MẠCH DAO ĐỘNG, NGUYÊN LÝ, CÁC LOẠI MẠCH DAO ĐỘNG pptx

Mộtcách đơn giản, mạch dao động là mạch tạo ra tínhiệu, có khả năng chuyển đổi năng lượng từ DCsang AC.Tổng quát, người ta thường chia ra làm 2 loạimạch dao động: Dao động điều hòa harmo

Introduction

oscillators

Mạch dao động là mạch biến đổi

năng lượng DC-AC

Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trongcác thiết bị điện tử, như mạch dao động nội trongkhối RF Radio, trong bộ kênh Ti vi mầu, Mạch daođộng tạo xung dòng , xung mành trong Ti vi , tạosóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động v v Mộtcách đơn giản, mạch dao động là mạch tạo ra tínhiệu, có khả năng chuyển đổi năng lượng từ DCsang AC.Tổng quát, người ta thường chia ra làm 2 loại

mạch dao động: Dao động điều hòa (harmonic oscillators) tạo ra các sóng sin và dao động tích

thoát (relaxation oscillators) thường tạo ra các tín

hiệu không sin như răng cưa, tam giác, vuông(sawtooth, triangular, square)

+ Dao động sin được dùng để tạo ra tín hiệu chuẩntrong đo lường kiểm tra điều khiển, chuyển đổi tần số.+ Dao động tích thoát dùng trong chuyển mạch, điềukhiển

CÁC TÍNH CHẤT CỦA MẠCH DAO ĐỘNG

Có nhiều loại mạch dao động tạo ra các dạng sóngtín hiệu khác nhau như: sóng sin, sóng vuông, sóngtam giác,

Trong đó mạch dao động tạo sóng sin được sử dụngđể tạo tín hiệu chuẩn trong đo lường, kiểm tra, điềukhiển, chuyển đổi tần số, …

Các mạch dao động tạo tín hiệu sóng vuông, dốc, xung thì thường được dùng trong chuyển mạch, điềukhiển, …

Để đánh giá chất lượng của một dao động phụ thuộcvào sự ổn định của tần số ngõ ra

 Earlier we looked at feedback in general terms

 in particular we concentrated on negative

feedback

 In this chapter we will consider positive feedback

 this is used in both analogue and digital circuits

 it is used in the production of oscillators

 positive feedback can occur unintentionally

within circuits when it has implications for stability

I CẤU TRÚC MẠCH DAO ĐỘNG :

MẠCH KHUẾCH ĐẠI CĨ HỒI TIẾP DƯƠNG TRONG MẠCH KHUẾCH ĐẠI CĨ CÁC PHẦN TỬ

TÍCH CỰC RC, LC

Ưu và khuyết điểm của hồi tiếp dương:

Ưu điểm: do hồi tiếp dương có tín hiệu hồi tiếp cùng

pha với tín hiệu ngõ vào nên làm tăng tín hiệu ngõ vào

của mạch khuếch đại dẫn đến độ lợi của mạch khuếch

đại tăng.

Khuyết điểm: độ lợi của mạch không ổn định.

Chính vì những ưu khuyết điểm trên mà mạch hồi tiếp dương

chủ yếu sử dụng trong các mạch dao động.

v1

• HỒI TIẾP DƯƠNG

 • Tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín hiệu nguồn (00 hoặc 3600)

 • Độ lợi của mạch khuếch đại tăng

 • Độ lợi của mạch không ổn định

→ • Chủ yếu dùng trong mạch dao động

 Nếu hệ số

 Vậy khi điều kiện được thỏa thì khi không có tín hiệu vào mạch vẫn có tín hiệu ở ngõ ra, lúc đó ta nói mạch dao động

A A

V

V V

V V V

V V

V V

V A

O O

fb

O

fb

O i

Sơ đồ khối của mạch khuếch đại có hồi tiếp dương

V

V V V V

V V

V

V V

V A

o o fb

o

fb

O i

 Nguyên tắc hoạt động chung của các mạch dao động tạo sóng sin: Khối A đóng vai trò

khuếch đại để duy trì dao động, khối β là

khối chọn lọc tần số dao động.

 Khi vừa mới cấp điện do sự biến thiên điện áp trong

các phần tử trong mạch do đó nó sinh ra điện áp tạp âm với phổ tần liên tục, nếu là hồi tiếp âm thì các tạp âm này sẽ bị triệt tiêu, và nếu là hồi tiếp dương thì tại tần số tín hiệu được chọn lọc sẽ cùng pha với tín hiệu ngõ vào, làm tăng biên độ ngõ vào và ngõ ra xuất hiện tín hiệu dao động.

Dao động điều hòa

Dao động điều hòa chậm

Dao động tắt dần

Time

V(R5:2) -4.0V

0V 4.0V

G = 3

Time

V(R5:2) -4.0V

0V 4.0V

G = 2.9

Time

V(R5:2) -20V

0V 20V

G = 3.05

Điều kiện mạch dao động tạo sóng sin, tiêu chuẩn Barkhausen:

+ Cân bằng về biên độ: A β = 1

+ Cân bằng về pha: arg tín hiệu hồi tiếp có độ lệchpha bằng 00 hay 3600

Barkhausen criterions

Nguyên tắc hoạt động chung:

Hệ số A: Khuếch đại duy trì dao động

Hệ số β: Chọn lọc tần số dao động

Khi vừa cấp điện, điện áp các phần tử trong mạch biếnthiên vì thế sinh ra điện áp tạp âm với phổ tần liên tục Domạch là hồi tiếp dương nên tại tần số tín hiệu được chọn

sẽ cùng pha với tín hiệu ngõ vào, tăng biên độ ngõ vào,ngõ ra xuất hiện dao động

Các loại mạch dao động

Mach dao dộng tạo sóng sin

Mạch dao động tạo xung vuông

Các mạch dao động tạo sóng Sin

Mạch dao động RC

a Mạch dao động dịch pha

AC

R

C R

C R

A là mạch khuếch đại đảo, 3 bộ lọc thông cao RC

do vậy từng bộ lọc RC trong mạch sẽ dịch pha đi

600.

180

 RC or phase-shift oscillator

 one way of producing a phase shift of 180  is to use

an RC ladder network

 this gives a phase shift of 180  when

 at this frequency the gain of the network is

6 2

I R X

R I

I I R X

R I

R I R

X I V

fb

C C

c o

3 1

2

2 1

2 0

2 0

3 2

1

2 1

X R

RI

V I

R I

X R

C C

O C

Tiến hành giải:

X R

R

R X

R R

R X

R

R

X R

R

V R

X R

I

C C

C

C

O C

2

0

0 0

0 2

3

X R

R

R R

X R

R

R X

R X

R

R

X R

R V

R R

R

X

R X

R

I

C C

C C

C O

C C

2 2

0

2 0

0

0 0

0 2

3

 R X   R X  R V R R   R  R X 

I

C C

 R X   R RX R X V R    R  R X 

I

C C

C C

2 3

I

C C

C C

O

2 3

2 2

2

3

2 4

V

R I

C C

C

O

3 2

2 3

V

R V

C C

R V

V

C C

C o

fb

3 2

2 3

X R

X R

3

3 2

26 5

1

1 6

1 5

5 1

1

1 6

0 2









1 6

1

RC

f RC

a Mạch dao động dùng JFET; b Mạch dao động dùng BJT.

Mạch dao động dịch pha dùng Transistor:

RD

RSC

R

C R

C R

VDD

CS

Mạch dùng FET

6 2

R

C R’

C R

f

C

2

4 6

2

4 23

29

1



Mạch dao động dịch pha dùng Op - Amp:

Mạch dao động cầu Wien

 Wien-bridge oscillator

 uses a Wien-bridge network

 this produces a phase-shift

of 0  at a single frequency,

and is used with an inverting

amplifier

 the selected frequency is

 when the gain is 1/3

CR

f



2 1



b Mạch dao động cầu Wien

C C

f

2 1

2 1

R

1

2 2

R

AV

1

2 2

X X

X V

V

o

fb

3 1

Z t là phần tử thuần kháng tương đương.

r 0 là điện trở ngõ ra của mạch khuếch đại đảo

 

X X

X

X X

X

Zt

3 2

1

3 1

Z V

t O

t

jx X

jx X

jx

X1  1 ; 2  2 ; 3  3

 

  k r X X X X X  X X  X X 

X X

X

X X

X r

X X

X

X X

X k

V

V

A

o o

o

3 1

2 3

2 1

3 1

2

3 2

1

3 1

2

3 2

1

3 1

A

o 1 2 3 2 1 3

1 2

A

o 1 2 3 2 1 3

1 2

1 3

2 1

0

3 1

2

3 2

x x

x x

r

x x

x

x x

x

r arctg

x

x k

x x

x

x

x k

2

1

3 1

1

3 1

2

1 2

Tùy vào X1, X2, X3 mà ta có các mạch dao động

Mạch dao động X 1 X 2 X 3 Mạch khuếch đại

Hartley L L C Khuếch đại đảo Colpitts C C L Khuếch đại đảo Clapp C C LC Khuếch đại đảo Prierce Crytal C C XTAL Khuếch đại đảo

Nhận xét: x1, x2 cùng loại trở kháng thì mạch sẽ daođộng với tần số cộng hưởng

X, X là cảm kháng, X là dung kháng (Hartley)

X, X là dung kháng, X là cảm kháng (Colpitts)

a Mạch dao động 3 điểm điện cảm (Hartley)

b Mạch dao động 3 điểm điện dung (Colpitts)

1 1

L

f

2 1

3

1 1

1 2

Mạch dao động thạch anh

Các mạch LC có nhược điểm là tần số dao động không

ổn định do các giá trị L, C bị thay đổi do sự tác độngcủa môi trường Để đáp ứng cho mạch dao động có độ

ổn định cao người ta dùng mạch dao động thạch anh,

có độ bền với môi trường

Ký hiệu và mô hình tương đương

CM

CCL

R

C M : Điện dung giá đỡ.

C C : Điện dung của miếng thạch anh L: Điện cảm của miếng thạch anh R: Điện trở của miếng thạch anh.

f S : Tần số cộng hưởng nối tiếp.

f P : Tần số công hưởng song song.

Tần số cộng hưởng nối tiếp

Tần số cộng hưởng song song

Do tính chất của tinh thể thạch anh mà ta có thể dùng

để thay thế cho mạch LC nối tiếp hay mạch LC songsong

Mạch dao động thạch anh

 Tinh thể thạch anh được chế tạo từ SiO2,

nó có đặc tính của tinh thể áp điện: khi

áp lên bề mặt tinh thể một dao động

điện bằng cách lấy hai má kim loại kẹp

miếng thạch anh ở giữa, tinh thể sẽ dao

động cơ học hoặc nếu tác động lên bề

mặt tinh thể một áp lực, trên bề mặt sẽ

xuất hiện một sức điện động

 Tuỳ thuộc vào kích thước, bề dày, mặt

cắt mỗi phiến tinh thể thạch anh có một

tần số cộng hưởng nhất định, từ đó sinh

ra một dao động điện cộng hưởng ở tần

số tương ứng.

Mach dao động tạo xung vuông Digital oscillators

 many examples, for example the relaxation oscillator

Crystal oscillators

 frequency stability is determined by the ability of the circuit to select a

particular frequency

 in tuned circuits this is described by the quality factor, Q

 piezoelectric crystals act like resonant circuits with a very high Q – as high as 100,000

A typical crystal oscillator

Gain and phase margins

 these are a measure

of the stability of a

circuit