Bài Giảng Kỹ Thuật Xung

CHƯƠNG 1:KHÁI NIỆM CƠ BẢNKhái niệm tín hiệu xung • Xung điện: là những dòng họăc áp chỉ tồn tại trong 1 khoảng thời gian ngắn có thể so sánh được với thời gian của quá trình quá độ trong

KỸ THUẬT XUNG

CHƯƠNG 1:KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Khái niệm tín hiệu xung

• Xung điện: là những dòng họăc áp chỉ tồn tại trong 1 khoảng thời gian ngắn có thể so sánh được với thời gian của quá trình quá độ trong mạch điện mà nó tác động.

• Xung: là 1 đại lượng vật lý có thời gian tồn tại rất nhỏ so với toàn bộ thời gian mà nó tác động.

• Mốc so sánh: là thời gian quá độ - khoảng thời gian mà hệ thống vật lý chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác

2

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

4

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

Ví dụ: Hãy tìm dạng sóng của tín hiệu sau theo dạng sóng của hàm bước

Giải

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

b Xung chữ nhật

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

d Xung hàm dốc

Các dạng tín hiệu xung đơn giản

( 1 ) (

)

U

K = tgα

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

Ví dụ: Cho tín hiệu x(t) như hình vẽ sau, hãy xác định hàm của x(t) theo dạng xung hàm dốc

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

Vậy: x(t) = 3r(t -1) – 3r(t – 3)

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

e Xung hàm mũ

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

f Tín hiệu sin/cos

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

g Các dạng sóng

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

Một số dạng tín hiệu xung

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

Bài tập: Viết phương trình của tín hiệu sau theo hàm u(t) và r(t):

Các dạng tín hiệu xung cơ bản

Bài tập: Viết phương trình của tín hiệu sau theo hàm u(t) và r(t):

Các tham số của tín hiệu xung

Chuỗi xung vuông

Các tham số của tín hiệu xung

Hệ số công tác

Các tham số của tín hiệu xung

Độ rộng xung

A: Biên độ cực đại

tr: thời gian lên

tf : thời gian xuống

tp : độ rộng xung tính

từ 0,1A

Các tham số của tín hiệu xung

Độ rộng xung

Trong các hệ thống số, người ta thường định nghĩa tp với giá trị từ 0,5A

CHƯƠNG 2: CÁC MẠCH BIẾN ĐỔI DẠNG SÓNG

) ( =

24

R

C E

I Quá trình nạp xả tụ

1 Quá trình nạp của tụ

25

Do kích thích là hằng số nên Uc.xl(t) = B = const (1) : B = E

Uc(t) = Uc.qđ(t) + Uc.xl(t) = E + A.e-t/RC

Tại t = 0: Uc(0+) = Uc(0-) = 0

A = – E

U c (t) = E (1 – e -t/RC ) (PT nạp tụ)

Khi tụ nạp dòng qua tụ sẽ giảm

τ

/

.

) ( )

( )

R

E R

t U

E R

t

U t

( )

1

2 1

2

τ τ

* NX: Nếu tăng quá trình

nạp của tụ điện xảy ra càng

chậm

τ

Dòng qua tụ khi tụ nạp

2 Quá trình xả

* Giả sử t = 0 khi K đóng về vị trí 2 và tụ nạp đầy: Uc(0-) = E

) (

u

t

t u

1 )

(

) (

Dòng qua tụ khi tụ xả

2

/ 2

1

2 1

τ

τ

τ τ

R

E R

t

U t

II Mạch lọc thụ động

1 Mạch lọc thông thấp (bộ lọc cao) – mạch tích phân (LPF)

) ( )

( )

( V t V t V t

→

) ( )

( V t V t

II Mạch lọc thụ động

Dạng tín hiệu vào và ra của mạch tích phân

ĐÁP ỨNG TẦN SỐ

) (

).

( )

(

)

( )

j

V j

) (

2 1

1 1

1 1

1 )

CR CR

j C

j R

C

j j

ω

ω ω

ω

+

= +

= +

=

2

) (

1 lg

(H dB dB)

lan

H RC

2

1 ]

(tín hiệu ra bị suy giảm)

Bộ lọc chỉ cho tần số ω < 1/RC đi qua

Bộ lọc thông thấp

* Tần số cắt:

Tần số cắt là tần số mà tại đó biên độ của hàm truyền suy giảm đi

lần hoặc giảm 3dB hay tín hiệu ngõ ra giảm ½ công suất 2

2 Mạch lọc thông cao (bộ lọc thấp) – mạch vi phân (HPF)

33

R.i(t) = Vo(t) i(t) = C.V ’

2 Mạch lọc thông cao (bộ lọc thấp) – mạch vi phân (HPF)

34

Tín hiệu vào, ra trên mạch vi phân RC

) (

).

( )

(

)

( )

j

V j

ϕ

ω ω

ω

CR CR

j C

j R

R j

1 1

1 1

1

1 1

= +

= +

=

2

1 1

lg 20







 +

+ H = 0dB H[ lần] =

1 Vom = Vim(tín hiệu không bị suy giảm + H tăng Vom < Vim

(tín hiệu ra bị suy giảm)

Bộ lọc chỉ cho tần số ω > 1/RC đi qua

Bộ lọc thông cao

0 dB

lgω H[dB]

1/RC

MẠCH BIẾN ĐỔI DẠNG XUNG

d C R

V0 ( ) 1 i ( ) (Mạch tích phân)

d C

CHƯƠNG 3: CHUYỂN MẠCH ĐIỆN TỬ

3 Tốc độ đóng ngắt: f điều khiển đóng ngắt mà khóa làm việc tin cậy.

Để đảm bảo tin cậy:[Fmax] cho phép < hoặc = 1/2 t/g thiết lập.

4 Ngưỡng điều khiển: Là mức t/h thấp nhất có thể đ/k được khóa 1 cách tin cậy.

39

II Chuyển mạch dùng TRANSISTOR

Nguyên lý

• Miền cắt dòng: dưới điểm B.

• Miền khuyếch đại.(đoạn AB).

I b Ic Uc

• Miền bão hoà:(Sau điểm A-đường Ox).

i b >= i b bãohoà -> i c= i c bh =const.

Điều kiện T bão hoà : i b >= i b bh

Ở chế độ khóa :Yêu cầu T thông ở chế độ bão hoà với dòng điện lớn vì: Để có dòng lớn.

Khả năng chống nhiễu cao.

A

B

Rc Icbh

Ucbh

Miền cắt dòng O

X

Quá trình quá độ của khoá T

Nguyên lý

• Trong khoảng: Udk= E2<0-> T tắt, ib=-ibo;ic=Ico, Uc=Ec.

• Trong khoảng:

+ Tại t=t1: Udk đột biến dương,E1>0; Ib=Ib1=E1/Rb >Ibbh.-> T bão hoà.

Ic tăng theo quy luật hàm mũ tạo ra sườn trước ts1.

+ Sau t2: tuy ic=Icbh=const nhưng vì ib=Ib1>Ibh nên có hiện tượng tràn điện tích từ E->B tạo nên các điện tích thừa trong cực B ở phái tiếp giáp cực C.

Quá trình tích luỹ vẫn theo đúng quy luật tăng sườn trước của ic và tiến tới xác lập tại t3.

• Khi:t-t3, Udk có đột biến âm,Udk =E2<0.

Lẽ ra Ib=-Ibo song do R ngược ở tiếp giáp đầu vào EB của T chưa kịp thiết lập-> Ib vẫn có giá trị rất lớn> Ib2=E2/Rb Dòng Ib2 sẽ duy trì trong 1 khoảng thời gian nào đó rồi dần dần giảm về Ibo sau khi R ngược được thiết lập.

43

; 1

0 ≤ t < t

3

t ≤ ≤

Nguyên lý (tiếp)

Ic vẫn duy trì Ic bh trong khoảng thời gian t 3 -t 4 tạo ra thời gian trễ ngắt.

• T trễ = t 4 -t 3 : là thời gian để tiêu tán các điện tích thừa đã được tích luỹ trong giai đoạn trước.

• Sau đó Ic giảm Đến thời điểm t 5 có i c =i co và hình thành độ rộng sườn sau t s2 =t 5 -t 4

• Chính các khoảng thời gian t s1 , ts2, t trễ tạo nên các quá trình quá độ trong mạch làm chậm tốc độ của khoá Do đó phải hạn chế chúng.

44

III Chuyển mạch dùng Diode

+ DZ phân cực thuận: giống D thường

+ DZ phân cực nghịch: Vnghịch > VZ rơi vào chế độ ổn áp song song

CHƯƠNG 3: MẠCH XÉN

Mạch xén là mạch cắt bỏ 1 phần của tín hiệu ngõ vào mà không làm méo dạng phần tín hiệu còn lại Mạch chỉnh lưu bán kỳ là 1 dạng mạch xén đơn giản nhất vì chỉ sử dụng 1 diode và

1 điện trở

Có 2 loại mạch xén: xén nối tiếp và song song

Mạch xén nối tiếp là Diode trong mạch mắc nối tiếp với tải, còn mạch xén song song thì Diode mắc song song với tải

Điều kiện để Diode thường dẫn: VD ≥ Vɤ

Điều kiện để Diode lý tưởng dẫn: VD ≥ 0

49

MẠCH XÉN NỐI TIẾP

MẠCH XÉN NỐI TIẾP

MẠCH XÉN NỐI TIẾP

MẠCH XÉN SONG SONG

MẠCH XÉN SONG SONG

MẠCH XÉN 2 MỨC ĐỘC LẬP

Cho mạch như hình vẽ:

Với D1:

60

MẠCH XÉN 2 MỨC ĐỘC LẬP

Với D2:

Vậy:

MẠCH XÉN SONG SONG

* Đặc tuyến V-A

MẠCH XÉN DÙNG DIODE

THƯỜNG

Ví dụ:

MẠCH XÉN DÙNG TRANSISTOR

MẠCH XÉN DÙNG OPAMP

Hoạt động của mạch

MẠCH SO SÁNH VƠI ĐIỆN ÁP 0V

70

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA

HÀI

Trong kỹ thuật xung, để tạo các dao động không sin, người ta thường dùng các bộ dao động tích thoát

Dao động tích thoát là các dao động rời rạc,

nó chỉ chứa phần tử tích lũy năng lượng (tụ điện)

Bộ dao động tích thoát thường được sử dụng

để tạo các xung vuông có độ rộng khác nhau, làm việc ở chế độ tự dao động hay kích thích ngoài

Dao động đa hài là 1 dạng mạch dao động tích thoát

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA

HÀI

- Mạch dao động đa hài bất ổn

(Opamp, Transistor, IC555)

- Mạch dao động đa hài đơn ổn

(Opamp, Transistor, IC555)

- Mạch dao động đa hài lưỡng ổn

(Opamp, Transistor, IC555)

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI BẤT ỔN

-Là mạch không có trạng thái ổn định – đa

hài tự dao động

-Ngõ ra luân phiên thay đổi theo 2 trạng thái

mức cao và mức thấp với chu kỳ T và biên độ

V do chính mạch quyết định

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN ỔN

-Là mạch có 1 trạng thái ổn định ở mức cao

hoặc thấp, còn gọi là mạch đa hài 1 trạng thái

bền hay đa hài đợi

-Khi có xung kích thì mạch mới đổi trạng

thái, sau 1 khoảng thời gian T thì mạch sẽ trở

về trạng thái ổn định

-Thời gian tồn tại trạng thái bất ổn và biên

độ ra do mạch đơn ổn quyết định

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN ỔN

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI

LƯỠNG ỔN

-Mạch đa hài 2 trạng thái ổn định không đối

xứng (Trigger Schmitt): là mạch sửa dạng xung

thành xung vuông

-Mạch đa hài 2 trạng thái ổn định đối xứng

(Flip Flop): đây là phần tử quan trọng trong kỹ

thuật số: FF RS, FF JK, FF T, FF D

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI BẤT ỔN

Trạng thái T

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI BẤT ỔN

Trạng thái T

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI BẤT ỔN

Dạng tín hiệu ở các chân

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI BẤT ỔN

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI BẤT ỔN

Mạch đa hài không trạng thái bền thay đổi tần số

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN ỔN

Trạng thái ổn định

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN ỔN

Trạng thái tạo xung

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN ỔN

Dạng tín hiệu vào và ra của mạch đa hài một trạng thái bền

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI LƯỠNG

ỔN

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI BẤT

ỔN DÙNG OPAMP

Ta có:

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI BẤT

ỔN DÙNG OPAMP

- Giả sử khi cấp điện thì điện áp ngõ ra

Tụ C sẽ được nạp điệnĐiện áp trên tụ sẽ tăng cho đến khi

Thì ngõ ra đảo trạng thái

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI BẤT

ỔN DÙNG OPAMP

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI BẤT

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN

ỔN DÙNG IC555

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN

MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI ĐƠN

ỔN DÙNG IC555

Tụ C bắt đầu xả điện cho đến khi VC = 0

Mạch luôn ổn định ở trạng thái này cho đến khi có xung kích tiếp theo

- Thời gian tồn tại của xung đơn ổn: