LUẬN văn sư PHẠM vật lý THIẾT kế máy PHÁT tín HIỆU HÌNH SIN, VUÔNG và TAM GIÁC

Các dạng sóng đặc biệt Cùng với các mạch tạo sóng tạo ra các dạng sóng sin, vuông, tam giác và răng cưa, nhiều mạch tạo sóng khác cũng tạo ra các dạng sóng đặc biệt cũng được sử dụng tr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

THIẾT KẾ MÁY PHÁT TÍN HIỆU HÌNH

SIN, VUÔNG VÀ TAM GIÁC

MSSV: 1080276 Lớp: SP Vật lý–Tin học K34

Cần Thơ, 4/ 2012

LỜI CẢM ƠN

Người xưa có câu “uống nước nhớ nguồn”, lời dạy này mãi ghi sâu trong lòng em

Những tri thức mà bốn năm qua em nhận được, đúc kết được là nhờ vào lòng nhiệt thành,

tận tình chỉ dạy của quý thầy cô Công lao ấy có thể ví như biển cả, không có gì đền đáp

được Em xin chân thành cảm ơn công ơn của quý thầy cô Kiến thức mà quý thầy cô cho

em là nền tảng vững chắc giúp em thực hiện đề tài này, cũng như hành trang vô cùng quý

báu vào đời

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Vương Tấn Sĩ, thầy luôn gần gũi, thân

thiện và tận tình chỉ bảo em hoàn thành đề tài này Thầy đã giúp em định hướng được

mục tiêu của đề tài, chỉ dạy cho em biết phương pháp nghiên cứu khoa học và cách thức

trình bày bài luận Ngoài ra, thầy đã dành nhiều thời gian sửa chữa từng câu từng chữ

trong bài viết, giải đáp kịp thời các vướng mắc trong quá trình em thực hiện đề tài sao cho

luận văn của em hoàn thành kịp tiến độ và hoàn thiện nhất Em không những học được ở

thầy tri thức khoa học mà còn học được nhiều đức tính tốt đẹp của thầy

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, bạn bè đã luôn đồng hành

trong suốt những năm vừa qua Em xin gửi lời chúc sức khỏe và thành công đến tất cả

mọi người

Sinh viên thực hiện

Hồ Quốc Khánh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

Lời cảm ơn 1

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 2

Nhận xét của giáo viên phản biện 3

Mục lục 4

PHẦN MỞ ĐẦU I Lí do chọn đề tài 8

II Mục đích nghiên cứu 8

III Đối tượng nghiên cứu 8

IV Phạm vi nghiên cứu 8

V Phương pháp nghiên cứu 9

VI Giới hạn đề tài 9

PHẦN I: NỘI DUNG CHƯƠNG I: CÁC NGUYÊN TẮC TẠO SÓNG I Các dạng sóng tự do 10

II Các dạng sóng được kích khởi 11

III Các dạng sóng đặc biệt 12

VI Điều chế dạng sóng 12

V Các IC tạo sóng CHƯƠNG II: MẠCH TẠO SÓNG SIN I Mạch dao động RC 1 Mạch dao động cầu Wien 1.1 Cấu trúc mạch 14

1.2 Phạm vi điều chỉnh tần số của mạch 14

1.3 Mạch dao động cầu Wien 15

II Mạch dao động LC 1 Các mạch dao động ba điểm 17

1.1 Mạch dao động ba điểm điện cảm (mạch Hartley) 18

1.2 Mạch dao động ba điểm điện dung (mạch Colpits) 20

1.3 Mạch dao động Meissner 22

III Mạch tạo dao động điều hòa dùng thạch anh 1 Cấu tạo của thạch anh 24

2 Tính chất và mạch tương đương của thạch anh 25

3 Bộ dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp 27

4 Bộ dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng song song 28

CHƯƠNG III: MẠCH TẠO SÓNG VUÔNG I Mạch dao động đa hài dùng BJT 1 Cơ bản về mạch dao động đa hài 29

2 Mạch dao động đa hài lưỡng ổn dùng BJT 31

3 Dao động đa hài đơn ổn 33

4 Dao động đa hài phi ổn 35

II Mạch dao động đa hài dùng Opamp 1 Mạch lưỡng ổn (Flip-Flop) dùng Opamp 37

2 Mạch Flip-Flop hồi tiếp bằng diode 38

3 Mạch dao động tích thoát 39

CHƯƠNG IV: MẠCH TẠO SÓNG TAM GIÁC VÀ RĂNG CƯA I. Mạch tạo sóng tam giác dùng transistor 1 Mạch tạo sóng tam giác đơn giản 41

2 Mạch dùng phần tử ổn dòng 42

3 Mạch bù có khuếch đại bám 43

II Mạch tạo xung tam giác dùng vi mạch thuật toán 1 Dạng mạch tích phân đơn giản 44

2 Mạch có điều chỉnh hướng quét và cực tính 45

III Mạch tạo sóng răng cưa dùng UJT 1 Mạch tạo sóng răng cưa không tuyến tính 46

2 Mạch tạo sóng răng cưa tuyến tính 47

CHƯƠNG V: MẠCH TẠO SÓNG DÙNG ICL 8038 I Cơ bản về ICL 8038 1 Đại cương 54

2 Hình dạng và sơ đồ chân 54

3 Chức năng của các chân 55

4 Sơ đồ cấu trúc bên trong của ICL8038 56

II Cấu trúc và nguyên lý hoạt động 57

III Mạch ứng dụng cơ bản của vi mạch ICL8038 1 Mạch cơ bản dùng ICL8038 58

2 Mạch điều chế tần số (FM) dùng ICL8038 59

3 Mạch điều chế tần số từ 20Hz đến 200kHz 60

PHẦN II: THIẾT KẾ MÁY PHÁT TÍN HIỆU HÌNH SIN, VUÔNG, TAM GIÁC Chương I: GIỚI THIỆU PHẦN MỀN THIẾT KẾ MẠCH _ORCAD I Vẽ mạch nguyên ý (SCHEMATICS) 1 Cách vẽ và đặt tên một bản vẽ mới 62

1.1 Thiết lập kích thước cho bản vẽ 63

1.2 Một số chức năng và các biểu tượng trên thanh công cụ 64

2 Các bước vẽ một Schematic 65

2.1 Lấy linh kiện 65

2.2 Sắp xếp linh kiện 70

2.3 Chạy dây và hiệu chỉnh linh kiện 70

2.4 Kiểm tra lỗi sơ đồ nguyên lý 72

3 Tạo FILE *.MNL (TẠO NETLIST) để chuyển sang mạch in 73

II Vẽ mạch in bằng Orcad Layout Plus 1 Cách mở trình Layout Plus để vẽ mạch in…… 74

2 Liên kết Footprint 76

3 Thiết lập môi trường thiết kế 78

3.1 Thiết lập đơn vị đo và hiển thị 78

3.2 Định nghĩa Layer Stack 79

3.3 Thiết lập khoảng cách giữa các đường mạch 80

3.4 Thiết lập độ rộng đường mạch in 81

4 Vẽ Board Outline 82

5 Vẽ mạch 84

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MÁY PHÁT TÍN HIỆU HÌNH SIN, VUÔNG, TAM GIÁC I Thiết kế mạch 1 Sơ đồ nguyên lý máy phát tín hiệu hình sin, vuông, tam giác 85

2 Chức năng của các linh kiện trong mạch 85

3 Sơ đồ mạch in máy phát tín hiệu hình sin, vuông, tam giác 86

II Lắp ráp mạch thực tế 1 Dụng cụ chính sử dụng trong mạch 86

2 Kết quả thực nghiệm 89

PHẦN KẾT LUẬN 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

PHẦN MỞ ĐẦU

I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử, đã ứng

dụng rất nhiều trong công nghiệp Ngày nay với những ứng dụng của khoa học kĩ thuật

tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn

Sự phát triển của kĩ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi

bật như sự chính xác cao, gọn nhẹ, tốc độ nhanh là những yếu tố rất cần thiết để góp phần

cho hoạt động của con người đạt hiệu quả

Điện tử đang trở thành một nghành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được

những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – ngư nghiệp cho đến các nhu

cầu cần thiết cho hoạt động đời sống hằng ngày

Một trong những ứng dụng quan trọng nhất trong công nghệ điện tử là mạch tạo xung

dạng sin, vuông, tam giác và răng cưa Nó đã góp phần rất lớn trong kĩ thuật điện tử cũng

như trong sản xuất công nghiệp, là một mạch điện không thể thiếu trong các monitor, máy

tạo sóng, máy thu hình, đài FM, AM

Xuất phát từ những ứng dụng trên tôi đã “thiết kế máy phát tín hiệu hình sin, vuông,

tam giác” để làm luận văn tốt nghiệp

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Trong suốt quá trình học tại trường, tôi đã được làm quen với các máy móc về vô

tuyến điện tử - điện tử thông qua các buổi thực hành, tôi nhận thấy rằng với số lượng sinh

viên đông – số máy móc còn hạn chế Trong điều kiện khó khăn đó, không cho phép sinh

viên hoàn thành tốt các kiến thức đã học

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, tôi quyết định thực hiện đề tài ”thiết kế máy phát tín

hiệu hình sin, vuông, tam giác” sử dụng với linh kiện chính là ICL8038

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Mạch phát tín hiệu hình sin, vuông, tam giác dùng ICL 8038

IV PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu tổng quát về lý thuyết máy phát tín hiệu hình sin, vuông, tam giác dùng

IC8038

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

VI GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Trong đề tài luận văn này, tôi chỉ thiết kế máy phát tín hiệu hình sin, vuông, tam giác

sử dụng với linh kiện chính ICL8038

PHẦN I: NỘI DUNG CHƯƠNG I: CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN TẠO SÓNG

I Các dạng sóng tự do

Các dạng sóng có thể được tạo ra hoặc ở dạng tự do hoặc ở dạng được kích khởi Mạch

tạo sóng tự do cho ta các dạng sóng hoàn tất mỗi một chu kì trong một khoảng thời gian

và tự động lặp lại quá trình tạo sóng Ngược lại chỉ cho ta một chu kỳ của dạng sóng mỗi

khi có một tín hiệu kích khởi đưa đến ngõ vào của mạch

Hình 1.1: Bốn dạng sóng tự do Bốn dạng sóng tự do được sử dụng rộng rãi nhất là sin, vuông, tam giác và răng cưa,

mỗi một dạng sóng đặc trưng hóa bởi một tín hiệu đơn cho ở hình 1.1 Sóng sin thuần túy

(sóng thuần sin) là tín hiệu chỉ có một tần số cơ bản và không có tín hiệu nào được tạo ra

Các sóng sin trên thực tế đều không thuần túy có dạng sin

Một sóng vuông thuần túy (sóng thuần vuông) có dạng hoàn toàn đối xứng, giao hoán

giữa trạng thái cao và thấp ở thời điểm mức 0V Dạng sóng này có vô số hài bậc lẻ và các

hài có biên độ liên quan trực tiếp với bậc của hài, nghĩa là hài bậc 7 thì có biên độ là 1/7

biên độ của tín hiệu tần số cơ bản

Một sóng tam giác thuần túy (sóng thuần tam giác) có dạng hoàn toàn đối xứng và

tuyến tính, khi phân tích ta xem như là một sóng thuần vuông được lấy tích phân Sóng

thuần tam giác chỉ có các hài bậc lẻ, chúng có biên độ thấp và suy giảm rất nhanh theo

bậc của hài

Một sóng răng cưa thuần túy (sóng thuần răng cưa) có dạng tăng hoàn toàn tuyến tính,

giao hoán giữa hai trạng thái cao và thấp lúc đi ngang mức 0V Sóng này có vô số hài bậc

chẵn và bậc lẻ, mỗi hài có biên độ tỉ lệ với bậc của hài

II Các dạng sóng được kích khởi

Dạng của một chu kì sóng tự do hoàn toàn độc lập với sự biến thiên của tần số Khi

tần số tăng gấp đôi, mọi kích thích của dạng sóng theo chiều ngang chỉ đơn thuần được

chia cho 2 và dạng của mỗi chu kỳ thay đổi

Dạng của toàn bộ một chu kỳ của sóng thay đổi theo tần số lặp lại như được minh họa

ở hình 1.2 Hình này cho thấy hai loại dạng sóng được kích khởi thông dụng nhất: xung

hưởng bởi sự thay đổi của chu kỳ lặp lại, dạng sóng trong một chu kì thay đổi theo tần số

lặp lại

III Các dạng sóng đặc biệt

Cùng với các mạch tạo sóng tạo ra các dạng sóng sin, vuông, tam giác và răng cưa,

nhiều mạch tạo sóng khác cũng tạo ra các dạng sóng đặc biệt cũng được sử dụng trong

các sơ đồ mạch điện tử như: mạch tạo dạng sóng nấc thang, mạch tạo nhiễu trắng, mạch

dao động điều khiển bằng thạch anh, mạch tổng hợp dạng sóng và mạch tạo hiệu ứng các

âm thanh đặc biệt

Dạng sóng nấc thang tăng giữa 0V và một trị số điện áp cụ thể nào đó theo một

chuỗi các bước điện áp theo thời gian rời rạc và rồi lại chuyển về 0V Dạng sóng này

thường được dùng trong các máy vẽ tuyến tính

Các dạng sóng được tạo ra từ các thạch anh có độ chính xác và độ ổn định tần số đặc

biệt cao

Các dạng sóng nhiễu trắng chứa toàn bộ phổ của các tần số được tạo ra một cách

ngẫu nhiên, với các biên độ cũng được xác định một cách ngẫu nhiên nhưng chúng bằng

với công suất trên một đơn vị băng thông tính trung bình trong một đơn vị thời gian

Nhiễu trắng được lọc sao cho các biên độ của chúng bằng với điện áp trên một đơn

vị băng thông tính trung bình trong một đơn vị thời gian Các loại nhiễu này thường được

dùng trong việc kiểm tra các mạch khuếch đại AF và RF cũng như trong việc tạo ra các

hiệu ứng âm thanh đặc biệt

Các sóng sin tự do có thể được điều chế tương tự bằng cách dùng tín hiệu tương tự

để điều chế hoặc biên độ hoặc tần số của sóng sin như trong các hệ thống điều chế AM và

FM Các loại điều chế này được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông thoại

Các sóng sin còn được dùng để mang dữ liệu hai trạng thái (nhị phân) và các mã

bằng cách sử dụng điều chế dịch khóa tần số (FSK), trong đó tín hiệu nhị phân chọn hoặc

tần số cao hoặc tần số thấp Điều chế dịch khóa tần số được sử dụng rộng rãi trong các hệ

thống kết nối dữ liệu truyền thông thoại

Một cách khác để truyền tín hiệu tương tự là sử dụng chúng để điều chế các độ rộng

xung của các mạch tạo xung được kích khởi nhờ các hệ thống điều chế độ rộng xung

(PWM), chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều chế đa kênh từ xa

V Các IC tạo sóng

Đa số các dạng sóng cơ bản đều có thể được tạo ra nhờ các mạch transistor đơn giản,

các mạch Opamp hoặc các IC số, hoặc được tạo ra nhờ các IC đa năng thông dụng như IC

định thời 555, ICL8038 Các dạng sóng này được tạo ra nhờ vào các IC tổng hợp hoặc

tạo sóng Cách đơn giản nhất là sử dụng các mạch dao động điều khiển bằng điện áp

VCO, chúng tạo ra đồng thời các tín hiệu ngõ ra dạng vuông và tam giác có đường truyền

đạt điện áp hoặc tần số và có thể cung cấp các ngõ ra được điều chế tần số FM bằng cách

đơn giản là điều chế điện áp điều khiển ở ngõ ra

Các IC tạo sóng tiên tiến hơn dựa trên nền tảng của mạch VCO cũng cung cấp một

ngõ ra một sóng sin Sóng này được tổng hợp bằng cách làm tròn các góc của sóng tam

giác nhờ vào các mạch sửa dạng hoặc giới hạn biên độ

CHƯƠNG II: MẠCH TẠO SÓNG SIN

I Mạch dao động RC

1 Mạch dao động cầu Wien

1.1 Cấu trúc mạch

Mạch dao động cầu Wien dùng mạch hồi tiếp là một bộ lọc bằng R1C1R2C2

Mạch sử dụng theo kiểu khuếch đại thuật toán (OPA) mắc không đảo do khâu hồi tiếp

có độ lệch pha 00 ở tần số trung tâm:

2 2 1

1 C R C R

π 2

1

f =

1.2 Phạm vi điều chỉnh tần số của mạch

Điều kiện dao động và tần số của mạch:

Ta có hàm truyền đạt của mạch hồi tiếp:

1 1 1 2

2

1 1 1

1 2

Cjω1

Rjω

1R

Cjω1R

U

Uβ

R C

R

+++

CωRβ

2 1 2 1 2 2

1 2 2 1 1

1 1

−+

++

=Hình 2.1: Mạch dao động cầu Wien

U vào

U ra

Tại tần số dao động ω có: 0

01CCRR

ω2 1 2 1 2

=

− suy ra

2 1 2 1

0

C C R R

1

ω =

Hay

2 1 2 1

0

CCRRπ2

1

f =

Tại tần số dao động f0 ta có:

1 2 1

2

C

C R

R 1

1 β

+ +

=

Trong trường hợp đặc biệt R1 =R2 =R và C1 =C2 =C Tần số dao động sẽ là:

RC

π2

Khi đó điều kiện về biên độ: K.β ≥ 1

Tương đương với K ≥ 3 với suy ra 2

R

R

3

4 ≥

Nếu K < 3 mạch sẽ không dao động, nếu K >> 3 mạch sẽ dao động nhưng tín

hiệu ra sẽ bị méo dạng, muốn tín hiệu ra không bị méo dạng ta chọn K > 3 sau đó tự động

điều chỉnh xuống gần bằng 3 để giảm méo

1.3 Mạch dao động cầu Wien

Sơ đồ bộ lọc bằng RC theo hình sau:

Đặc điểm mạch lọc như sau:

- Tại tần số f0 được tính bằng công thức:

0

1

Hình 2.2: Sơ đồ bộ lọc băng RC

- Đặt tuyến truyền đạt có dạng như mạch cộng hưởng song song, tần số cộng

hưởng điện áp ra và vào cùng pha nhau

Trong mạch điện trên khi kết hợp bộ lọc băng R1C1R2C2 với khâu mạch RhtR0 sẽ

được mạch lọc cầu Wien

Do vậy để tạo dao động cầu Wien ta chỉ cần mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại

3

≥

K và điện áp ra và vào không đảo pha

Hình 2.3: Mạch dao động cầu Wien

Sơ đồ mạch dao động cầu Wien sử dụng khuếch đại thuật toán Điện áp đưa vào

đầu vào không đảo pha để điện áp hồi tiếp trùng pha với điện áp vào Hồi tiếp âm qua Rht

để xác định hệ số khuếch đại đảm bảo điều kiện về dao động Trong thực tế thường chọn:

Rht = 2R0 + ε Trong đó ε là một đại lượng rất nhỏ (ε ≈ 0 , 01) để mạch dễ dao động

Nếu chọn: R1 =R2 =R và C1 =C2 =C

Ta có:

RC π 2

1

f =

Bằng cách thay đổi đồng thời cặp giá trị R1 =R2 =R và C1 =C2 =C Có thể thay

đổi được f trong một dãy rộng (từ 20Hz đến 20KHz)

II Mạch dao động LC

Mạch dao động LC gồm có khuếch đại và mạch cộng hưởng LC đóng vai trò mạch

phản hồi dương và xác định tần số dao động

Mạch dao động LC được sử dụng trong lĩnh vực tần số cao vì có kích thước nhỏ và độ

dốc pha tần trong vùng cộng hưởng rất lớn Các mạch dao động LC tạo sóng hình sin

thông dụng là: mạch dao động Meissner, các mạch dao động ba điểm (mạch dao động ba

điểm điện cảm – Hartley, mạch dao động ba điểm điện dung - Colpits)

1 Các mạch dao động ba điểm

Các mạch dao động LC nói chung có thể đưa về cấu tạo chung như hình vẽ:

Hình 2.4: Sơ đồ khối mạch dao động ba điểm Trong đó Av là bộ khuếch đại bất kì (Transistor, Fet, khuếch đại thuật toán)

Ta có hệ số hồi tiếp là:

3 2 1

0 3 1

1 f

i

Z Z

Z β

v Z Z

Z v

t 1 i

t 0

t i 1

i

o v

ZR

ZAv

ZR

ZvAv

vA

t 1 V

ZZ

Z.ZR

ZAβA

++

=

V 0

V i

Thế Zt=(Z1+Z3)//Z2, ta được:

Z ) Z (Z ) Z Z (Z R

Z Z A

β A

2 3 1 3 2 1 o

2 1 1

V

+ + + +

=

Giả thuyết các trở kháng Z1, Z2, Z3 là thuần kháng:

Z1=jX1 , Z2=jX2 , Z3=jX3

X ) X (X ) X X (X jR

X X A

β A

X ) X (X j ) X X (X jR

j X X A

β A

2 3 1 3 2 1 o

2 1 1

V

2 3 1 2 3 2 1 o

2 2 1 1

V

+

− + +

−

=

+ + + +

=

Khung dao động gồm các phần tử X1, X2, X3 Thường tần số dao động gần bằng tần số

cộng hưởng riêng của khung

Theo điều kiện cân bằng pha, để có hồi tiếp dương (dao động), tổng di pha do mạch

khuếch đại và hồi tiếp phải bằng 2 nπ tức là Av.β > 0 Muốn vậy:

X1 + X2+ X3 = 0 hay là X1+ X3 = -X2

X

X.Aβ

2

1 1

Do đó X1, X2 giống nhau nghĩa là cùng L hoặc cùng C và với

X3 = - ( X1 + X2); ta suy ra 2 loại mạch 3 điểm:

+ Ba điểm điện cảm: X1, X2 >0 và X3 <0; ta có mạch Hartley

+ Ba điểm điện dung: X1, X2<0 và X3 >0; ta có mạch Colpits

1.1 Mạch dao động ba điểm điện cảm (mạch Hartley)

Mạch dao động Hartley còn được gọi là mạch dao động 3 điểm điện cảm, mạch

này chỉ khác mạch dao động 3 điểm điện dung ở chỗ mạch phân áp để tạo điện áp hồi tiếp

dùng hai điện cảm L1 và L2; điện áp trên cuộn L2 được đưa về hồi tiếp

Điều kiện pha:

010

0

1 2

L X

L X

CB CE BE

ω ω ω

Tần số dao động: (Hz)

C ) L (L π 2

1 f

2 1

1.1.1 Sơ đồ mạch và sơ đồ tương đương

a) Mạch tương đương b) Mạch dao động ba điểm điện cảm

Hình 2.5: Mạch dao động ba điểm điện cảm

1.1.2 Tác dụng linh kiện

Điện trở R1, R2: tạo điện áp cho cực B transistor kiểu phân áp

RE, CE: bộ điện trở, tụ điện mắc ở cực phát của transistor có tác dụng ổn định

chế độ làm việc cho transistor

(L1+L2)//C: khung dao động

Tụ C1: tụ dẫn hồi tiếp dương

Transistor T: phần tử khuếch đại

1.1.3 Nguyên lý hoạt động của mạch

Khi cấp nguồn cho mạch xuất hiện dòng IC biến đổi từ 0÷ ICO chạy theo

chiều: +E CC ⇒R E ⇒T ⇒L2 ⇒L1⇒ −E C

Dòng IC chạy qua cuộn dây (L1+L2), như vậy khung dao động được cấp năng lượng;

quá trình trao đổi năng lượng dưới dạng từ trường WH (trên cuộn dây L) và điện trường

WE (trên hai bản cực của tụ C) diễn ra quá trình trao đổi năng lượng:

WH ⇔ WE

L1

L2 C

T

Do đó, tạo ra dao động hình sin Một phần năng lượng trên cuộn dây L1 thông qua tụ

C1 hồi tiếp dương được đưa về cực B của transistor Điện áp này phải có chiều cùng pha

với điện áp vào (ngược pha với điện áp ra) vì T mắc E chung

Hồi tiếp dương trở về đầu vào qua C1 có tác dụng bù năng lượng cho khung dao động

đúng lúc, đúng lượng tổn hao trong khung Vì vậy, dao động ra là dao động duy trì có

biên độ dao động không đổi

1.2 Mạch dao động ba điểm điện dung (mạch Colpits)

Mạch dao động Colpits còn được gọi là mạch dao động ba điểm điện dung vì

mạch dùng tụ C1 và C2 để phân áp và lấy một phần điện áp trên C2 hồi tiếp về đầu vào

Điều kiện pha:

0

0ωC

1X

0ωC

1X

1 CE

2 BE

2 0

1 0 2

1

C C C

πf 2 1 C πf 2 1 X

X

C C

C C L π 2

1 f

2 1

2 1 dđ

+

=

Trong đó: C tính bằng Fara (F)

L tính bằng Henri (H)

Để thay đổi tần số dao động có thể thay đổi điện cảm L hay điện dụng C1, C2 nhưng

trong trường hợp này tiện lợi hơn là thay đổi trị số L

1.2.1 Sơ đồ của mạch và sơ đồ tương đương

a) Mạch tương đương b) Mạch dao động ba điểm điện dung mắc EC

Hình 2.6: Mạch dao động ba điểm điện dung

1.2.2 Tác dụng linh kiện

Khung dao động: gồm có tụ C1, C2 và cuộn cảm L

R1, R2: bộ phân áp làm nhiệm vụ cung cấp điện áp cho cực B của T

RC: điện trở cung cấp điện áp một chiều cho cực C của T

RE, CE: bộ ổn định điểm công tác cho T, mắc ở cực E của T

CB: tụ dẫn hồi tiếp dương

Điện áp hồi tiếp lấy trên C2 qua tụ CB về đầu vào của transistor Điểm giữa

hai tụ nối đất nên tín hiệu hồi tiếp luôn ngược pha với tín hiệu ra (cùng pha với tín hiệu

vào) nên mạch luôn đảm bảo có hồi tiếp dương Để đảm bảo về biên độ người ta thường

chọn:

CE BE

2

1U

UC

C

=

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch

Khi cấp nguồn một chiều, trong mạch xuất hiện dòng điện IC biến đổi từ 0÷

ICO chạy theo chiều: +E C ⇒R E ⇒T ⇒R E ⇒ −E C

Dòng IC biến đổi chạy qua RC làm cho điện áp tại cực C của T thay đổi, tức là điện

trường trên hai tụ C1, C2 biến đổi, nghĩa là khung dao động được cung cấp năng lượng;

quá trình trao đổi năng lượng dưới dạng từ trường WH (trên tụ điện C) và điện trường WE

WH ⇔ WE

Do đó, tạo ra tín hiệu hình sin Phần năng lượng trên tụ C2 thông qua tụ CB hồi tiếp

dương được đưa về cực B của T Điện áp này phải có chiều cùng pha với điện áp vào

(ngược pha với điện áp ra) vì T mắc E chung Vì vậy dao động tạo ra là dao động duy trì

có biên độ không đổi

Mạch dao động ba điểm điện dung thường hay dùng ở tần số cao hàng trăm MHz

Trong trường hợp đó, các tụ C1, C2 có thể thay bằng điện dung kí sinh giữa các cực của

transistor

1.3 Mạch dao động Meissner

1.3.1 Sơ đồ của mạch và sơ đồ tương đương

Hình 2.7: Mạch dao động RC

1.3.2 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý cơ bản của mạch cộng hưởng song song LC hay mạch dao động Meissner gồm transistor khuếch đại E chung, tải góp chung là mạch cộng hưởng

LC, phản hồi dương được thực hiện theo kiểu ghép biến áp

Nguyên lý làm việc của mạch được giải thích bằng cách vẽ mạch tương đương Trong

đó mạch vòng LC với điện trở tổn hao RP là tải Z của mạch khuyếch đại:

) ω

1 j( ω

R 1

1 Z

P + C − L

=

Hệ số phản hồi của mạch do tỷ số ghép biến áp giữa cuộn L và LB quyết định được ký

hiệu là γ Điện áp vào của mạch là điện áp trên cuộn LB, nó bằng γ Ura, do đó có quan

u

r

βγ.)ωL

1j(ω

R1

1K

−+

1π

r

γ ≥

Độ chọn lọc của mạch càng cao khi thành phần điện trở tổn hao của L và C càng nhỏ,

tức điện trở RP càng lớn

Có thể sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán thay cho transistor Khuếch đại thuật

toán làm việc ở chế độ đầu vào không đảo với điện áp phản hồi từ cuộn LB

Tải của Opamp là mạch cộng hưởng LC nối đất nên phải có điện trở đệm R3 để hạn

chế biên độ điện áp dao động tránh gây méo dạng tín hiệu ra Điện áp ra được lấy qua tụ

phân cách CK

III Mạch tạo dao động điều hòa dùng thạch anh

1 Cấu tạo của thạch anh

Tinh thể thạch anh là loại đá trong mờ trong thiên nhiên có cấu tạo sáu mặt và hai

tháp ở hai đầu Thạch anh chính là dioxid silicium (SiO2) cùng chất làm lớp cách điện ở

transistor Ở tinh thể thạch anh có các trục mang tên Z, X, Y Trục Z xuyên qua hai đỉnh

tháp, trục X qua hai cạnh đối và thẳng góc với trục Z (có 3 trục X), trục Y thẳng góc với

hai mặt đối (có 3 trục Y)

Tinh thể thạch anh dùng trong mạch dao động là một lát mỏng được cắt ra từ tinh

thể Tùy theo mặt cắt mà lát thạch anh có đặc tính khác nhau Lát thạch anh có diện tích

từ nhỏ hơn 1cm2 đến vài cm2được mài rất mỏng, phẳng và hai mặt thật song song với

nhau Hai mặt này được mạ kim loại và nối chân ra ngoài để dễ sử dụng

Hình 2.8: Mạch dao động LC với khuếch đại thuật toán

Đặc tính của tinh thể thạch anh là hiệu ứng áp điện Nghĩa là khi ta áp hai mặt của

lát thạch anh thì hiệu điện thế xuất hiện giữa hai mặt, còn khi ta kéo dãn thì hiệu điện thế

có chiều ngược lại Ngược lại dưới tác dụng của hiệu điện thế xoay chiều lát thạch anh sẽ

rung ở tần số không đổi và như vậy tạo ra tín hiệu xoay chiều ở tần số không đổi Tần số

dao động của thạch anh tùy thuộc vào kích thước của nó và mặt cắt Tần số thay đổi theo

thời gian và nhiệt độ của môi trường nói chung rất ổn định Ảnh hưởng quan trọng nhất

của thạch anh là nhiệt độ Khi nhiệt độ thay đổi thì kích thước lát thạch anh thay đổi, kích

thước của lát thạch anh thay đổi dẫn đến tần số của lát thạch anh thay đổi theo Do đó,

trong những ứng dụng cần ổn định tần số rất cao người ta phải ổn định nhiệt độ thạch anh

Các đồng hồ chỉ giờ (đeo tay, treo tường) đều dùng dao động thạch anh

2 Tính chất và mạch tương đương của thạch anh

Ký hiệu thạch anh Sơ đồ tương đương của thạch anh Trong đó: CP: Điện dung song song

Cq, Lq, Rq: Điện dung, điện cảm, điện trở nối tiếp, các thông số này phụ thuộc vào kích thước và cách cắt khối thạch anh

Thông thường Rq rất nhỏ, có thể bỏ qua

Thạch anh có tính chất áp điện: điện trường – sinh dao động cơ học và dao động cơ

học - sinh ra điện tích

Do đó có thể dùng thạch anh như một khung cộng hưởng

Bỏ qua Rq (Rq = 0) thì trở kháng của thạch anh được xác định:

2 q p

q q 2

p q

q

q q

q q

q

CCLωCCω

1CLωj

jω

1jω

1jω

jω

1.jω

1jω

XZ

−+

−

=+

C

C L

C

(*)

Gọi fdđ là tần số của một mạch

Từ (*) thạch anh có hai tần số cộng hưởng:

- Tần số cộng hưởng nối tiếp: fq ứng với Zq = 0

q q

q

C L π 2

tđ

p

C

C1fLCπ2

1

với

p q

p q tđ

CC

C.CC

q

t đ

R C

L

q q q

q

q

RCL

- Để thay đổi tần số cộng hưởng riêng của

thạch anh, người ta mắc nối tiếp thạch anh với một tụ biến đổi CS (tụ bán chỉnh)

XTAL XTAL

- Tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh sau khi mắc thêm tụ biến đổi CS

s q

q q

' q

CC

C1

ff

++

=

- Lượng thay đổi tần số do mắc thêm CS vào:

s q q s

p q q

q ' q

C2

11CC

C1f

fff

∆f

+

=

−++

3.2.1 Tác dụng của linh kiện:

Để kích thích phần tử thạch anh hoạt động trong mạch cộng hưởng nối tiếp, người ta mắc nối tiếp thạch anh với phần tử hồi tiếp

Điện trở R1, R2 là mạch phân áp cho cực B của transistor

RE, CE: bộ ổn định chế độ làm việc cho T

Hình 2.9: Mạch dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp

Cuộn chặn (RC): cấp điện áp một chiều, ngăn không cho tín hiệu xoay chiều trên

đường công suất ảnh hưởng tới tín hiệu ra

Lúc này thạch anh đóng vai trò như một bộ lọc, không tham gia vào điều kiện dao

động

q q q

dđ

C L π 2

1 f

f = =

3.2.2 Nguyên lý hoạt động

Tại tần số cộng hưởng mắc nối tiếp của thạch anh trở kháng của nó là nhỏ

nhất và hồi tiếp dương là lớn nhất Trở kháng tụ ZC tại tần số dao động là không đáng kể

nhưng nó ngăn không cho dòng một chiều đi từ cực C đến cực B

Kết quả là tần số dao động của mạch đã được xác định bằng tần số cộng hưởng nối

tiếp của thạch anh Thay đổi điện áp cung cấp, thông số của transistor thay đổi, tần số dao

động được giữ ổn định nhờ thạch anh

4 Bộ dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng song song

4.1 Sơ đồ mạch điện

Hình 2.10: Mạch bộ dao động cộng hưởng dùng thạch anh

với tần số cộng hưởng song song

4.2 Phân tích mạch điện

Khi thạch anh cộng hưởng song song thì trở kháng của mạch đạt giá trị lớn nhất

Tại tần số hoạt động của mạch cộng hưởng song song, phần tử thạch anh được coi như là

một phần tử điện kháng lớn nhất

Bộ dao động dùng thạch anh điều khiển bằng hồi tiếp song song mắc gần giống như

mạch Colpits Điện áp phân cực một chiều lớn nhất được tăng lên khi đi qua phần tử

thạch anh tại tần số cộng hưởng song song của nó Điện áp được ghép tới cực E bằng điện

áp ở bộ chia điện dung C1 và C2

CHƯƠNG III: MẠCH TẠO SÓNG VUÔNG

I Mạch dao động đa hài dùng BJT

1 Cơ bản về mạch dao động đa hài

Các mạch tạo xung cơ bản nhất là các mạch tạo xung vuông được gọi chung là mạch

dao động đa hài Có ba loại mạch dao động đa hài:

- Dao động đa hài lưỡng ổn (còn gọi là mạch Flip – Flop, mạch lật hay bấp bênh):

mạch có hai trạng thái và hai trạng thái đều ổn định

- Mạch dao động đa hài đơn ổn (còn gọi là mạch dao động định thời): mạch có hai

trạng thái, trong đó có một trạng thái ổn định và một trạng thái không ổn định gọi là trạng

thái tạo xung

- Dao động đa hài phi ổn: Mạch có hai trạng thái và cả hai trạng thái đều không ổn

định còn gọi là mạch tự dao động

Mạch dao động đa hài dùng BJT dựa vào sự nạp điện và sự xả điện của tụ điện kết hợp

với đặt tính chuyển mạch của transistor

1.1 Trạng thái ngắt (tắt) dẫn của transistor

Transistor có ba trạng thái:

- Trạng thái ngắt (tắt)

- Trạng thái dẫn khuếch đại

- Trạng thái dẫn bão hòa

Trong kỹ thuật xung transistor dùng để tạo xung vuông nên chỉ hoạt động ở hai trạng

thái ngắt (tắt) và bão hòa Lúc này transistor làm việc như một khóa điện tử dùng để đóng

ngắt mạch điện Trạng thái đóng ngắt của transistor tùy thuộc vào mức điện áp phân cực

cho cực B của transistor

1.1.1 Trạng thái ngắt (tắt) của transistor

Trong hình 3.1 transistor có điện

ápVi = V0 ⇒ VB =0V, transistor không được phân

cực nên ngưng dẫn

Suy ra: IB = 0 , IC = 0

Điện áp ngõ ra ở cực C của transistor là:

Như vậy, ngõ vào V0 ở mức thấp, còn ngõ ra Vi ở

mức cao

1.1.2 Trạng thái dẫn bão hòa

Để transistor chuyển từ trạng thái

ngắt sang trạng thái bão hòa thì ngõ vào phải

được cấp một điện áp Vi đủ lớn sao cho VB lớn

hơn một mức ngưỡng để transistor được phân cực

bão hòa Điện áp này được gọi là VBEsat có trị số

tùy thuộc vào chất bán dẫn chế tạo transistor

Ta có:

VBEsat = 0,7V÷0,8V (transistor chất Silicium)

VBEsat = 0,3V (transistor chất Germanium)

Trong đó, điện trở RC được coi là điện trở tải để

xác định dòng điện IC qua transistor Khi transistor

chạy ở trạng thái bão hòa thì điện cực C có điện áp ra là:V0 = Vc = VCEsat ≈ 0,1 V ÷ 0,2 V

Như vậy, ngõ vào Vi có mức thấp, ngõ ra V0 có mức cao

Dòng IC được xác định theo công thức:

C

CEsat cc

C

R

V V

=

Khi có dòng điện tải IC phải tính dòng điện cần thiết cung cấp cho cực B để chọn chỉ

số điện trở RB thích hợp Thông thường ta có:

C C CC c

Hình 3.2: Transistor bão hòa

Hình 3.1 Transistor ngắt

Trường hợp cần cho transistor chạy bão hòa vững (bão hòa sâu) thì chọn:

B

I

VV

=

2 Mạch dao động đa hài lưỡng ổn dùng BJT

2.1 Mạch đảo

Một transistor có thể làm chức năng của mạch đảo như hình 3.1

Khi Vi ở mức điện áp cao thì transistor chạy bão hòa và dòng IC qua RC tạo dòng

sụt áp ⇒ V0 ≈ 0,2 V ứng với mức điện áp thấp

Khi Vi ở mức điện áp thấp thì transistor bị phân cực ngược ở ngõ vào nên ngưng dẫn,

dòng IC = 0 nên không giảm áp qua RC ⇒ V0 ≈ VCC ứng với mức điện áp cao

Như vậy, điện áp ra V0 và điện áp vào Vi ngược pha nhau

2.2 Mạch lưỡng ổn (Flip- Flop) cơ bản

Mạch dao động đa hài lưỡng ổn được tạo ra bằng cách ghép hai mạch đảo sao

cho điện áp ra của mạch đảo này là ngõ vào của

mạch đảo kia

2.2.1 Sơ đồ mạch điện

Mạch lưỡng ổn trong sơ đồ dùng hai nguồn +VCC để cấp dòng IB và IC cho transistor dẫn

bão hòa và nguồn –VBB để phân cực ngược cho cực

B của transistor ngưng dẫn

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Mạch có hai trạng thái, trong mỗi trạng thái một transistor tắt, một transistor bão hòa

Giả thuyết có mạch Flip-Flop đối xứng (T1 và

T2 cùng tên, các điện trở phân cực cho hai transistor

cùng trị số) nhưng hai transistor không thể cân bằng

Hình 3.3: Mạch lưỡng ổn

Giả thuyết transistor T1 dẫn mạnh hơn T2 nên dòng điện IC1 lớn hơn qua RC1 làm điện

áp VC1 giảm Điện áp VC1 qua điện trở R2 phân cực cho T2 làm VB2 giảm và làm cho T2

chạy yếu hơn Khi T2 chạy yếu thì dòng IC2 nhỏ hơn qua TC2 làm điện áp VC2 tăng lên

Điện áp VC2 qua điện trở R1 phân cực cho T1 sẽ làm VB1 tăng làm T1 chạy mạnh hơn nữa

và cuối cùng T1 sẽ tiến đến trạng thái bão hòa, T2 tiến đến trạng thái ngưng dẫn Nếu

không có một tác động nào khác thì mạch điện sẽ vẫn ở trạng thái bão hòa Đây là trạng

thái thứ nhất của flip-flop

Ngược lại, T2 dẫn mạnh hơn T1 và lý luận tương tự thì cuối cùng T2 sẽ tiến đến trạng

thái bão hòa và T1 ngưng dẫn và mạch điện ở trạng thái này nếu không có một tác động

nào khác Đây là trạng thái thứ hai của flip-flop

Mạch Flip-Flop có hai trạng thái như trên được gọi là mạch lưỡng ổn

2.2.3 Phân tích mạch điện

Khi T1 bão hòa ta có:

V 0,2 V

VC1 = CCSat ≈

V 0,8 V

VB1 = BESat ≈

Suy ra dòng điện IC1 và IB1 theo công thức:

Ở trạng thái bão hòa transistor thường có β nhỏ Chọn β= 50 Ta có thể nghiệm lại

điều kiện bão hòa như sau:

mA 0,13 50

mA 6,5 β

2 C B 1 B Cc 2 C 2 C CC 2

C V I R V (I I ) R

mA0,41K

4,7

V6V0,8K18K1,8

V0,8V12I

R

VV

RR

VVI

1 B

1 B

BB BESat 1

2 C

BESat CC

1 B

=

+

−+

−

=

+

−+

−

=

mA 6,5 18

V 0,2 V 12 R

V V I

1 C

CESat CC

1

K

V0,8V12(V12R

)

RR

VV(V

1 2 C

BESat CC

−

−

=

V1,5V

6K47K18

K47V)

6V(0,2V

RR

R)

V(V

2 B 2

2 B BB

1 C 2

++

=

−++

=

T2 là loại NPN có VB2 = - 1,5V (VB2 < 0V) nên T2 ngưng dẫn

Nếu ở trạng thái ngược lại thì hai transistor sẽ có dòng điện và điện áp ở các chân cực

ngược lại

Điện áp nguồn âm (-VBB) có tác dụng phân cực cho T2 để T2 ổn định ở trạng thái

ngưng dẫn, tránh tác dụng của nhiễu thì có thể không dùng nguồn –VBB, lúc đó hai điện

trở RB1, RB2 được nối đất

3 Dao động đa hài đơn ổn

Mạch dao động đa hài đơn ổn cũng có hai trạng thái (T1 bão hòa, T2 ngưng dẫn hay

ngược lại) nhưng trong hai trạng thái đó có một trạng thái ổn định và một trạng thái không

ổn định còn gọi là trạng thái xung

Bình thường khi mạch đơn ổn được cấp nguồn sẽ ở trạng thái ổn định và ở mãi trạng

thái này nếu không có tác động từ bên ngoài vào Khi ngõ vào nhận được một xung kích

thì mạch đơn ổn sẽ đổi trạng thái tạo xung ở ngõ ra và độ rộng xung ra sẽ tùy thuộc vào

thông số RC Sau thời gian có xung ra ở mạch đơn ổn sẽ trở về trạng thái ban đầu

Mạch dao động đa hài đơn ổn gọi là mạch dao động định thời vì thời gian có xung ra

có thể định trước nhờ các thông số trong mạch

3.1.2 Nguyên lý hoạt động

Trạng thái ổn định của mạch đơn ổn (Hình 3.4 a)

Khi mở điện, tụ C tức thời nạp điện qua điện trở RC2 tạo dòng điện đủ lớn cấp cho cực

B1 nên T1 sẽ chạy ở trạng thái bão hòa Lúc đó, dòng IC1 qua RC1 đủ lớn để tạo sụt áp và

V V

V C1= CESat ≈ 0 , 2 Cầu phân áp RB2 và RB sẽ tạo ra điện áp phân cực cho T2 ngưng dẫn

(VB2 < 0V)

Khi tụ nạp đầy thì dòng nạp bên tụ bằng không nhưng tụ C1 vẫn chạy ở trạng thái bão

hòa vì vẫn còn dòng IB1 qua RB1 cấp phân cực cho cực B1 Và hai transistor vẫn chạy ổn

định ở trạng thái này nếu không có tác động từ bên ngoài

Trạng thái ổn định của mạch đơn ổn (Hình 3.4 b)

Khi ngõ vào Vi nhận xung kích âm qua tụ C1 sẽ làm điện áp VB1 giảm và T1 đang

chạy bão hòa chuyển sang trạng thái ngưng dẫn Lúc đó IC1 = 0 điện áp vào VC1 tăng cao

qua cầu phân áp RB2 – RB sẽ phân cực cho T2 chạy bão hòa Khi T2 chạy bão hòa

VC2 = VBESat ≈ 0,2V làn cho tụ C có chân mang điện dương coi như nối đất và chân kia có

điện áp âm so với đất nên điện áp này sẽ phân cực ngược cho cực B1 làm cho T1 tiếp tục

ngưng dù đã hết xung kích Lúc đó tụ C xả điện qua điện trở RB1 và transistor T2 từ C

xuống E Trong thời gian này T1 ngưng dẫn, T2 bão hòa nên điện áp ở chân C và B của

transistor đổi ngược lại chính là xung điện ở ngõ ra

Sau khi tụ xả xong làm mất điện áp âm đặt vào cực B1 và T1 sẽ hết trạng thái ngưng

dẫn và chuyển sang trạng thái bão hòa như lúc đầu Khi T1 trở lại trạng thái bão hòa thì

VC1 = VCESat ≈ 0,2V nên T2 mất phân cực sẽ ngưng dẫn như lúc đầu

Thời gian tạo xung của mạch ngưng dẫn chính là thời gian xả điện của tụ C qua RB1

Sau thời gian này mạch tự trở lại trạng thái ban đầu là trạng thái ổn định

3.1.3 Dạng sóng ở chân ra

Hình 3.4a là áp ngõ vào Vi trước thời

điểm có xung kích là trạng thái ổn định Khi có

xung nhọn âm thì mạch đơn ổn chuyển sang trạng

thái ổn định

Hình 3.4 b là dạng điện áp VB, khi có xung kích

làm T1 ngưng, tụ C xả điện áp âm nên VB1 có điện

áp âm ≈ -VCC và tụ C xả điện qua RB1 làm điện áp

âm giảm dần theo hàm mũ Thời gian xả của tụ C

chính là thời gian tạo xung ở ngõ ra

Ở trạng thái ổn định VC1 = 0,2V (bão hòa), ở

trạng thái xung VC1 = VCC (ngưng dẫn) nên T1 có

xung vuông dương ra Ngược lại T2 có xung vuông

âm ra

4 Dao động đa hài phi ổn

4.1 Sơ đồ mạch điện

4.2 Nguyên lý hoạt động

Khi mở điện sẽ có một transistor dẫn mạnh hơn và một transistor dẫn yếu hơn

Nhờ tác dụng của mạch hồi tiếp dương từ cực C2 về cực B1 và từ cực C1 về cực B2 sẽ làm

cho transistor dẫn mạnh hơn tiến dần đến bão hòa, còn transistor dẫn yếu hơn sẽ tiến đến

Giả sử T1 dẫn điện mạnh hơn T2, tụ C1 nạp điện qua RC2 làm cho dòng IC1 tăng lên cao

nên T1 tiến đến bão hòa Khi T1 bão hòa, dòng IC1 tăng làm cho VC2 = VCESat ≈ 0,2 V Điều

này làm cho tụ C1 xả điện qua RB1 và điện áp âm trên tụ C1 đưa vào cực B1 làm cho T1

ngưng dẫn Lúc đó, tụ C2 lại nạp điện qua RC1 làm cho dòng IB2 tăng cao và T2 bão hòa

nhanh

Thời gian ngưng dẫn của T1 chính là thời gian tụ C1 xả điện qua RB1 Sau khi tụ C1 xả

điện xong, cực B1 lại được phân cực nhờ RB1 nên T1 trở lại trạng thái dẫn bão hòa như

trạng thái ban đầu

4.3 Dạng sóng ở các chân

Xét cực B1 khi T1 bão hòa VB≈ 0,8V

Khi T1 ngưng dẫn cho tụ C1 xả điện làm cho

cực B1 có điện áp âm (-VCC ) và điện áp âm này

giảm dần theo thời gain

Xét cực C1: khi T1 bão hòa VC1 ≈ 0,2V Khi

T1 ngưng dẫn VC1 ≈ +VCC Dạng sóng ra ở cực

C là dạng sóng vuông

Tương tự, khi xét cực C2 và cực B2 Dạng

sóng ở hai cực này cùng dạng sóng với C1 và

B1 nhưng đảo pha nhau

Chu kì của tín hiệu hình vuông là:

T = t1 + t2Trong đó: t1 là thời gian mà tụ C1 xả điện

qua RB1 từ điện áp – VCC lên nguồn +VCC nên

điện áp tức thời của tụ là:

1 1 B 1 C R t CC 1

C (t) 2V e

Thời gian để tụ C1 xả điện qua RB1 từ -VCC lên 0V cho bởi công thức:

1 1 B 1

C R t

CC

CC 2 V e

2 ln C

R

t 2

e

1 1 B

1 C

R t

1 1 B 1

Tương tự, thời gian C2 xả điện qua RB2 từ -VCC lên 0V là:

2 2 B 2

2 B

2 R C ln2 0,69R C

Vậy chu kì dao động là:

)CRC0,69(Rt

t

T= 1+ 2 = B1 1+ B2 2Trong mạch phi ổn đối xứng ta có:

RB1 = RB2 =RBChu kì dao động là: T = 2.0,69RBC = 1,4RBC

Tần số xung vuông :

C R 1,4

1 T

1 f

B

=

=

II Mạch dao động đa hài dùng Opamp

1 Mạch lưỡng ổn (Flip-Flop) dùng Opamp

Mạch Flip-Flop dùng Opamp có hai Opamp làm việc như hai mạch khuếch đại so sánh Hai Opamp sẽ ở trạng thái bão hòa dương nếu: Vi+ >Vi− ⇒V0 =+VCC

hay trạng thái bão hòa âm:

Giả sử mạch có hai trạng thái: V01 = +VCC và V02 = 0V

Hình 3.6: Mạch Flip-Flop dùng Opamp kích đổi trạng thái bằng xung âm

V 0 V V

Vi− > i+ ⇒ 0 = +

Opamp (1) được hồi tiếp từ V02 = 0V về ngõ In- qua điện trở 10K nên có Vi+ > Vi− và

Đây là trạng thái ổn định thứ nhất của Flip-Flop, Opamp (1) ở trạng thái bão hòa

dương và Opamp (2) ở trạng thái bão hòa âm Để đổi trạng thái của Flip-Flop, ta cho

công tắc S nối vào ngõ vào In- của Opamp (2) đang bão hòa âm Lúc đó: Vi- = 0V và

−

+

> i

i V

V nên Opamp (2) chuyển sang bão hòa dương, V02 = + VCC qua điện trở hồi tiếp

10k sẽ làm đổi trạng thái của Opanp (1) từ bão hòa dương sang bão hòa âm

Điện trở hồi tiếp phải có trị số khá nhỏ so với nối ngõ In+ lên nguồn +VCC và công

tắc S có điểm chung nối đất xem như xung âm kích điều khiển Flip-Flop Công tắc điều

khiển lên nguồn +VCC qua điện trở để kích đổi trạng thái của Flip-Flop như xung dương

kích điều khiển Flip-Flop

Như vậy, để đổi trạng thái bằng xung dương ta cho: xung âm (mức điện thế thấp) vào

ngõ In- của Opamp đang bão hòa âm và xung dương (mức điện thế cao) vào ngõ In- của

Opamp đang bão hòa dương

2 Mạch Flip-Flop hồi tiếp bằng diod

Hình 3.7: Mạch Flip-Flop hồi tiếp bằng diode

Mạch Flip-Flop dùng hai diode D1-D2 để nhận xung kích ở ngõ vào và hai diode

D3-D4 để lấy điện áp hồi tiếp

Giả sử mạch đang ở trạng thái ổn định Opamp (1) đang bão hòa dương V01 = + VCC,

Opamp (2) đang bão hòa âm V02 = 0V

Nếu cho xung âm vào ngõ vào V02 của Opamp đang bão hòa âm thì diode D2 bị phân

cực ngược nên xung âm không tác động được vào mạch Flip-Flop nên phải cho xung

dương vào ngõ Vi của Opamp đang bão hòa dương Lúc đó, diode D1 được phân cực

thuận sẽ cho xung dương vào mạch Flip-Flop và làm cho mạch đổi trạng thái

Như vậy, khi sử dụng mạch Flip-Flop chỉ có một cách kích đổi trạng thái là cho xung

dương (mức điện áp cao) vào ngõ In- của Opamp (1) đang bão hòa dương

3 Mạch dao động tích thoát

3.1 Sơ đồ mạch điện

3.2 Nguyên lý hoạt động

Sơ đồ có hai mạch hồi tiếp từ ngõ ra về hai ngõ vào Cầu phân áp RC hồi tiếp về

ngõ In-, còn cầu phân áp R1 – R2 hồi tiếp về ngõ In+

Giả sử tụ C chưa nạp điện và Opamp đang ở trạng thái bão hòa dương, lúc này cầu

phân áp R1 – R2 đưa điện áp dương về ngõ In+ với mức điện áp là:

RR

R.V

2 1

2 CC

++

+

Trong khi đó, ở ngõ vào In- có điện áp tăng dần lên 0V, điện áp tăng do tụ C nạp qua

R theo quy luật hàm mũ với hằng số thời gian là: τ =RC

Hình 3.8a: Mạch phi ổn hồi tiếp về cực E