BÀI TÂP xung số lọc số

Câu 1: Trình bài tín hiệu xung và các tham số cơ bản của tín hiệu xung. Trả lờiTín hiệu xung Tín hiệu xung là tín hiệu rời rạc theo thời gian. Có thể là dòng điện, điện áp, ánh sáng,…Hình dạng: xung vuông, xung tam giác, xung răng cưa, xung nhọn, xung hình thang, … Có chu kì tuần hoàn theo thời gian với chu kì lặp lại là T.Đặc điểm: thời gian tồn tại xung ngắn.Các tham số cơ bản của tín hiệu xung.

Câu 1 : Trình bài tín hiệu xung và các tham số cơ bản của tín hiệu xung.

Trả lời

 Tín hiệu xung

- Tín hiệu xung là tín hiệu rời rạc theo thời gian Có thể là dòng điện, điện áp, ánh sáng,…

- Hình dạng: xung vuông, xung tam giác, xung răng cưa, xung nhọn, xung hình thang, … Có chu kì tuần hoàn theo thời gian với chu kì lặp lại là T

- Đặc điểm: thời gian tồn tại xung ngắn

 Các tham số cơ bản của tín hiệu xung

Vm: biên độ xung

V: độ sụt đỉnh xung : là độ giảm biên độ ở phần đỉnh xung

tr : độ rộng sườn trước

tf : độ rộng sườn sau

- Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau là thời gian biên độ tăng hay giảm trong khoảng 0.1Vm đến 0.9 Vm

tp: Độ rộng đỉnh xung Là thời gian có biên độ từ 0.9Vm đến Vm tương ứng với đoạn đỉnh

ton : thời gian xung thực tế

ton = tp + tr + tf

toff : Là thời gian không có xung

Câu 2: Trình bày các quá trình đặc trưng trọng mạch xung logic

Trả lời

Khi tín hiệu tác động lên các mạch điện tử xảy ra 2 quá trình cơ bản là: quá trình dừng và quá trình quá độ

Quá trình dừng là quá trình cân bằng về điện ở trong các phần tử trong mạch điện tử

Quá trình quá độ là quá trình mạch điện chuyển từ quá trình dừng này sang quá trình khác

Độ rộng xung có thời gian nhỏ xấp xỉ bằng thời gian quá độ của mạch điện tử mà

nó tác động, cho lên trong thời gian quá trình quá độ mạch sẽ làm méo tìn hiệu dạng xung, làm thay đổi các tham số thời gian của nó như tx; ts(+); ts(-); tđ

Có hiện tượng này là do các phần tử ký sinh trong mạch điện có tính cảm và tình dung gây lên Chúng phụ thuộc vào độ rộng các xung tác động lên mạch và khoảng cách giữa các xung này

Tóm lại: Quá trình quá độ là quá trình chuyển đổi trạng thái của mạch xung

 Điều kiện để mạch xung làm việc bình thường:

- tx >> tQTQĐ tức là độ rộng xung của mạch tác động mạch điện phải rất lớn hơn thời gian Quá trình quá độ của mạch mà nó tác động lên

- T - tx >>t QTQĐ tức là khoảng trống của dãy xung (hay khoảng cách giữa hai xung kế tiếp) phải rất lớn hơn thời gian quá trình quá độ của mạch điện mà nó tác động lên

Khi đảm bảo này thì việc xét xung (phân tích mạch xung) do tác động của chuỗi xung tương tự như việc xét tác động của một xung đơn lên mạch

Để phân tích tác động của tín hiệu xung lên mạch điện tử chúng ta sẽ sử dụng các công cụ toán học như trong giáo trình Lý thuyết mạch

Câu 3: Trình bày quá trình tác động xung lên khâu tuyến tính.

Trả lời

Đối với mạch tuyến tính ta sử dụng các phương pháp cơ bản sau:

- Phương pháp kinh điển là sử dụng việc mô tả mạch bởi các phương trình vi phân và tích phân với tác động đầu vào và phản ứng đầu ra Giải phương trình này

để tìm các quan hệ giữa tín hiệu tác động ở đầu vào với tín hiệu là phản ứng đầu ra của mạch

- Phương pháp toán tử là phương pháp sử dụng thuật toán Laplace để mô tả mạch

thông qua hàm ảnh Sau khi tìm được hàm ảnh của phản ứng đầu ra ta sẽ tùm được hàm gốc phụ thuộc vào thời gian của nó

- Phương pháp tích phân phổ tín hiệu là sử dụng chuỗi Fourier và tích phân Fourier để phân tích mạch tìm phản ứng đầu ra của mạch là hàm của thời gian phụ thuộc và phổ của tín hiệu vào

- Phương pháp xếp chồng sử dụng tích phân Duhamen, nguyên lý xếp chồng, tích

phân tín hiệu vào phức tạp thành các tín hiệu đơn giản để tìm phàn ứng đầu ra tương ứng với chúng Tín hiệu ra của mạch chính là xếp chồng các tín hiệu tìm được

Câu 4: Trình bày tín hiệu xung tác động lên khâu RC, LC.

Trả lời

 Khâu RC.

Uin

V

+

Uc

V

+

Ur

C R

Xc = ; Điện áp đột biến

 Xc = 0 với f = ∞

τ = R C Xét UC(t) = UC(0) + [ UC(∞) – UC(0) ] (1 – e^)

t = 0 => UC(0) = 0

t = ∞ => UC(∞) = E => UC(t) = UC(0) + E (1 – e^)

= E (1 – e^) (V)

UR(t) = E e^ (V)

U(V) = 0 khi t < 0 và U(V) = E khi ≥ 0

 Khâu RL

Uin

V

+

U L

V

+

U R R

Phản ứng với đột biến điện áp : UIN = E.1(t)

• t < 0: UIN = 0V

Suy ra UL = UR = 0V

• t = 0: UIN = E

Suy ra: i = 0 ( dòng qua cuộn dây không đột biến)

UR = 0V

UL = UIN – UR = E

• t > 0: Dòng qua cuộn dây tăng dần: UL giảm UR tăng

• t = : Mạch xác lập

UR = E

UL = 0V

 UR(t) = E (1 – e^) (V), UL(t) = E e^ (V)

τ =

Câu 5: Trình bày định nghĩa và mô hình của khóa điện tử.

Trả lời

• Khóa điện tử là phần tử phi tuyến, làm việc ở chế độ xung, có hai trạng thái cân bằng là đóng – mở

- Trạng thái mở không có dòng đi qua (ngắt)

- Trạng thái đóng cho dòng đi qua

25* Xác định VO đối với mỗi mạch điện có điện áp vào như hình vẽ

1k + V Uout

Si

Uin

Ta có: U = UIN + E Ta thấy diode phân cực thuận khi U < 0

• UIN < - E UOUT MIN = - E = - 2V

Diode phân cực ngược khi U > 0

• UIN > - E UOUT = 0V

b.

5

2.2k

V

+

Uout

Si

Uin

Ta thấy:

• Diode phân cực thuận khi UIN > E = 5V UOUT = UIN

• Diode phân cực ngược khi UIN < 5 V UOUT = E

Vậy ta có dạng điện áp ra như sau:

26* Xác định VO đối với mỗi mạch điện có điện áp vào như hình vẽ

a.

E 4

V

+

Uout

Uin

• Khi diode phân cực thuận UD 0,7V (diode loại silic)

UIN E diode bắt đầu dẫn dòng qua Khi đó điện áp UOUT lấy ra là điện áp đặt trên

E và diode

• UOUT = E + UD = E + 0,7

• Diode phân cực ngược khi UD < 0,7V diode không dẫn dòng đi qua

Vậy : UOUT = UIN

b.

R 2.2k

Si

E 4

V

+

Uout

Uin

Ta có U = UIN + E

• Diode phân cực thuận khi U > 0 UOUT là điện áp đặt lên diode

• UOUT = 0,7 V

• Diode phân cực ngược khi U < 0 UOUT = U

UOUT MIN = UIN MIN - E = -8 – 4 = -12V

27 Vẽ iR và điện áp UOUT với mạch điện có điện áp vào như hình vẽ:

E 7.3

Si Si

E 5.3

V

+

Uout

Uin

• UIN > 5,3V thì diode 2luôn khóa, diode1 dẫn Lúc này điện áp ra lấy trên diode 1 và E1 UOUT = UD1 + E1 = 0,7 +5,3 = 6V

• Khi -7.3V < UIN < 5,3V diode 1 khóa Diode cũng khóa

 UOUT = UIN

• Khi UIN < 7,3V thì diode 2 dẫn, diode 1 khóa Lúc này điện áp ra được lấy trên diode 2 : UOUT = UD2 + E2 = -7,3 – 0,7 = - 8V

28 Vẽ VOUT tương ứng với các mạch điện có điện áp vào như hình vẽ

a.

C 1m

Si R 10k + V Uout

Uin

• Ở nửa chu kì đầu UIN > 0 diode phân cực thuận tụ C được nạp điện với giá trị điện áp là : UC = UIN UOUT trong 1 khoảng thời gian ngắn do có xung điện

áp tức thời nên UOUT UIN Giá trị điện áp tức thời này bị giảm 1 cách nhanh chóng về giá trị UD do điện áp ra được lấ trên diode Vậy UOUT = 0,7V

• Ở nửa chu kì sau UIN < 0V diode phân cực ngược

UOUT = UIN + UC = 2.UIN

b.

E 5

Si

R 10k

V

+

Uout

Uin

Ta bỏ qua nửa chu kì đầu khi UIN < 0 Diode khóa

Ở nửa chu kìa tiếp theo khi điện áp UIN bắt đầu ân đi vào cho đến khi tới giá trị

UIN < -E thì diode bắt đầu phân cực thuận cho dòng điện đi qua Lúc đó tụ C sẽ được nạp điện tới giá trị max là UC = UIN MIN + E = -20 +5 = -15V

Ở nửa chu kì dương tiếp theo diode khóa UOUT = UIN + UC

 UOUT MAX = UIN MAX + UC = 20 + 15 = 35V

29 Vẽ VOUT tương ứng với các mạch điện có điện áp vào như hình vẽ

a.

C 1m

Si 10k + V Uout

Uin

Ta thấy ở nửa chu kì đầu điện áp vào UIN > 0 Diode khóa không cho dòng đi qua.’

ở nửa chu kì sau khi điện áp bắt đầu âm đi thì diode bắt đầu dẫn Điện áp ra được lấy trên diode nên UOUT = UD = 0,7V

Lúc này tụ điện C được nạp với giá trị UC = UIN – UD

 UC MAX = UIN MIN - UD = 120-0,7 = 119,3V.

Ở nửa chu kì tiếp theo khi điện áp bắt đầu dương lên UIN > 0 Diode khóa

 UOUT = UIN + UC

Ta có UOUT MAX = UIN MAX + UC MAX = 120 + 119,3 = 239,3V

30 Cho mạch điện như hình vẽ:

a Tính 5τ.

b So sánh 5τ với nửa chu kì của tín hiệu đặt vào.

c Vẽ UOUT

E 2

C 100n

Si 56k + V Uout

Uin

Giải

Ta có : τ = R C = 56.103.0,1.10-6 = 5,6.10-3 5τ = 5.5,6.10-3 = 2,8.10-2

Ta có f = 1kHz T = = 10-3 (s)

Ta thấy: 5 >

Câu 8 Trình bày nguyên tắc làm việc của mạch dao động đa hài ghép B – C làm

việc ở chế độ tự dao động như hình vẽ Và tính chọn cách tham số khi tần số được tạo ra là 100kHz với biện độ 6V

Uout 2

R4 R3

R2 R1

T2 T1

- T1 với T2 được phân cực bằng dòng cố định

- C1, C2 có chức năng ghép nối tầng giữa T1 với T2 và ngăn dòng một chiều

- R1, R2, R3, R4 có chức năng phân cực cho Transistor, R1 và R4 còn là tải của T1

và T2

Ở một thời điểm có 1 transistor mở 1 transistor đóng

Trạng thái 1:

T1 mở T2 đóng

UOUT 1 = - VCC

UOUT 2 = 0V

C1 được nạp Dòng điện xuất phát từ

GND JT2 C1 R1 -VCC GND

Tụ C2 xả điện : C2 R3 GND T2 C2

Trạng thái 2:

T1 đóng, T2 mở

UOUT 1 = 0V

UOUT 2 = - VCC

C2 được nạp Dòng điện xuất phát từ

GND JT1 C2 R4 -VCC GND

Tụ C1 xả điện C1 R2 GND T1 C1

 Tính toán:

- Chọn nguồn : EC = -(1,1 1,2).Um = -(1,1 1,2).6 = - 6,2V -7,2V

Chọn EC = -7V

- Chọn transistor có UC 2.EC = 2.(- 7V) = -14V

Vậy nên chọn transistor có UC > -14V.

tS(+) = = = 3,3.10-4(s)

f = 100kHz T = = 10-5s

MIN = tX = = = 5.10-8s

- Chọn RC

R.C = = 70

- Chọn RB : RB = 100k

- Chọn C1, C2 Ta có tx1 = tx2 = = 5s

tx1 = 0,7 C1 RB2

C1 = C2 = = 7.10-11 (F)

Chọn C1 = C2 = 0,07nF.

Bài 9: Trình bày nguyên tắc làm việc của mạch dao động đa hài ghép B – C làm

việc ở chế độ tự dao động như hình vẽ Và tính chọn cách tham số khi tần số được tạo ra là 100kHz với biện độ 6V

Uout 2 Uout 1

C2 C1

R4 R3

R2 R1

T2 T1

- T1 với T2 được phân cực bằng dòng cố định

- C1, C2 có chức năng ghép nối tầng giữa T1 với T2 và ngăn dòng một chiều

- R1, R2, R3, R4 có chức năng phân cực cho Transistor, R1 và R4 còn là tải của T1

và T2

- Ở một thời điểm có 1 transistor mở 1 transistor đóng

T1 mở T2 đóng

UOUT 1 = VCC

UOUT 2 = 0V

C1 được nạp Dòng điện xuất phát từ

VCC R1 C1 JT2 GND VCC

Tụ C2 xả điện : C2 T2 VCC R3 C2

T1 đóng, T2 mở

UOUT 1 = 0V

UOUT 2 = VCC

C2 được nạp Dòng điện xuất phát từ

VCC R4 C2 JT1 GND VCC

Tụ C1 xả điện C1 T1 VCC R2 C1

 Tính toán:

- Chọn nguồn : EC = (1,1 1,2).Um = (1,1 1,2).6 = - 6,2V -7,2V

Chọn EC = 7V

- Chọn transistor có UC 2.EC = 2.7 V = 14V

Vậy nên chọn transistor có UC > 14V

tS(+) = = = 3,3.10-4(s)

f = 100kHz T = = 10-5s

MIN = tX = = = 5.10-8s

- Chọn RC

R.C = = 70

- Chọn RB : RB = 100k

- Chọn C1, C2 Ta có tx1 = tx2 = = 5s

tx1 = 0,7 C1 RB2

C1 = C2 = = 7.10-11 (F)

Chọn C1 = C2 = 0,07nF.

Câu 10: Trình bày nguyên tắc làm việc của mạch dao động đa hài ghép B – C làm

việc ở chế độ đợi như hình vẽ tính và chọn các tham số xung

T1 T2

Rb

Eb

Rp

Uout

C1

R4 R3

R2 R1

 Nguyên lý làm việc

Nguồn phân cực cho T1: EB , -EC

T1 được phân cực bằng cầu chia áp, T2 phân cực bằng dòng cố định

T1 khóa, T2 dẫn UOUT = 0V

UB1 = > 0V

UB2 = - UJ2

T1 khóa C1 nạp điện , T2 dẫn UOUT = 0V

Muốn UOUT < 0V kích xung UIN > 0V vào Lúc này diode sẽ dẫn xung, xung đi qua C1 tác động lên cực Base của transistor T2, UB2 > 0V làm cho T2 chuyển trạng thái sang khóa

UOUT = -VCC

Đột biến xung của UIN lúc này tác động quá C2 đến cực Base của transistor T1

UB1 < 0V

T1 dẫn C1 phóng điện làm cho UB2 nhỏ dần (< 0), làm cho T2 lại dẫn

UOUT = 0V

Câu 11 Cho mạch tạo xung điện áp răng cưa đơn giản như hình vẽ

Uout

Uin

+

- Vcc

C2

R2 R1

T

C 1

a. Trình bày nguyên tắc làm việc của mạch

b. Tính chọn các tham số của mạch biết xung ra cso biên độ là 5V với tần số 100kHZ

và độ trống xung bằng 40%

Bài làm

 Nguyên lý làm việc của mạch:

Ban đầu khi UIN = 0V, transistor T mở bão hòa nhờ được bởi phân điện áp từ trở

R1 Khi đó điện áp đầu ra U OUT = 0V

Khi có xung vuông tác động vào với điện áp dương qua mạch R1 C1 tạo thành mạch

vi phân dương tới cực bazo của transistor làm transistor khóa, tụ C2 được nạp điện Tụ

C được nạp điện từ nguồn -VCC qua R làm cho điện áp giữa 2 bản tụ tăng dần

Khi hết xung điều khiển tức xung vi phân âm hoặc không có xung làm cho

transistor dẫn Tụ C phóng điện nhanh qua Colector và Emitor của transistor T

UOUT = UC 0V

 Tính toán:

Ta có f =100kHz

T = = = 10

Vì độ trống xung là 40% : Suy ra TON = 0.6.T = 6

Mà TON 2 Chọn 2 = 6 Chọn R2 = 1k.

Mà 2 = R 2 C2 C2 = = 6 nF.

Để tín hiệu truyền vào không bị méo

tx tx = = 0,6s

Để truyền được xung có độ rộng tx

tX = R1 C1 Chọn R1= 10k ( R1 = 10.R2 )

C1 = = = 0,06 nF.

Bài 12 Phân tích và tính các tham số xung của mạch Trigo Smith theo các giá trị của

linh kiện mạch

Uout C

Uin

+

- Ec 5

Rc2

Rb2

R Rc1

Re

T1

• Khi UIN = 0V T1 khóa, T2 dẫn bão hòa

UOUT = UR3(1) = x R3 = 1

• Khi UIN < UR3(1) + UJ1 T1dẫn bão hòa và T2 khóa

UR3(2) = x R3 = 2

• UIN UR3(2) + UJ2 thì T1 lại khóa

•

 Số IC trong một nhóm =

 Số IC cần sử dụng =

 Số nhóm IC cần sử dụng =

 Số bit địa chỉ = Log2()

 Số bit địa chỉ moduln nhớ cơ sở = Log2 ()