Giáo trình : Kỹ thuật xung part 3

Chia sẻ: Ouiour Isihf | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

273
lượt xem 109
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng được biên soạn cho khóa học 45 tiết dành cho sinh viên năm 3 hệ đại học khoa Điện Điện tử trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp HCM Danh sách những thuật ngữ thường xuất hiện, có kèm theo tiếng Anh tương đương để sinh viên tiện tham khảo tài liệu

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình : Kỹ thuật xung part 3

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 t − Khi vv laø haøm muõ taêng vv (t ) = E (1 − e τ1 ) Nhö ñaõ khaûo saùt ôû phaàn loïc thoâng cao, ñieän aùp treân ñieän trôû ⎛ n ⎞⎛ −τ ⎞ t t − ⎜ e − e τ1 ⎟ v R (t ) = E ⎜ ⎟ ⎝ n + 1 ⎠⎜ ⎟ ⎝ ⎠ τ RC t = vaø x = n= τ1 τ1 τ1 ⎛ n ⎞⎛ −τ ⎞ t t t − − ⎜ e − e τ1 ⎟ Maø vra(t) = vv – vR = E (1 − e ) - E⎜ τ1 ⎟ ⎝ n + 1 ⎠⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Töø ñoù veõ ñöôïc daïng soùng ngoõ ra nhö sau: VR(t)/E 1 n=0 0.9 0.8 n = 0.2 RC n= 0.7 τ1 n = 0.3 n = 10 0.4 n = 100 0.1 t x= 0 1 2 3 4 5 6 τ1 Hình 2.20 Nhaän xeùt Khi n
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 ÖÙng duïng 2 Khi ta söû duïng dao ñoäng kyù coù thôøi gian treã ttr2 ñeå quan saùt moät ñaùp öùng qua maïch RC coù thôøi gian treã ttr1 Neáu ttr2 = ttr1 thôøi gian treã ttre = 1.53ttr1 1 Neáu ttr2 = ttr1 thôøi gian treã ttre = 1.1ttr1 3 Vaäy neáu muoán duøng dao ñoäng kyù ñeå quan saùt daïng soùng coù thôøi gian treã ttr1 1 1 hay fH1 thì dao ñoäng kyù phaûi coù ttr2 < ttr1 hay fH2 > fH1 3 3 t − Khi vv laø haøm muõ giaûm vv (t ) = Ee τ1 t t − − τ1 −e τ e Töông töï VOUT (t ) = τ 1 vôùi t ≥ 0 τ1 −τ Daïng soùng τ1 τ1 − τ ⎡τ 1 τ⎤ ⎢τ − τ −τ ⎥ ⎣ ⎦ 1 ⎡ ττ1 τ1 ⎤ ⎢τ − τ ln τ ⎥ τ1 ⎣1 ⎦ − τ1 − τ Hình 2.21 Maïch loïc thoâng thaáp hoaït ñoäng nhö boä tích phaân Ta coù: VIN (t ) = VR (t ) + VOUT (t ) dVOUT (t ) VIN (t ) = RC + VOUT (t ) dt Laáy tích phaân hai veá t0 1 ∫ [V (t ) − VOUT (t )]dt VOUT (t ) = IN RC 0 neáu haèng soá thôøi gian laø raát lôùn so vôùi thôøi gian laáy tích phaân, maïch ñieän ñöôïc goïi laø tích phaân. Trong tröôøng hôïp naøy ñieän aùp qua tuï C seõ laø raát nhoû so vôùiñieän aùp ngang qua R vaø thaáy raèng toång ñieän aùp ngoõ vaøo vi rôi treân R. Do ñoù GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 28
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 t0 1 RC ∫ VOUT (t ) = V IN (t )dt 0 Neáu vi=αt, keát quaû VOUT(t)=αt2/2RC. Khi thôøi gian taêng, ñieän aùp ngang qua tuï C duy trì khoâng ñaùng keå so vôùi ñieän aùp ngang qua R. Hình sau chæ ra raèng ngoõ ra seõ laø haøm baäc hai khi ngoõ vaøo laø haøm tuyeán tính theo thôøi gian. αRC VIN(t) Vra(t) t 0 T Hình 2.22 Tích phaân cuûa moät haèng laø moät haøm tuyeán tính, vaø ñieàu naøy ñuùng vôùi ñöôøng cong ñieän aùp treân tuï öùng vôùi RC/T>>1. Khi τ >> t1 tuyeán tính E VDC t t1 0 Hình 2.23 Ñieàu kieän cuûa maïch tích phaân 1 1 1 1 hay RC >> hay τ >> f >> f c = = 2πRC 2πf 2πf ω Tröôøng hôïp ñieän aùp ngoõ vaøo vv laø tín hieäu daïng sin thì vv(t) = Vmsinωt − Vm ( ) V vr(t) = Vmsinωt dt = cos ωt = m sin ωt − 90 0 ωRC ωRC Nhö vaäy neáu thoûa maõn ñieàu kieän cuûa maïch tích phaân nhö treân thì ñieän aùp ngoõ ra bò chaäm pha 90o so vôùi ngoõ vaøo vaø bieân ñoä bò giaûm xuoáng vôùi heä soá tyû leä laø 1 . ωRC GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 29
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 Nhöõng ví duï naøy chæ ra raèng tích phaân phaûi ñöôïc söû duïng moat caùch caån troïng. Xaùc ñònh ñieàu kieän tích phaân thoaõ maõn coù nghóa laø moät soùng sin ngoõ vaøo phaûi ñöôïc dòch chuyeån ít nhaát 89.40, töông öùng vôùi RC>15T. Vì ngoõ ra laø moät haøm nhoû cuûa ngoõ vaøo(vì yeáu toá 1/RC), caàn thieát phaûi coù boä khueách ñaïi ngoõ ra. Caùc boä tích phaân haàu nhö luoân luoân hoaøn haûo hôn boä vi phaân trong caùc öùng duïng töông töï. Vì ñoä lôïi cuûa tích phaân giaûm theo taàn soá trong khi ñoù ñoä lôïi cuûa vi phaân giaûm treân danh nghóa tuyeán tính theo taàn soá, deã daøng ñeå oån ñònh tích phaân hôn laø vi phaân vôùi caùc dao ñoäng sai leäch do ñoä roäng baêng giôùi haïn cuûa noù, moät pheùp tích phaân thì ít bò aûnh höôûng bôûi nguoàn ñieän aùp nhieãu hôn laø moät pheùp vi phaân. Hôn nöõa, neáu daïng soùng ngoõ vaøo thay ñoåi nhanh, boä khueách ñaïi cuûa vi phaân coù theå quaù taûi. Maïch tích phaân duøng OpAmp Maïch Tích Phaân ñaûo Sô ñoà maïch C I2 R Vv - VRa I1 + 0 Hình 2.24 Thieát laäp quan heä vaøo ra Vôùi i1 = - i2 dv (t ) vv − v − vv = (v − = v + = 0), i2 (t ) = C r Maø i1 = R R dt v v (t ) dv (t ) 1 = − C v ⇒ v r (t ) = − v v (t )dt Do ñoù RC ∫ R dt −1 Heä soá tæ leä k = , hai linh kieän R vaø C ñeå taïo haèng soá thôøi gian cuûa maïch . RC III. Caùc boä suy hao (Attenuators) Trong caùc thieát bò xung, thöôøng gaëp nhöõng tröôøng hôïp caàn phaûi laøm suy giaûm bôùt moät phaàn ñieän aùp naøo ñoù ñeå ñaûm baûo caùc chæ tieâu kyõ thuaät ñeà ra. Vaán ñeà quan troïng laø phaûi laøm theá naøo ñeå tín hieäu ñaàu ra cuûa boä suy hao giöõ nguyeân daïng soùng cuûa tín hieäu vaøo, chæ coù bieân ñoä giaûm. Caùc tín hieäu khoâng sin coù GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 30
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 chu kyø, trong ñoù coù chöùa thaønh phaàn taàn soá thaáp ñeán taàn soá cao. Ta muoán laáy ra moät phaàn tín hieäu maø khoâng laøm taêng ñoä roäng söôøn vaø laøm meùo ñænh tín hieäu xung thì heä soá phaân aùp phaûi khoâng phuï thuoäc taàn soá. Caùc boä phaân aùp coù heä soá phaân aùp khoâng phuï thuoäc taàn soá coù daïng ñôn giaûn nhaát ñöôïc minh hoïa treân hình sau R1 C1 VV VV VR VR R2 C2 Hình 2.25a Hình 2.25b R2 Vôùi hình a ta coù vr = vV R1 + R 2 C2 Vôùi hình b ta coù vr = vV C1 + C 2 Trong thöïc teá, thöôøng coù ñieän dung kyù sinh maéc song song vôùi ñieän trôû R2 (ñieän dung cuûa taàng keá sau). Do ñoù, ñieän aùp ra seõ coù ñoä roäng söôøn nhaát ñònh, cho duø ñaàu vaøo laø xung chöõ nhaät lyù töôûng. Ñeå khaéc phuïc hieän töôïng naøy, töùc laø laøm heä soá phaân aùp khoâng phuï thuoäc taàn soá, ngöôøi ta duøng phöông phaùp buø meùo. Muoán vaäy, phaûi maéc theâm tuï C1 song song vôùi R1 nhö hình sau. C1 VV R1 VRa R2 C2 Hình 2.26 R2 ÔÛ taàn soá thaáp (thaønh phaàn DC), tyû leä phaân aùp laø R1 + R 2 ÔÛ taàn soá voâ cuøng lôùn ( ω → ∞ ). Tyû leä phaân aùp hoaøn toaøn phuï thuoäc vaøo C1, C1 C2 vaø coù trò soá laø C1 + C 2 Muoán tæ leä phaân aùp chia cuøng tæ leä ôû caùc taàn soá (lôùn, beù, trung bình) thì : GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 31
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 R2 C1 = R1 + R2 C1 + C 2 Hay R2C2 + R2C1 = R1C1 + R2C1 ⇒ R2C2 = R1C1 R2 ⇒ C1 = C2 = Cp R1 Neáu C1 = Cp : thì buø ñuùng. Neáu C1 > Cp : buø loá . Neáu C1 < Cp : buø thieáu Vv(t) vr(t) vv(t) vr(t) vv(t) Hình 2.27 MAÏCH RLC Sô ñoà maïch R VV VRa 1 C L 2 Hình 2.28 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 32
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 Xeùt ngoõ vaøo laø ham böôùc Bieán ñoåi nguoàn aùp thaønh nguoàn doøng, ta coù daïng maïch nhö hình sau 1 E/R C L R 2 Hình 2.29 Luùc naøy nguoàn doøng coù giaù trò E i(t) = u(t) , vôùi u(t) laø haøm böôùc ñôn vò R Ñeå tìm hieåu taùc duïng cuûa xung ñoät bieán doøng ñieän leân maïch RLC maéc song song, ta coù theå tìm taùc duïng rieâng leû cuûa töøng ñoät bieán doøng ñieän roài sau ñoù toång keát quaû cuûa chuùng laïi vôùi nhau. Ñaây laø daïng maïch dao ñoäng RLC maéc song song. E Neáu taïi thôøi ñieåm t = 0, ñaàu vaøo cuûa maïch ñoät bieán doøng ñieän coù bieân ñoä . R Vôùi ñieàu kieän ban ñaàu uc(0) = 0, iL(0) = 0, ta laäp ñöôïc phöông trình cho maïch nhö sau: E E1 Vôùi i(t) = u(t) : i(p) = R Rp Phöông trình nuùt, ta coù E1 ⎛1 ⎞ 1 i(p) = = v ra ( p)⎜ + ⎜ R pL + pC ⎟ ⎟ Rp ⎝ ⎠ E 1 E 1 (*) v ra ( p ) = = RC p + 2αp + ω 0 1 1 2 2 RC p2 + p + RC LC 1 1 vôùi 2α = →α = RC 2 RC 1 1 ω0 = → ω0 = 2 LC LC Phöông trình (*) coù maãu soá trieät tieâu öùng vôùi p 2 + 2αp + ω 02 = 0 coù nghieäm 1 1 1 = −α ± α 2 − ω 0 p1, 2 = − ± − 2 22 2 RC LC 4R C Δ = α 2 − ω0 2 GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 33
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 E 1 v ra ( p ) = RC ( p − p1 )( p − p 2 ) Coù 3 tröôøng hôïp Tröôøng hôïp Δ > 0 thì p1, p2 laø hai nghieäm thöïc E 1 E 1 1 1 Ta coù : vr(p) = = . ( ). − RC (p − p1 )(p − p 2 ) RC p − p1 p − p 2 p1 − p 2 ⎛1 1⎞ A = ⎜ ⎜p−p p−p ⎟ − ⎟ p1 − p 2 ⎝ 2⎠ 1 E Vôùi A = = Const RC Laáy Laplace ngöôïc cuûa vr(p) , ta ñöôïc A }= vr(t ) = £-1 {v r ( p )} ( e p1t − e p2t ) p1 − p 2 Ñöôøng cong ñieän aùp ra ñöôïc veõ nhö sau : Hình 2.30 Qua hình veõ ta thaáy, giaûn ñoà thôøi gian cuûa ñieän aùp ra coù daïng moät xung ñôn höôùng vaø laø hieäu cuûa hai haøm soá muõ ep1t , ep2t . Tröôøng hôïp Δ = 0, khi ñoù p1= p2= - α E 1 Ta coù : vr(p) = RC ( p + α) 2 Bieán ñoåi Laplace ngöôïc ta ñöôïc: E vr(t) = £-1 {v r ( p )} = .t.e −αt = B.t.e −αt RC Vôùi B = E/RC = const GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 34
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 Giaûn ñoà thôøi gian cuûa ñieän aùp ra Hình 2.31 Tröôøng hôïp Δ < 0, khi ñoù 2 Δ < 0 ⇒ Δ = ω 0 − α 2 = ω1 p1,2 = - α ± j ω1 ω1 E vr(p) = ω 1 .RC ( p + α ) 2 + ω 1 2 Laáy Laplace ngöôïc ta ñöôïc : E C −α .t vr(t) = £-1 {v r ( p )} = e −α .t sin ω 1t = e sin ω 1t RCω 1 ω1 Vôùi C = E/RC = const. Giaûn ñoà thôøi gian cuûa ñieän aùp ra: Hình 2.32 Qua hình veõ ta thaáy, khi taùc duïng leân ñaàu vaøo cuûa maïch dao ñoäng RLC, maéc song song, moät ñoät bieán doøng ñieän trong maïch seõ phaùt sinh dao ñoäng coù bieân ñoä suy giaûm daàn laø do söï toàn taïi ñieän trôû phaân maïch R vaø ñieän trôû baûn thaân cuoän daây. Neáu α caøng lôùn, dao ñoäng taét daàn caøng nhanh, bieân ñoä ban ñaàu laø C C/ω1 = caøng lôùn. 2 ω0 − α 2 Ngöôïc laïi, heä soá suy giaûm α caøng nhoû thì dao ñoäng taét daàn chaäm hôn, nhöng bieân ñoä ban ñaàu beù. GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 35
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 Bài tập chương 2 1. Cho maïch ñieän sau C 1 2V 0.1uF R 0V 1ms Veõ ñieän aùp treân ñieän trôû vaø treân tuï öùng vôùi caùc giaù trò R nhö sau: a. R=100 Ω b. R=1K Ω c. R=10K Ω 2. Cho maïch ñieän sau R Vv(t) 1 0K C 1uF Vôùi VV(t) laø chuoãi xung vuoâng coù bieân ñoä 0 vaø 5V, f = 1Khz Veõ uC(t) vaø uR(t) vôùi 1 xung ñaàu khi a. q = 10% b. q = 40% c. q = 80% 3. Cho mạch điện sau R VIN VOUT L VOUT ( s ) a. Tìm hàm truyền G ( s) = , đây là mạch lọc gì V IN ( s ) b. Tìm đáp ứng ra khi VIN (t ) = 5[u (t − 2) − u (t − 3)] GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 36
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 c. Vẽ dạng sóng vL(t) và iL(t) dV IN (t ) d. Tìm điều kiện để VIN (t ) = dt e. Xác định giá trị R, L nếu thời gian lấy vi phân là 5ms 4. Cho mạch điện sau IOUT iIN R L I OUT ( s ) a. Tìm hàm truyền G ( s) = , đây là mạch lọc gì I IN ( s ) b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 5r (t − 2) dV IN (t ) c. Tìm điều kiện để VIN (t ) = dt d. Xác định giá trị R, L nếu thời gian lấy vi phân là 5ms 5. Cho mạch điện sau IOUT iIN R C I OUT ( s ) a. Tìm hàm truyền G ( s) = , đây là mạch lọc gì I IN ( s ) b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 5e −t dV IN (t ) c. Tìm điều kiện để VIN (t ) = dt d. Xác định giá trị R, C nếu thời gian lấy vi phân là 2ms 6. Cho mạch điện sau C VIN VOUT L GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 37
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 VOUT ( s ) a. Tìm hàm truyền G ( s) = , đây là mạch lọc gì V IN ( s ) b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 5(1 − e −t ) dV IN 7. Cho mạch điện sau, chứng minh VOUT (t ) = K dt R2 C2 R1 C1 VIN - VOUT + 0 8. Cho mạch điện sau L VIN VOUT R VOUT ( s ) a. Tìm hàm truyền G ( s) = , đây là mạch lọc gì V IN ( s ) b. Tìm đáp ứng ra khi VIN (t ) = 3[u (t + 2) − u (t − 2)] c. Vẽ dạng sóng vL(t) và vR(t) t0 d. Tìm điều kiện để VIN (t ) = K ∫ VIN (t )dt 0 e. Xác định giá trị R, L nếu thời gian lấy tích phân là 5ms 9. Cho mạch điện sau IOUT iIN R L GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 38
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 I OUT ( s ) a. Tìm hàm truyền G ( s) = , đây là mạch lọc gì I IN ( s ) b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 3r (t + 2) t0 c. Tìm điều kiện để VIN (t ) = K ∫ VIN (t )dt 0 d. Xác định giá trị R, L nếu thời gian lấy tích phân là 5ms 10. Cho mạch điện sau IOUT iIN C R I OUT ( s ) a. Tìm hàm truyền G ( s) = , đây là mạch lọc gì I IN ( s ) b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 3e − ( t − 2) u (t − 2) t0 c. Tìm điều kiện để VIN (t ) = K ∫ VIN (t )dt 0 d. Xác định giá trị R, C nếu thời gian lấy tích phân là 3ms 11. Cho mạch điện sau L VIN VOUT C VOUT ( s ) a. Tìm hàm truyền G ( s) = , đây là mạch lọc gì V IN ( s ) b. Tìm đáp ứng ra khi I IN (t ) = 3(1 − e − (t + 2) )u (t + 2) GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 39