Giáo trình Vô tuyến điện đại cương

g E chung. Điện áp hồi tiếp lấy ra từ cực C của transistor được đưa trở về cực B của nó, do tính chất của transistor mắc E chung, điện áp này ngược pha với tín hiệu ở đầu vào. Khi qua cầu xoay pha gồm 3 mắc nó được xoay pha 1800 nên cùng pha với tín hiệu vào. Ta đã thực hiện hồi tiếp dương đúng theo điều kiện để mạch tự dao động. Dao động được lấy ra ở cực C của transistor qua tụ điện 4,7µF. Biến trở VR1: Thay đổi hệ số hồi tiếp . Biến trở VR2: Thay đổi hệ số khuếch đại K Điều chỉnh phối hợp hai biến trở này để K = 1, lúc đó trên màn hình dao động ký có một hình sin đều đặn. 2.2. Bộ tạo sóng âm tần kiểu RC dùng cầu Wien 2.2.1. Cầu Wien Cầu Wien gồm R1C1 mắc nối tiếp và R2C2 mắc song song theo sơ đồ hình 5.9. Cầu Wien không thể làm nhiệm vụ xoay pha, nó chỉ làm nhiệm vụ cân bằng pha ứng với tần số mà máy phát tạo ra. Vì cầu Wien không thể xoay được pha của tín hiệu hồi tiếp, nên để bảo đảm hồi tiếp dương ta phải dùng hai tầng khuếch đại gọi là khuếch đại không đảo pha (Hình 5.10). Hình 5.9: Cầu Wien Hình 5.10: Sơ đồ khối bộ tạo sóng dùng cầu Wien 2.2.2.Công thức tính tần số dao động Trong cầu Wien, trị số điện trở và tụ điện được chọn: R1 = R2 , C1 = C2 hoặc R1C2 = R2C1 128 Hệ số hồi tiếp : 21 2 ra ht ZZ Z U Uβ  (5.6) Từ sơ đổ hình 5.9 ta có: 1 11 Cωj 1RZ  Tổng trở phức của R1C1 2 2 2 2 2 Cωj 1R Cωj 1R Z   Tổng trở phức của R2C2 Thay 1Z và 2Z vào biểu thức: 1Z Z β 1 2 1  và thực hiện các phép tính cần thiết. Ta được:       21 21 1 2 2 1 RCω 1C RωjC C R R1 1β (5.7) Để có hồi tiếp dương  phải là một số thực và dương, do đó từ (5.7) ta rút ra: 0RCω 1C Rω 21 21  RC 1 CCRR 1ωω 2121 0  Tần số dao động do máy tạo sóng âm tần RC dùng cầu Wien tạo ra: RCπ2 1f0  f0 : Hz, R: Ώ , C: F 2.2.3.Điều kiện tạo sóng Để tìm hệ số hồi tiếp β và hệ số khuếch đại K cần thiết cho việc duy trì dao động, ta thay RC 1ω  vào (5.7) và lấy module: *Hệ số hồi tiếp: 3 1 C C R R1 1β 1 2 2 1    *Hệ số khuếch đại K: Từ công thức Kuβ = 1, suy ra: Ku = 3 Vậy để có dao động hình sin âm tần, ta thiết kế một mạch khuếch đại điện áp âm tần không đảo pha (dùng hai tầng khuếch đại mắc E chung) có hệ số khuếch 129 đai Ku = 3, sau đó cho hồi tiếp dương 3 1 bộ tạo sóng cho ra dao động hình sin rất đều đặn. 2.2.4.Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ nguyên lý bộ tạo sóng âm tần RC dùng cầu Wien được vẽ ở hình 5.11 Hình 5.11: Sơ đồ nguyên lý bộ tạo sóng âm tần dùng cầu Wien Bộ tạo sóng điện trên có hai khâu: * Khâu tạo sóng: Cầu Wien. * Khâu khuếch đại dương hồi: Gồm hai tranistor C828 để bảo đảm dương hồi, cả hai được mắc theo kiểu E chung để có hệ số khuếch đại cao. Tác dụng của từng linh kiện đã được tìm hiểu ở mạch khuếch đại dùng E chung. VR: Thay đổi hệ số hồi tiếp . Tín hiệu hồi tiếp dương từ cực C Q2 trở về cực B Q1 theo hai đường: Đường thứ nhất đi vào cầu Wien, đường thứ hai đi vào biến trở VR Khi VR = 0Ω: Tất cả biên độ của điện áp hồi tiếp đều bị dẫn xuống đất, không có điện áp hồi tiếp Uht = 0. Mạch không thể tạo dao động. Khi VR = 100 kΩ: Tất cả biên độ của điện áp hồi tiếp đều được đưa về cầu Wien, điện áp hồi tiếp tối đa. Dao động tạo ra bị méo trầm trọng. Khi VR được điều chỉnh đến một trị số nào đó sẽ đáp ứng điều kiện Kβ = 1, dao động tạo ra là một hình sin hoàn chỉnh. Điện áp hồi tiếp lấy ra từ cực C của transistor C828 thứ hai được đưa về cầu Wien, do qua hai tầng khuếch đại gồm hai transistor nên điện áp hồi tiếp cùng pha 130 với tín hiệu ở đầu vào, ta đã thực hiện hồi tiếp dương đúng theo điều kiện để mạch tự dao động. Dao động hình sin được lấy ra ở cực C của transistor thứ hai. B/ Bộ tạo sóng điện phi sin - Bộ tạo xung điện 3.Nguyên lý tạo xung Trong kỹ thuật xung, để tạo các xung điện (dao động không điều hòa) ta thường dùng mạch dao động tích thoát. Xung là những dao động rời rạc bởi vì các hàm của dòng điện hoặc điện áp theo thời gian có phần gián đoạn. Về mặt vật lý, trong bộ tao dao động xung chỉ chứa một phần tử tích lũy năng lượng là tụ điện C. Tụ C được tích điện và phóng điện qua một điện trở R là vật tiêu thụ điện nhờ chuyển mạch S1 và S2 (Hình 5.12) Hai chuyển mạch S1 và S2 hoạt động đối lập nhau, nếu S1 đóng thì S2 mở và ngược lại. Hình 5.12: Sơ đồ khối bộ tạo xung điện Đầu tiên chuyển mạch S1 đóng lại, nguồn năng lượng nạp điện cho tụ điện C. Sau đó chuyển mạch S2 đóng, tụ điện phóng điện qua R, hầu hết năng lượng tích trữ đều tiêu hao dưới dạng nhiệt, một xung điện được tạo ra. Trong các bộ tạo xung, chuyển mạch S1 và S2 được đóng mở bằng thiết bị điều khiển chuyển mạch dùng transistor (transistor switch) hoặc các cổng logic (logic switch). Khác với bộ tạo sóng điện hình sin chỉ có một chế độ hoạt động là tự dao động, cung cấp điện là mạch tạo ra dao động điều hòa hình sin, bộ tạo xung có ba chế độ hoạt động: *Tự dao động: Khi S1 và S2 được đóng mở tự động. *Chế độ đợi: Chế độ kích thích ngoài. Cung cấp năng lượng cho bộ tạo xung, nó chưa tạo xung ngay, chỉ tạo ra xung điện khi có một xung khác kích thích, hết kích thích nó hết tạo xung. 131 *Chế độ đồng bộ: Các bộ tạo xung (trong một thiết bị) hoạt động phù hợp với nhau về mặt thời gian. 4. Bộ dao dộng đa hài Các bộ dao động đa hài bao gồm dao động đa hài tự dao động còn gọi là bộ dao động đa hài phi ổn (Astable multivibrator), dao động đa hài chế độ đợi còn gọi là dao động đa hài đơn ổn (Monostable multivibrator) dao động đa hài lưỡng ổn (bistable multivibrator) còn gọi là flip – flop, đều dùng để tạo ra các xung vuông. Xung tạo ra có chứa nhiều hài bậc cao hoặc thấp của tần số cơ bản nên được gọi là dao động đa hài (multivibrator). Đây là một dạng xung cơ bản thường gặp nhất trong các thiết bị điện tử như xung đồng bộ trong vô tuyến truyền hình, xung nhịp (clock pulse) trong các máy điện toán cá nhân PC 4.1 Bộ dao động đa hài tự dao động 4.1.1.Sơ đồ nguyên lý Bộ dao động đa hài tự dao động còn gọi là bộ dao động đa hài phi ổn (Astable multivibrator), Nó có sơ đồ nguyên lý như hình 5.13. Hình 5.13: Sơ đồ nguyên lý bộ dao động đa hài tự dao động Đây là một mạch khuếch đại gồm hai tầng. Q1 và Q2 đều mắc theo E chung, đầu ra của tầng này đấu vào đầu vào của tầng kia. Nghĩa là có tồn tại hồi tiếp dương, nhờ vậy tạo nên dao động tích thoát. Mạch hoàn toàn đối xứng: Rb1 = Rb2; T1 = T2; C1 = C2; RC1 = RC2. Rb1 Rb2 tạo thiên áp cho Q1 và Q2 hoạt động. Tụ C1 và C2 dẫn điện áp hồi tiếp từ cực C của Q1 vào cực B của Q2, đồng thời tạo nên các mạch định thời, xác định độ rộng và khoảng ngừng của xung. 132 Q1 và Q2 thay nhau hoạt động. Khi Q1 thông thì Q2 tắt và ngược lại. Ta có thể coi Q1 và Q2 đóng vai trò của S1 và S2. Dao động xung được lấy ra ở cực C của Q1 và cả ở cực C của Q2. 4.1.2.Quá trình vật lý xảy ra trong bộ dao động đa hài phi ổn Sau khi đóng nguồn cung cấp, Q1 và Q2 cùng thông do Q1 và Q2 đều được phân cực. Vì mạch hoàn toàn đối xứng nên: UC1 = UC2 = UC = UCC - RCIC Đồng thời các tụ C1 và C2 đều được nạp điện đến điện áp đó. Trạng thái này không tồn tại được lâu, chỉ cần một biến đổi nhỏ của dòng điện cực thu IC là mạch phát sinh quá trình dao động. Giả sử do việc thăng giảm làm cho dòng điện cực thu của Q2 tăng một lượng IC2. Khi đó điện áp ở cực thu UC2 giảm một lượng +UC2. Lượng điện áp này theo tụ C2 đưa đến cực B của Q1 làm cực B giảm theo một lượng +UB1. Điện áp định thiên cho Q1 giảm làm cho dòng điện cực thu IC1 giảm theo một lượng IC1. Điện áp cực thu UC1 tăng lên một lượng +UC1. Điện áp này theo tụ C2 đến cực gốc của Q2, thiên áp của Q2 tăng lên làm cho dòng IC2 tăng theo. Ta có thể minh họa quá trình trên như sau: Nghĩa là Q2 càng lúc càng thông, Q1 càng lúc càng tắt, cho đến khi IC1 = 0 thì Q1 tắt hẳn, còn Q2 thông hoàn toàn. Quá trình này xảy ra nhanh chóng và đột biến. Ở thời điểm Q1 tắt và Q2 thông. Tụ C2 nối với Q2 phóng điện theo mạch: - C2  Rb1  +UCC  - UCC (đất) RECT2  + C2 Vì Q1 tắt nên RECT1 = ∞, lúc này tụ C1 được nạp điện theo mạch: - UCC (đất) REBT2  C1  RC1  + UCC 4.1.3.Điều kiện tạo xung Sau khi kết thúc quá trình phóng điện của tụ C2 và nạp điện của tụ C1. Transistor Q2 sẽ thông hoàn toàn, trong mạch cực gốc của nó tồn tại một dòng điện chảy theo mạch: - UCC  REBT2  RB2  + UCC 133 Và có trị số được tính theo biểu thức: 22 BEB CC B2 RR UI  vì RBE2 << RB2 nên 2 2 B CC B R UI  Muốn dạng xung được ổn định và đẹp. Khi transistor thông, nó phải nằm ở trạng thái bão hòa. Do đó cần thỏa mãn điều kiện: 2 bh 2 2 C2 CC B B CC B Rβ UIR UI  (5.8) Trong đó 2 là hệ số khuếch đại điện áp của transistor Q2. Từ (5.8) ta rút ra được điều kiện tạo xung: RB2  2RC2 Tương tự để Q1 ở trạng thái bão hòa: RB1  1RC1 4.1.4.Dạng xung ở cực B và C của transistor Q1 và Q2 Bộ dao động đa hài có dạng xung ở cực B và C của Q1 và Q2 như hình 5.14 Hình 5.14: Dạng xung ở cực B và C của Q1 và Q2 134 Khi Q1 bão hòa UB1bh = 0.8V, lúc này ở cực C của Q1 có một dòng rất lớn Icbh. Từ phương trình đường thẳng tải Uc = Ucc – RcIc ta có Ura1 = 0.2V. Khi Q1 tắt C1 phóng điện làm điện áp cực B của Q1 có điện áp âm tăng dần theo hàm số mũ cho đến khi bằng - Ucc. Dòng Ic1 ≈ 0, điện áp ra Ura ≈ +Ucc ở lối ra của Q1 ta có một xung vuông. Các trạng thái trên cũng xẩy ra tương tự cho Q2. Khi Q2 bão hòa Ura2 = 0.2V, khi Q2 tắt Ura2  +Ucc, ở lối ra của Q2 ta cũng có một xung xuông. Dạng xung của 2 lối ra là các xung vuông nhưng ngược pha nhau 4.1.5.Công thức tính tần số dao động Khi tụ C1 phóng điện, điện áp ở cực B của Q2 càng lúc càng âm làm cho Q2 tắt, mạch lật trạng thái. Mạch đa hài làm việc thay đổi và thời gian thay đổi trạng thái này tùy thuộc nạp phóng của tụ điện C, chính là hằng số thời gian Ʈ = RbC. Gọi T1 là thời gian tụ C1 phóng điện qua Rb2 từ điện áp –Ucc lên 0V. Lấy mức –Ucc làm gốc, vì tụ C1 phóng điện từ -Ucc lên nguồn đến +Ucc nên điện áp tức thời của tụ: 1b2 1 1 CR T ccC e2U(t)U  Do hoạt động ở chế độ khóa nên khi transistor tắt thì Ic ≈ 0, vì vậy điện áp ra Ura ≈ Ucc . Nên: 1b2 1 CR T cccc e2UU  Suy ra 2e 1b2 1 CR T  ln2CR T 1b2 1  Vậy T1 = Rb2C1ln2 = 0,7 Rb2C1 Tương tụ, Thời gian T2 để tụ C2 phóng điện qua Rb1 : T2 = Rb1C2ln2 = 0,7 Rb1C2 Vì mạch hoàn toàn đối xứng nên chu kỳ lập lại của dao động xung: Tx = T1+ T2 = 2 RbC ln2 Tx = 1,4 RbC 135 Tần số dao động của mạch: )C(R1,4 1 T 1f bX  Trường hợp mạch không đối xứng (Rb1 ≠ Rb2 hoặc C1 ≠ C2) ta có: Chu kỳ T = T1 + T2 = 0.7 (R2C1 + R1C2) Tần số dao động của mạch: )C RC(R0,7 1 T 1f 2112   Thí dụ: Hãy tính giá trị các linh kiện cần thiết để thiết kế một bộ dao động đa hài tự dao động, với các chỉ tiêu kỹ thuật sau: Tần số xung: 1,5 kHz, Nguồn cung cấp 9V, Transistor C828 có β = 90, Dòng điện cực thu: IC = 9mA. Sử dụng sơ đồ mạch dao động đa hài tự dao động. Ta có: RC = CI UU CESatCC  với UCESat của C828 (silic) ≈ 0,1 V Thay vào: RC = -39.10 0,19 ≈ 1kΩ Để C828 hoạt động bão hoà ta chọn k = 3 Ta có: β IkI CB  = 90 9mA3IB  = 0,3 mA C828 loại Silic nên điện áp định thiên UBESat = 0,8V Điện trở RB được tính theo công thức: RB = BI UU BESatCC  RB =  3-10.0,3 0,89V 27 kΩ Mach phải cho ra tần số 1500 Hz nên từ công thức: C = f1,4R 1 B Ta có: C = 33.1,5.101,4.27.10 1 = 0,0176 μF Vậy ta phải có : RB= 27kΩ ; C = 0,0176 μF 4.2 Bộ dao động đa hài chế độ đợi 136 Mạch dao động đa hài chế độ đợi còn gọi là mạch dao động đa hài đơn ổn (Monostable multivibrator). Đây là một dao động tích thoát có hai trạng thái cân bằng, trong đó có một trạng thái cân bằng ổn định (đơn ổn). Bình thường mạch nằm ở trạng thái cân bằng ổn định, nó có thể nằm lâu hay mau tuỳ ý ở vị trí cân bằng này. Khi được cung cấp nguồn, mạch sẽ nằm ở trạng thái ổn định và không có một xung nào được tạo ra. Muốn cho mạch chuyển sang trạng thái cân bằng không ổn định phải kích thích nó. Khi có một xung kích thích ở đầu vào, mạch chuyển trạng thái, tạo một xung ở ngõ ra với độ rộng xung phụ thuộc vào các thông số trong mạch. Khi chấm dứt xung kích thích, mạch trở lại trạng thái cân bằng ổn định như ban đầu. Như vậy khi mạch hoạt động, đầu ra luôn luôn nằm ở trạng thái ổn định (thí dụ mức thấp). Khi có xung kích ở đầu vào, mạch chuyển sang trạng thái cân bằng không ổn định (thí dụ mức cao) trong một thời gian rồi tự quay về trạng thái ổn định của nó. Nghĩa là ứng với một xung kích thích ở đầu vào mạch cho ở đầu ra một xung vuông góc. Mạch dao động đa hài chế độ đợi còn gọi là mạch định thì, vì thời gian có xung có thể định trước nhờ thay đổi thông số của mạch, nó thường dùng nhiều trong lĩnh vực điều khiển tự động, công nghiệp. 4.2.1.Sơ đồ nguyên lý Bộ dao động đa hài đơn ổn (Astable multivibrator) có sơ đồ nguyên lý như hình 5.15. Hình 5.15: Mạch dao động đa hài chế độ đợi Cực thu C của Q1 dược ghép AC với cực gốc B của Q2. Cực B của Q1 là đầu vào điều khiển, một xung nhọn đầu cực tính dương được đưa vào đây để điều khiển việc dao động của mạch. Xung vuông được lấy ra ở cực thu C của Q2 137 4.2.2.Các quá trình vật lý xảy ra trong mạch a/Trạng thái ban đầu Q1 tắt hẳn, Q2 thông vì cực B được cung cấp thiên áp từ nguồn cung cấp. Để dạng xung tạo ra tốt và ổn định Q2 phải thông bão hòa (saturate): Ta có: IB2 = B2 BESatCC R UU  Với Transistor bằng Silic thì UBESat ≈ 0,8V IC2 = C1 CESatCC R UU  ≈ C2 CC R U Với Transistor bằng Silic UCESat ≈ 0,1 ÷ 0,2V Muốn Q2 công tác ở chế độ bão hoà cần thoả mãn điều kiện: IB2 > IB2Sat ≈ 2 C2Sat β I Muốn vậy ta nhân vế sau với k = 2 ÷ 4: IB2 ≈ 2 C2Sat β Ik Muốn Q1 tắt hẳn ta phân cực thế nào đó để UBE1 < 0. Q2 dẫn bão hoà nên UC2 ≈ 0. Tụ C được nạp điện theo chiều: +UCC → RC1→ C → RBEQ2 → RE→ -UCC τnap = RC1C Mạch nằm ở chế độ ổn định này và ngõ ra ở trạng thái thấp L b/Quá trình đột biến lần nhất và tạo xung Để mạch chuyển sang trạng thái cân bằng không ổn định có thể dùng một xung dương kích vào cực B của Q1. Mạch chuyển trạng thái Q1 thông Q2 tắt. Khi đó tụ C phóng điện theo chiều: -C → RB2→ +UCC → -UCC → RE→ RECQ1→ +C Do sụ phóng điện của tụ C, điện áp tại cực B của Q2 âm và giữ cho Q2 tắt trong một khoảng thời gian nào đó do hằng số thời gian của mạch phóng điện (τph) quyết định: τph = RB2C Do sự giảm dần của dòng điện phóng của tụ C, cực B của Q2 bớt âm cho đến khi Q2 bắt đầu thông, chấm dứt việc tạo xung. Chứng minh tương tự như trên, xung tạo ra có độ rộng xung: tX = 0,7 RB2.C. 138 Để thay đổi độ rộng xung ta nên thay đổi C vì R còn tham gia vào điều kiện tạo xung. c/Quá trình đột biến lần hai và hồi phục Từ sơ đồ mạch dao động đa hài đơn ổn, ta thấy trạng thái ổn định là trạng thái Q2 bão hoà, Q1 tắt, trạng thái tạo xung là trạng thái Q1 dẫn bão hoà, Q2 tắt. Sau khi xong thời gian tạo xung Tx Q1 tắt. Trong thực tế, mạch chưa trở lại trạng thái ổn định ngay, vì lúc đó tụ C lại nạp điện qua RC1 làm cho UC1tăng theo hàm số mũ chứ không tăng tức thời. Thời gian này gọi là thời gian hồi phục th. Hằng số thời gian của tụ C là: τnap = RC2C. Hình 5.16 là sơ đồ nguyên lý mạch dao động đa hài đơn ổn kích bằng xung vuông. Khi chưa có xung kích ở ngõ vào cầu phân áp gồm D, R, R2 tạo ra một thiên áp đủ để Q2 thông bão hòa còn Q1 tắt hẳn (Q1 khóa). Điện áp ra UO ở mức thấp L, mạch ở trạng thái ổn định. Khi sườn âm của một xung vuông có độ rộng xung lớn hơn 3RC tác động vào ngõ vào, ta có một xung kim có cực tính âm ở tụ C, D thông và dẫn xung này vào cực B của Q2, làm cho điện áp ở B trở nên âm hơn, Q2 chuyển sang chế độ khóa. Ngược lại Q1 chuyển sang thông bão hòa, do điện áp ở cực C của Q2 tăng lên xấp xỉ Ucc. Hình 5.16: Dao động đa hài đơn ổn kích bằng xung vuông Mạch nằm ở trạng thái này trong một thời gian phụ thuộc vào tốc độ nạp ngược của tụ C2 qua R2. Mỗi một xung kích nhận được ở ngõ vào, ngõ ra cho ta một xung vuông, độ rộng xung được tính theo công thức: tx = R2C2 ln2 ≈ 0,7 R2C2. 139 Khi Q2 chuyển trạng thái từ thông bão hòa sang tắt hẳn, tiếp giáp BE của nó chịu một điện áp ngược rất lớn nên khi dùng nguồn cung cấp lớn, ta thêm vào cực B của Q2 một diode, để bảo vệ. 4.2.3.Dao động đa hài đơn ổn kích bằng tay Hình 5.17 là sơ đồ nguyên lý bộ dao động đa hài đơn ổn kích bằng tay, xung ra được lấy ở cực C của Q2. Khi ta chưa kích mạch bằng cách ấn khóa K thì Q2 thông bão hòa do được phân cực. Để Q2 hoạt động đến bão hòa thì R2 phải đáp ứng điều kiện: R2 < βRc2 Với β là hệ số khuếch đại dòng tĩnh của Q2 Hình 5.17: Dao động đa hài đơn ổn kích bằng tay Điện áp UO (chính là UC) chỉ khoảng 0,1 đến 0,2 V và nằm ổn định ở mức thấp L. Điện áp UO bị cầu phân áp gồm R3 và R4 phân chia cung cấp cho cực B của Q1, điện áp này nhỏ hơn mức khóa UK ≈ 0,6V của Q1 làm cho Q1 tắt. Tụ C được nạp điện theo chiều: UC1 → C → UB2→ - UCC Điện áp trên tụ C cở UCC – 0,7 V (do Q1 tắt nên UC1 ≈ UCC), mạch ở trạng thái ổn định với việc Q2 thông bão hòa Q1 tắt, điện áp ra ở mức thấp L. Tụ C được nạp điện cho đến UCC. Ấn nút K, một xung điện áp dương được đưa vào cực B của Q1, điện áp UB1: 41 4 CCB1 RR RUU  Để Q1 dẫn bão hòa ta phải có UB1 > UK ≈ 0,6V, lúc này UC1 ≈ 0,2V. Transistor Q2 có điện áp ở cực B: UB2 = UC1 – UC = 0,2V – UCC + 0,7V ≈ – UCC với UC là điện áp trên tụ C trước khi các transistor chuyển trạng thái, làm cho Q2 chuyển sang chế độ khóa UO 140 chuyển lên mức H. Các transistor nằm ở trạng thái này (Q1 bão hòa, Q2 tắt) không được lâu, do Q1 dẫn bão hòa nên RBE của Q1 giảm nhỏ, tụ C được nạp điện theo chiều: +UCC →R2→ C → RECQ2 → -UCC Làm cho UB2 tăng dần lên cho đến khi UB2 > UK thì transistor Q2 lại thông bão hòa. Vậy mỗi khi nhấn khóa K thì một xung vuông có biên độ gần bằng điện áp cung cấp UCC được tạo ra. Độ rộng xung tx được tính theo công thức: tx = R2 C ln 2 = 0,7 R2C Muốn tăng độ rộng xung ta phải tăng R2. Tăng R2 lại không bảo đảm cho Q2 thông bão hòa. Ta phải tăng β lên bằng cách dùng 2 transistor mắc theo kiểu darlington. Với cách mắc này ta có thể dùng R2 cở MΩ Tóm tắt chương 5 Các bộ tạo sóng điện dùng để tạo ra các sóng điện hình sin và xung điện bao gồm: Bộ tạo sóng điện hình sin cao tần: Tạo ra các dao động có tần số cao và rất cao, kỹ thuật vô tuyến điện dùng để làm sóng mang, dao động nội... Bộ tạo sóng điện hình sin âm tần: Tạo ra các dao động có tần số âm tần kỹ thuật vô tuyến điện dùng để làm sóng tín hiệu. Bộ tạo xung: Tạo ra các dao động không phải hình sin gọi là các xung điện, kỹ thuật vô tuyến điện sử dụng làm các tín hiệu hỗ trợ như xung đồng bộ, xung nhịp... Bộ tạo sóng điện hình sin gồm hai khâu: Khâu tạo sóng điện hình sin: Cao tần thì do khung dao động LC, âm tần thì do RC bao gồm cầu xoay pha và cầu Wien. Khâu khuếch đại có hồi tiếp dương: Do transistor đảm nhiệm, nhằm mục đích bồi đắp năng lượng tiêu hao. Muốn duy trì dao động, phải thực hiện khuếch đại có hồi tiếp dương và K  1. Dấu lớn hơn ứng với chế độ quá độ, dấu bằng ứng với chế độ ổn lập. Trong đó  là hệ số hồi tiếp, K là hệ số khuếch đại. Dể có dạng sóng ra đẹp đúng dạng hình sin thì K = 1. Tần số dao động do mạch tạo ra được tính bằng công thức Thomson: 141 LC2π 1f0  Điện áp hồi tiếp có thể lấy ra trên cuộn dâyL, ta có sơ đồ 3 điểm điện cảm (Mạch Harley). Tần số dao động do mạch tạo ra được tính bằng công thức: )CL(L2π 1f 21 0  Điện áp hồi tiếp có thể lấy ra trên tụ điện C, bằng cách chia tụ điện C ra làm hai tụ điện C1 và C2. ta có sơ đồ 3 điểm điện dung (Mạch Colpits). Tần số dao động do mạch tạo ra được tính bằng công thức: 21 21 0 CC CCL2π 1f   Bộ tạo sóng dùng khung dao động LC không thể tạo ra tần số thấp từ vài Hz đến vài chục kHz, vì lúc này trị số của cuộn cảm L và tụ điện C sẽ rất lớn. Ta phải dùng kiểu RC. Bộ tạo sóng âm tần hình sin có hai loại: Dùng cầu xoay pha, tùy theo vị trí của tụ điện C và điện trở R, ta có hai cầu xoay pha. Trong cầu Wien, trị số điện trở và tụ điện được chọn: R1 = R2 = R3 = R , C1 = C2 = C3 = C Tần số tạo ra được tính bằng công thức: RC 0,39 CR2π 6f0  và RC 0,065 RC62π 1f 0  Hệ số hồi tiếp và hệ số khuéch đại cần thiết cho việc duy trì dao động: 29 1β  , Ku = 29 Để có dao động hình sin âm tần, ta thiết kế một mạch khuếch đại điện áp âm tần có hệ số khuếch đai Ku = 29, sau đó cho hồi tiếp dương 29 1 Dùng cầu Wien: Cầu Wien gồm R1C1 mắc nối tiếp và R2C2 mắc song song. Vì cầu Wien không thể xoay được pha của tín hiệu hồi tiếp, nên để bảo đảm hồi tiếp dương ta phải dùng hai tầng khuếch đại gọi là khuếch đại không đảo pha. Trong cầu Wien, trị số điện trở và tụ điện được chọn: R1 = R2 , C1 = C2 hoặc R1C2 = R2C1 142 Tần số dao động do máy tạo sóng âm tần RC dùng cầu Wien tạo ra: RCπ2 1f0  f0 : Hz, R: Ώ , C: F *Hệ số hồi tiếp: 3 1 C C R R1 1β 1 2 2 1    *Hệ số khuếch đại K: Từ công thức Kuβ = 1, suy ra: Ku = 3 Để có dao động hình sin âm tần, ta thiết kế một mạch khuếch đại điện áp âm tần dùng hai tầng khuếch đại mắc E chung, có hệ số khuếch đai Ku = 3, sau đó cho hồi tiếp dương 3 1 . Trong kỹ thuật xung, để tạo các xung điện (dao động không điều hòa) ta thường dùng mạch dao động tích thoát. Xung là những dao động rời rạc bởi vì các hàm của dòng điện hoặc điện áp theo thời gian có phần gián đoạn. Về mặt vật lý, trong bộ tao dao động xung chỉ chứa một phần tử tích lũy năng lượng là tụ điện C. Tụ C được tích điện và phóng điện qua một điện trở R là vật tiêu thụ điện nhờ chuyển mạch S1 và S2 Bộ tạo xung có 3 chế độ: Tự dao động, chế độ đợi, chế độ đồng bộ. Các bộ dao động đa hài bao gồm dao động đa hài tự dao động còn gọi là bộ dao động đa hài phi ổn, dao động đa hài chế độ đợi còn gọi là dao động đa hài đơn ổn dao động đa hài lưỡng ổn còn gọi là flip – flop, đều dùng để tạo ra các xung vuông. Xung tạo ra có chứa nhiều hài bậc cao hoặc thấp của tần số cơ bản nên được gọi là dao động đa hài. Đây là một dạng xung cơ bản thường gặp nhất trong các thiết bị điện tử như xung đồng bộ trong vô tuyến truyền hình, xung nhịp trong các máy điện toán cá nhân PC Tần số dao động của mạch dao động đa hài đối xứng: )C(R1,4 1 T 1f bX  Tần số dao động của mạch dao động đa hài không đối xứng (Rb1 ≠ Rb2 hoặc C1 ≠ C2) : 143 )C RC(R0,7 1 T 1f 2112   Mạch dao động đa hài chế độ đợi còn gọi là mạch dao động đa hài đơn ổn (Monostable multivibrator). Đây là một dao động tích thoát có hai trạng thái cân bằng, trong đó có một trạng thái cân bằng ổn định (đơn ổn). Bình thường mạch nằm ở trạng thái cân bằng ổn định, nghĩa là nó có thể nằm lâu hay mau tuỳ ý ở vị trí cân bằng này. Khi được cung cấp nguồn, mạch sẽ nằm ở trạng thái ổn định và không có một xung nào được tạo ra. Muốn cho mạch chuyển sang trạng thái cân bằng không ổn định phải kích thích nó. Khi có một xung kích thích ở đầu vào, mạch sẽ chuyển trạng thái, tạo một xung ở ngõ ra với độ rộng xung phụ thuộc vào các thông số trong mạch. Khi chấm dứt xung kích thích, mạch sẽ trở lại trạng thái cân bằng ổn định như ban đầu. Xung tạo ra có độ rộng xung: tx = R2C2 ln2 ≈ 0,7 R2C2. Chương tiếp theo chúng ta sẽ nghiên cứu sử dụng các bộ tạo sóng này trong kỹ thuật thông tin liên lạc bằng vô tuyến điện. Bài tập ôn tập chương 5 1/ Trình bày nguyên lý tạo ra dao động hình sin cao tần 2/ Các khâu cần phải có trong các bộ tạo sóng điện hình sin cao tần 3/ Điều kiện để có được sóng điện hình sin hoàn chỉnh 4/ Vẽ và trình bày nguyên lý hoạt động của bộ tạo sóng điện hình sin cao tần kiểu cảm ứng 5/ Vẽ và trình bày nguyên lý hoạt động của bộ tạo sóng điện hình sin cao tần kiểu Harley. 6/ Vẽ và trình bày nguyên lý hoạt động của bộ tạo sóng điện hình sin cao tần kiểu Colpit. 7/ Tại sao khung dao động LC không thể tạo ra sóng điện hình sin âm tần 8/Vẽ và trình bày nguyên lý hoạt động của cầu xoay pha 9/ Vẽ và trình bày nguyên lý hoạt động của cầu Wien 10/ Xác lập công thức tính tần số của hai kiểu cầu xoay pha 11/ Xác lập công thức tính tần số của cầu Wien 12/Trình bày nguyên lý tạo xung 144 13/ Vẽ sơ đồ khối và trình bày nguyên lý hoạt động của sơ đồ khối bộ tạo xung. 14/ Tại sao gọi là dao động đa hài? 15/ Vẽ sơ đồ nguyên lý và trình bày nguyên lý hoạt động của sơ đồ nguyên lý bộ dao động đa hài tự dao động. 16/ Xác lập công thức tính tần số dao động của bộ dao động đa hài tự dao động 17/ Vẽ sơ đồ nguyên lý và trình bày nguyên lý hoạt động của sơ đồ nguyên lý bộ dao động đa hài đơn ổn. Các nhiệm vụ học tập *Sinh viên khai triển các công thức mới chỉ khai triển một phần ở giáo trình *Sinh viên sử dụng phần mềm electronic workbench để vẽ và mô phỏng hoạt động của các bộ tạo sóng điện đã học *Sinh viên tìm kiếm những máy radio đổi tần số và và tập xác định vị trí của bộ tạo dao động nội trong máy. Vẽ lại thành sơ đồ nguyên lý. *Sinh viên tìm kiếm tài liệu ở thư viện hoặc khai thác ở internet để tìm hiểu những bộ tạo sóng điện hình sin cao tần, tạo sóng điện hình sin âm tần dùng vi mạch thuật toán. Các bộ tạo xung dùng vi mạch 555. * Sinh viên mua các linh kiện điện tử ở thị trường, theo sơ đồ nguyên lý hình 5.13 lắp ráp một bộ dao động đa hài tự dao động. Thay hai điện trở RC bằng hai LED và tính tần s