BÀI GIẢNG MÔN: KĨ THUẬT XUNG SỐ Giảng viên: Trần Văn Hội Khoa Kỹ thuật Điện tử PT-TH

Khái niệm tín hiệu xung • Xung đi đi ện là những dòng họăc ăc 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 đi đi ện mà

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT XUNG

BÀI 1: TÍN HI Ệ U XUNG

I Khái niệm tín hiệu xung

• Xung đi đi ện là những dòng họăc ăc 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 đi đi ện mà nó tác động.

• Xung: là 1 đại lượng vật lý có thời gian tồn tại rất nhỏ

so với toàn bộ thời gian ma 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

II Phân loại tín hiệu xung.

BÀI 1: TÍN HIỆU XUNG

( − α

α

+ +

=

n

i

i n

t s t

s t

s t

s t

S

1

1 1

2 1

1 1

∑

=

= +

+ +

=

n

i

i n

t s t

s t

s t

s t

S

1

1 1

2 1

1 1

dt e

t f p

F = ∞∫ −pt

0

) ( )

j a

j a

I Các dạng tín hiệu xung đơn giản.

Dạng đột biến: U(t) =E.1(t) = E t t0

0 t < t0 Với 1t0 =1(t-t0) = 1 t t0

0 t < t0

Dạng tuyến tính:

K = const =

t to t< to

( 1 ) (

1 ( )

).

1

( )

U

β

U

E

Hằng số thời gian:đặc trưng cho quán tính của mạch, chỉ phụ thuộc

tham số mạch điện mà ko phụ thuộc tín hiệu vào.

C R

Uc Ur E

p

E Ip

+

= ( ) ( RC)

t e R

E t

R t i

U R = ( )

);

( )

(

1 t U t U

U C = − R

) exp(

)

(

τ

t E

(

τ

t E

E

t

U

; )

(t 0 E

Ur t= = Ur(t) t=∞ = 0

;0)

• Tín hiệu đột biến

• Mạch RL

• Định luật đóng mạch 2:Ko bao giờ có

đột biến dòng trên cuộn cảm.

C L

Uc Ul E

Uc Ul

) exp(

)

(

τ

t E

t

)) exp(

1

.(

τ

t E

τ

τ t

t K

τ

K t

Ur( ) t=∞ =

) (

q tăng, tốc độ Uc giảm nhanh

khi q =100 -> Uc có diểm uốn

q = 1 q=0.1

) ( 1 )].

exp(

1 [

1

q

q E t

+

=

const C

R

RC q

i i

( )

2 1

U

1 2

U

2 2

x

t

t E

)

(

1 2

τ

t E

t

) exp(

)

(

2 2

τ

τx

t E

)(

2

U = − −τ

2 1

U

1 2

U

2 2

)

(

2

ττ

t E

• Khi: các thành phần U thay

đổi chậm,t/h ra có dạng tam giác và sườn

trước gần như đường thẳng.Trong khoang

nhanh,t/h xung ra giống xung vào nhưng bị

méo ở sườn trước

Đây là trường hợp RC giống các thành phần kí

sinh của nguồn t/h với R nhỏ,C = Cra của

) (

2

τ

t E

t

τ

t E t

U2 ( ) ≈

τ

E

K =

S2 S1

Uo

IV Mạch phân áp xung

đua tới tải để p/hợp về mặt biên độ

Y/c: không gây méo tín hiệu->hệ số truyền đạt là 1 hằng số , ko fụ

1

R R

U i

+

=

1 2

1

2 1

R R

R U

2

ξ

i U1

R1

R2 U2

• Phân áp điện dung

Thực tế tồn tại R kí sinh và C kí sinh nên hệ số phân áp luôn

1

X X

1

2 1

X X

X U

1

ξ

1

1 1

1 //

C

R Z

ω

=

2

2 2

1 //

2 1

1

Z Z

z ξ ξ

ξ = =

2 2 1

1C R C

R =

BÀI 3: KHÓA ĐI Ệ N T Ử

I KHÓA ĐIỆN TỬ

tác động của t/h điđiều khiển

2 Tính chất:

Nội trở khóa:

Khi đóng: Rk = 0Khi ngắt: Rk = vô cùng

cậy

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

cách tin cậy

Miền cắt dòng O

X

• Miền cắt dòng: dưới điểm B.

• Miền khuyếch đại.(đoạn AB).

• Miền bão hoà:(Sau điểm A-đường Ox).

ib>= ib bãohoà-> i c= i cbh=const.

Điều kiện T bão hoà : ib>= ibbh.

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.

• 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 trànđiện tích từ E->B tạo nên các điện tích thừa trong cực B ở phái tiếpgiáp cực C

Quá trình tích luỹ vẫn theo đúng quy luật tăng sườn trước của ic vàtiến 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 chưakịp thiết lập-> Ib vẫn có giá trị rất lớn> Ib2=E2/Rb Dòng Ib2 sẽ duytrì trong 1 khoảng thời gian nào đó rồi dần dần giảm về Ibo sau khi

R ngược được thiết lập

Ic vẫn duy trì Icbh trong khoảng thời gian t3-t4 tạo ra thời gian trễngắt

; 1

0 ≤ t < t

3

1 t t

t ≤ ≤

• T trễ = t4-t3: là thời gian để tiêu tán các điện

tích thừa đã được tích luỹ trong giai đoạn

CHƯƠNG 2: MẠCH BIẾN ĐỔI XUNG

- Tạo xung nhọn từ xung vuông.

- Tạo xung vuông từ xung hình thang

- Thực hiện phép tính vi phân trong MTTT

dt

t S

d K t

)

2 =

dt

t U d K t

)

2 =

d/dt

dU C

i

i R = c = c

dt

U U

d RC

)

C

1 i

- Tạo xung răng cưa, cung cấp U quét trong VTTH, chọn, đếm xung…

Giả sử Uc<<Ur do đó :U 2 <<U 1 -> với

0 2

1

R

U i

BÀI 2: MẠCH TÍCH PHÂN

• Muốn tích phân chính xác phải thỏa mãn điều kiện tích

phân: Xra có biên độ nhỏ so với xung vào -> Dùng mạch Tích phân RC kết hợp với mạch KĐTT gọi là mạch KĐTT tích phân.

Mạch tích phân

Mạch vi phân

Mạch tạo điện áp răng cưa

T/h U răng cưa được sử dụng để đ/khiển mạch lái tia e trong các đèn âm cực máy thu hình, màn hình MT -> U răng cưa gọi là U quét.

Dùng mạch tích phân làm Uq

Uq là những xung răng cưa có chứa 1 phần U thay đổi theo đt đt đối với t Các đo đo ạn đó có thể tăng hoặc giảm nếu đạo hàm của nó + và -

U’>0

U’< 0

Các tham số

Uo: Điện áp dư ban đầu

Uqm: Biên độ max của Uq

Hệ số méo phi tuyến:

Ý nghĩa: là độ chênh lệch về độ dốc của phần đường thẳng

Hiệu suất:

(%)

0

1 0

1

2 1

α

α α

γ

tg

tg tg

dt dUq

dt

dq dt

dUq

t

t t

• Sử dụng phương pháp nạp điện cho tụ qua R lớn

để thỏa mãn điều kiện tích phân

• Trong tq: khóa K ngắt, C được nạp

ng c

q

t E

t E

t U t

f ph

t = 3 τ

n K

τ = <<

in

if

• Phần tử tích phân:R,C

• Nguồn nạp: Ecc, khóa điện tử e.

• Trạng thái đầu:T thông( bão hòa).

• Trạng thái phục hồi: sau khi đạt biên độ xác định ở t2, kết thúc xung

đk ở đầu vào->T thôngbão hòa-> C phóng rất nhanh qua r cebh

t Ec

q n

q c

t t

Mạch Miller

t3 t2

Uq Uq

Nguyên lý.

• Do kết cấu mạch, tạo nên hồi tiếp âm từ cực góp C đến cực gốc B thông qua tụ C Sự hồi tiếp này khống chế độ chênh lệch const-> I phóng = const-> U trên

tụ C giảm tuyến tính-> Uq giảm tuyến tính, Ic phóng

t t2

t

t

t

t4 t3

• Trạng thái tạo quét:

+ Giai đoạn 1: D thông

C nạp-> UY -> Uq Ux

Vì D thông nên Uc ( UY) thay đổi theo quy luật bậc 2

+ Giai đoạn 2:t=t2 Ux tăng >=Ec-> D tắt

Tụ C được nạp với I const, Uy-> Uq và tăng tuyến tính

1 R

Ec i

C* = X − ≈

; 0

BÀI 3: MẠCH HẠN BIÊN

I Khái niệm: là mạng 4 cực phi tuyến mà Ur thay đổi theo đúng quyluật của Uv khi Uv chưa vượt quá 1 mức cho trước - gọi là mức

ngưỡng-> Ur giữ 1 giá trị = const gọi là U hạn chế

- Đặc tuyến truyền đạt của mạch theo U2(t)=F[Uv(t) ] là 1 đường

Hạn chế dưới

Hạn chế trái phải

Khi đảo chiều Điốt : mạch hạn chế dưới mức E

Chú ý:ảnh hưởng tham số kí sinh: Cra =Cak+Ctải+Clắp ráp

• Mạch vào của T là tiếp giáp p-n : tưưng đươngđương 1 ĐiĐiốt.

• Rb: tương đươngđương Rhc

-> Mạch hạn chế điốtđi song song ở đầu vào

• Tín hiệu sau khi được hạn chế được T khuyếch đại -> Mạch

khuyếch đại hạn chế

• Với điđiểm công tác thích hợp và t/h vào đủ lớn: Mạch KĐ thôngthường cũng có khả năng hạn chế.1 phía do dòng bị cắt, o phía do transitor bão hòa

1

M ạ ch ghim ở m ứ c b ấ t kì

• Tại t =t1.U1=0, U2=E, D thông, C được nạp đến E

• Khi t=t1: + Đầu vào có đột biến dương E1, UAB =U2 = E+E1

U

Chương 3: M ạ ch dao đ ộ ng xung

• Chỉ chứa 1 phần tử t ch lũy năng lượnglà C.

• Sau khi t ch lũy năng lượng ở C, rồi nhờ thiết bị chuyển mạch nó lại phóng đến một mức xác định nào đó rồi lại được nạp đi đi ện.

• Nếu mạch phóng có chứa R thì hầu như NL được t ch lũy đều tiêu hao trên R dưới dạng nhiệt

• K1 đóng, K2 mở :C nạp K1 và K2 đóng mở nhờ

• K1 mở, K2 đóng: C phóng qua R t/bị chuyển mạch

T/bị chuyển mạch

Mạch phóng

điện

• Mạch gồm 2 tầng KĐ nối tiếp nhau

• Rb1 và Rb2 nối trực tiếp lên –Ec để đảm bảo mạch dao động

• Mạch có 2 trạng thái cân bằng không ổn định:

Mạch dao động đa hài

Vì ta có: và nên đẻ khi T thông bão hòa

xung ra ổn định thì Ib2 >= Ib2h hay

2

2

b

c b

b

R

E I

+Trên R b2 có điện áp (+) đưa vào BT2 giữ cho T2 tắt hản trong 1 khoảng t/g.

+I phóng của C giảm -> Ube2 trên T2 bớt dương-> đạt đến U thông của T2 -> T2 bắt đầu thông, chấm dứt quá trình tạo xung.

• Đ ộ t biến lần 2: khi Ube2 =0, T2 thông xuất hiện quá trình đột biến lần 2

như trên, C lại được nạp

)

2 R c + R e > + R b

β

thái cân bằng khác khi có kích thích.

• Ứng dụng: Để phân tần, tạo xung đ/khiển các mạch vi tích phân; làm các bộ nhớ để thực

hiện các phép tính logic.

• T1, T2: các phần tử KĐ

• C1R1,R2C2 dẫn t/h hồi tiếp đưađưa về B các T

• Rb1,Rb2 nối với nguồn Eb để định thiên cho T T1 thông, T2 tắt

• Co1,Co2 dẫn t/h kích thích Trigơ chuyển trạng thái

• Các trạng thái có thể : cả 2 T thông, T1 thông T2 tắt hoặc T1 tắtT2 thông

Nguyên lý m ạ ch Trigơ

• Giả sử ban đầu T1 thông, T2 tắt

• Tại t1: đầu vào T1 có kích thích xung (-) ->T1 đang thông

chuyển sang tắt ->UcT1 dương lên->UbT2 dương lên-> T2

thông

• Đến t2: có xung (-) vào bT2-> T2 tắt,T1 thông do UcT2(+)

tăng-> UbT1(+) tăng thông qua R2C2 -> T1 thông

• Quá trình tiếp tục cho các xung tiếp theo-> Ở đầu ra ta có cácxung vuông

• Cũng có thể đưa xung kích thích vào 1 đầu của mạch nhưng cácxung liên tiếp ngược cực tính

Điều kiện để 2 trạng thái cân bằng ổn định của Trigở:

Icbh1(2)

Ube2(1) <=0; Ib1(2)>=

min1(2)

của khoá Biên độ lại phụ thuộc nguồn cung cấp và hệ số khuyếch đại

tác ở chế độ đợi Chế độ này, quá trình biến đổi trạng thái nhanh hay chậmphụ thuộc vào xung kích thích

thích

xung kích thích gọi là sự đồng bộ của mạch tạo xung kích thích và mạchdao động

• Khi không có xung đồng bộ : T1 tắt -> thông và chu kì dao động của nó

là To

• Khi có xung đồng bộ : ở trong khoảng T’: T1 đang thông nên xung

đồng bộ + đặt vào không ảnh hưởng gì Nhưng trong khoảng T’’: xungđồng bộ + đặt vào-> đến thời điểm t2, T1 lật trạng thái-> Chu kì daođộng của mạch là T= T’+T’’<To, T=6Tđb Hệ số đồng bộ là 6

- Bộ chọn xung là tổ hợp các sơ đồ xung khác nhau.

- Yêu cầu: ĐơnĐơn giản, các phần tử trong mạch phải công tác ở chế

độ tuyến tính

• Các mạch chọn xung

• Chọn xung theo biên độ: Ura =f(Ux) với Uxlaf biên độ xungvào

+chọn xung theo cực tính (+) hoặc (-)

+chọn xung có biên độ lớn hơn mức cho phép

+chọn xung có biên độ nhỏ hơn mức cho phép

+ chọn xung có biên độ : Umin<Ura<Umax

• U tổng đưa đến mạch chọn cực tính xung( ghim trên mức 0) đưa xung

ra là xung nhọn đánh dấu thời điểm kết thúc xung có biên độ Ủa<Umax

6

Chọn xung theo độ rộng

• Cấu tạo gồm 1 mạch tích phân RC và mạch hạn chế biên độ gồm D2, R1, R2 với mức hạn chế:

• Um: là biên độ xung vào.

• Để rút ngắn thời gian hồi phục của mạch tích phân RC ta mắc thêm D1

Trong thời gian nạp điện cho C thì D1 tắt-> ko ảnh hưởng gì đến mạch tích phân.

1

Rc

t Um

R R

R E

R 2

+E

Tài li ệ u tham kh ả o

• Kĩ thuật xung – Vương Cộng.