔNG CAO

1 Mạch Lọc Tần Số Thấp (Thông Cao)

Để hình thành những mạch lọc tần số thấp, có nhiều cách để thực hiện, có thểdùng mạch RC, RL, Op-amp, Thạch anh hoặc Gốm lọc Về nguyên tắc cấu tạo thìkhác nhau, nhưng có cùng chức năng là cho tần số cao đi qua mạch, còn tần số thấp

Hình 2-8a Hình 2-8b: Dạng sóng vào ra

Với giả thuyết  >> t1, ta thấy các vùng tần số thấp bị biến dạng ( tương ứngvới các thành phần DC), các tần số cao không bị ảnh hưởng ( tương ứng với sườn lênvà sườn xuống)

Ta co,ù trở kháng của tụ là X C c fC



1

Người ta chứng minh được là các vùng diện tích S1 và S2 bằng nhau

( )

CR j

t v Z R

R t

c r

2 1

1 )

f

f j f

j f t

c c

v p

G( ) Quan hệ vào ra này, được thể hiện trên hình 2-10a

Hình 2-10a: Đáp ứng tần số Hình 2-10b: Biểu diễn độ lợi

Nhận xét:

Tại tần số cắt fc thì biên độ điện áp ra có giá trị là: v v

c c

j v

f

f j

1

1 1

1

2 v t f f

c ra

, nếu f < fc thì biên độ điện áp ngõ ra giảm, tức tần số

thấp hơn fc thì không có tín hiệu ở ngõ ra So sánh về độ lớn thì giảm 3dB tại tần sốcắt dưới (chứng minh ở phần mạch vi phân và tích phân)

Đây là vấn đề thường gặp ở mạch khuyếch đại ghép RC, làm xuất hiện tầnsố cắt dưới, tần số lớn hơn fc thì cho qua và ngược lại

1.2 Dạng Mạch Lọc Tần Số Thấp Dùng RL

t v L j R t

v R Z

Z t

L

L r





 2

) ( 1

1 )

( )

f

f j

v fL

L f j

2 1

1





Đáp ứng tần số của mạch giống hình 2-10

Nhận xét: Đôä lớn điện áp ra là v

c

f f

) / ( 1

1 2

Thiết lập quan hệ vào ra của mạch:

v

L C

v L C

L

Z Z

v Z Z

Z v

11

1

2 2

2

2

12

12

12

f Z

Z f

LC LC

c L

C c

Phương trình (2.3)  c v

f f

1 )

- Tại tần số f = fc , thì vr  , biên độ điện áp ở ngõ ra có giá trị cực đại

- Nếu f > fc, fc /f < 0  (fc/f)2 càng nhỏ, do đó điện áp ngõ ra có biên độ ở mức cao,tín hiệu có tần số cao được truyền đến ngõ ra

- Nếu f < fc điện áp ngõ ra có biên độ giảm, do đó ở ngõ ra gần như không cho tínhiệu có tần số thấp đi qua

Đối với những dạng mạch lọc dùng RL, thì thời hằng của mạch được tính theocông thức sau: = L/ R

Tuy nhiên, những hệ thống đòi hỏi dạng sóng có thơiø hằng  lớn, thì yêu cầuL/R lớn, cuộn dây cần lõi thép, nên kồng kềnh và khó tích hợp hóa Vì vậy, xuhướng là hạn chế dùng cuộn dây

2 Mạch Lọc Tần Số Cao (Thông Thấp)

Hoàn toàn giống như mạch lọc tần số thấp, cũng thực hiện dựa trên cơ sở củamạch RC, RL, Op-amp, mạch lọc thạch anh và gốm lọc Chức năng của mạch lọctần số cao là cho qua những tín hiệu có tần số thấp và giữ lại những tín hiệu có tầnsố cao

2.1 Dạng Mạch Lọc Tần Số Cao Dùng RC

Đây cũng là dạng mạch đã khảo sát ở trên, nhưng tín hiệu được lấy ra trên tụC

TRANG- 38

Giải thích nguyên lý hoạt động

Khi  << t1, ta thấy các vùng tần số cao ( ứng với sườn lên vào sườn xuốngcủa dạng xung) bị biến dạng, tức là thành phần tần số cao bị lọc đi

c c

f c

Nếu ở tần số cao (tức là f lớn) thì Xc nhỏ, do đó tín hiệu có tần số cao đi quatụ C xuống mass và ngược lại ở tần số thấp không bị ảnh hưởng và được truyền đếnngõ ra

Quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra được thiết lập như sau:

1)

(1

1)(.)

RC j t

v Z R t

v R Z

Z t

C

v C

C r

f

RC RC

f



1 2

v f

f j

2 1

1



Quan hệ này được thể hiện trên hình 2-14

Hình 2-14a: Đáp ứng tần số Hình 2-14b: Biểu diễn độ lợi Nhận xét:

- Tại tần số cắt trên f = fc thì điện áp ra có độ lớn là:

2 1

1

1

) / ( 1

1 2

v v v

C r

v v v

f f

Thật vậy, ta có:

1)

(1

1

c c

v

r

f f p

G f

f j v

Với G(p) là hàm truyền của mạch, trong đó toán p = j.f

Độ lợi của mạch tính theo dB tại tần số cắt trên f = fc là:

3 2 lg 10 2

1 lg 20 ) / ( 1

1 lg

20 ) ( lg 20 )

dB c

f f jf

G jf

L

R

L j v

R Z

v R Z

R v

1

L f

fL j

2 1

1





TRANG- 40