Bài giảng Chương trình đo điện tử: Chương 10 - Ngô Văn Kỳ

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

210
lượt xem 36
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Chương trình đo điện tử - Chương 10: Máy phát tín hiệu, giới thiệu tổng quát về máy phát tín hiệu, máy phát tín hiệu dạng hàm số, máy phát tín hiệu xung, máy phát tín hiệu cao tần, máy phát tín hiệu quét. Đây là tài liệu học tập dành cho sinh viên ngành Điện - điện tử.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chương trình đo điện tử: Chương 10 - Ngô Văn Kỳ

Chương.10:Máy phát tín hiệu 10.1.Tổng quát 10.2.Máy phát tín hiệu tần số thấp dạng sin và dạng vuông. 10.3.Máy phát tín hiệu dạng hàm số. 10.4.Máy phát tín hiệu xung 10.5.Máy phát tín hiệu cao tần (RF). 10.6.Máy phát tín hiệu quét.
10.1.Tổng quát Trong phần này chỉ đề cập một số máy phát thường sử dụng trong phòng thí nghiệm. -Máy phát dạng sóng sin tần số thấp (LF) ,tần số tối đa là 100KHz biên độ thay đổi được thường từ 0 đến 10V. -Máy tạo hàm: Thường cho tín hiệu tần số thấp, biên độ ra thay đổi được và các dạng sóng thường là sin, vuông ,tam giác. Máy tạo sóng sin tần số cao: Tạo nên sóng cao tần vô tuyến để bức xạ ra ngoài dây dẩn nên kỷ thuật chế tạo cơ bản khác với máy tạo sóng sin tần số thấp. Máy có mạch chắn cao tần, có phần đo biên độ ra và bộ giảm đã được lấy mẫu trước. Tần số ra ổn định bằng tinh thể áp điện và điều chỉnh được. -Máy tạo xung có phần điều chỉnh tần số,độ rộng,biên độ xung. -Máy quét tần số:Tín hiệu ra dạng sin có tần số tăng dần từ cực tiểu đến cực đại trong khoảng thời gian cho trước. Máy còn tạo ra sóng răng cưa có biên độ tỉ lệ với tần số tức thời. Mục đích của máy là để khảo sát đáp ứng tần số của mạch.
10.2.Máy phát tín hiệu LF dạng sin và dạng vuông • 1.Mạch dao động cầu Wien tạo tín hiệu sin tần số thấp:Mạch này tạo được tần số ổn định, biên độ ra ổn định và độ méo dạng thấp. Cầu Wien cân bằng tại tần số được xác định bởi các thành phần của cầu, khi dùng làm mạch dao động cầu Wien tạo thành mạch hồi tiếp giữa đầu ra và đầu vào của mạch
khuếch đại. Trong mạch dao động cầu Wien, cầu có các thành phần là R1, R2, R3, R4, C1 và C2 .Mạch khuếch đại sử dụng R3, R4 hình thành mạch khuếch đại không đảo pha và dùng R1, R2, C1, C2 hình thành mạch hồi tiếp. Điều kiện cầu cân bằng: R3 R1 C1 1   Khi đó: f  R4 R2 C 2 2 R1 C 1 R 2 C 2 Nếu: R1 = R2 = R ; và C1 = C2 = C thì : 1 R3 = 2R4 và f  2 R C Khi cầu cân bằng, điện áp ở ngõ vào mạch khuếch đại thì cùng pha với điện áp ngõ ra thỏa điều kiện dao động, còn các tần số khác thì cầu không cân bằng nên không thỏa điều kiện dao động. Độ lợi của mạch khuếch đại không đảo pha khi đó: AV = (R3 + R4 )/R4 = 3R4/R4 = 3 Thường chọn độ lợi lớn hơn trị giá này để duy trì dao động.
• Để tránh méo dạng tín hiệu do biên độ dao động có thể đến gần bằng điện áp nguồn (+Vcc và –VEE ), và sự giới hạn các điện áp nguồn có thể dẫn đến méo dạng, mạch được cải tiến để ổn định biên độ như sau: • R3 tách làm 2 thành phần R5 và R6 , các diod D1 ,D2 mắc song song R6 .Khi biên độ ra nhỏ thì sụt áp trên R6 không đủ lớn để phân cực thuận các diod. Nên: R  R5  R6 Av  4 R4 • Khi biên độ ra đủ lớn thì các diod phân cực thuận nên R6 bị nối tắt, độ lợi giảm xuống: R4  R5 Av  R4
Để thay đổi tần số dao động ta phải thay đổi trị giá C hoặc R. Để tiện lợi cho việc thay đổi tần số dao động ta lắp mạch thay đổi R, C như hình bên. Ta biết cần phải thay đổi cùng lúc R1 và R2 để thay đổi R hoặc thay đổi đồng thời C1, C2 để thay đổi C. Trên hình ta dùng chuyển mạch để có những giá trị chuẩn khác nhau của C1 và C2 ; sử dụng biến trở để thay đổi liên tục trị giá R1 và R2 . Thay đổi C1, C2 để thay đổi dãy tần số, thay đổi R1 và R2 để thay đổi liên tục tần số trên mỗi dãy.
Để tín hiệu đi ra từ máy phát sóng có biên độ thay đổi được, ta lắp thêm mạch thay đổi biên độ như hình dưới. Trong hình R1, R2, R3 dùng thay đổi biên độ tín hiệu đi ra từ mạch dao động và đưa vào op amp có cách mắc kiểu điện áp để điều hợp tổng trở nhằm cung cấp tổng trở ngõ ra nhỏ đối với tín hiệu của máy phát sóng. S1 chuyển tầm biên độ, R3 thay đổi biên độ liên tục.
2.Máy phát tín hiệu sin-vuông Mạch Mạch giảm • Sơ đồ khối của máy như hình trên. Máy gồm 1 bộ dao động tạo sóng sin, một bộ biến đổi tín hiệu sin ra tín hiệu dạng vuông và mạch giảm (attenuator) ở ngõ ra.
Mạch biến đổi tín hiệu sin-vuông • Mạch dùng mạch khuếch đại không đảo pha có độ lợi lớn, tín hiệu ở ngõ ra có biên độ lớn. Các diod D1, D2, hợp với các Zener D3, D4 cùng các điện trở liên quan hợp thành mạch xén đầu. Mạch có nhiệm vụ xén đầu âm và dương của tín hiệu sin để cho ra tín hiệu dạng vuông.
Ví dụ Vz3 = Vz4 = 6,3V; D1 và D2 là 2 diod có điện áp thuận VD là 0,7V. Nếu tín hiệu ra của mạch khuếch đại ở bán kỳ dương thì D1 được phân cực thuận và điện áp ra bị khống chế ở mức (Vz3 + VD1). Tương tự, nếu tín hiệu ra của mạch khuếch đại ở bán kỳ âm thì D2 được phân cực thuận và điện áp ra bị khống chế ở mức -(Vz4 + VD2). Như vậy biên độ của tín hiệu sóng vuông là: V0  Vz VD   6,3V  0,7V   7V
3.Ứng dụng của máy phát tín hiệu LF • Mắc mạch như hình trên để khảo sát đáp ứng tần số và độ lệch pha của mạch khuếch đại. Dao động ký 2 kênh để khảo sát dạng tín hiệu vào và ra mạch khuếch đại. Máy đo tần số để đo tần số tín hiệu vào. Độ lệch pha biết được bằng cách so sánh dạng sóng 2 tín hiệu. Độ lợi tính được bằng cách đo biên độ 2 tín hiệu vào và ra.
10.3.Máy phát tín hiệu dạng hàm số. V3 V2 V1 t T • Mạch tạo sóng tam giác và sóng vuông: kết hợp mạch tích phân và mạch kích Schmitt, tín hiệu vào mạch tích phân lấy từ ngõ ra mạch kích Schmitt. Tín hiệu V2 ở ngõ ra mạch tích phân có dạng sóng tam giác có biên độ là mức trên (UTP) và mức dưới (LTP) đưa vào ngõ nhập không đảo pha op amp của mạch kích Schmitt. Ngõ ra Schmitt cho ra dạng sóng vuông V3.
Mạch Schmitt có độ lợi rất lớn , khi điện áp ngõ vào tăng lên đến UTP điện áp ngõ ra nhảy vọt từ mức âm nhất lên mức dương nhất. Tương tự khi điện áp ngõ vào giảm xuống mức LTP, điện áp ngõ ra rớt đột ngột xuống mức âm nhất . Chỉ cần 1 sự sai biệt nhỏ điện áp giữa 2 ngõ vào của op amp, điện áp ngõ ra mạch Schmitt sẽ đạt đến trị giá bảo hòa Vsat+ theo chiều dương và Vsat- theo chiều âm của tín hiệu. Thông thường ta có: V  V  1V  Nên: UTP  B  V ; B  R 3 sat  cc sat  R4 Vsat    VEE  1V  LTP  B  V sat  Vsat chính là biên độ của sóng vuông Ví dụ: Mạch kích Schmitt như hình có Vcc = VEE =15V; R3 =3,9kΩ; R4 = 18kΩ. Tính UTP và LTP? . Giải: Điện áp ngõ ra: V 3  V sat   V cc  1V   (15  1)V   14 V R 3V sat  3, 9 k   14 V UTP   LTP    3V R4 18 k 
• Tính tần số tín hiệu: • Để hiểu sự hoạt động của mạch ta giả sử điện áp ra của mạch Schmitt V3 = +14V và điện áp ra mạch tích phân V2 =0, lúc đó V1 >0 vì V3 = +14V hệ quả tụ C1 nạp dòng I2 chạy từ trái qua phải nên V2 giảm dần từ 0 xuống LTP và khi V2 = LTP thì V3 = -14V, và V1 < 0 tụ C1 nạp dòng I2 theo chiều ngược lại hệ quả V2 tăng dần từ LTP lên UTP. Khi V2 = UTP thì V3 có dấu ngược lại V3 = +14V lúc đó V1 trở lại >0 và hiện tượng lập lại như trên. Tần số của tín hiệu được xác định bởi thời gian tụ c1 nạp điện từ UTP đến LTP và thời gian nạp theo chiều ngược lại: Đối với tụ: •
It C  V C   t  V I Trong trường hợp này C = C1; ∆V = UTP-LTP; I = I2 , t là thời gian để V2 thay đổi từ trị giá UTP đến LTP, t cũng bằng phân nữa chu kỳ của tín hiệu. V1 được thay đổi bởi biến trở R1 và do I2 = V1 /R2 nên I2 cũng được kiểm soát bởi R1.Hệ quả thay đổi C1 để thay đổi tầm tần số (coarse) và thay đổi R1 để thay đổi tần số liên tục trong mỗi tầm. Ví dụ: mạch tích phân có C1 = 0,1µF; R1 = 1KΩ; R2 =10KΩ; mạch Schmitt có UTP = -LTP = 3V; Vcc = VEE = 15V. Tính tần số tín hiệu khi biến trở R1 ở vị trí tối đa ? Giải: V3   Vcc  1V    15V  1V   14V R1 ở vị trí tối đa nên V1 = V3 =14V; I2 = V1 /R2 =14V/10kΩ = 1,4mA; ∆V = 3V –(-3V) = 6V; t = C∆V/I2 = 0,1µFx6V/1,4mA = 0,43ms; f = 1/2t = 1/(2x0,43ms) = 1,17kHz
Tạo tín hiệu có dạng tam giác thành dạng sin • Hình trên là ph. ph. biến đổi tín hiệu dạng sóng tam giác thành tín hiệu sin. Khi chưa mắc các diod D1, D2 và R3,R4 thì R1,R2 chỉ là mạch phân áp, tín hiệu ra dạng sóng tam giác chỉ giảm biên độ: V0 = Vi xR2 /(R1 + R2). Khi có D1,D2 lắp vào mạch phân áp vẫn hoạt động bình thường cho đến khi VR2 >V1 diod D1 phân cực thuận, điện áp ra V0 sẽ được giảm bớt:
R2 // R3 V0  Vi • R1  ( R2 // R3 ) , V0 nhỏ hơn so với trường hợp không có diod nên độ dốc của sóng tam giác nhỏ hơn so với không có diod. Tương tự, ở bán kỳ âm của Vi ,V0 = Vi xR2 /(R1 + R2) cho đến khi V0
Sơ đồ khối máy phát tín hiệu dạng sóng vuông, sin, tam giác Mạch • Đây là sơ đồ khối của máy phát tín hiệu tạo hàm. Đầu ra của mạch tích phân chia làm 2 nhánh, một đưa vào mạch kích Schmitt để cho ra tín hiệu dạng sóng vuông, một đưa vào mạch biến đổi để cho ra sóng sin. Mạch giảm nhằm mục đích để điều chỉnh biên độ sóng ra và cung cấp tổng trở ra nhỏ.
10.4.Máy phát tín hiệu xung • Máy phát tín hiệu xung gồm có 1 mạch tạo sóng vuông, 1 mạch dao động đa hài 1 trạng thái bền , 1 mạch giảm ở ngõ ra và 1 mạch dời mức DC (DC level shifting). Mạch tạo sóng vuông có thể sử dụng như mạch ở 10.2 và 10.3. Ở đây ta sử dụng mạch dao động đa hài không trạng thái bền (astable) để tạo sóng vuông như hình.
• Giống như mạch Schmitt trong 10.2 , ở mạch này ta có UTP>0, LTP0 điện áp tại Vin+ >0 dòng điện theo chiều dương từ ngõ ra chạy qua R1 được C1 nạp. Khi tụ nạp đạt mức UTP thì điện áp Vin- >Vin+ nên V0 giảm kéo theo VR3 giảm dẩn đến Vin+ càng nhỏ hơn Vin- hệ quả V0 từ mức (Vcc -1V)>0 giảm đột ngột xuống mức -(VEE -1V)