Giao an mon hoc Ky Thuat Xung

Điều đó được minh hoạ trên hình 1.6.Hình 1.6: Mạch xét ảnh hưởng tới thành phần cơ bản 2.3 Dạng xung hình thang và các thành phần cơ bản Với cách nghĩ và làm như trên, một xung điện bất

MỞ ĐẦU

Ngày nay, hệ thống điện tử số ngày càng phục vụ đắc lực cho cuộcsống của con người, nó cung cấp rất nhiều các phương tiện sinh hoạt cũngnhư các dịch vụ khác nhau như truyền hình số, điện thoại di động CDMA,các hệ thống tự động điều khiển Có thể thấy rằng cuộc sống không thểthiếu kỹ thuật số Muốn tạo ra được các chức năng đó phải được thực hiệnbởi các mạch điển tử số cụ thể cùng với các xung điện tử tác động trực tiếp.Như vậy kỹ thuật xung cũng đóng một vai trò không kém phần quan trọng,

từ đó kỹ thuật xung và kỹ thuật số là hai lĩnh vự kỹ thuật khó có thể tách rờiđược nhau vì kỹ thuật số là đưa ra các chức năng còn kỹ thuật xung là cáctín hiệu xung điện với các mạch điện cụ thể để thực hiện chức năng đó

Muốn hiểu được căn kẽ hơn, cơ bản hơn và sâu sắc hơn sự hoạt độngcủa hệ thống điện tử số hiện đại điều đó sẽ được thể hiện rõ thêm trongquyển sách kỹ thuật xung Quyển sách có thể làm tài liệu cho các kỹ sư điện

tử chuyên đi sâu và lắp ráp cũng như thiết kế mạch điện tử số, đồng thờigiúp cho sinh viên các trường Đại học trong lĩnh vực điện tử hiểu rõ hơn về

sự hoạt động của các mạch điện tử chuyên dùng trong lĩnh vực số hiện nay

Quyển sách được chia ra các phần chính như sau:

Chương I: Linh kiện thụ động dùng trong kỹ thuật xung Chươngnày nêu lên ảnh hưởng của các linh kiện R, L, C tới dạng xung cũng nhưảnh hưởng của điện cảm, điện dung ký sinh tới hoạt động của mạch

Chương II: Các phần tử tích cực dùng trong kỹ thuật xung Phần nàynêu ảnh hưởng của điôt và tranzitor tới dạng xung cũng như vai trò cải thiệnchất lượng tín hiệu xung của chúng

Chương III: Các mạch điện dùng trong kỹ thuật xung Ở đây nêu một

số các mạch tạo dạng xung điển hình được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật

Bằng sự hiểu biết cũng như kinh nghiệm công tác nhiều năm tronglĩnh vực xung – số tác giả muốn chia sẻ với mọi người quan tâm những hiểubiết của mình, nếu có gì sai sót cần trao đổi xin gửi về:

Khoa Điện tử - Viễn Thông

Trường Đại học Điện lực

Xin trân trọng cám ơn!

Tác giảNGUYỄN NAM QUÂN

CHƯƠNG I

LINH KIỆN THỤ ĐỘNG DÙNG TRONG KỸ THUẬT XUNG

§ 1 KHÁI NIỆM CHUNG

Trước khi đi sâu vào lĩnh vực khoa học của môn học kỹ thuật xungchúng ta phải rõ nhiệm vụ, mục đích cũng như kiến thức cần phải nắm đượcsau khi học xong là gì, chính vì vậy có ba câu hỏi cơ bản cần được quantâm là: xung là gì? xung dùng để làm gì? và cách thực hiện như thế nào?Sau đây lần lượt chúng ta trả lời các câu hỏi đó

Trong tự nhiên xung quanh ta có rất nhiều các hiện tượng như: mộtgiọt mưa, một ánh chớp, một tiếng động , tất cả những hiện tượng đó đềutạo ra các xung, ví dụ như hạt mưa tạo ra một xung lực, một ánh chớp hayánh đèn tạo ra xung ánh sáng, tiếng động hay tiếng còi tạo cho ta một xung

âm thanh , tất cả các hiện tượng đó đều xảy ra trong một thời gian nhỏ.Như vậy ta có thể nói "Xung là một hiện tượng vật lý tồn tại trong một thờigian rất nhỏ" Chúng ta đều biết có rất nhiều những hiện tượng vật lý xungquanh như từ trường, điện trường, âm thanh, ánh sáng, nhiệt độ, lực nén tất cả chúng đều có thể tạo ra xung khi chúng tồn tại trong thời gian nhỏ và

ta quen nói một xung lực – cú đấm, xung ánh sáng – ánh chớp, xung âmthanh – lời nói phát ra Hiện tượng vật lý có rất nhiều, nhưng ở đây chúng

ta chỉ quan tâm tới hiện tượng vật lý của dòng điện I và điện áp U mà thôi,

là ta chỉ chú ý tới xung dòng điện hay xung điện áp mà thôi, chủ yếu làxung điện áp khi nó tồn tại trong một thời gian rất nhỏ cỡ s Quyển sáchnày cũng chỉ đề cập tới xung điện áp, đó là loại xung xuất hiện và xẩy ranhiều nhất trong hệ thống điện tử số

Xung dùng để làm gì? Con người chỉ tạo ra xung khi muốn điềukhiển một đối tượng nào đó, khái niệm điều khiển ở đây là điều khiển rờirạc chứ không phải điều khiển liên tục, ví dụ: điểu khiển một con trâu tadùng roi vụt, điều khiển bảng đèn nhấp nháy ta dùng xung điện Nhưngtrong thực tế không phải cứ có xung là điều khiển tốt được đối tượng, vìnếu xung quá yếu sẽ không điều khiển được đối tượng – không làm sángđược bảng đèn hay lật đổ được mạch trigơ, khi đó ta nói rằng xung kích vôtác dụng Nhưng nếu ta tạo ra xung quá lớn quá mạnh sẽ làm hỏng đốitượng cần diều khiển và làm cháy bảng đèn hay hỏng thiết bị chấp hành (bịđiều khiển) Như vậy muốn điều khiển tốt đối tượng bị điều khiển, ta phải

cho xung qua một khâu trung gian rất quan trọng đó là bộ thay đổi dạngxung hay bộ tạo dạng xung thích hợp với đối tượng bị điều khiển – đốitượng chấp hành, các chỉ tiêu tham số kỹ thuật ở đầu vào của thiết bị chấphành sẽ trở thành cơ sở để thiết kế ra bộ tạo dạng xung Quan hệ đó được

mô tả như hình 1.1 sau:

Hình 1.1: Sơ đồ tạo ra xung thích hợp

Từ đó chúng ta hiểu rằng học và nghiên cứu về kỹ thuật xung chính

là học và nghiên cứu các phương pháp làm thay đổi dạng xung cho phù hợpvới yêu cầu của đối tượng bị điều khiển hay thiết bị chấp hành, cũng dễdàng nhận thấy nếu xung điều khiển mà phù hợp với yêu cầu của đối tượng

bị điều khiển, thì bộ tạo dạng xung hay biến đổi dạng xung là không cầnthiết xuất hiện Hoạt động cụ thể của bộ tạo dạng xung là nếu tín hiệu vào

bé thì nó làm cho xung lớn lên phù hợp để kích được đối tượng bị điềukhiển, nhưng nếu xung vào điều khiển quá lớn thì bộ tạo dạng xung làm choxung bé đi đủ để điều khiển được thiết bị chấp hành, hay khi xung truyền đi

xa dạng xung bị thay đổi biến dạng thì bộ tạo dạng xung sẽ sửa lại dạngxung cho có dạng chuẩn, phù hợp với thiết bị chấp hành nhận xung tintức Có thể nói bộ tạo dạng xung rất quan trọng khi dùng trong hệ thốngđiều khiển công suất lớn hay truyền tải thông tin dưới dạng xung, trênnhững khoảng cách lớn dùng cáp quang hay cáp đồng trục đều phải có các

bộ sửa dạng xung như MODEM hay các trạm lặp hay từng nhiệm vụ vớihoàn cảnh cụ thể mà sử dụng bộ tạo dạng xung một cách thích hợp Có thểnói hình tượng cho đơn giản và dễ hiểu hơn bộ tạo dạng và biến đổi dạngxung nó giống như cái găng đấm bốc (hay tương tự như vậy) trong cuộcsống đời thường của chúng ta Còn cách biến đổi dạng xung hay tạo dạngxung điện tử để thích hợp với đối tượng bị điều khiển như thế nào, hay làmthay đổi cụ thể từng tham số kỹ thuật của một xung điện thực hiện ra saotrên mạch điện, sẽ được trình bày lần lượt trong các phần sau của quyểnsách này Đồng thời cũng đưa ra các mạch điện cụ thể nhằm tạo ra, chế racác dạng xung đặc biệt, như tạo xung đơn chuẩn hoặc xung điện áp quét cũng sẽ được nêu ra ở những phần tiếp theo

Xung

điều khiển

Bộ tạo dạng xung

chấp hành

Ura

Như ta đã nói, học và nghiên cứu kỹ thuật xung là học và nghiên cứucác phương pháp làm thay đổi dạng xung sao cho phù hợp với yêu cầu củađối tượng bị điều khiển, mà cách linh kiện thụ động R, L, C (điện trở, điệncảm, điện dung) được sử dụng trong mạch điện có ảnh hưởng trực tiếp tớihình dạng của xung điện tử Vậy ảnh hưởng của các linh kiện thụ động đótới xung như thế nào chúng ta phải biết, để có thể khắc phục hay tận dụngcác ảnh hưởng đó có lợi cho hoạt động của hệ thống số và cụ thể ảnh hưởngcủa chúng ra sao sẽ được nêu cụ thể trong chương này.

§ 2 XUNG VÀ CÁC DẠNG XUNG

Trong thực tế xung có nhiều hình dạng khác nhau và xung là mộthiện tượng vật lý tồn tại trong một thời gian ngắn, vậy hình dạng của xung(với bất kỳ thuộc tính vật lý nào) theo thời gian nó như thế nào, cũng nhưcác tham số của một xung ra sao ta phải biết rõ, vì muốn xây dựng bộ tạodạng xung hay bộ biến đổi dạng xung ta phải biết nó sẽ làm thay đổi tham

số cụ thể nào của xung, chứ không thể nói chung chung là thay đổi dạngxung được Chính vì vậy việc đầu tiên là phải biết dạng xung thực tế và cáctham số của nó như thế nào

2.1 Dạng xung thực tế và các tham số

Ở đây ta dùng xung điện áp (U) làm đại diện cho xung thực tế, nhưngchúng ta cũng chỉ quan tâm tới xung điện tử là xung dòng điện (I) và xungđiện áp (U) mà chủ yếu là xung điện áp Chính vì vậy bắt đầu từ đây khi nóiđến xung thì đó chỉ là xung điện áp Một xung điện áp bất kỳ đều có dạngxung theo thời gian như sau, biểu diễn trên hình 1.2

Hình 1.2: Dạng xung thực tế và các tham số

U

t

Bướu xungU

Nhìn vào hình vẽ ta thấy một xung điện áp có nhưng tham số như sau:

bộ hoạt động của hệ thống:

lớn Nhiều khi độ sụt đỉnh U ta có thể bỏ qua không xét đến khi xung có

độ rộng rất hẹp cỡ ≤s, hay khi nó không ảnh hưởng gì tới quá trình sửdụng hay dùng xung điều khiển thiết bị chấp hành

Ngoài các tham số còn thấy có "bướu xung", đó là các đột biến củaxung được gây ra bởi các phần tử thụ động kỹ sinh ở trong mạch Việc khắcphục bướu xung là rất khó khăn và không hề đơn giản dễ dàng chính vì vậychỉ khi bất đắc dĩ mới phải triệt bỏ bướu xung khi nó ảnh hưởng tới mạchđiện, còn thông thường nếu bướu xung không ảnh hưởng gì tới quá trìnhđiều khiển thì có thể bỏ qua không cần quan tâm tới

Đó là các tham số chính của một xung điện, muồn thay đổi dạng xung –tạo dạng xung cho thích hợp với đối tượng cần điều khiển, là ta chỉ tìm cáchthay đổi một trong những tham số đó của dạng xung mà thôi

Xung có nhiều loại xung cũng như hình dạng của nó, trong mạch điện

tử thường nói tới hai xung có dạng đặc biệt là xung vuông và xung nhọn

Khi nói tới xung ít khi đề cập tới một xung mà thông thường là hàng loạtxung xuất hiện theo thời gian, điều đó được minh hoạ trên hình 1 3.

Hình 1.3: Một dãy xung theo thời gian

Ở đây hình 1.3a là một dãy xung vuông, xung vuông được gọi tên khi

τx = τđ Trên hình 1x = τx = τđ Trên hình 1đ Trên hình 1.3b gọi là dãy xung nhọn, xung nhọn có độ rộng đỉnhxung τx = τđ Trên hình 1đ = 0 Từ hình vẽ mô tả một dãy xung ta có các tham số mới đó là:

- T: Chu kỳ của xung

- f: Tần số của xung,

1

f T



(1.2)

- Độ rỗng của xung (T – τx = τđ Trên hình 1)

Ngoài các tham số đã được nêu ở

trên, xung điện áp còn có một tham số

nữa đó là diện tích của xung (S) đó chính là năng lượng của nó, diện tíchcủa xung càng lớn thì năng lượng kích của xung đó càng mạnh, càng nhiều.Chỉ khi năng lượng của xung đủ lớn mới có thể kích lật hay điều khiểnđược đối tượng bị điều khiển Thậm chí xung có biên độ là Um nhưng diệntích S của nó bằng không thì cũng không thể kích nổi hay điều khiển đượcđối tượng bị điều khiển, xung đó coi như không có tác dụng Từ đây chúng

ta có hai "xung" rất đặc biệt có diện tích bằng không đó là "xung đirắc" làxung có biên độ Um = ∞ nhưng độ rộng τx = τđ Trên hình 1x = 0, và xung có biên độ Um = 0(V) nhưng độ rộng của nó τx = τđ Trên hình 1x = ∞ Hình dáng của xung đirăc được minh họatrên hình 1.4

Để có hình tượng hơn về xung đirăc chúng ta có thể dùng "tia X" đểminh họa "Tia X" có cường độ cực lớn đủ sức xuyên qua con người nhưngnăng lượng của nó rất nhỏ (diện tích S = 0), cho nên ta không cảm thấy gì

t

xb)a)

và không bị làm sao khi có xung tác động tới, coi như không có nó và xungkích vô tác dụng Còn xung với biên độ Um = 0 tức là không có xung tacũng không cần quan tâm Chính vì các điều đó khi nói đến xung kích, xung

có tác động được lên đối tượng bị điều khiển ta chỉ nói tới các xung có biên

độ Um và có năng lượng đủ lớn (S ≠ 0) mà thôi

2.2 Dạng xung vuông và các thành phần cơ bản

Một xung điện bất kỳ bao giờ cũng có một hình dạng đặc trưng của nó,nhưng hình dạng đó của xung lại được tạo ra (cộng lại) từ các thành phần

cơ bản mà ra Vì vậy nếu biết được các thành phần cơ bản của một xung thì

ta chỉ cần xem xét đáp ứng ra của xung thành phần cơ bản ở đầu ra của mộtmạch điện tử sau đó cộng các đáp ứng ra đó theo nguyên lý xếp chồng lại sẽđược đáp ứng ra của một xung khi cho qua mạch điện Hay nói cách khác là

sẽ biết được ảnh hưởng của một mạch điện tới hình dạng của một xung khicho một xung đi qua mạch điện thế nào Điều đó làm đơn giản và dễ dànghơn trong quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của một mạch điện tới dạngxung

Xung vuông cũng không thoát khỏi qui luật đó, nó cũng được tạo ra bởicác thành phần cơ bản được minh hoạ trên hình 1.5 như sau:

Hình 1.5: Các thành phần cơ bản của xung vuông

Qua hình vẽ ta thấy xung vuông có cấu tạo từ hai thành phần cơ bản tạo

ra nó đó là đột biến dương (1) và đột biến âm (2) Muốn tạo ra xung vuông,

ta chỉ cần cộng các thành phần cơ bản (1) + (2) là được xung vuông Để tạo

ra một xung vuông chủ yếu là các đột biến của tín hiệu điện Mà các quá

Đột biến âm-Um

Đột biến dương

1

2 ta)

b)

trình đột biến của tín hiệu điện chỉ là quá trình bật hay tắt công tắc hay bấmphím bấm, vì thế việc tạo ra xung vuông trong kỹ thuật xung là rất đơn giảnbằng cách bật tắt một công tắc, hay bấm nhả trên một phím bấm mà thôi.Trong thực tế khi ta bấm tay lên một phím của bàn phím ví dụ bàn phímmáy vi tính là ta đã tạo ra được một xung vuông tác động vào mạch điệnrồi Sau này khi ta xây dựng được các mạch điện tạo xung vuông như ở bộCLOCK thì bản chất cũng chỉ là bật tắt như vậy một cách tự động mà thôi.Vậy muốn xem xét ảnh hưởng hay đáp ứng của một mạch điện lên mộtxung vuông ta chỉ cần xem xét ảnh hưởng của mạch điện đó lên một thànhphần cơ bản của xung vuông là đủ Điều đó được minh hoạ trên hình 1.6.

Hình 1.6: Mạch xét ảnh hưởng tới thành phần cơ bản

2.3 Dạng xung hình thang và các thành phần cơ bản

Với cách nghĩ và làm như trên, một xung điện bất kỳ nào cũng có thểđược phân tích và tạo ra từ các thành phần cơ bản của nó Nhưng một xungđiện thực tế sẽ bao gồm rất nhiều các xung thành phần cơ bản tạo nên nó.Đây là điều vô cùng phức tạp mà ta không thể xem xét nổi

Để xem sự ảnh hưởng của mạch điện tới xung điện thực tế như thế nàochỉ còn một cách duy nhất là dùng máy hiện sóng-oxilo để xem đáp ứng ra

mà thôi Muốn phân tích cặn kẽ ảnh hưởng của mạch tới các thành phần cơbản của mạch xung bất kỳ ta có thể dựa vào xung hình thang, vì dù saodạng xung hình thanh cũng gần với dạng xung điện thực tế hơn cả, điều đóđược thấy trên hình 1.7 sau:

Hình 1.7: Dạng xung thực tế và xung hình thang

U

tt

Chính vì vậy ta tìm các thành phần cơ bản của xung hình thang trongmục này Các thành phần cơ bản tạo nên xung hình thang được minh họatrên hình 1.8.

Hình 1.8: Các thành phần cơ bản của xung hình thang

Nhìn vào hình 1.8b ta thấy đường số (1) tạo ra độ tăng của sườntrước xung hình thang, để có đường nằm ngang tạo ra độ rộng đỉnh xung tacộng đại số đường số (1) với đường số (2) muốn tạo ra độ dốc sườn sau củaxung hình thang ta phải cộng đại số đường nằm ngang song song (1) + (2)với đường số (3), nhưng do đường tạo ra sườn dốc sau của xung hình thang(1)+ (2) + (3) sẽ kéo dài mãi xuống dưới trục hoành, vậy muốn loại bỏ phầnkéo dài đó ta cộng đại số với đường số (4) Như vậy các đường thẳng tuyếntính tăng dần đều (1), (2), (3), (4) đó là các thành phần cơ bản tạo ra dạngxung hình thang Tóm lại thành phần chủ yếu tạo ra dạng xung hình thang

là dạng điện áp tăng dần đều, vì vậy để xem xét ảnh hưởng của mạch điệntới dạng xung hình thang ta chỉ cần xem xét ảnh hưởng của mạch tới dạngxung vào tăng dần đều mà thôi, sau đó "cộng" các đáp ứng ra của các thànhphần tăng dần đều bị ảnh hưởng ở đầu ra của mạch lại với nhau sẽ được ảnhhưởng của mạch điện tới cả một xung hình thang, mô tả quá trình đó ở trênhình 1.9

Hình 1.9: Mạch xét ảnh hưởng của thành phần cơ bản

§3 MẠCH VI PHÂN DÙNG RC (MẠCH TẠO XUNG KÍCH)

Qua phần trên thấy các xung điện đều được tạo ra bởi các thành phần

cơ bản rất đơn giản, đó là điện áp đột biến – bật công tắc, hoặc điện áptuyến tính tăng dần đều Nhưng các tín hiệu điện áp vô cùng đơn giản đónếu cho đi qua một mạch điện phức tạp thì ta hoàn toàn không thể phân tíchđược bản chất ảnh hưởng của mạch điện tới dạng tín hiệu đáp ứng ra củamạch đó mà chỉ có một cách duy nhất là xem bằng máy hiện sóng – ôxylôđáp ứng ra của mạch tại chính đầu ra của nó, nhìn đáp ứng ra (dù tín hiệuvào vô cùng đơn giản và dạng của tín hiệu ra đó nhưng chúng ta cũng hoàntoàn không hiểu được bản chất tại sao lại có dạng như thế khi mà xung điện

đi qua mạch phức tạp)

Vì vậy do đó để biết được ảnh hưởng của mạch điện mạng bốn cựctới các thành phần của xung như thế nào về bản chất thì chỉ có một cáchduy nhất là cho xung đơn giản qua mạng bốn cực đơn giản mà thôi Nhưvậy, muốn xét ảnh hưởng của mạch điện tới dạng xung thì yêu cầu tín hiệuvào phải đơn giản, đồng thời mạch điện – mạng bốn cực cũng

phải thật đơn giản, thì từ đó ta mới biết và phân tích được bản chất ảnhhưởng của mạch điện tới dạng xung thế nào

Một trong những mạch điện – mạng bốn cực đơn giản nhất là mạngbốn cực dùng (RC) hay còn được gọi là mạch vi phân sẽ được xét tiếp sau

3.1 Xét ảnh hưởng của mạch vi phân (RC) tới các thành phần cơ bản.

Trong những khái niệm trình bày ở phần trên ta luôn nói tới bộ tạodạng xung sao cho nhận được xung thích hợp với đối tượng cần điều khiển,

đó là mong ước tạo ra xung thích hợp một cách chủ động Nhưng trong thực

tế ta không thể làm được điều đó theo tinh thần chủ động, mà ở dạng hoàntoàn bị động, tức là ta chỉ có thể cho xung đi qua một mạch điện – mạngbốn cực, sau đó đầu ra mạng bốn cực đó nhận được hình dạng xung thế nàothì ta bảo là đã "tạo ra dạng xung" như vậy Điều này hoàn toàn thể hiện rõkhi cho các thành phần cơ bản của xung điện đi qua mạch vi phân

a Dạng điện áp đột biến đi qua mạch vi phân (RC)

Mạch vi phân (RC) đó là tên gọi của nó, nhưng chức năng chính củamạch điện này là được dùng tạo ra các xung kích cho các mạch trigơ haymạch điện nào đó Phần này ta tìm hiểu một đột biến điện áp dương (là

thành phần cơ bản của xung vuông) đi qua mạch vi phân (là mạng bốn cựcđơn giản nhất) như thế nào, hiện tượng vật lý và mạch nguyên lý được mô

tả trên hình 1.10 như sau:

Hình 1.10: Mạch vi phân và đáp ứng ra của đột biến dương

Nguyên lý làm việc của mạch vi phân khi cho đột biến dương :

chưa được nạp và không chứa điện tích Tại t0 ta đóng khóa K, xuất hiện độtbiến dương điện áp, lúc này tụ C được nạp mạch – bị ngắn mạch (Rc = 0 )làm cho điện áp ra tại đột biến (Ura = +E) ứng với điểm A, xuất hiện dòngđiện nạp Ic tại đó, biến có giá trị:

c

IR

E

Sau một khoảng thời gian t > t0 tụ C được nạp và điện áp trên tụ Ctăng dần (Uc ≠ 0V), khi trên điện dung C xuất hiện điện áp tăng dần làmcho dòng điện nạp Ic bị giảm dần vì:

c

E – U I

a)

0

Uvào+E

t

b)

t0

t

Quan hệ giữa dòng điện nạp cho tụ C (Ic) và điện áp trên tụ C cóquan hệ:

c c

dU I

là Uvào (Uc = Uvào), từ đó ta có thể viết:

v o c

dU I

à

(1.7)

Ta thấy quan hệ giữa điện áp ra (Ura) và tín hiệu vào (Uvào) theoquan hệ vi phân, vì thế được gọi là mạch vi phân Ở đây quan hệ (R.C = τx = τđ Trên hình 1)được gọi là hằng số thời gian hay quán tính của mạch vi phân, từ đó cóquan hệ:

Ura = τx = τđ Trên hình 1

v o

dUdt

Ở đây Uvào và Ura thể hiện trên cùng một trục τx = τđ Trên hình 1 = R.C là hằng số thờigian hay quán tính của mạch vi phân, độ rộng xung ra được tính theo quanhệ:

τx = τđ Trên hình 1x = (2 ÷ 3)τx = τđ Trên hình 1 (1.9)

Khi ta thay đổi giá trị của tụ C hiện tượng dạng xung ở đầu ra của mạch

vi phân khi có đột biến dương ở Uvào được mô tả trên hình 1.12

Hình 1.12: Đáp ứng ra mạch vi phân khi ta thay đổi tụ

Qua hình vẽ ta thấy khi C2 > C1 thì độ rộng xung τx = τđ Trên hình 1x2 > τx = τđ Trên hình 1x1, như vậy làmthay đổi giá trị tụ C của mạch vi phân làm cho độ rộng xung τx = τđ Trên hình 1x ở đầu rathay đổi theo Nói cách khác, thay đổi giá trị của tụ C là thay đổi độ rộngcủa xung ra, mà độ rộng của xung là một trong những tham số của xung, vàtham số đầu tiên của xung là động rộng xung (τx = τđ Trên hình 1x) được thay đổi nhờ thayđổi giá trị của tụ C, nó làm thay đổi diện tích – năng lượng của xung kích.Điều này rất quan trọng đối với tín hiệu kích trong thực tế, vì nếu kích mộtmạch điện không được do xung quá hẹp chứa năng lượng ít, khi đó ta có thểhiệu chỉnh tăng giá trị tụ C lên thì sẽ có kết quả kích tốt

Ví dụ: Có một mạch vi phân C = 50pF, R = 1k vậy ta có τx = τđ Trên hình 1 = R.C =50.10-12.103 = 5.108 s = 50 ns Độ rộng của xung ra được xác định τx = τđ Trên hình 1x = 2.τx = τđ Trên hình 1

= 2.50ns = 1µs.Từ đó ta có thể chọn giá trị của tụ C và điện trở R sao cho

có được độ rộng xung thích hợp

b Điện áp tăng dần khi qua mạch vi phân (RC)

Điện áp tăng dần cũng là một thành phần cơ bản để tạo ra xung hìnhthang, vậy khi cho một điện áp tăng dần đi qua mạch vi phân thì dạng củađiện áp ở đầu ra hay ảnh hưởng của mạch vi phân tới dạng tín hiệu vào thếnào ta sẽ xét ở mục này, hiện tượng đó được mô tả trên hình 1.13

Hình 1.13: Điện áp tăng dần khi cho qua mạch vi phân

Tại thời điểm t0, ta đưa vào đầu vào (Uvào) của mạch vi phân một điện

à

= τx = τđ Trên hình 1.dt

tgdt



= τx = τđ Trên hình 1.tgα = const (1.11)

Như vậy khi Uvào là điện áp tăng tuyến tính thì đáp ứng ra Ura = const,trên hình vẽ nó là đường thẳng nằm ngang, với mức điện áp là (τx = τđ Trên hình 1.tgα =R.C.tgα) Khi đó biên độ xung ra có giá trị:

Muốn có Um ra lớn thì góc α phải tiến gần đến 900, vì tg900 = ∞, vậybiên độ điện áp ra chủ yếu phụ thuộc vào góc α mà không phụ thuộc gì vàogiá trị của R và C Vì thế muốn tăng biên độ ở đầu ra mà chỉnh tăng giá trịcủa C và R là không có tác dụng Muốn tăng biên độ xung ở đầu ra mạch viphân chỉ còn một cách duy nhất là làm sao cho góc α gần tới 900, đồngnghĩa với tiến tới tạo ra đột biến dương, hay nói một cách khác là "chuyển"xung hình thang thành xung hình vuông theo lý thuyết thì sẽ có biên độ lớnnhất ở đầu ra mạch vi phân Về lý thuyết khi góc α = 900 thì biên độ điện

áp ra (Um ra) khi đó là ∞, nhưng trong thực tế điện áp ra lớn nhất cũng chỉ

Uvào

a)

t00

C

R

.tg

t.tg

nhỏ hơn và bằng biên độ điện áp ở đầu vào mà thôi, vì các phần tử (R,C) làcác phần tử thụ động, chúng chủ yếu là tiêu hao năng lượng chứ không thểtạo ra hay sinh ra năng lượng.

Tóm lại muốn nhận được điện áp ra qua vi phân có giá trị lớn (Um ralớn), ta chỉ còn một cách là sửa dạng tín hiệu vào điện áp tăng dần thành độtbiến dương thành xung vuông và càng vuông càng tốt

3.2 Ảnh hưởng của xung vuông và xung hình thang khi qua mạch vi phân (RC)

Như đã biết mỗi một xung điện áp đều được tạo ra từ những thànhphần xung cơ bản, đó là đột biến điện áp và điện áp tăng dần Ta cũng đãxem xét ảnh hưởng của mạch vi phân tới các thành phần cơ bản đó, ở đây tatổng hợp lại hay nói cách khác là xem ảnh hưởng của mạch vi phân làmthay đổi hình dáng của một xung trọng vẹn ở đầu ra thế nào Trước hết taxem xét ảnh hưởng của mạch vi phân tới một xung vuông

a Ảnh hưởng của mạch vi phân tới xung vuông:

Như đã biết khi cho một đột biến dương qua mạch vi phân thì đầu ranhận được một xung nhọn Một xung vuông được tạo ra bởi hai đột biếnnhư đã phân tích, chính vì vậy ch một xung vuông khi đi qua mạch vi phân

có dạng như thế nào điều đó được chỉ ra trên hình 1.14 sau

Hình 1.14: Xung vuông khi qua mạch vi phân

t

t

t

E0

U-Era

0+E

Uthành phần0

Uvào

x

Xung vuông bao gồm hai thành phần đột biết cơ bản, và mỗi thành phầnđột biến lại tạo ra một xung nhọn có chiều tương ứng vì vậy có thể thấy khimột xung vuông đi qua mạch vi phân sẽ tạo ra hai xung nhọn trái chiềunhau, chúng có cực tính khác nhau, cực tính dương và cực tính âm Mỗixung nhọn sẽ là một tín hiệu kích, từ đó có thể nói là kích bằng xung dươnghay kích bằng xung âm, kích theo sườn trước của xung vuông hay kích theosườn sau của nó Tín hiệu kích cũng như hiệu ứng kích chỉ xảy ra ở sườncủa xung vuông kích mà thôi Điều đó có thể hiểu được qua đáp ứng của bộđếm minh hoạ trên hình 1.15 sau.

Khi ta bấm và nhả tay trên phím bấm tức là đã tạo được một xungvuông ở đầu vào (Uvào) của bộ đếm Giả sử ra đã đếm được đến 5 Nếu khi

ta bấm phím xuống kết quả bộ đếm thành 6 và nhả tay ra kết quả vẫn ở 6 thì

ta bảo là kích bằng xung dương và hiệu ứng kích có tác dụng theo sườntrước của xung bấm Nhưng nếu khi ta bấm phím xuống kết quả vẫn là 5,lúc nhả tay ra bộ đếm trở thành 6 thì ta hiểu là kích dùng xung âm, và hiệuứng kích là theo sườn sau của xung vuông Hiện tượng đó có thể thấy rõbằng thực tế khi ta bấm tay lên bàn phím như ví dụ bàn phím dùng điềukhiển TV

b Ảnh hưởng của mạch vi phân tới xung hình thang

Dạng xung hình thang khi cho qua mạch vi phân bị ảnh hưởng thếnào được mô tả trên hình 1.16

Ứng với sườn trước của xung hình thang điện áp tăng dần đáp ứng ra làxung vuông bé có biên độ (τx = τđ Trên hình 1.tgα1), trong khoảng thời gian (t1 – t2) Uvào =+E = const nên kết quả của vi phân là 0 ứng với trục hoành ở Ura Ứng vớisườn âm có α2 là góc tù nên tgα2 có giá trị âm về dưới trục hoành, là xungvuông có biên độ nhỏ hơn với giá trị (τx = τđ Trên hình 1.tgα2) Trên hình vẽ ta thấy α1 > β tức

Bấm

Bộ đếm

+ER

Uvào

Hình 1.15: Bộ đếm kích bằng xung vuông

là góc α1 gần tới 900 hơn nên α.tgα1> α.tgα2, thấy rõ góc nghiêng củaxung hình thang càng gần 900 thì biên độ xung ra của nó càng lớn, càng caohơn.

Hình 1.16: Đáp ứng của xung hình thang qua vi phân

Như vậy một xung hình thang khi cho đi qua mạch vi phân đầu rahay đáp ứng ra, ta sẽ nhận được hai xung vuông biên độ bé trái chiều nhau,thông thường các xung đó không thể kích lật được mạch điện tiếp sau.Chính vì vậy trong thực tế không dùng xung hình thang để tạo ra tín hiệukích

3.3 Ảnh hưởng của dãy xung vuông khi qua mạch vi phân

Trong thực tế ngoài việc kích mạch điện bằng từng xung một, nhưngcũng có lúc chúng ta kích mạch điện bằng hàng loạt xung hay một dãy xungvuông, ví dụ như các xung nhịp chẳng hạn Quá trình kích bằng một dãyxung để tạo ra hiệu ứng nhấp nháy chẳng hạn, có khi kích đạt được kết quảtốt nhưng cũng có khi kích không thu được kết quả như ý muốn, hiện tượng

đó xảy ra thế nào, cách khắc phục ra sao trong phần này sẽ xem xét kỹ.Hiện tượng một dãy xung vuông cho qua mạch vi phân được mô tả trênhình 1.17

Trường hợp đầu tiên của dãy xung vuông là (τx = τđ Trên hình 1 < τx = τđ Trên hình 1x) trên hình 1.19a, tức

là quán tính τx = τđ Trên hình 1 của mạch vi phân nhỏ hơn độ rộng của xung kích và τx = τđ Trên hình 1x, quántính hay độ rộng của mạch vi phân cao hơn tần số xung vuông đưa vào,quán tính mạch biến đổi kịp với tác động vào, vì vậy khi cho một dãy xung

2

t3

t1

t00

0

t2

vuông vào hiện tượng giống như cho một xung Trên hình vẽ ta thấy rõ.Trường hợp này hoạt động của mạch sẽ tốt.

Trường hợp tiếp theo τx = τđ Trên hình 1 > τx = τđ Trên hình 1x biểu diễn trên hình 1.19b, thể hiện quán tínhcủa mạch vi phân lớn hơn tần số xung kích vào, xảy ra trường hợp tụ C nạpchưa xong (chưa đầy) đã hết xung, rồi chưa phóng hết đã có xung kích mới,

độ linh động của xung biến đổi không kịp với tín hiệu vào Điều đó làm chodạng xung ra của mạch vi phân như hình vẽ, nó không gọi được tên là dạngxung gì, vậy xung ra đó không thể kích điều khiển làm cho mạch tiếp sau

nó hoạt động bình thường được, làm sai hỏng phần điều hành

Ở đây chúng ta chú ý rằng giữa τx = τđ Trên hình 1 và τx = τđ Trên hình 1x chúng có quan hệ tương đốivới nhau, đồng thời còn phụ thuộc vào tần số của xung kích vào nữa, chonên chúng ta phải theo trường hợp cụ thể để chọn giá trị của tụ C và điệntrở R của mạch vi phân cho thích hợp

Trường hợp (τx = τđ Trên hình 1<τx = τđ Trên hình 1x)

Hình 1.17: Đáp ứng ra của dãy xung vuông qua mạch vi phân

Trường hợp (τx = τđ Trên hình 1>τx = τđ Trên hình 1x)

Trường hợp τx = τđ Trên hình 1 < τx = τđ Trên hình 1x < (T- τx = τđ Trên hình 1x) được minh hoạ đáp ứng ra của mạch vi phântrên hình 1.18.

Hiện tượng xảy ra khi quán tính của xung (τx = τđ Trên hình 1) lớn hơn độ rộng xung (τx = τđ Trên hình 1x)nhưng lại nhỏ hơn độ rỗng (T- τx = τđ Trên hình 1x) của dãy xung Như vậy khu vực (τx = τđ Trên hình 1x) thì tụ

C nạp không kịp nhưng ở khu vực độ rỗng (T- τx = τđ Trên hình 1x) lại phóng hết Từ nhữnghiểu biết cơ bản đó, sau này trong thực tế khi dùng ôxilô xem dạng sóng ởđầu ra của mạch vi phân ta có thể tự luận ra hiện tượng vật lý của nó, và từ

đó có thể thay đổi giá trị tụ C hay điện trở R của mạch vi phân, cũng nhưthay đổi tần số của xung vào để phù hợp với hoạt động tốt nhất của mạchđiện

Một điều cần chú ý khi vẽ dạng xung ở đầu ra là: các đột biến xung ởđầu ra luôn phải có độ dài bằng bước nhảy của xung đầu vào, vì tại độtbiến bao giờ Rc cũng bằng 0 (Rc = 0)

QUÉT)

Một trong các mạch bốn cực đơn giản dùng (RC) đó chính là mạch tíchphân, cũng giống như mạch vi phân phần này ta sẽ xem xét ảnh hưởng củamạch tích phân tới dạng xung như thế nào

x

Ur

0

UV0

4.1 Ảnh hưởng của mạch tích phân tới các thành phần cơ bản của xng

a Mạch tích phân ảnh hưởng tới đột biến điện áp

Mạch tích phân (RC) là tên gọi của nó, nhưng ứng dụng chính của nó làtạo ra điện áp quét hay điện áp tăng dần theo thời gian Điện áp quét thườngđược ứng dụng rất nhiều ở mạch tạo quét trong TV, ôxilô Phần này xemxét ảnh hưởng của mạch tích phân khi cho điện áp đột biến đi qua, hiệntượng vật lý và mạch nguyên lý được mô tả trên hình 1.19 sau

Hình 1.19: Mạch tích phân ảnh hưởng tới đột biến điện áp

Ta thấy sự khác nhau giữa mạch vi phân và mạch tích phân đó là sựhoán đổi vị trí giữa điện trở R và điện dung C Hiện tượng vật lý xảy ratrong mạch khi đóng khoá K là tại t0 xuất hiện đột biến dương, do trước đó

tụ C chưa được nạp và không chứa điện tích (Uc = 0V), đến tụ C nạp mạch– bị ngắn mạch (Rc= 0) làm cho điện áp ra Ura tại đột biến bằng 0V (Ura

= 0V) ứng với điểm A, đồng thời xuất hiện dòng điện nạp Ic có giá trị:

c

E

I R



(1.13)

Sau một khoảng thời gian t >t0, tụ C được nạp và điện áp trên tụ C tăngdần (Uc ≠ 0), do điện áp vào lúc này duy trì ở +E (Uv = +E) Khi trên Cxuất hiện điện áp tăng dần làm cho dòng điện nạp cho tụ C là Ic giảm dầngiá trị vì:

 cc

a)

+-

b)

đứt mạch, làm cho (Ura = +E) ứng với điểm B Do điện áp vào (Uv = +E)được duy trì mãi và liên tục cho nên điện áp ra cũng phải được nối liền liêntục từ A tới B Khi điện áp trên tụ C được nạp tăng dần (Uc tăng dần) làmcho dòng điện nạp Ic giảm dần, quan hệ đó biến đổi theo hàm mũ có dạngđường cong, điều đó làm cho UR = Ic.R cũng biến đổi theo Mà ta có quanhệ:

Điện áp trên tụ C tăng dần tỷ lệ nghịch với giá trị của tụ C giá trị của tụ

C càng lớn thì thời gian nạp đầy của tụ càng lâu, đồng thời sự tăng dần điện

áp trên tụ C còn phụ thuộc và sự biến thiên của dòng điện nạp cho nó(Icdt) Tại đột biến do (Uc = 0) nên dòng nạp có giá trị:

v c

U

I R

Qua đó nhận thấy quan hệ giữa điện áp ra Ura và tín hiệu vào Uv theo quan

hệ tích phân, vì thế gọi là mạch tích phân Ở đây (R.C = τx = τđ Trên hình 1) được gọi là quántính hay hằng số thời gian của mạch, từ đó có được quan hệ:

Hình 1.20: Quan hệ điện áp đột biến qua tích phân

Ở đây vẽ biểu đồ thời gian giữa Uv và Ura trên cùng một trục, biểu đồthời gian chỉ vẽ và có được ở mạch điện tử, vì tín hiệu vào và đáp ứng raxuất hiện đồng thời, còn trong thực tế có nhiều quá trình cho vào rồi mộtlúc sau mới có đáp ứng ra, khi đó ta không có được biểu đồ thời gian, màngười ta thường gọi là phác đồ điều trị ví dụ trong y học

Từ hình vẽ nhận thấy thời gian nạp đầy của tụ C (t0 ÷ t1) phụ thuộc vàohằng số thời gian τx = τđ Trên hình 1 của mạch, giá trị τx = τđ Trên hình 1 càng lớn thì thời gian nạp đầy của tụ

sẽ càng lâu Ta cũng thấy điện áp ra tăng dần theo thời gian (dù là dạngđường cong) và có thể coi đó là điện áp quét được (dù không phải là điện ápquét lý tưởng), tốc độ quét chính là đường thẳng tiếp tuyến tại từng điểmtrên đường cong Ura Lúc đầu tại điểm A độ dốc của đường thẳng tiếptuyến cao chứng tỏ quét nhanh, sau đó theo thời gian tới điểm B tiếp tuyếntrở thành đường nằm ngang – không quét nữa Điều đó chứng tỏ khi điện ápquét (Ura) là đường cong thì tốc độ quét tia điện tử sẽ giảm dần theo thờigian, làm cho dạng

bắt buộc phải tăng

dần đều theo thời

gian (điện áp tăng tuyến tính), điện áp quét đó sau này được gọi là xungrăng cưa khi tạo điện áp quét cho TV hay cho máy hiện sóng ôxilô

Khi ta thay đổi giá trị tụ C của mạch tích phân thì đáp ứng ra của mạchvới tín hiệu vào là đột biến được mô tả trên hình 1.21

Hình 1.21: Đáp ứng ra mạch tích phân khi thay đổi tụ C

A

Qua hình vẽ đáp ứng ra ta thấy rằng khi thay đổi giá trị của tụ C (C2 >C1) ở đầu ra nhận được các đường cong đáp ứng ra khác nhau, đường C1cong hơn được C2, điều đó chứng tỏ tốc độ quét của điện áp quét ứng với tụC1 sẽ nhanh hơn tốc độ quét của điện áp quét ở đường C2 Ta có thể kếtluận rằng thay đổi giá trị của tụ C là thay đổi tốc độ quét từ đó ta sẽ chọnđược giá trị của tụ C để tạo ra tốc độ quét thích hợp Đồng thời nhận thấygiá trị tụ C càng lớn thì điện áp quét sẽ bớt cong hơn và gần với điện ápquét lý tưởng hơn.

b Điện áp tăng dần khi đi qua mạch tích phân (RC)

Một thành phần cơ bản tạo nên xung đó là điện áp tăng dần ảnh hưởngcủa mạch tích phân tới dòng điện áp ở đầu ra của mạch ra sao được xem xét

kỹ trong mục này Hiện tượng đó được mô tả trên hình 1.22

Hình 1.22: Điện áp tăng dần khi đi qua mạch tích phân

Tại thời điểm t0 ta cho vào đầu vào (Uv) của mạch tích phân một điện

2 ra

Ta thấy quan hệ của Ura với thời gian t là quan hệ bậc hai, vậy đó làmột đường cong được vẽ ở trên hình 1.22b.

4.2 Ảnh hưởng của xung vuông và xung hình thang khi qua mạch tích phân (RC).

Phần trên đã xem xét cụ thể ảnh hưởng của mạch tích phân tới các thànhphần điện áp cơ bản của xung, tổng hợp ảnh hưởng của các thành phần cơbản sẽ tạo ra ảnh hưởng của xung khi đi qua mạch vi phân Phần này xéttới ảnh hưởng của trọn vẹn một xung khi qua mạch tích phân

a Ảnh hưởng của mạch tích phân tới xung vuông.

Như đã biết một xung vuông được tạo ra bởi hai đột biến, mỗi đột biến

có đáp ứng riêng của mình khi qua mạch tích phân, vậy cho một xungvuông đi qua mạch tích phân hình dạng của nó bị thay đổi thế nào điều đóđược chỉ ra trên hình 1.23

vuông đẹp đẽ khi đi qua mạch tích phân lại bị méo dạng đi, dạng đáp ứng

ra Ura thấy rõ trên hình 1.23 Chính vì vậy trong thực tế không ai lại choxung vuông qua mạch tích phân làm gì, vì dạng xung bị xấu đi và không cólợi khi sử dụng nó

Nhưng nếu ta lại có suy nghĩ làm dạng xung ra thật méo đi và thật biếndạng đi thì sao, muốn có dạng xung ra thật méo đi ta chỉ cần thay đổi giá trịcủa tụ C, là cho giá trị của tụ C thật lớn, điều đó được minh hoạ trên hình1.24

Qua hình vẽ ta thấy khi cho xung vuông qua mạch tích phân có giá trị tụ

C rất lớn làm cho xung ra bị méo dạng dữ dội , nạp chưa đầy đã hết xung,

và có thời gian nạp (τx = τđ Trên hình 1cnạp = R.C2) rất lâu, làm điện áp gia tăng dần theonguyên lý nhưng ít bị cong hơn, ta thấy đoạn (AB) điện áp gia tăng dần gầnnhư là một điện áp tăng dần tuyến tính theo thời gian Điện áp tăng dầntuyến tính đó có thể được sử dụng làm điện áp quét tia điện tử được (ví dụdùng trong TV hay ở ôxylô ), chính vì vậy ta có thể nói rằng mạch tíchphân chính là mạch tạo điện áp quét, và đó cũng là chức năng chính củamạch điện này Dù sao đoạn điện áp tăng dần (AB) có “thẳng” hơn nhưngvẫn bị cong chút ít Để tạo ra điện quét tuyến tính gần với tuyến tính lýtưởng (đường thẳng) hơn, để cho có hình ảnh trung thực và dạng tín hiệuchính xác hơn, phần sau quyển sách này sẽ nói tới mạch tạo điện áp quétchuyên dụng, nhưng dù là có mạch điện gì để tạo quét , thì bản chất chính

và cơ bản vẫn là từ mạch tích phân mà ra

b Ảnh hưởng của mạch tích phân tới xung hình thang

Dạng xung hình thang khi cho đi qua mạch tích phân bị ảnh hưởng nhưthế nào được mô tả trên hình 1.25

Hình 1.25: Đáp ứng ra của xung hình thang qua tích phân

Nhận thấy xung hình thang khi đi qua mạch vi phân thì dạng của nócàng méo hơn xấu hơn mà thôi Sau này khi so sánh dạng tín hiệu giữa đầu

ra và đầu vào khi ta nhìn trên ôxilô thấy dạng tín hiệu ra xấu hơn, thì phảinghĩ ngay tới hiệu ứng của mạch tích phân và kiểm tra xem có điện dung kýsinh của mạch điện ảnh hưởng tới nó hay không

4.3 Ảnh hưởng của dãy xung vuông khi đi qua mạch tích phân

Trong thực tế khi cần tạo ra các tín hiệu quét liên tục (ví dụ tạo quét choTV) ta cần phải cho liên tục các xung vuông qua mạch tích phân, có thể đạtđược kết quả tốt nhưng cũng có khi không thu được kết quả như ý, điều đó

do ảnh hưởng của mạch tích phân tới dạng xung vuông Hiện tượng phảnánh đáp ứng ra của dãy xung vuông khi cho qua mạch tích phân thế nàođược minh hoạ rõ trên hình 1.26 sau

Nhìn vào dạng sóng ở đầu ra (Ura) của mạch điện ta sẽ biết được ảnhhưởng của mạch tích phân tới dạng sóng như thế nào, từ đó có thể hiệuchỉnh mạch điện hay tìm ra được các thành phần ảnh hưởng tới dạng sóng

mà khắc phục Ta chú ý rằng giữa τx = τđ Trên hình 1 và τx = τđ Trên hình 1x có quan hệ tương đối so với nhau,đồng thời còn phụ thuộc vào tần số của xung kích nữa, cho nên phải tuỳtheo trường hợp cụ thể mà chọn giá trị của điện dung C và điện trở R củamạch tích phân cho tích hợp Trường hợp (T – τx = τđ Trên hình 1x) < τx = τđ Trên hình 1 < τx = τđ Trên hình 1x được minh hoạđáp ứng ra của dãy xung qua mạch tích phân trên hình 1.27

a) Trường hợp  < x

b) Trường hợp  > x

Hình 1.26: Đáp ứng ra của dãy xung vuông qua tích phân

5.1 Mạch vi phân (RL)

Mạch vi phân (RL) được chỉ ra trên hình 1.30a Nguyên lý làm việc tạit0 ta cho vào (Uv) một đột biến dương, lúc này điện cảm L chống lại sựbiến thiên của từ thông làm cho điện cảm L có trở kháng rất lớn (RL = ∞)coi như điện cảm L hở ra, làm cho Ura = Uv ứng với điểm A trên hình1.28b

Hình 1.28: Mạch vi phân RL và dạng điện áp ra

Sau một khoảng thời gian t > t0 điện cảm L nạp năng lượng dần vàkhông chống lại sự biến thiên của từ thông nữa, lúc này điện cảm L trởthành cuộn dây điện bình thường có trở kháng (RL = 0), làm cho Ura =

0V ứng với điểm B Do điện áp vào (Uv = +E) luôn duy trì không thay đổinên điện áp ra đường nối giữa (A, B) phải liên tục và đó là một đường cong.

Ta thấy đáp ứng ra có hiệu ứng giống điện áp ra của mạch vi phân dùng(RC) Từ đó có thể nói dùng linh kiện (RL) có thể tạo được mạch vi phân.Các hiện tượng vật lý giống hệt của mạch vi phân (RC)

5.2 Mạch tích phân (RL)

Mạch tích phân (RL) được thấy trên hình 1.29a

Hình 1.29: Mạch vi phân RL và dạng điện áp ra

Nó có nguyên lý làm việc: tại t0 ta cho vào (Uv) một điện áp đột biến

dương, lúc này điện cảm L chống lại đột biến, chống lại sự biến thiên của từthông làm cho điện cảm L có trở kháng rất lớn (RL = ∞), coi như điện cảm

L hở ra, làm cho Ura = 0V ứng với điểm A trên hình 1.29b Sau mộtkhoảng thời gian t > t0 điện cảm L nạp năng lượng dần cho tới đầy vàkhông chống lại sự biến thiên của từ thông nữa, lúc này điện cảm L trởthành một cuộn dây bình thường có trở kháng (RL = 0), làm cho Ura = +E

= Uvào ứng với điểm B

Do điện áp vào (Uv = +E) luôn duy trì liên tục nên điện áp ra được nốiliền liên tục giữa hai điểm (A, B) tạo ra một đường cong Ta thấy điện áp racủa mạch tích phân có hiện tượng và hình dáng giống điện áp ra của mạchtích phân dùng (RC) Từ đó có thể nói dùng linh kiện (RL) có thể tạo rađược mạch tích phân Các hiện tượng và đáp ứng ra của mạch tích phândùng (RL) giống hệt như hiệu ứng xảy ra trên mạch tích phân (RC)

Trong tiết này nói tới mạch vi phân dùng (RL) và mạch tích phân (RL)cho đầy đủ về lý thuyết mà thôi, vì trong thực tế mạch tích phân dùng (RL)rất ít thậm chí không bao giờ gặp, do linh kiện điện cảm L rất khó chế tạo.Khi chế tạo điện cảm ta gặp phải các khó khăn sau: độ chính xác không cao,dây êmay nhỏ cuộn lại không đều và dễ đứt, giá trị L phụ thuộc và t0 vàmôi trường, trọng lượng lớn do cầu có lõi

Trong kỹ thuật xung mạch dùng (LC) không được sử dụng, chúng đượcdùng chủ yếu trong mạch tạo dao động Nếu có mạch (LC) trong kỹ thuậtxung thông thường chúng tạo ra bước xung hay các dao động ký sinh trêncác dạng xung ra làm xấu dạng xung nên thực tế hoàn toàn không có vàkhông gặp.

§6 MẠCH PHÂN ÁP ĐIỆN TRỞ ĐIỆN DUNG (RC)

Khi gặp các tín hiệu lớn cần được suy giảm biên độ cho thích hợp,đơn giản nhất là dùng phân áp điện trở hay còn gọi là chiết áp, ví dụ nhưchiết áp volume dùng trong các bộ khuếch đại (amply) Với điện áp âm tần

và tín hiệu ở dạng dao động hình sin thì chiết áp hay phân áp chỉ trích ramột phần điện áp vào và hoàn toàn không ảnh hưởng gì tới dạng điện áp ởđầu ra, biên độ ra chỉ bé đi còn hình dạng hoàn toàn giống hình dạng của tínhiệu vào và tần số cũng không thay đổi, trong trường hợp này người takhông cần xem xét tới ảnh hưởng của chiết áp tới dạng của tín hiệu Nhưngkhi chúng ta cần suy giảm biên độ của một xung vuông, trích ra một phầnđiện áp của xung đưa vào, tức là cho một xung vuông qua mạch phân áp(R,C), đó là mạch tổng quát vì trong thực tế luôn luôn có điện dung ký sinhtrên mạch này, thì dạng xung ra có thay đổi không, nếu thay đổi thì hiệntượng thế nào và cách khắc phục ra sao bằng kỹ thuật

6.1 Ảnh hưởng của mạch phân áp RC tới dạng xung

Do là mạch phân áp ta có hệ số phân áp – hệ số truyền đạt được tính theoquan hệ:

ra u

Trong đó nếu:

Ku > 1 thì ta gọi là hệ số khuếch đại

Ku < 1 thì gọi là hệ số suy giảm

> KR tại đột biết t0 điện áp ra có giá trị tương ứng với điểm A trên hình1.30b Sau một khoảng thời gian t > t0 các tụ C1 và C2 nạp điện dần cho đếnnạp đầy, khi nạp đầy tụ C1 và C2 sẽ hở ra và vô tác dụng, lúc này KR sẽquyết định tới điện áp ra và có giá trị xác lập Ura = KR.Uv tại điểm D DoUvào = +E giữ giá trị không đổi nên dạng của điện áp ra sẽ là đường congliên tục nối hai điểm (A, D) Qua đó ta thây nếu Kc > KR tại đột biến dươngđiện áp ra sẽ có một bướu nhọn xuất hiện

Trường hợp tiếp theo giả sẻ Kc <KR hệ số phân áp điện dung bé hơn

hệ số phân áp điện trở, tại t0 xuất hiện đột biến dương điện áp ra có giá trịtương ứng với điểm C trên hình 1.30b Sau một khoảng thời gian t > t0 các

tụ C1 và C2 nạp đầy, mạch trở lại chế độ xác lập tại điểm D, quá trình điện

áp ra xuất hiện liên tục từ điểm C cho tới điểm D do Uvào = +E không thayđổi, tạo ra một đường cong liên tục nối hai điểm (C, D) Qua đó nhận thấynếu mạch phân áp (RC) có quan hệ Kc < KR thì tại đột biến dương điện áp

ra có dạng một đường cong tăng dần Nhìn vào dạng điện áp ở đầu ra mạchphân áp ta có thể hiểu được quan hệ giữa Kc và KR của mạch điện

Trường hợp cuối cùng là trường hợp lý tưởng vì giá trị của (R1, R2,C1, C2) không bao giờ hoàn toàn chính xác, khi đó Kc = KR tại t0 xuất hiệnđột biến dương điện áp ra có giá trị tương ứng với điểm B trên hình 1.30b.Sau một khoảng thời gian t > t0 mạch điện trở về trạng thái xác lập tại điểm

D, việc nối liền liên tục giữa điểm B và điểm D là một đường thẳng (BD).Nhận thấy điện áp ra sẽ là một xung vuông giống hệt xung vuông ở đầuvào, chỉ khác nhau là có biên độ bé hơn biên độ xung vào mà thôi Dùngphân áp điện trở điện dung có thể thay đổi được biên độ của xung, mà thayđổi được biên độ của xung Ura cũng là một trong những tham số quan trọngcủa một xung Khi thay đổi được biên độ ta có thể chủ động thay đổi dạngxung thoả mãn đối tượng cần điều khiển Ở đây chỉ có một lưu ý nhỏ là tachỉ có thể thay đổi biên độ xung ra (Ura) với biên độ nhở hơn biên độ điện

áp vào Muốn thay đổi biên độ xung ra (Ura) với biên độ lớn hơn điện ápvào thì phải dùng mạch điện khác, phải dùng bộ khuếch đại xung hay dùngthêm tranzitor sẽ được nói ở phần sau

Đến đây ta đã hiểu được ảnh hưởng của mạch phân áp điện trở điệndung tới xung vuông thế nào, mạch phân áp (RC) có thể làm méo dạngxung ra khi đi qua nó Muốn dạng xung ra qua mạch phân áp có hình vuônggiống như xung vào trong thực tế làm thế nào ta sẽ xem xét ở phần tiếp sauđây

6.2 Ứng dụng của phân áp RC

Trong thực tế giá trị của linh kiện trong mạch phân áp RC là hoàntoàn không chính xác, vì chúng có sai số trong sản xuất, đồng thời tụ C2thực tế không được mắc trong mạch, vì nếu có tụ C2 trong mạch thì tín hiệu

đi qua sẽ bị truyền hay "ngắn mạch" xuống đất hết, nên tụ C2 là không cóthật, nó chỉ là điện dung ký sinh mà thôi Mà đã là điện dung ký sinh thìhoàn toàn không có giá trị chính xác, mà theo lý thuyết muốn xung ra códạng xung vuông giống như xung vào thì Kc = KR, nhưng thực tế như trênthì việc tính toán để hệ số phân áp điện dung bằng hệ số phân áp điện trở

với các giá trị R và C cụ thể là không thể thực hiện được Nói cách khác làtín hiệu xung vuông khi qua mạch phân áp RC sẽ bị méo dạng và khắc phục

sự méo dạng này bằng tính toán giá trị cụ thể của các linh kiện là khôngtưởng Nhưng thực tế ra rất cần một xung vuông ở đầu ra mạch phân áp RC,cách thực hiện bằng thực tế kỹ thuật chỉ ra trên hình 1.31 sau

Hình 1.31 Cách tạo xung vuông qua phân áp RC

Ở đây tụ C2 là điện dung ký sinh có giá trị bất kỳ ta hoàn toàn khôngbiết, các điện trở R1, R2 có giá trị đảm bảo cho biên độ điện áp ra (Ura =KR.Uv) thoả mãn theo yêu cầu, vấn đề còn lại là làm sao đảm bảo dạngxung qua mạch phân áp (RC) không bị biến dạng hay méo Muốn vậy ta lắpthêm một tụ điều chỉnh C1, sau đó đưa vào đầu vào (Uv) một xung vuôngchuẩn từ bộ phát xung tiêu chuẩn, cũng có thể lấy được xung vuông chuẩntrên đầu ra calip (CAL) trên ôxilô, tiếp theo ta xem dạng sóng hay dạngxung ra trên đầu ra của mạch phân áp, nếu thấy dạng xung ở đầu ra bị méo

ta vừa xem dạng sóng vừa vặn tự điều chỉnh C1 cho đến khi ra được xungvuông thì dừng Sau đó niêm phong C1 lại và đảm bảo chắc chắn là khi choxung vuông đi qua mạch phân áp đó thì ở đầu ra ta sẽ nhận được một xungvuông có biên độ nhỏ hơn so với đầu vào Nếu thấy méo dạng ta lại có thểvặn tụ C1 để chỉnh lại

Đây là ứng dụng thực tế quan trọng hay được dùng ở đầu đo của cácmáy hiện sóng – ôxilô Do yêu cầu dạng sóng xem được phải hoàn toàntrung thực, không bị ảnh hưởng méo dạng sóng do dầu đo, vì khi ta đo màđiểm cần đo dạng sóng có giá trị điện áp khá lớn thì đầu đo bắt buộc phảiphân áp điện áp vào trước khi vào đầu vào của ôxilô, nếu không cân chỉnhthì xem dạng sóng sẽ không còn trung thực và chính xác nữa, vì vậy ở đầu

đo của các ôxilô đều có hệ thống tinh chỉnh này trước khi đo Đó là ứngdụng quan trọng nhất của mạch phân áp (RC) trong thực tế, ngoài ra còn ởcác thang đo của ôxilô người ta cũng sử dụng cách này để cân chỉnh chuẩn.

Phần trên đã nói tất cả các linh kiện thụ động (R,L,C) ảnh hưởng tớidạng xung ra như thế nào Phần tiếp theo sẽ nói tới ảnh hưởng của linh kiệntích cực tới dạng xung ra

CHƯƠNG II

CÁC PHẦN TỬ TÍCH CỰC DÙNG TRONG KỸ THUẬT XUNG

Trong chương trước đã nói kỹ ảnh hưởng của các linh kiện thụ độngtrong mạch biến đổi dạng xung sao cho tạo ra xung thích hợp, dùng các linhkiện thụ động ta cũng mới chỉ thay đổi được hai tham số chính là độ rộngxung τx = τđ Trên hình 1x bằng cách thay đổi giá trị của tụ C trong mạch vi phân RC, và thayđổi được biên độ của xung Ura khi dùng mạch phân áp RC mà cũng chỉgiới hạn thay đổi biên độ Ura nhỏ hơn so với biên độ tín hiệu vào Vấn đềcòn lại ở đây là làm sao thay đổi được biên độ xung Ura ở đầu ra lớn hơnbiên độ điện áp vào, rồi làm cách nào giảm được độ rộng sườn trước τx = τđ Trên hình 1tr vàgiảm được độ rộng sườn sau τx = τđ Trên hình 1s, đó là các tham số của xung cần được thayđổi để sửa dạng xung thích hợp với đối tượng bị điều khiển yêu cầu Để đạtđược mục đích cũng như nhiệm vụ cụ thể đó sẽ được nói kỹ trong chương IInày

§ 1 ĐIỐT DÙNG TRONG KỸ THUẬT XUNG 1.1 Nguyên lý làm việc

Điốt là phần tử bán dẫn tích cực đơn giản nhất mà ta biết Do tínhchất của điốt là chỉ cho tín hiệu đi qua theo một chiều (hiệu ứng chỉnh lưu)nên ứng dụng cũng như nguyên lý của điốt trong mạch xung cũng rất rõràng, điều đó được minh hoạ trên hình 2.1 sau

Hình 2.1: Nguyên lý của điôt

t

t0

Ura0

Ảnh hưởng của điốt được chỉ ra rất rõ trên hình 2.1b Cho Uv là xung

có các đột biến bướu âm Khi đi qua mạch điốt các bướu âm đều bị cắt bỏhết, làm xung ra vuông vắn đẹp đẽ Đồng thời còn nhận thấy phần xungvuông khi đi qua điốt hình dạng hoàn toàn không thay đổi, đây là một nhậnxét cũng như ứng dụng quan trọng của điốt

1.2 Ứng dụng của điốt

Hình 2.2: Xung vi phân khi qua mạch điôt

Ứng dụng chính của điốt là khi ghép mạch vi phân RC với điốt, điều đóđược biểu diễn trên hình 2.2 sau

Khi cho xung vuông (Uv) qua mạch vi phân (RC) nhận được các xungnhọn trái chiều, tương ứng với sườn trước và sườn sau của xung vào, điện

áp qua vi phân (Ura vf) được chỉ ra trên hình 2.2 Nếu tiếp tục cho U ra vfqua mạch điốt sẽ nhận được thuần xung nhọn dương U ra vf phụ thuộc vào

chiều của điốt Đ hoặc được các xung nhọn thuần âm Ura 2, hiện tượng đóđược chỉ ra trên hình 2.2b

Qua đó có nhận xét là dùng điốt có thể tách xung kích ứng với kíchtheo sườn trước hay kích theo sườn sau của xung kích (Uv) hay cho phépkích dùng xung dương hay kích bằng xung âm tuỳ theo đối tượng yêu cầu.Sau này mạch kích dùng vi phân luôn luôn được gắn liền với điốt, sẽ đượcchỉ ra ở phần sau

§ 2 TRIOD DÙNG TRONG KỸ THUẬT XUNG 2.1 Nguyên lý làm việc của triod

Một trong những linh kiện tích cực có thể được sử dụng trong kỹ thuậtxung đó là triod Nguyên lý làm việc của nó được chỉ ra trên hình 2.3

Bản chất của triod là một điốt nhưng có thêm một cực điều khiển gate(G), nguyên lý làm việc của nó như sau:

- Ở chu kỳ âm của điện áp vào (UV<0), dù có xung điều khiển trêncực G hay không có xung điều khiển ở cực G thì triod hoàn toàn không làmviệc (hở ra) giống hoạt động của điốt chỉ cho dòng điện đi theo một chiều.Lúc này Ura = 0V ở hình vẽ

- Ở chu kỳ dương của điện áp vào (UV>0) tại thời điểm t < t0 làchưa có xung điều khiển ở cực G thì triod không làm việc (hở ra), lúc nàyUra = 0V như trên hình vẽ Như vậy có thể hiểu là nếu không có xung điềukhiển ơ cực G thì triod hoàn toàn không làm việc

- Ở chu kỳ dương của điện áp vào (UV>0) đồng thời tại thời điểm t0xuất hiện xung điều khiển ở cực G, lúc này triod thông hoàn toàn (đóng lại),

nó làm việc hoàn toàn giống như một điốt thông thường được phân cựcthuận, làm cho Ura có hình dạng hoàn toàn giống dạng điện áp của Uv (Ura

= Uv) trên hình vẽ hình 2.3b

Do xung điều khiển ở cực G có thể xuất hiện ngẫu nhiên theo yêu cầuđiều khiển, làm cho độ rộng của xung ra là τx = τđ Trên hình 1x1 và τx = τđ Trên hình 1x2 có độ lớn hay giá trịkhác nhau Điều đó có nghĩa là ta hoàn toàn có thể dùng triod để thay đổi

độ rộng của xung ra thoả mãn đối tượng bị điều khiển Thay đổi độ rộngxung τx = τđ Trên hình 1x ta đã biết bằng cách thay đổi giá trị của tụ C trong mạch vi phân

RC Nay ta cũng có thể thay đổi độ rộng của xung τx = τđ Trên hình 1x dùng triod chỉ khácmột điều là dùng triod vừa thay đổi được độ rộng đỉnh xung τx = τđ Trên hình 1đ vừa thay đổiđược độ rộng xung τx = τđ Trên hình 1x mà mạch vi phân (RC) không thể làm được.

Hình 2.3: Nguyên lý làm việc của triod

Mạch triod thông thường dùng để điều khiển độ rộng của điện áp cógiá trị rất lớn có công suất rất lớn, nhưng về nguyên tắc nó vẫn có thể đượcứng dụng trong kỹ thuật xung

Xung điều khiển ở cực G có thể xuất hiện theo chu kỳ, ví dụ đồng bộđiện áp vào, khi đó ta có thể điều khiển được triod hoạt động như một điốtthông thường, điều đó được minh hoạ trên hình 2.4

Hình 2.4: Điều khiển triod hoạt động như điôt

Ura

Uv

Ga)

G

0

Uv

Ura0

t

t

2.2 Ứng dụng của triod trong kỹ thuật xung

Ứng dụng dùng triod thay đổi độ rộng xung được chỉ ra trên hình2.5

Hình 2.5: Dùng triod thay đổi độ rộng xung (T - x )

Qua hình vẽ ta thấy độ rộng xung ra (τx = τđ Trên hình 1x ra) hoàn toàn phụ thuộc vàothời điểm xuất hiện xung điều khiển trên cực G, như vậy việc thay đổi xungđiều khiển thời gian xuất hiện của nó chính là thay đổi độ rộng của xung ra(τx = τđ Trên hình 1x ra) Chỉ lưu ý là việc thay đổi độ rộng xung ra (τx = τđ Trên hình 1x ra) với độ rộng luôn

bé hơn độ rộng xung vào τx = τđ Trên hình 1x v (τx = τđ Trên hình 1x ra < τx = τđ Trên hình 1x v) Như vậy, ta muốn tạo ra độrộng xung ra (τx = τđ Trên hình 1x ra) lớn hơn độ rộng xung vào (τx = τđ Trên hình 1x v) nếu dùng triod là hoàntoàn không thể thực hiện được

§ 3 TRANZITOR DÙNG TRONG KỸ THUẬT XUNG

Tranzitor là linh kiện tích cực quan trọng nhất của mạch điện tử nóichung cũng như trong kỹ thuật xung, nó cho phép ta khuếch đại tín hiệu đưavào, với kỹ thuật xung là làm thay đỏi được biên độ xung ra (Ura) với yêucầu điện áp xung ra lớn hơn điện áp xung vào Ngoài ra dùng tranzitor cóthể thay đổi được độ rộng sườn trước τx = τđ Trên hình 1tr hoặc độ rộng sườn sau τx = τđ Trên hình 1s gọi làsửa dạng xung theo yêu cầu Làm sao tranzitor thực hiện được các nhiệm vụ

đó, trước hết ta cần nắm vững chế độ làm việc của tranzitor ở chế độ xung

t

G0

(không phải ở chế độ khuếch đại), còn được gọi là ở chế độ khoá hay khoáđiện tử.

3.1 Khoá điện tử

Một tranzitor bán dẫn muốn trở thành khoá điện tử hay công tắc điện

tử chủ yếu dựa vào chế độ làm việc của nó Điều khiển được chế độ củatranzitor làm cho nó thông hoàn toàn (đóng) và ở chế độ tắt (hở ra) tức là đãtương đương điều khiển được sự đóng hay mở của một công tắc cơ khíthông thường, hiện tượng đó chỉ ra trên hình 2.6) sau

Ở đây tranzitor T đóng vai trò “đóng – mở” tương đương như hoạt độngcủa khoá K Muốn điều khiển được tranzitor T hoạt động như hoạt động củacông tắc K cần phải nắm rõ bản chất cũng như hoạt động thật sự củatranzitor, dựa trên đặc tuyến ra của tranzitor được biểu diễn trên hình 2.7.Đặc tuyến ra của một tranzitor được vẽ ra bằng thực nghiệm đo đạctừng điểm cho biết khả năng hoạt động thực của một tranzitor, nó được vẽ

ra từ nơi sản xuất ra tranzitor Trên đặc tuyến ra ta kẻ được một đườngthẳng tải của mạch điện, trong kỹ thuật mạch điện tử ta đã biết muốn chotranzitor T thông và làm việc ở chế độ khuếch đại thì phải duy trì chế độlàm việc của tranzitor ở chế độ A (chế độ khuếch đại bình thường) bằngcách thay đổi giá trị của điện trở thiên áp (Rb) sao cho thoả mãn quan hệ:

c bk

EI

Hình 2.7: Chế độ làm việc của khóa điện tử tranzitor

Khi đó tranzitor T thông ở chế độ khuếch đại, dòng Ib khuếch đại (Ibkđ) được duy trì trong suốt thời gian hoạt động của tranzitor, đảm bảo điểmcông tác Q khuyếch đại (Qkđ) ở chế độ A Chú ý là chế độ khuếch đại chỉđược dùng khi tín hiệu vào rất nhỏ cỡ (mV) Nhưng muốn tranzitor T hoạtđộng ở chế độ xung, là chế độ đặc biệt, thì hoặc T thông hoàn toàn với dòngcolector Ic thông hoàn toàn (Ic thông hoàn toàn) tương ứng với việc côngtắc K đóng lại (chập lại) hoặc T tắt không làm việc tương ứng với khoá K

Ta biết dòng Ib quyết định tới chế độ làm việc cũng như điểm côngtác của tranzitor T Muốn cho tranzitor T thông hoàn toàn (đóng) ứng vớiđiểm công tác Q1 thì dòng điện vào bazơ của tranzitor T phải là dòng Ib