Giáo trình kỹ thuật xung- số phần 2

Chia sẻ: Nguyễn Thị Hồng Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

102
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

2.2. Đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toán Với mạch khuếch đại thuật toán trên, mạch được cấp nguồn nuôi là ± ECC, khi đó tín hiệu lối ra là ± Ura max R C R D Ui C R2 C2 R1 A) Ui C2 R1 D E0 B) U0 U0

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình kỹ thuật xung- số phần 2

2.2. Đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toán Với mạch khuếch đại thuật toán trên, mạch được cấp nguồn nuôi là ± ECC, khi đó tín hiệu lối ra là ± Ura max R C R U0 D U0 C R2 Ui C2 Ui C2 D R1 R1 B) A) E0 Hình 3. 8: Mạch nguyên lý đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toánv lối vào – và + Với sơ đồ hình A. tại thời điểm ban đầu t β Ura max khi đó lối ra lật trạng thái cân bằng không bền U0 = Ura max (do UP > U N). Khi đó điện áp trên cực P là Up = β U0 = β Ura max , lúc náy tụ C được nạp điện từ lối ra qua RC xuống đất. 33
Uvào tx t0 t2 t Uvào U B1 t t UN ßUra max U B2 + 0 .6 V t0 t1 t2 t t -ßUra max -E tx Tra U0 Ura max Ura tx t2 t1 t -Ura max t t0 t1 t2 Hình 3.9: Giản đồ xung tín hiệu lối ra mạch đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toán Tụ được nạp điện, khi đó điện áp trên tụ C tăng dần cho đến khi tại thời điểm t = t2 điện áp trên tụ là UC = UN >=UP tại thì điện áp lối ra lật trạng thái U0 = -Ura max, khi đó tụ C được phóng điện từ C qua R xuống –Ura max, tụ phóng điện cho tới khi điện áp trên tụ ≈ 0V thì dừng lại (0.3V gecmani, 0.6V silic) do Diode D thực hiện ghim điện áp ở cực N không âm quá do tụ C phóng điện. Khi này mạch sẽ trở về trạng thái cân bằng bền. Độ rộng xung tx = t2 – t1 liên quan đến quá trình phóng nạp điện cho tụ C từ mức 0V tới β Ura max . Điện áp trên tụ C là UC = Umax(1-exp(-t/RC)) Thay giá trị UC(t1) = 0 và UC(t2) = β Ura max thay vào phương trình trên ta được 1 R tx = t2 – t1 =RC ln(1 − ) = RC ln(1 + ) 1 β R2 3. Các mạch không đồng bộ hai trạng thái không ổn định 3.1. Đa hài tự dao động dùng tranzitor Sơ đồ mạch điện như sau: 34
E cc R2 Rc 2 R1 R c1 - + + - u ra2 u ra1 C2 C1 T1 u b1 u b2 T2 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý độ đa hài tự dao động dùng transistor Nguyên lý hoạt động: Thông thường mạch đa hài tự dao động là mạch đối xứng nên hai transistor có cùng tên, các linh kiện điện trở và tụ điện có cùng một trị số. Tuy là mạch có các transistor cùng tên và các linh kiện có cùng một chỉ số nhưng các chỉ số đó không thể giống nhau hoàn toàn do mỗi trở và tụ lại có các sai số khác nhau dẫn tới việc hai transistor trong mạch dẫn điện không bằng nhau. Khi cấp nguồn điện sẽ có một transistor dẫn điện mạch hơn và một transistor dẫn điẹn yếu hơn. Nhờ tác dụng của mạch hồi tiếp dương C2B1 và C1B2 sẽ làm cho transistor dẫn mạnh hơn tiến dần đến bão hòa, transistor dẫn điện yếu hơn tiến dần đến cấm hoàn toàn Giả sử ban đầu transistor T1 đẫn điện mạnh hơn, khi đó tụ C1 được nạp điện từ RC2 qua C1 làm dòng IB1 tăng cao dẫn đến T1 tiến dần đến bão hòa. Khi T1bão hòa, dòng IC1 tăng cao và UC1 = UCE1 sat ≈ 0.2V, Tụ C2 phóng điện từ +C2 qua T1 và R1 về -C2, điện áp âm trên tụ C2 được đưa vào cực bazơ của transistor T2 làm cho T2 cấm hoàn toàn. Thời gian cấm của tụ C2 chính là thời gian phóng điện tụ C2 được đưa tới R1, sau khi tụ xả hết điện thì cực bazơ của T2 được phân cực nhờ điện trở R1 làm cho T2 dẫn bão hòa khi đó UC2 = UCE2 sat ≈ 0.2V. Do đó dẫn tới tụ C1 phóng điện, tụ phóng điện từ +C1 qua T2 và R1 về -C1 đưa và cực bazơ của T1 làm cho T1 cấm, khi đó tụ C2 được nạp điện từ +Ecc qua RC1 , +C2 qua bazơ T2 xuống đất làm cho dòng IB2 tăng lên cao và T2 bão hòa nhanh. Thời gian cấm của tụ C1 chính là thời gian phóng điện tụ C1 được đưa tới R2, sau khi tụ xả hết điện thì cực bazơ của T1 được phân cực nhờ điện trở R2 làm cho T2 dẫn bão hòa như trạng thái giả thiết ban đầu, hiện tượng này được lặp đi lặp lại tuần hoàn tự dao động. Dạng tín hiệu ra ở các chân như sau: 35
Hình 3.11: Dạng xung ở các lối ra Xét cực B1 khi T1 bão hòa: UB1 ub1 = 0.6V. Khi T1 cấm C1 phóng 0.8V điện làm cực B1 có điện áp âm t C1 phãng ® n iÖ -Ecc (khoảng – Ecc) và điện áp âm t1 ura1 này tăng dần theo hàm mũ. Ecc Lối ra khi T1 bão hòa Ura1 = t 0.2V, T1 cấm Ura1 ≈ +Ecc, ub2 dạng tín hiệu lối ra trên 0.8V colector của T1 là xung xuông. t C2 phãng ® n iÖ -Ecc Tương tự T2 ta có Lối ra khi T2 ura1 bão hòa Ura2 = 0.2V, T2 cấm Ecc Ura2 ≈ +Ecc, dạng tín hiệu lối t tara trên colector của T2 là xung xuông. Dạng xung của 2 lối ra là cùng dạng xung nhưng ngược pha nhau . Chu kỳ xung lối ra là T = t1 + t2 Trong đó t1 là thời gian tụ C1 phóng điện qua R2 từ điện áp –Ecc lên 0V. Vì tụ C1 phóng điện từ -Ecc lên nguồn +Ecc nên điện áp tức thời của tụ là (lấy mức –Ecc làm gốc) ta có t1 − Uc1(t ) = 2 Ecc.e R2C1 Thời gian t1 để tụ C1 phóng điện từ -Ecc lên 0V là t1 t1 − => e R C = 2 Ecc = 2 Ecc.e R2C1 21 t1 = ln 2 => t1 = ln2*R2C1 = 0.69*R2C1 => R2C1 Tương tự thời gian t2 để tụ C2 phóng điện từ -Ecc lên 0V là t1 = ln2*R1C2 = 0.69*R1C2 Chu kỳ dao động của mạch là T = t1 + t2 = 0.69( R2C1 + R1C2) Trong trường hợp mạch đa hài tự dao động có các phần tử đối xứng là 36
R1 = R2 = R; C1 = C2 = C khi đó chu kỳ dao động của mạch là T = 2*0.69*RC ≈ 1.4RC Tần số dao động của mạch là: 1 1 f= = T 0.69( R 2 C1 + R1C2 ) Trong trường hợp mạch đa hài tự dao động đối xứng thì ta có 1 1 f= = T 1.4 RC Ví dụ: Thiết kế mạch đa hài tự dao động với các thông số kỹ thuật như sau: Ecc = 12V, dòng điện tải ở cực (dòng bão hòa của transistor) là 10mA, transistor có hệ số khuếch đại β =100 lần, tần số dao động của mạch là 1KHz, tìm các thông số của mạch. Giả sử UBE sat = 0.6V, UCE sat = 0.2V. 3.2. Đa hài tự dao động dùng khuếch đại thuật toán Sơ đồ mạch như sau: Hình 3.12: Sơ đồ mạch đa hài tự dao động dùng khuếch đại thuật toán Nguyên lý hoạt động R Giả sử trạng thái lối ra ban đầu là ura = u ra max khi C N ura max đó điện áp trên cực P là u P = R1 tụ điện C u R1 + R2 ra sẽ được nạp điện từ u ra max qua R, C xuống đất, P điện áp trên tụ C tăng dần, khi điện áp trên tụ C R2 R1 tăng đến mức uC = uN > uP khi đó lối ra bộ khuếch đại thuật toán sẽ bị lật trạng thái từ ura = u ra max sang ura = -u ra max = u ra min , điện áp trên cực P là ura max uP = − R1 khi đó tụ C lại phóng điện từ C qua R đến -u ra max Tụ phóng điện và R1 + R2 điện áp trên tụ giảm dần, khi điện áp trên tụ uC = uN < uP khi đó lối ra của bộ khuếch đại thuật toán sẽ lật trạng thái từ ura = -u ra max sang ura = u ra max trở về trạng thái ban đầu và tự tiếp tục mạch sẽ tự dao động. 37
Dạng xung ra như sau: UN Ura max Ung¾ t Hình 3.13: Dạng tín hiệu ra mạch đa hài tự dao động dùng khuếch đại U® ãng thuật toán -Ura max UP Chọn Ura max = Ura min = Umax khi đó Ung¾ t ßUra max Uđóng = -βUmax ; Ungắt = βUmax t2 t1 t3 t -ßUra max U® R1 ãng với β = là hệ số hồi tiếp R1 + R2 dương của mạch dao động. Ura Ura max Điện áp UN = UC là điện áp biến thiên t2 0 t1 t3 t theo thời gian khi tụ phóng và nạp -Ura max t điện từ Umax hoặc -Umax qua điện trở Tra R, các khoảng thời gian 0 ÷ t1, t1 ÷ t2, ...phương trình điện áp trên tụ điện là U −U N U −U N dU N = ± max {do UN = icdt/C => ic = C.UN/dt và iR = ± max } dt RC R Với điều kiện ban đầu UN (t = 0) = Uđóng = -βUmax , Khi đó phương trình trên có nghiệm là: t UN(t) = Umax[1 – (1 + β exp(- )] RC UN sẽ đạt tới ngưỡng lật của trigơ smit sau một khoảng thời gian: 1 + β  2 R1 τ = RC ln   = RC ln(1 + R ) (1) 1 − β  2 Khi đó chu kỳ (T) của dao động được xác định bởi 2 R1 T = 2τ = 2 RC ln(1 + ) (2) R2 Nếu chọn R1 = R2 ta có T ≈ 2.2RC Tức là chu kỳ dao động chỉ phụ thuộc vào các thông số của mạch ngoài R 1, R2 (mạch hồi tiếp dương) và R, C (mạch hồi tiếp âm) Công thức (1), (2) các xxịnh các tham số cơ bản của mạch về chu kỳ dao động của mạch và hằng số thời gian τ . 38
Nếu mạch phức tạp cần có độ ổn định cao và khả năng điều chỉnh tần số ra người ta sử dụng các mạch phức tạp hơn: Ví dụ như khi cần có dạng xung lối ra không đối R” D2 xứng, sơ đồ dưới đây tạo ra được mạch phóng nạp không đối xứng giữa R’ và R” với R’ ≠ R” R’ D1 Với hằng số thời gian là: C N 2 R1 2R τ 1 = R ' C ln(1 + ) và τ 2 = R " C ln(1 + 1 ) u R2 R2 ra P 2 R1 Do đó T = τ 1 + τ 2 = C ( R '+ R ") ln(1 + ) R2 R2 R1 Khi đó bằng cách thay đổi R’ và R” thích hợp ta thu được tín hiệu lối ra có độ rộng xung phù hợp so với tín hiệu chúng ta mong muốn. Nếu muốn xung ra có chu kỳ không đổi thi ta thay đổi các hệ số R’ và R” tỷ lệ với nhau, tức là khi ta thay đổi tăng R’ lên một lượng là K thì tương ứng ta giảm R” cũng một lượng là K do đó R’ + R” sẽ không đổi Ura Uc( t) UN Umax t τ1 τ2 4. Dao động Blocking Blocking là một bộ khuếch đại đơn hay đẩy kéo, có hồi tiếp dương mạnh qua một biến áp xung, nhờ đó tạo ra các xung có độ rộng hẹp (cỡ 10-3 – 10-6s) và biên độ lớn. 39
- Ecc D1 D2 + + UB Rt ωB ωt - - ωk RB R1 -C Tr + R T Cg Blocking thường được dùng để tạo ra các xung điều khiển trong các hệ thống số, blocking có thể làm việc ở các chế độ khác nhau: chế độ tự dao động, chế độ đợim chế độ đồng bộ hay chế độ chia tần Nguyên lý làm việc bộ Blocking tự dao đồng gồm có một transistor mắc emiter chung với biến áp xung Tr có 3 cuộn dây là ωk (sơ cấp) và ωt và ωB (thứ cấp) Quá trình hồi tiếp dương thực hiện từ ωk qua ωB nhờ cực tính ngược nhau của chúng. Tụ C và điện trở R để hạn chế dòng điện qua cực Bazơ. Điện trở R tạo dòng phóng điện cho tụ C (lúc T khóa). Diode D1 để loại bỏ xung cực tính âm trên trở tải Rt sinh ra khi transistor chuyển chế độlàm việc từ mở sang khóa. Mạch R1 và D2 bảo vệ transistor khỏi bị quá áp. Các hệ số biến áp xung là nB và nt được xác định bởi công thức sau: ωk ωk nB = và nt = ωB ωt - Quá trình dao động xung liên quan tới thời gian mở và được duy trì ở trạng thái bão hòa của transistor (nhờ mạch hồi tiếp dương R, C). Kết thúc việc tạo xung là lúc transistor kết thúc trạng thái bão hòa và chuyển đột biến về trạng thái khóa nhờ mạch hồi tiếp dương. + Trong khoảng thời gian 0 < t < t1, Transistor cấm do điện áp nạp trên tụ C: Uc > 0; Tụ C phóng điện qua mạch ωB  C  R  RB  -Ecc, đến lúc t1 thì Uc = 0V + Trong khoảng t1 < t < t2 khi Uc chuyển qua trạng thái giá trị 0 khi đó xuất hiện quá trình đột biến Blocking thuận nhờ hồi tiếp dương qua ωB , làm cho transistor mở trạng thái bõa hòa 40
+ Trong khoảng t2 < t < t3, transistor T ở trạng thái bão hòa sâu, điện áp trên cuộn sơ cấp ωk gần bằng trị số Ecc đó là giai đoạn đỉnh của xung, khi đó có sự tích lũy năng lượng từ trong các cuộn dây của biến áp, tương ứng điện áp hồi tiếp qua ωB là Ecc Ecc U ωB = U ωt = Và điện áp trên cuộn tải là nB nt Khi đó tốc độ thay đổi của dòng colector của transistor T giảm nhỏ do đó sức điện động cảm ứng trên ωk , ωB giảm làm dòng cực bazơ iB giảm theo, do đó làm giảm mức bão hòa của transistor, đồng thời tụ C được iB nạp qua T, R, C, ωB và đất khi đó iB giảm tới trị số giới hạn iB = iBbh = iCbh/ β do đó xuất hiện quá trình hồi tiếp dương theo hướng ngược lại (quá trình blocking ngược). Transistor T thoát khỏi trạng thái bão hòa và iC, iB, ... đưa transistor T về trạng thái cấm dòng iC = 0. Tuy nhiên do quán tính của cuộn dây trên cực colector của transistor T xuất hiện một sức điện động tự cảm chống lại sự giảm đột ngột của dòng điện, dođó hình thành một mức điện áp âm có biên độ lớn (xấp xỉ -Ecc) đó chính là quá trình tiêu tán năng lượng từ trường đã tích lũy từ trước. Nhờ có dòng điện thuận từ D2, R1, lúc này cuộn ωt có cảm ứng điện áp âm làm diode D1 cấm, do đó mạch ωt , D1, Rt không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch. Tụ C phóng điện và duy trì transistor T khóa có tới khi Uc = 0V sẽ lặp lại nhịp làm việc mới. 41
uC t1 t2 t3 t4 t5 t6 0 t Độ rộng xung Blocking tính được là: β .Rt Ecc - Tx = t3 – t1 = (R +rv).C.ln( ) nB ( Rt + rv ) (1) uB Trong đó rv là điện trở của transistor lúc 0 t Ecc mở nB ut Rt = nt2Rt là trở tải phản ảnh về mạch Ecc cực colectơ (mạch sơ cấp) nt β là hệ số khuếch đại dòng tĩnh T. 0 t uc C phãng C n¹ p Thời gian hồi phục t4 ÷ t6 do thời gian phóng điện của tụ quyết định và được 0 t iB iBbh xác định bởi: iM thph = t6 – t4 = C.RB.ln(1 +1/nB) (2) 0 t Nếu bỏ qua các thời gian tạo sườn trước và sườn sau của xung thì chu kỳ xung Tx ≈ tx + thph (3) và tần số của dãy xung là: 1 f= t x + thph 42
5. Mạch tạo xung tam giác 5.1. Vấn đề chung Xung tam giác được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điện tử, thông tin, đo lường hay tự động điều khiển làm tín hiệu chuẩn hai biên độ và thời gian có vai trò không thể thiếu được hầu như trong mọi hệ thống hiện đại u U max K U0 tq t ng 0 T t Hình trên đưa ra dạng xung tam giác lý tưởng với các tham số chủ yếu như sau: - Biên độ cực đại Umax - Mức một chiếu ban đầu u(t = 0) = U0 - Chu kỳ lặp lại T với xung tuần hoàn. Thời gian quét thuận tq, thời gian quét ngược tng. Thông thường tng >> tq. du Tốc độ quét thuận là K = , hay độ nghiêng của đường quét. dt Để đánh giá chất lượng u thực tế s với lý tưởng có hệ số không đường thẳng ε được định nghĩa là: du du (t ≈ 0) − (t = tq ) u '(0) − u '(t ) ε = dt dt q = du u '(0) (t ≈ 0) dt Ngoài ta còn có một số tham số khác như: U max U max Tốc độ quét trung bình: KTB = t , và hiệu suất năng lượng η = E q nguon η Từ đó ta có hệ số phẩm chất của u là Q = . ε 43
Nguyên lý tạo xung tam giác dựa trên việc sử dụng quá trình nạp hay phóng điện của tụ điện qua một mạch nào đó, khi đó quan hệ dòng điện và điện áp trên tụ biến đổi theo thời gian là: duc (t ) 1 hay uc (t ) = ∫ ic (t )dt ic(t) = C dt C trong điều kiện C là một hằng số, muốn quan hệ uc(t) tuyến tính cần thỏa mãn điều kiện ic(t) là một hằng số, hay sự phụ thuộc của điện áp theo thời gian càng tuyến tính thì dòng điện phóng hay nạp cho tụ càng ổn định - Có 2 dạng điện áp cơ bản là: thời gian quét thuận t q, u tăng tuyến tính dạng đường thẳng nhờ quá trình nạp cho tụ từ nguồn một chiều nào đó và trong thời gian quét ngược tng, u giảm đường thẳng nhờ quá trình phóng điện của tụ qua một mạch tải. Với mỗi dạng trên có các yêu cầu khác nhau để đảm bảo tng >> tq, với dạng tăng đường thẳng cần nạp chậm phóng nhanh, hoặc dạng giảm đường thẳng cần nạp nhanh phóng chậm. - Việc điều khiển tức thời các mạch phóng nạp cho tụ thường sử dụng các khóa điện tử transistor hay IC đóng mở theo nhịp điều khiển từ ngoài. Trên thực tế để ổn định cho dòng nạp nay phóng điện cho tụ cần có một khối tạo nguồn dòng để nâng cao chất lượng xung tam giác. Về nguyên lý có 3 phương pháp cơ bản để tạo xung tam giác lối ra như sau: • Dùng mạch tích phân đơn giản Gồm một mạch RC đơn giản để nạp điện cho Rn K tụ từ nguồn E. Quá trình phóng, nạp được một khóa điện tử K điều khiển. Khi đó Umax > Rphóng.C • Dùng một phần tử ổn định dòng Rn K Kiểu thong số có điện trở phụ thuộc vào điện áp đặt vào trên nó Rn = f(URn) làm điện trở nạp iphg + in E - Rt cho tụ C. Để giữa dòng nạp không đổi thỉ điện C trở giảm khi điện áp trên nó giảm khi đó 44
U max ε= với Etd = inạpRi. E td Ri là điện trở trong của nguồn dòng nên khá lớn vậy E td lớn và cho phép nâng cao Umax với một mức méo phi tuyến cho trước. • Thay thế nguồn E cố định ở đầu vào bằng một nguồn biến đổi e(t) = E + K(UC – U0) R Hay e(t) = E + KΔUC + in E - de(t ) + Với K là một hằng số tỷ lệ bé nhơn 1. K = K1 K UC dU C - C Nguồn bổ xung KΔUC bùu lại mức giảm của dòng nạo nhờ một mạch khuếch đại có hồi tiếp thay đổi theo điện áp trên tụ U C. Khi đó mức méo phi tuyến được xác định bởi: U max ε= (1 − K ) E Giá trị này thực tế nhỏ vì K ≈ 1, nên (1 – K) rất bé nên có thể lựa chọn được U max lớn xấp xỉ E làm tăng hiệu suất của mạch mà ε vẫn nhỏ. 5.2. Mạch ổn dòng cơ bản Với sơ đồ trên, Transistor (silic) được phân áp ổn định bở Vcc IC RB Rtai Diode zener Dz, khi đó ta có VB = VZ = hằng số Do đó ta có VE = VZ – VBE = VZ – 0.6V = hằng số Vz Khi đó dòng qua RE sẽ cố dịnh với dòng: Dz RE VE , và dòng điện đi qua trở tải xấp xỉ dòng IE, IE ≈ IC IE = RE Khi muốn thay đổi dòng qua trở tải Rtai ta chỉ cần thay đổi giá trị RE. Ngoài ra người ta có thể sử dụng mạch phân áp làm nguồn dòng như sau: 45
Vcc V cc IC R1 IE Rtai RE Dz P Vz RE RB R2 R tai 5.3. Mạch tạo xung tam giác dùng transistor. Hình dưới đây đưa ra các sơ đồ tạo xung tam giác dùng transistor đơn giản. a. Với hình a. +E Ban đầu khi UV = 0, transistor T mở bão R RB hòa nhờ được phân áp bởi điện trở RB từ cực Bazơ lên nguồn +E. Khi đó điện áp ura lối ra Ura = UC = UCEbh ≈ 0V. Uvào C uB Cg Khi có xung vuông lối vào với cực tính T âm qua mạch C1RB tạo thành mạch vi A) phân âm khi đó đưa điện áp xung vi phân âm trên tụ C tới cực Bazơ của transistor T làm transistor T cấm, làm cho tụ C được nạp điện. Tụ C được nạp điện từ nguồn +E qua R làm cho điện áp trên tụ tăng dần: t U C (t ) = E (1 − exp(- ) khi đó điện áp ra là Ura(t) = UC(t) gần đúng bậc nhất với dạng RC đường thẳng theo t. Hệ số phi tuyến là: i0 − i (tq ) Um ε= = (1) i0 E E −Um E Với i0 = và iq (t ) = là dòng nạp lúc đầu và cuối cho tụ C. R E Khi hết xung điều khiển tức xung vi phân dương hoặc không có xung lối vào điều khiển làm transistor T ở trạng thái cấm. Tụ C phóng điện nhanh ra colector và emitor của transistor T (vì RCE
b. Với hình b. Transistor T2 mắc kiểu bazơ chung có +E tác dụng như một nguồn ổn dòng (có RE R2 bù nhiệt nhờ dòng ngược qua diode RB zenor) cung cấp dòng IE2 ổn định nạp T2 D cho tụ trong thời gian có xung vuông Ura cực tính âm điều khiển làm transistor Uvào C T1 khóa, với điều kiện gần dùng dòng Cg uB T1 colector transistor T2 không đổi thì ta có B) tq I C2 ∫ IC2 dt = U C (t ) = t là quan hệ bậc 1 C C 0 nhất theo thời gian t. Sơ đồ mạch trên cho phép tận dụng toàn bộ nguồn E tạo xung tam giác với biên độ nhận được là UC ≈ E. Khi có tải Rt mắc song song trực tiếp với tụ C thì có hiện tượng phân dòng qua Rt và khi đó UC sẽ giảm và do đó sai số ε tăng. Để có thể sử dụng tốt cần nang cao giá trị trở Rt hay là giảm ảnh hưởng của Rt đối với lối ra của sơ đồ. c. Với hình c. Transistor T1 là phần tử khóa thường mở nhờ điện trở RB và transistor T1 chỉ cấm khi có xung vuông cực tính dương điều khiển ở lối vào. Transistor T2 là phần tử khuếch đại đệm chế độ đóng mở (K < 1). Ban đầu UV = 0 transistor -E D T1 mở bão hòa nhờ điện trở -+ N -+ RB C0 RB phân cực cho transistor. R2 Ura Diode D thông qua R có M dòng I0 ≈ E/(R + RD) khi đó T2 điện áp trên tụ C là UC = Uvào C - UCEbh≈0 qua transistor T2 ta Cg T1 RE + thu được tín hiệu lối ra là C) Ura ≈ 0. Tụ C0 được nạp điện từ đất qua RE qua C và diode D kshi đó điện áp trên tụ là UN – UE2 ≈ E với cực tính âm. 47
Trong thời gian có xung lối vào transistor T1 bị cấm, tụ C được nạp điện qua R và D làm điện thế tại trên cực Bazơ của transistor T2 (điểm m) âm dần do đó làm cho T2 mở lớn dần đạt mức gần giá trị bão hòa. Gia số ΔUC qua transistor T2 và qua tụ C0 có điện dung lớn gần như đưa toàn bộ về điểm N bù thêm với giá trị sẵn có tại N (đang giảm theo quy luật dòng nạp) giữ ổn định dòng trên điện trở R nạp cho tụ C. Chú ý: với dòng hồi tiếp từ lối ra qua C0 về có trị số bằng E/R thì khi đó không còn dòng qua diode D dẫn tới trạng thái cân bằng động. Nguồn E dường như cắt khỏi mạch và C được nạp nhờ điện thế E được nạp trước trên tụ C0 48
5.4. Mạch tạo xung tam giác dùng vi mạch khuếch đại thuật toán. a. Sơ đồ 1: (cấp nguồn ±Ecc cho vi mạch) Xây dựng trên cơ sở khếch đại lối vào đảo trong đó R C - thành phần hồi tiếp là tụ C. Điện áp lối ra được cho Uvao Ura + bởi phương trình sau: QC (t ) 1 t = [ ∫ iC (t )dt + Q0 ] (1) U ra (t ) = C C0 Uvao Với Q0 là điện tích trên tụ tại thời điểm t = 0. t U vao (t ) Với iC(t) = − do đó ta có Ura R điện áp lối ra (Ura) là t t 1 RC ∫ U ra (t ) = − U vao (t )dt + U ra 0 (2) 0 Thành phần Ura0 xác định từ điều kiện ban đầu của tích phân: Ura0 = Ura(t=0) = Q0/C (3) Nếu lối vào Uvao là một xung vuông có giá trị điện áp không đổi trong khoảng 0 ÷ t thì Ura(t) là biến thiên điện áp dạng đường thẳng. 1 U ra = (− U vao )t + U ra 0 (4) RC Độ chính xác của phương trình trên phụ thuộc vào giả thiết U0 ≈ 0 hay dòng điện đầu vào IC gần bằng 0. Với các vi mạch chất lượng cao đảm bảo điều kiện dòng lối vào IC khá tốt: Ivào IC = 0. b. Sơ đồ 2: - Khi có xung điều khiển cực tính dương lối vào làm transistor T mở bảo hòa, khi đó làm tụ phóng điện qua RCE của transistor xuống đất trong khoảng thời gian t0 (t0 < tng) với tng = tx vào do khi đó transistor T thông bão hòa. 49
- trong khoảng thời gian tq (tức tng vào) không có xung điều khiển dương lối vào khi đó transistor T ở trạng thái cấm IC khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ tuyến tính nếu U0 = 0V thì R2 R1 - UP = UN = UC (5) + E0 N P Ura + Xác định quy luật biến đổi hàm UC(t), từ đó đưa +E R3 R4 ra điều kiện để lối ra biến đổi tuyến tính. C Uvao RB T Phương trình dòng điện tại điểm N với mạch hồi tiếp âm là: E 0 −U N U N − U ra R1 + R2 R = => U ra = U C − E0 2 (6) R1 R2 R1 R1 Phương trình dòng điện tại điểm P với mạch hồi tiếp dương là: E 0 −U C dU C U C − U ra =C + (7) R3 dt R4 Từ phương trình (6), (7) ta có UC(t) là: dU C U C  1  1 E  R2 R2  =   + R − R R  C  R − E0 R R (8)  dt C 3  3  14 14 1  R Khi đó tính chất biến đổi của UC phụ thuộc vào hệ số   −2    R3 R1 R4  R1 R4 - Nếu R3 > đường UC(t) có dạng đường cong lồi R2 R1 R4 - Nếu R3 < đường UC(t) có dạng đường cong lõm R2 R2 R4 = thì khi đó UC(t) phụ thuộc bậc nhất vào t. - Khi R1 R3 1 E R2    R − E0 R R  t Khi đó ta có U C (t ) = (9)  C 3 1 4 50
- Nếu chọn R1 = R3, R2 = R4 khi Uvao đó ta có: t 1 ( E − E0 ) t U C (t ) = UC (10) CR 3 Từ biểu thức (10) ta có t Ura - Nếu E > E0 ta có điện áp Ura max lối ra tăng theo đường thẳng - Nếu E < E0 ta có điện áp t lối ra giảm theo đường thẳng Ura min - Nếu chọn E0 = 0 ta nhận được xung tam giác có cực tính dương. Nếu chọn E0 là một nguồn điều chỉnh được thì Ura có dạng hai cực tính với biên độ gần bằng 2Ecc. Thực tế thường chọn E = Ecc và E0 lấy từ Ecc qua mạch phân áp. Biên độ cực đại trên tụ được xác định bởi 1 ( E − E0 )t q U C max = CR 3 c. Tạo xung vuông và tam giác R2 R1 R C + - U ra 2 - U ra 1 + \Người ta có thể tạo đồng thời một xung vuông và một xung tam giác nhờ ghép nối tiếp một bộ tích phân sau một trigơ smit. Bộ tích phân IC2 lấy tích phân điện áp ổn định trên lối ra 1 (Ura1) trên trigơ smit. Khi Ura2 đạt ngưỡng lật của trigơ thì điện áp ra của nó đổi dấu đột biến do đó Ura2 đổi ngưỡng quét ngược lại. quá trình thực hiện tiếp diễn cho tới khi đạt ngưỡng lật thứ 2 của trigơ smit và sơ đồ quay trở về trạng thái dao động tạo xung ban đầu. 51
Tần số dao động của mạch phụ thuộc vào R và C. Giá trị ngưỡng điện áp lật trạng thái của trigơ smit được xác định bởi: R1 U ra1 max Ura2 = (11) R2 Ura1 max là điện áp ra cực đại của IC1. Chu kỳ dao động của mạch là R1 T = 4 RC (12) R2 52