Đề tài Thiết kế mạch điện tử tương tự tạo đồng thời xung vuông và tam giác

a 900 thì tín hiệu lối ra là b. Mạch vi phân dùng RL Mạch vi phân dùng RL Tín hiệu lối vào là tín hiệu xoay chiều có tần số góc là Tổng trở của mạch là trong đó là trở kháng của cuộn cảm Dòng điện trong mạch là i = , và điện áp lối ra trên cuộn cảm là =, coi rất nhỏ so với 1 khi đó Tính toán ta được điện áp lối ra tỷ lệ vi phân với điện áp lối vào ui(t) . Trong đó k hệ số tỷ lệ k = Dạng tín hiệu ra như hình trên 2.1.2. Mạch khuếch đại thuật toán vi phân Mạch vi phần dùng khuếch đại thuật toán Sơ đồ mạch khuếch đại vi phần dùng khuếch đại thuật toán với lối vào đảo, mạch phân áp vi phân là điện trở R2 và tụ C. Điện trở R1 làm ổn định tổng trở của lối vào (là điện trở ghép tránh cho nguồn xoay chiều lối vào nối đất vì ở đây lối vào – của bộ khuếch đại thuật toán được coi là đất ảo). Điện trở R3 có tác dụng bù nhiệt làm ổn định mạch khuếch đại, thường chọn R2 = R3 Lối vào được đưa tới tụ C tới lối vào đảo của khuếch đại thuật toán, điện trở R2 lấy tín hiệu hồi tiếp từ lối ra tới lối vào đảo của khuếch đại thuật toán. Dòng điện lối vào đảo của khuếch đại thuật toán là Iin = C Dòng điện hồi tiếp từ lối ra tới lối vào là IR2 = Do tính chất của bộ khuếch đại thuật toán điện trở lối vào vô cùng lớn, điện trở lối ra vô cùng nhỏ nên ta coi dòng lối vào đảo của khuếch đại thuật toán xấp xỉ 0 Áp dụng tính chất dòng điện nút ta có . Từ đó ta có Iin = IR2 hay 2.2. Mạch tích phân 2.2.1. Định nghĩa và khái niệm Mạch tích phân là mạch mà điện áp ra u0(t) tỷ lệ với tích phân của điện áp vào ui(t) trong đó k là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào mạch a. Mạch tích phân dùng RC Mạch RC lối ra trên C Tín hiệu lối vào là vi(t) tuần hoàn với chu kỳ T, tần số góc là , tín hiệu lối ra là v0(t) Trở kháng của mạch là Khi đó đặt là tần số cắt của mạch Dòng điện trong mạch là Điện áp lối ra trên tụ là Điện áp lối ra thay đổi khoảng thời gian là Khi tần số lối vào fi >> fC hay fi >> là hằng số thời gian của mạch khi đó trong đó Ti là chu kỳ tín hiệu lối vào Với điều kiện như trên thì tổng trở của mạch khi đó tín hiệu lối ra của mạch là với k = Khi tín hiệu lối vào là xung sin thì tín hiệu lối ra cũng là xung sin và bị trễ pha đi 900. Khi tín hiệu lối vào là xung vuông thì tín hiệu lối ra là xung tích phân của tín hiệu lối vào tương ứng với dạng xung phóng nạp cho tụ Dạng tín hiệu vào và ra của mạch tích phân Trường hợp 1: khi khi đó thời gian phóng nạp cho tụ C là rất nhanh coi như tức thì dẫn tới tín hiệu lối ra như hình B Trường hợp 2: khi khi đó tụ C nạp và phóng điện theo hàm exp với biên độ đỉnh thấp hơn mức bão hòa tín hiệu lối ra như hình C Trường hợp 2: khi khi đó tụ C nạp và phóng điện rất chậm điện áp lối ra thấp theo hàm exp khi đó điện áp tăng dần theo hàm mũ, do thời gian phóng nạp rất chậm nên hàm exp gần như dạng tuyến tính do đó tín hiệu lối ra như hình D Do đó với mạch tích phân dùng RC khi chọn các giá trị RC phù hợp ta sẽ được các dạng xung lối ra khác nhau khi dạng xung lối vào là xung vuông Trường hợp khi xung vuông lối vào có độ rộng khác nhau thì khi tín hiệu lối ra trên tụ thực hiện với thời gian nạp lớn hơn thời gian phóng và ngược gại gây ra hiện tượng điện áp rơi trên tụ tăng hoặc giảm dần Dạng tín hiệu vào và ra của xung xuông có độ rộng xung khác nhau. b. Mạch tích phân dùng RL Mạch tích phân dùng RL Đáp ứng tần số như mạch lọc RC. Tần số cắt của mạch lọc là Điện áp lối ra của mạch lọc thông thấp là 2.2.2. mạch tạo điện áp biến đổi đường thẳng Mạch tích phân dùng khuếch đại thuật toán điện áp ra biến đổi đường thẳng Mạch tích phân dùng khuếch đại thuật toán với phần tử R1 và C, hằng số thời gian của mach là . Ở đây điện trở R2 bù nhiệt cho mạch làm ổ định mạch khuếch đại, thường R1 = R2 Dòng điện lối vào là Dòng điện trên tụ C là Với khuếch đại thuật toán ta có hay Iin - Ic = 0 => Iin = IC Do đó ta có ở đây k = vì mạch tích phân dùng khuếch đại thuật toán với lối vào đảo do đó tín hiệu lối ra sẽ ngược pha so với tín hiệu lối vào Nếu tín hiệu lối vào là xung vuông thì tín hiệu lối ra là xung tam giác như dạng tín hiệu ở hình trên. 3. CÁC MẠCH DAO ĐỘNG XUNG 3.1. Các mạch không đồng bộ hai trạng thái ổn định Các mạch có hai trạng thái ổn định ở đầu ra được đặc trưng bởi hai trạng thái ổn định bền theo thời gian và việc chuyển nó từ trạng thái này sang trạng thái khác chỉ xảy ra khi đặt tới lối vào một xung điện áp có biên độ và cực tính phù hợp, đó là phần tử cơ bản cấu tạo lên bộ nhớ với các số nhị phân 0 hoặc 1 Trigơ đối xứng (RS) dùng tranzitor Trigơ RS dùng tranzitor Nguyên lý hoạt động: Trigơ RS chỉ có 2 trạng thái ổn định bền là T1 mở bão hòa và T2 đóng tương ứng với lối ra của mạch Q = 1 và , hoặc T2 mở bão hòa và T1 đóng tương ứng với lối ra của mạch Q = 0 và Các trạng thái còn lại là không xảy ra khi T1 và T2 cùng đóng hoặc mở bão hòa. T1, T2 không thể cùng đóng do nguồn +Ecc khi đóng mạch sẽ cung cấp 1 điện ápdương nhất định đến bazơ của T1 và T2 (thông qua trở RC và R2 cho tranzitor T2, hoặc trở RC và R1 cho tranzitor T1) cùng mở. Do tính chất không đối xứng lý tưởng của mạch điện, chỉ cần 1 sự chênh lệch nhỏ về dòng điện trên cực bazơ của 2 tranzitor (IB1 IB2 dẫn đến IC1 IC2), ví dụ IB1 > IB2 dẫn đến dòng IC1 > IC2 (do IC = IB) khi đó sụt áp trên trở tải RC colector của T1 lớn hớn sụt áp trên trở tải RC colector của T2, qua đường hồi tiếp về từ colector T2 qua R1 tới Bazơ của T1 và từ colector T1 qua R2 tới Bazơ của T2 làm cho T1 càng mở và T2 càng đóng sau một khoảng thời gian t rất nhỏ nào đó sẽ dẫn tới T1 mở bão hòa và T2 khóa, khi đó mạch ở trạng thái ổn định bền và khi đó lối ra của mạch là Q = 1 và tương ứng điện áp ra ở colector của T2 ở mức cao và trên T1 ở mức thấp. Trường hợp ngược lại IB1 < IB2 tương tự như trên ta có T1 khóa và T2 thông bão hòa. Và lối ra tương ứng của mạch là Q = 0 và , tương ứng điện áp ra ở colector của T1 ở mức cao và trên T2 ở mức thấp. Từ phân tích ở trên trong trường hợp số hóa ta có bảng chân lý như sau Đầu vào Đầu ra Rn Sn Qn+1 0 0 Qn 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 Trạng thái cấm 3.2. Trigơ Smit dùng IC tuyến tính Trigor smit dùng IC tuyến tính tương tự như bộ so sánh (khuếch đại thuật toán) có hồi tiếp dương từ đầu ra tới 1 lối vào so sánh, còn lối vào còn lại được đưa tới lối vào so sánh thứ 2 a. Trigơ smit lối vào đảo Sơ đồ và giản đồ xung trigor smit dùng IC tuyến tính Khi Uvào có giá trị âm lớn tức u- > u+ khi đó lối ra ura = ura max, qua mạch hồi tiếp dương tới lối vào không đảo ta có điện áp trên lối vào dương là u+ = = uvào ngắt. Tăng dần điện áp uvào cho đến khi uvào < uvào ngắt thì khi đó điện áp lối ra không đổi. Khi tăng Uvào > u+ = uvào ngắt khi khi đó qua bộ so sánh với lối vào đảo lớn hơn lối vào thuận dẫn tới lối ra lật trạng thái từ Ura max xuống –ura max và qua mạch hồi tiếp dương điện áp trên lối vào thuận là u- = - = uvào đóng. Tăng tiếp điện áp lối vào khi đó điện áp lối ra sẽ không bị thay đổi ura = -ura max Khi giảm Uvào từ một giá trị dương lớn cho tới mức uvào >= uvào đóng khi đó mạch vẫn giữ nguyên trạng thái. Khi giản tín hiệu lối vào uvào < uvào đóng khí đó điện áp lối vào đảo nhỏ hơn điện áp lối vào thuận, tín hiệu lối ra sẽ chuyển trạng thái từ ura = ura max thành –ura max Để mạch ở trạng thái ổn định thì >=1 trong đó K là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán và giản đồ xung lối ra của trigơ smit dùng IC tuyến tính lối vào đảo b. Trigơ smit lối vào thuận Sơ đồ và giản đồ xung trigor smit dùng IC tuyến tính Khi Uvào có giá trị âm lớn tức u+ > u- khi đó lối ra ura = -ura max, qua mạch hồi tiếp dương tới lối vào không đảo ta có điện áp trên lối vào dương là . Để lối ra lật trạng thái thì up = 0 tức là khi đó tương ứng với lối vào khóa up = 0. từ đó ta có uvào khóa = Tăng dần điện áp uvào cho đến khi uvào < uvào ngắt thì khi đó điện áp lối ra không đổi. Khi tăng Uvào > uvào ngắt khi khi đó qua bộ so sánh với lối vào đảo lớn hơn lối vào thuận dẫn tới lối ra lật trạng thái từ -Ura max thành +ura max . Tăng tiếp điện áp lối vào khi đó điện áp lối ra sẽ không bị thay đổi ura = ura max Khi giảm Uvào từ một giá trị dương lớn cho tới mức uvào >= uvào đóng khi đó mạch vẫn giữ nguyên trạng thái. Khi giản tín hiệu lối vào uvào < uvào đóng khí đó điện áp lối vào đảo nhỏ hơn điện áp lối vào thuận, tín hiệu lối ra sẽ chuyển trạng thái từ ura = ura max thành –ura max giản đồ xung lối ra của trigơ smit dùng IC tuyến tính lối vào đảo 4. CÁC MẠCH KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH Đây là mạch có một trạng thái ổn định bền. Trạng thái thứ 2 của nó chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian nào đó (phụ thuộc vào các tham số hay là các phần tử trong mạch điện) sau đó nó sẽ quan trở về trạng thái ổn định bền ban đầu 4.1. Đa hài đợi dùng tranzitor Sơ đồ mạch đa hài đợi dùng transitor và giản đồ xung Sơ đồ mạch đa hài đợi dùng tranzitor tương tự như trigơ RS dùng transitor ở đây ta thay điện trở R2 bằng tụ C để đưa thành phần hồi tiếp dương xoay chiều từ colector của Tranzitor T1 về cực Bazơ của tranzitor T2. Tại thời điển t = t0 khi không có xung lối vào tác động giả sử tranzitor T2 thông khi đó qua mạch hồi tiếp R1 về bazơ của T1 làm cho tranzitor T1 cấm Tại thời điểm t = t1 có 1 xung dương lối vào qua R2 đưa vào cực bazơ của T1 là cho T1 mở ngay lập tức khi đó điện áp trên colector của T1 chuyển trạng thái từ +Ecc về xấp xỉ 0V, khi đó qua mạch tích phân RC làm cho điện áp trên tụ C bị lật trạng thái từ 0.6V xuống còn xấp xỉ -Ecc (do tụ C đang được nạp đầy điện từ RC qua tụ C và qua BE của T2 xuống đất khi đó điện áp trên tụ xấp xỉ Ecc, do đó khi thay đổi trạng thái tức là làm thay đổi cực xác định trên tụ). Do đó tranzitor T2 cấm và lối ra ở mức thấp. Tụ C lúc này được nạp điện từ +Ecc qua R, C qua CE của tranzitor xuống đất và điện áp trên tụ C tăng dần từ -Ecc. Giản đồ xung tín hiệu ra mạch đa hài đợi dùng tranzitor Điện áp trên tụ tăng dần biến đổi theo hàm mũ UBE2 = E(1-exp(-t/RC) Do điều kiện đầu là UB2(t=t1) = -ECC và khi tụ C nạp đến giá trị cực đại là UB2(t=) = ECC. Điện áp trên tụ tăng dần cho tới khi UBE2 =0.6 V (tranzitor silic) và 0.3 V với (gesmani) tương ứng với thời điểm t = t2 khi đó tranzitor T2 sẽ mở và qua mạch hồi tiếp R1 từ colector của T2 sẽ nhanh chóng làm cho T1 cấm và T2 mở bão hòa. Thời gian kéo dài xung ra là tx = RCln2 = 0.7RC, khi đó mạch sẽ ở trạng thái ổn định bền và chờ tiếp xung tác động ở lối vào để thay đổi trạng thái tiếp theo ở lối ra. 4.2. 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 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<t0 Ui = 0, Diode D thông, điện áp trên cực N nối đất, với trường hợp bỏ qua sụt áp trên Diode, U0 = -Ura max. Qua mạch hồi tiếp dương R1R2 điện áp lối ra là -Ura max được đưa tới lối vào P khi đó điện áp lối vào là Up =U0 = -Ura max Với đây là trạng thái ổn định bền của mạch đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toán. Tại thời điểm t = t1 có 1 xung vuông lối vào qua mạch RC ta có 1 xung nhọn (xung vi phân) tác dụng tới lối vào P, khi Uvào > 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 =U0 = Ura max , lúc náy tụ C được nạp điện từ lối ra qua RC xuống đất. 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 Ura max . Điện áp trên tụ C là UC = Umax(1-exp(-t/RC)) Thay giá trị UC(t1) = 0 và UC(t2) = Ura max thay vào phương trình trên ta được tx = t2 – t1 =RC 5. CÁC MẠCH KHÔNG ĐỒNG BỘ HAI TRẠNG THÁI KHÔNG ỔN ĐỊNH 5.1. Đa hài tự dao động dùng tranzitor Sơ đồ mạch điện như sau: 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: Dạng xung ở các lối ra Xét cực B1 khi T1 bão hòa: UB1 = 0.6V. Khi T1 cấm C1 phóng điện làm cực B1 có điện áp âm (khoảng – Ecc) và điện áp âm này tăng dần theo hàm mũ. Lối ra khi T1 bão hòa Ura1 = 0.2V, T1 cấm Ura1 +Ecc, dạng tín hiệu lối ra trên colector của T1 là xung xuông. Tương tự T2 ta có Lối ra khi T2 bão hòa Ura2 = 0.2V, T2 cấm Ura2 +Ecc, dạng tín hiệu lối 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 Thời gian t1 để tụ C1 phóng điện từ -Ecc lên 0V là => => => t1 = ln2*R2C1 = 0.69*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 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: Trong trường hợp mạch đa hài tự dao động đối xứng thì ta có 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 =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. 5.2. Đa hài tự dao động dùng khuếch đại thuật toán Sơ đồ mạch như sau: Sơ đồ mạch đa hài tự dao động dùng khuếch đại thuật toán (hình vẽ) Nguyên lý hoạt động Giả sử trạng thái lối ra ban đầu là ura = u ra max khi đó điện áp trên cực P là tụ điện C sẽ được nạp điện từ u ra max qua R, C xuống đất, điện áp trên tụ C tăng dần, khi điện áp trên tụ C 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 khi đó tụ C lại phóng điện từ C qua R đến -u ra max Tụ phóng điện và 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. Dạng xung ra như sau: Dạng tín hiệu ra mạch đa hài tự dao động dùng khuếch đại thuật toán (hình vẽ) Chọn Ura max = Ura min = Umax khi đó Uđóng = -βUmax ; Ungắt = βUmax với là hệ số hồi tiếp dương của mạch dao động. Điện áp UN = UC là điện áp biến thiên theo thời gian khi tụ phóng và nạp điện từ Umax hoặc -Umax qua điện trở R, các khoảng thời gian 0 t1, t1 t2, ...phương trình điện áp trên tụ điện là {do UN = icdt/C => ic = C.UN/dt và iR = } Với điều kiện ban đầu UN (t = 0) = Uđóng = -βUmax , Khi đó phương trình trên có nghiệm là: UN(t) = Umax[1 – (1 +] UN sẽ đạt tới ngưỡng lật của trigơ smit sau một khoảng thời gian: (1) Khi đó chu kỳ (T) của dao động được xác định bởi T = 2= 2 (2) 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 R1, 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 . 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 xứng, sơ đồ dưới đây tạo ra được mạch phóng nạp không đối xứng giữa R’ và R” với R’ R” Với hằng số thời gian là: và Do đó T = 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 6. Mạch tạo xung tam giác Dùng mạch tích phân đơn giản Gồm một mạch RC đơn giản để nạp điện cho tụ từ nguồn E. Quá trình phóng, nạp được một khóa điện tử K điều khiển. Khi đó Umax << E. Do đó hệ số phẩm chất của mạch thấp vì hệ số phi tuyến tỷ lệ với Umax/E: Nếu sử dụng phần tăng đường thẳng ta có uc(t) = E[1 – exp(-t/RnC)] với Rn >> Rphóng.C Dùng một phần tử ổn định dòng Kiểu thong số có điện trở phụ thuộc vào điện áp đặt vào trên nó Rn = f(URn) làm điện trở nạp cho tụ C. Để giữa dòng nạp không đổi thỉ điện trở giảm khi điện áp trên nó giảm khi đó với Etd = inạpRi. Ri là điện trở trong của nguồn dòng nên khá lớn vậy Etd 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) Hay e(t) = E + KΔUC Với K là một hằng số tỷ lệ bé nhơn 1. K = 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 UC. Khi đó mức méo phi tuyến được xác định bởi: Giá trị này thực tế nhỏ vì K ≈ 1, nên (1 – K) rất bé nên có thể lựa chọn được Umax lớn xấp xỉ E làm tăng hiệu suất của mạch mà vẫn nhỏ. 6.1. Mạch tạo xung tam giác dùng transistor. Hình dưới đây đưa ra các sơ đồ tạo xung tam giác dùng transistor đơn giản. Với hình a. Ban đầu khi UV = 0, transistor T mở bão hòa nhờ được phân áp bởi điện trở RB từ cực Bazơ lên nguồn +E. Khi đó điện áp lối ra Ura = UC = UCEbh ≈ 0V. Khi có xung vuông lối vào với cực tính âm qua mạch C1RB tạo thành mạch vi 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: khi đó điện áp ra là Ura(t) = UC(t) gần đúng bậc nhất với dạng đường thẳng theo t. Hệ số phi tuyến là: (1) Với và là dòng nạp lúc đầu và cuối cho tụ C. 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 <<) nên Ura = UC ≈ 0 trở về trạng thái ban đầu của mạch. Từ biểu thức sai số (1) trên ta thấy muốn sai số bé cần chọn nguồn E lớn và biên độ ra của xung tam giác Um nhỏ. (đó chính là nhược điểm lớn của mạch tạo xung đơn giản) Với hình b. Transistor T2 mắc kiểu bazơ chung có tác dụng như một nguồn ổn dòng (có bù nhiệt nhờ dòng ngược qua diode zenor) cung cấp dòng IE2 ổn định nạp cho tụ trong thời gian có xung vuông cực tính âm điều khiển làm transistor T1 khóa, với điều kiện gần dùng dòng colector transistor T2 không đổi thì ta có là quan hệ bậc 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 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. 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 T1 mở bão hòa nhờ điện trở RB phân cực cho transistor. Diode D thông qua R có dòng I0 ≈ E/(R + RD) khi đó điện áp trên tụ C là UC = UCEbh≈0 qua transistor T2 ta thu được tín hiệu lối ra là 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. 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 6.2. 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 thành phần hồi tiếp là tụ C. Điện áp lối ra được cho bởi phương trình sau: (1) Với Q0 là điện tích trên tụ tại thời điểm t = 0. Với iC(t) = do đó ta có điện áp lối ra (Ura) là (2) 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. (4) 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. - 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 UP = UN = UC (5) Xác định quy luật biến đổi hàm UC(t), từ đó đưa ra điều kiện để lối ra biến đổi tuyến tính. Phương trình dòng điện tại điểm N với mạch hồi tiếp âm là: => (6) Phương trình dòng điện tại điểm P với mạch hồi tiếp dương là: (7) Từ phương trình (6), (7) ta có UC(t) là: (8) Khi đó tính chất biến đổi của UC phụ thuộc vào hệ số - Nếu đường UC(t) có dạng đường cong lồi - Nếu đường UC(t) có dạng đường cong lõm - Khi thì khi đó UC(t) phụ thuộc bậc nhất vào t. Khi đó ta có t (9) - Nếu chọn R1 = R3, R2 = R4 khi đó ta có: (10) Từ biểu thức (10) ta có - Nếu E > E0 ta có điện áp lối ra tăng theo đường thẳng - Nếu E < E0 ta có điện áp lối ra giảm theo đường thẳng - 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 7. TẠO XUNG VUÔNG VÀ TAM GIÁC \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. 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: Ura2 = (11) Ura1 max là điện áp ra cực đại của IC1. Chu kỳ dao động của mạch là (12) PHẦN HAI THIẾT KẾ MẠCH