Những bộ dao động ổn định MODEL OSC06 và MODEL OSC07

Những bộ dao động ổn định MODEL OSC06 và MODEL OSC07

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

BÁO CÁO HỆ THỐNG VIỄN THÔNG 1:

OSC06 & OSC07

GVHD : Huỳnh Thị Thu Hiền

NHÓM THỰC HIỆN :

1.Trần Thiện Khiêm 07117028

2.Lê Hùng Dũng 07117014

Những bộ dao động ổn định

MODEL OSC06 – MODEL OSC07

Phần trình bày :

1.Model OSC06

2.Model OSC07.

Phần 1 Model OSC06

A.Lý Thuyết 1.Giới thiệu về dao động thạch anh

Mạch dao động BJT thường được dùng để tạo ra dạng sóng sine chuẩn.Để tạo

ra mạch dao động cần phải thỏa 2 điều kiện cơ bản

2.Điều kiện dao động

2.1 Điều kiên1:

Tín hiệu ở Ngõ ra mạch khuyếch đại được hồi tiếp về ngõ vào,với hệ số hồi tiếp A2 sao cho tổng pha của tín hiệu ngõ vào và hồi tiếp bằng 0 hoặc 360(tức là cùng pha)

ở tần số Nếu như BJT tạo 1góc lệch pha 180 giữa tín ngõ vào và hồi tiếp thì để thỏa điều kiện 1 mạch dao động phải cộng thêm vào 1 pha 180

2.2 Điều kiện 2:

Độ lơi của mạch khuyếch đại phải bù được tổn hao do mạch hồi tiếp về gây ra.Tức là độ lợi của hệ thống thỏa A1.A2=1.Nếu độ lơi A1.A2< 1 thì mạch không dao động,và nếu A1.A2>1 thì mạch sẽ mất điều khiển và sóng sine sẽ bị méo dạng

Mạch hồi tiếp thường dùng các mạch R-C,L-C ,biến áp cộng hưởng,thạch anh

3 Dao động thạch anh

Ở dải tần số cao,các mạch cộng hưởng R-C,L-C không đủ ổn định để phát

được chính xác tần số mong muốn.Do đó ở những tần số này, người ta sử dụng mạch dao động thạch anh

Tần số hoạt động của thạch anh dựa trên tính áp điện.Nghĩa là khi có tác dụng

cơ học(nén ,giãn) thì xuất hiện điện tích trên bề mạch thạch anh.Và ngược lại,khi thach anh được đặt giữa 2 tấm kim loại,và đăt 1 điện áp vào chúng thì sinh ra dao động cơ học Mối quan hệ giữa tính chất điện và tính chất cơ học của thạch anh nói lên hiệu ứng áp điện của nó

Nếu thạch anh bị kéo dãn cho đến khi xuất hiện điện tích trên bề mặt và tạo ra sự chênh lệch điện thế.Sau đó nén nó lại,thì chiều của điện tích và điện thế bị đảo ngược lại.Theo cách đó,sự thay đổi cơ học của thạch anh sẽ tạo ra 1 điện áp AC.Ngược lại nếu đặt 1 điện áp AC lên bề mặt thạch anh nó sẽ tạo ra sự thay đổi cơ học.Nếu như tấn

số của điện áp AC bằng tần số riêng của thạch anh,thì sự dao động sẽ tăng và làm tăng điện áp bề mặt Hay nói cách khác đó là hiên tượng hiệu ứng điện áp.Thạch anh thường được dùng trong kỹ thật điện tử

4.Mạch dao động lõi tinh thể:

Mạch dao động này hoạt động từ dải tần thấp đến cao để tạo ra những sóng

sine rf cực kỳ ổn định.Nó được dùng như bộ LO trong các bộ thu phát và trong các

mạch kiểm tra đo lường

Mạch dao động lõi tinh thể có thể điều hưởng hoặc không,hoặc điều hưởng 1 phần bởi điện dung rò và điện dung phân bố Khi mạch được điều hưởng,nó có thể điều chỉnh mạch cộng hưởng song song đến tần số cộng hưởng và tạo ra sóng hài.Do

đó có thể nhân bội tấn số,hay sử dụng thạch anh có sóng hài bậc cao cũng cho kết quả tương tự

Mạch dao động lõi tinh thể có thể là thạch anh ổn định hoặc thạch anh điều chỉnh được.tuy nhiên mạch thảo luận ở đây chỉ giới hạn trong loại mạch dao động thạch ach điều chỉnh được Do dễ dàng nhận được hồi tiếp và điều khiển nên mạch hồi tiếp lõi xuyên này trở nên phổ biến Bởi vì tính phân cực của mỗi lõi với tác động có thể dễ dàng thay đổi bằng cách đổi chiều và vì việc cặp đôi hai lõi được dễ dàng thực hiện bằng cách đặt hai lõi lại gần nhau hay giảm khoảng cách giữa chúng, nên thật dễ dàng

để nhận được lượng chính xác và tính phân cực của hồi tiếp.Với việc sử dụng phần cảm điện để cung cấp một phần kháng dc thấp, thất thoát của phần khácg DC được giảm thiểu tối đa, và do đó nhận được nhiều năng lượng từ ngõ ra với hiệu suất tốt hơn

Việc sử dụng công dụng của thạch anh trong mạch cộng hưởng nối tiếp thì thường phổ biến hơn mạch dao động transistor vì tinh thể cung cấp phương tiện thuận lợi hơn cho

phép hồi tiếp về tại tần số cộng hưởng vì tần số cộng hưởng có trở kháng thấp vì tính

trở kháng thấp của mạch, trong khi các mạch loại khác lại có trỏ kháng thấp hơn Khi

được đặt nối tiếp với các vòng hồi tiếp, tinh thể điều khiển hồi tiếp dễ dàng hơn.Việc sử

dụng mắc cộng hưởng song song cũng phổ biến, vì tác dụng linh động trong việc đặt các

tinh thể trong mạch thu, phát, hay cơ sở để thoả các điều kiện của mạch Ví dụ, trong

mạch B chung có trở kháng ngõ ra cao, tinh thể có thể được đặt trong vòng mạch thu và

hoạt động hiệu quả như là bộ cộng hưởng song song

Cấu hình mach E chung sử dụng dao động tinh thể lõi xuyên được trình bày ở

hình1 Bạn sẽ nhớ lại rằng các ngõ vào và ra của mạch C chung và B chung có cùng

cực tính, và do đó các mạch B chung này cũng có cùng cực, và các mạch C chung thì

lệch pha.Để đạt được tính phân cực của hồi tiếp như mong muốn trong mạch phát

chung, thì hai lõi phải bị đối pha

Trong hình 1, đường hồi tiếp về từ cực B đến cựcC, với ngõ vào được xem như

là từ cực C.Vì tính phân cực bị đảo trong mạch thu, lõi xuyên L2 được kết nối để mà nó

cũng bị đảo tính cực tính, và hồi tiếp đi qua tinh thể đến cực B đã bị phân cực để tái tạo

lại Việc gỡ bỏ tinh thể nối tiếp trong vòng hồi tiếp, sẽ ngăn cản không cho hồi tiếp xuất

hiện, vì thế, mạch sẽ không dao động với tinh thể bị gỡ bỏ Tuy nhiên, mạch thường

được thiết kế như là một mạch dao động tự kích nếu tinh thể bị ngắn mạch

Khi mạch dao động được bật, dòng điện chạy qua transistor do đã được định

trước bởi mạch phân áp.Nhiễu nội tại hay các biến nhiệt sinh ra điện thế (từ cực thu

đến cực phát thông qua tinh thể ), cùng pha với các xung nhiễu.Khi dòng trong cực E

tăng, dòng trong cực C cũng tăng,và hồi tiếp tăng qua L1 và L2 làm cho dòng trong cực

C tăng, cho đến khi bão hoà và không thể tăng thêm Khi dòng không còn thay đổi nữa,

điện áp vòng hồi tiếp sẽ giảm đến khi không còn điện áp hồi tiếp nào trong mạch B-E

chung

Lúc này, sự sụt giảm điện áp hồi tiếp trên đường hồi tiếp làm đảo ngược điện

thế trong mạch bazo và mạch phát, làm cho dòng cực E giảm và do đó cũng làm cho

dòng cực C giảm Dòng giảm sinh ra một điện thế cảm ứng ngược vào trong vòng hồi

tiếp, làm dòng điện cưc E xuống 0 hay bị ngắt

Sự Xả điện từ tụ C1 qua cuộn dâyL1 là nguyên nhân làm điện thế hiệu dụng ở cực B và E tăng âm sang dương.Dòng trong mạch thu và phát chạy, và cứ lặp lại, kết quả dao động được duy trì liên tục

Khi dao động cứ tiếp tục thì áp điện cũng xuất hiện trong tinh thể

Khi điện thế hồi tiếp tăng thì sức căng trong tinh thể cũng căng, với sức căng tối

đa và biến dạng tối đa của tinh thể xảy ra tại đỉnh của chu trình

Khi điện thế chuyển sang pha nghịch, thì sức căng của tinh thể giảm

Khi hình dạng tinh thể hồi phục trở lại thì 1 áp điện được sinh ra

Các điện tích này đối ngược nhau nên gây ra biến dạng Đây là nguyên nhân gây nên sự biến dạng.Nếu điện tích gốc gây nên biến dạng là dương thì tinh thể sẽ gây

ra điện tích âm xuyên qua nó khi lực căng được giải phóng

Điện thế này sẽ cùng chiều với hồi tiếp, do đó sự thay đổi điện tích từ dương sang âm được cảm ứng xuyên qua tinh thể khi nó rung.Điện thế thêm này làm tăng điện thế hồi tiếp.Kết quả là tinh thể tăng cường hồi tiếp, và hồi tiếp rung mạnh hơn

Vì hồi tiếp và áp điện có thể tái sinh được, nên transistor nhanh chóng đạt đến điểm bão hoà và điểm cutoff.Bằng cách điều chỉnh cân xứng và ghép đôi giữa mạch tank và lõi thach anh, sẽ dễ dàng nhận được hồi tiếp chính xác

Mạch hoạt động tại tần số tự nhiên hay cơ bản trong mạch thạch anh hồi tiếp nối tiếp.Tần số hoạt động thì thấp hơn một chút so với tần số cộng hưởng tank.Cũng có thể vận hành mạch này sử dụng kiểu mắc song song bằng việc chọn chính xác các thông số mạch.mặc dù tinh thể có trở kháng cao trong kiểu mắc này, tín hiệu hồi tiếp tốt vẫn có thể được nhận.Khi mắc song song, tinh thể xem như là phần cảm điện Q, được điều chỉnh bởi điện dung rẽ nhánh ngang qua nó, và khối này cộng hưởng ở tần số cao hơn

Loại này được ứng dung cụ thể trong mạch tần số cao, khi ảnh hưởng của tụ ký sinh là đáng kểCho hoạt động trong chế dộ song song, thường mất sự ổn định tần số một chút và năng lượng cũng ít hơn một chút so với chế độ nối tiếp Cả hai cách này đều được sử dụng

Hình 2: Bộ dao đông tinh thể và cuộn cảm cơ bản

Trong mạch thực tế phân cực và ổn định thường được kết hợp Phân cực cho phép điện áp điều khiển R1-R2 như hình vẽ chú ý răng cực nền thì không cho qua đối với tần

số radio mặc dù trong một số mạch thì nó lại có thể được Khi nó không được thông qua, chúng giả sử có sự phát sinh số lượng ít, cái mà tăng độ ổn định

B Thực hành

1 Các bước thí nghiệm

Xây dựng mạch dao động thạch anh và quan sát tính chất

1 Mắc mạch như sơ đồ khối CN1

2 Kết nối bộ đếm tần số tại ngó ra và quan sát giá trị.Quan sát tần số đoc được ,nó sẽ

là dạng sóng sine có tần số 4Mhz và 0.3Vpp

3 Quan sát dạng sóng sine ở ngõ ra C.R.O(bộ dao động ký)

Yêu cầu:

Hiểu được tính chất của mạch dao dộng thạch anh

2.Kết quả

Vol/div = 0.1

Time/div = 0.1us

3.Nhận xét

- Dạng song không được sin hoàn toàn

- Biên độ nhỏ hơn so với lý thuyết

- Tần số gần với lý thuyết

Phần 2 Model OSC07

A.Lý Thuyết 1.Giới thiệu về dao động thạch anh - PIERCE

Mạch dao động BJT thường được dùng để tạo ra dạng sóng sine chuẩn.Để tạo

ra mạch dao động cần phải thỏa 2 điều kiện cơ bản

2.Điều kiện dao động

2.1 Điều kiện1:

Tín hiệu ở Ngõ ra mạch khuyếch đại được hồi tiếp về ngõ vào,với hệ số hồi tiếp A2 sao cho tổng pha của tín hiệu ngõ vào và hồi tiếp bằng 0 hoặc 360(tức là cùng pha)

ở tần số Nếu như BJT tạo 1góc lệch pha 180 giữa tín ngõ vào và hồi tiếp thì để thỏa điều kiện 1 mạch dao động phải cộng thêm vào 1 pha 180

2.2 Điều kiện 2:

Độ lơi của mạch khuyếch đại phải bù được tổn hao do mạch hồi tiếp về gây ra.Tức là độ lợi của hệ thống thỏa A1.A2=1.Nếu độ lơi A1.A2< 1 thì mạch không dao động,và nếu A1.A2>1 thì mạch sẽ mất điều khiển và sóng sine sẽ bị méo dạng

Mạch hồi tiếp thường dùng các mạch R-C,L-C ,biến áp cộng hưởng,thạch anh.

3.Dao động thạch anh

Ở dải tần số cao,các mạch cộng hưởng R-C,L-C không đủ ổn định để phát được chính xác tần số mong muốn.Do đó ở những tần số này, người ta sử dụng mạch dao động thạch anh

Tần số hoạt động của thạch anh dựa trên tính áp điện.Nghĩa là khi có tác dụng

cơ học(nén ,giãn) thì xuất hiện điện tích trên bề mạch thạch anh.Và ngược lại,khi thach

anh được đặt giữa 2 tấm kim loại,và đăt 1 điện áp vào chúng thì sinh ra dao động cơ

học Mối quan hệ giữa tính chất điện và tính chất cơ học của thạch anh nói lên hiệu

ứng áp điện của nó

Nếu thạch anh bị kéo dãn cho đến khi xuất hiện điện tích trên bề mặt và tạo ra sự

chênh lệch điện thế.Sau đó nén nó lại,thì chiều của điện tích và điện thế bị đảo ngược

lại.Theo cách đó,sự thay đổi cơ học của thạch anh sẽ tạo ra 1 điện áp AC.Ngược lại

nếu đặt 1 điện áp AC lên bề mặt thạch anh nó sẽ tạo ra sự thay đổi cơ học.Nếu như tấn

số của điện áp AC bằng tần số riêng của thạch anh,thì sự dao động sẽ tăng và làm

tăng điện áp bề mặt Hay nói cách khác đó là hiên tượng hiệu ứng điện áp.Thạch anh

thường được dùng trong kỹ thật điện tử

4 Mạch dao động lõi tinh thể:

Mạch dao động này hoạt động từ dải tần thấp đến cao để tạo ra những sóng

sine rf cực kỳ ổn định.Nó được dùng như bộ LO trong các bộ thu phát và trong các

mạch kiểm tra đo lường

Mạch dao động lõi tinh thể có thể điều hưởng hoặc không,hoặc điều hưởng 1

phần bởi điện dung rò và điện dung phân bố Khi mạch được điều hưởng,nó có thể

điều chỉnh mạch cộng hưởng song song đến tần số cộng hưởng và tạo ra sóng hài.Do

đó có thể nhân bội tấn số,hay sử dụng thạch anh có sóng hài bậc cao cũng cho kết quả

tương tự

Mạch dao động lõi tinh thể có thể là thạch anh ổn định hoặc thạch anh điều chỉnh

được.tuy nhiên mạch thảo luận ở đây chỉ giới hạn trong loại mạch dao động thạch ach

điều chỉnh được Do dễ dàng nhận được hồi tiếp và điều khiển nên mạch hồi tiếp lõi

xuyên này trở nên phổ biến Bởi vì tính phân cực của mỗi lõi với tác động có thể dễ

dàng thay đổi bằng cách đổi chiều và vì việc cặp đôi hai lõi được dễ dàng thực hiện

bằng cách đặt hai lõi lại gần nhau hay giảm khoảng cách giữa chúng, nên thật dễ dàng

để nhận được lượng chính xác và tính phân cực của hồi tiếp.Với việc sử dụng phần

cảm điện để cung cấp một phần kháng dc thấp, thất thoát của phần khácg DC được

giảm thiểu tối đa, và do đó nhận được nhiều năng lượng từ ngõ ra với hiệu suất tốt

hơn

Việc sử dụng công dụng của thạch anh trong mạch cộng hưởng nối tiếp thì thường phổ biến hơn mạch dao động transistor vì tinh thể cung cấp phương tiện thuận lợi hơn cho

phép hồi tiếp về tại tần số cộng hưởng vì tần số cộng hưởng có trở kháng thấp vì tính

được đặt nối tiếp với các vòng hồi tiếp, tinh thể điều khiển hồi tiếp dễ dàng hơn.Việc sử dụng mắc cộng hưởng song song cũng phổ biến, vì tác dụng linh động trong việc đặt các tinh thể trong mạch thu, phát, hay cơ sở để thoả các điều kiện của mạch Ví dụ, trong mạch B chung có trở kháng ngõ ra cao, tinh thể có thể được đặt trong vòng mạch thu và hoạt động hiệu quả như là bộ cộng hưởng song song

Cấu hình mach E chung sử dụng dao động tinh thể lõi xuyên được trình bày ở hình1 Bạn sẽ nhớ lại rằng các ngõ vào và ra của mạch C chung và B chung có cùng cực tính, và do đó các mạch B chung này cũng có cùng cực, và các mạch C chung thì lệch pha.Để đạt được tính phân cực của hồi tiếp như mong muốn trong mạch phát chung, thì hai lõi phải bị đối pha

Trong hình 1, đường hồi tiếp về từ cực B đến cựcC, với ngõ vào được xem như

là từ cực C.Vì tính phân cực bị đảo trong mạch thu, lõi xuyên L2 được kết nối để mà nó cũng bị đảo tính cực tính, và hồi tiếp đi qua tinh thể đến cực B đã bị phân cực để tái tạo lại Việc gỡ bỏ tinh thể nối tiếp trong vòng hồi tiếp, sẽ ngăn cản không cho hồi tiếp xuất hiện, vì thế, mạch sẽ không dao động với tinh thể bị gỡ bỏ Tuy nhiên, mạch thường được thiết kế như là một mạch dao động tự kích nếu tinh thể bị ngắn mạch

Khi mạch dao động được bật, dòng điện chạy qua transistor do đã được định trước bởi mạch phân áp.Nhiễu nội tại hay các biến nhiệt sinh ra điện thế (từ cực thu đến cực phát thông qua tinh thể ), cùng pha với các xung nhiễu.Khi dòng trong cực E tăng, dòng trong cực C cũng tăng,và hồi tiếp tăng qua L1 và L2 làm cho dòng trong cực

C tăng, cho đến khi bão hoà và không thể tăng thêm Khi dòng không còn thay đổi nữa, điện áp vòng hồi tiếp sẽ giảm đến khi không còn điện áp hồi tiếp nào trong mạch B-E chung

Lúc này, sự sụt giảm điện áp hồi tiếp trên đường hồi tiếp làm đảo ngược điện thế trong mạch bazo và mạch phát, làm cho dòng cực E giảm và do đó cũng làm cho dòng cực C giảm Dòng giảm sinh ra một điện thế cảm ứng ngược vào trong vòng hồi tiếp, làm dòng điện cưc E xuống 0 hay bị ngắt

Sự Xả điện từ tụ C1 qua cuộn dâyL1 là nguyên nhân làm điện thế hiệu dụng ở cực B và E tăng âm sang dương.Dòng trong mạch thu và phát chạy, và cứ lặp lại, kết quả dao động được duy trì liên tục

Khi dao động cứ tiếp tục thì áp điện cũng xuất hiện trong tinh thể

Khi điện thế hồi tiếp tăng thì sức căng trong tinh thể cũng căng, với sức căng tối

đa và biến dạng tối đa của tinh thể xảy ra tại đỉnh của chu trình