Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

36 2.1K 23
Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

Chương 10: Mạch dao động Chương 10 MẠCH DAO ÐỘNG (Oscillators) Ngoài các mạch khuếch đại điện thế và công suất, dao động cũng là loại mạch căn bản của ngành điện tử. Mạch dao động được sử dụng phổ biến trong các thiết bị viễn thông. Một cách đơn giản, mạch dao độngmạch tạo ra tín hiệu. Tổng quát, người ta thường chia ra làm 2 loại mạch dao động: Dao động điều hòa (harmonic oscillators) tạo ra các sóng sin và dao động tích thoát (thư giãn - relaxation oscillators) thường tạo ra các tín hiệu không sin như răng cưa, tam giác, vuông (sawtooth, triangular, square). 10.1 MẠCH DAO ÐỘNG SIN TẦN SỐ THẤP: Ta xem lại mạch khuếch đại có hồi tiếp - Nếu pha của vf lệch 1800 so với vs ta có hồi tiếp âm. - Nếu pha của vf cùng pha với vs (hay lệch 3600) ta có hồi tiếp dương. Ðộ lợi của mạch khi có hồi tiếp: Trương Văn Tám X-1 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động Trường hợp đặc biệt βAv = 1 được gọi là chuẩn cứ Barkausen (Barkausen criteria), lúc này Af trở nên vô hạn, nghĩa là khi không có tín hiệu nguồn vs mà vẫn có tín hiệu ra v0, tức mạch tự tạo ra tín hiệu và được gọi là mạch dao động. Tóm lại điều kiện để có dao động là: βAv=1 θA + θB = 0 (360 ) điều kiện này chỉ thỏa ở một tần số nào đó, nghĩa là trong hệ thống hồi tiếp dương phải có mạch chọn tần số. B0 0 Nếu βAv >> 1 (đúng điều kiện pha) thì mạch dao động đạt ổn định nhanh nhưng dạng sóng méo nhiều (thiên về vuông) còn nếu βAv > 1 và gần bằng 1 thì mạch đạt đến độ ổn định chậm nhưng dạng sóng ra ít méo. Còn nếu βAv < 1 thì mạch không dao động được. 10.1.1 Dao động dịch pha (phase shift oscillator): - Tạo sóng sin tần số thấp nhất là trong dải âm tần. - Còn gọi là mạch dao động RC. - Mạch có thể dùng BJT, FET hoặc Op-amp. - Thường dùng mạch khuếch đại đảo (lệch pha 1800) nên hệ thống hồi tiếp phải lệch pha thêm 1800 để tạo hồi tiếp dương. a. Nguyên tắc: - Hệ thống hồi tiếp gồm ba mắc R-C, mỗi mắc có độ lệch pha tối đa 900 nên để độ lệch pha là 1800 phải dùng ba mắc R-C. - Mạch tương đương tổng quát của toàn mạch dao động dịch pha được mô tả ở hình 10.2 Trương Văn Tám X-2 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động Nếu Ri rất lớn và R0 nhỏ không đáng kể Ta có: v0 = v1 = Av.vi vi = v2 - Hệ thống hồi tiếp gồm 3 măc C-R, và được vẽ lại như hình 10.3. - Ðể phân giải mạch ta theo 4 bước: + Viết phương trình tính độ lợi điện thế β = v2/v1 của hệ thống hồi tiếp. + Rút gọn thành dạng a + jb + Cho b = 0 để xác định tần số dao động f0+ Thay f0 vào phương trình của bước 1 để xác định giá trị của β tại f0. Từ đó: Trương Văn Tám X-3 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động Và: Ðể mạch lệch pha 1800: Trương Văn Tám X-4 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động Thay ω0 vào biểu thức của β ta tìm được: b. Mạch dịch pha dùng op-amp: - Do op-amp có tổng trở vào rất lớn và tổng trở ra không đáng kể nên mạch dao động này minh họa rất tốt cho chuẩn cứ Barkausen. Mạch căn bản được vẽ ở hình 10.4 - Tần số dao động được xác định bởi: Trương Văn Tám X-5 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động c. Mạch dao động dịch pha dùng FET: - Do FET có tổng trở vào rất lớn nên cũng thích hợp cho loại mạch này. - Tổng trở ra của mạch khuếch đại khi không có hồi tiếp: R0 = RD||rD phải thiết kế sao cho R0 không đáng kể so với tổng trở vào của hệ thống hồi tiếp để tần số dao động vẫn thỏa mãn công thức: Nếu điều kiện trên không thỏa mãn thì ngoài R và C, tần số dao động sẽ còn tùy thuộc vào R0 (xem mạch dùng BJT). - Ðộ lợi vòng hở của mạch: Av = -gm(RD||rD) ≥ 29 nên phải chọn Fet có gm, rD lớn và phải thiết kế với RD tương đối lớn. d. Mạch dùng BJT: - Mạch khuếch đại là cực phát chung có hoặc không có tụ phân dòng cực phát. Trương Văn Tám X-6 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động - Ðiều kiện tổng trở vào của mạch không thỏa mãn nên điện trở R cuối cùng của hệ thống hồi tiếp là: R = R’ + (R1||R2||Zb) (10.8) Với Zb = βre nếu có CE và Zb = β(re + RE) nếu không có CE. - Tổng trở của mạch khi chưa có hồi tiếp R0 ≈ RC không nhỏ lắm nên làm ảnh hưởng đến tần số dao động. Mạch phân giải được vẽ lại -Áp dụng cách phân giải như phần trước ta tìm được tần số dao động: - Thường người ta thêm một tầng khuếch đại đệm cực thu chung để tải không ảnh hưởng đến mạch dao động. Trương Văn Tám X-7 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động 10.1.2 Mạch dao động cầu Wien: (wien bridge oscillators) - Cũng là một dạng dao động dịch pha. Mạch thường dùng op-amp ráp theo kiểu khuếch đại không đảo nên hệ thống hồi tiếp phải có độ lệch pha 00. Mạch căn bản như hình 10.8a và hệ thống hồi tiếp như hình 10.8b Tại tần số dao động ω0: Trương Văn Tám X-8 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động Trong mạch cơ bản hình 10.8a, ta chú ý: - Nếu độ lợi vòng hở Av < 3 mạch không dao động - Nếu độ lợi vòng hở Av >> 3 thì tín hiệu dao động nhận được bị biến dạng (đỉnh dương và đỉnh âm của hình sin bị cắt). - Cách tốt nhất là khi khởi động, mạch tạo Av > 3 (để dễ dao động) xong giảm dần xuống gần bằng 3 để có thể giảm thiểu tối đa việc biến dạng. Người ta có nhiều cách, hình 10.9 là một ví dụ dùng diode hoạt động trong vùng phi tuyến để thay đổi độ lợi điện thế của mạch. - Khi biên độ của tín hiệu ra còn nhỏ, D1, D2 không dẫn điện và không ảnh hưởng đến mạch. Ðộ lợi điện thế của mạch lúc này là: - Ðộ lợi này đủ để mạch dao động. Khi điện thế đỉnh của tín hiệu ngang qua R4 khoảng 0.5 volt thì các diode sẽ bắt đầu dẫn điện. D1 dẫn khi ngõ ra dương và D2 dẫn khi ngõ ra âm. Khi dẫn mạnh nhất, điện thế ngang diode xấp xỉ 0.7 volt. Ðể ý là hai diode chỉ dẫn điện ở phần đỉnh của tín hiệu ra và nó hoạt động như một điện trở thay đổi nối tiếp với R5 và song song với R4 làm giảm độ lợi của mạch, sao cho độ lợi lúc này xuống gần bằng 3 và có tác dụng làm giảm thiểu sự biến dạng. Việc phân giải hoạt động của diode trong vùng phi tuyến tương đối phức tạp, thực tế người ta mắc thêm một điện trở R5 (như hình vẽ) để điều chỉnh độ lợi của mạch sao cho độ biến dạng đạt được ở mức thấp nhất. Trương Văn Tám X-9 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động - Ngoài ra cũng nên để ý là độ biến dạng sẽ càng nhỏ khi biên độ tín hiệu ở ngõ ra càng thấp. Thực tế, để lấy tín hiệu ra của mạch dao động người ta có thể mắc thêm một mạch không đảo song song với R1C1 như hình vẽ thay vì mắc nối tiếp ở ngõ ra của mạch dao động. Do tổng trở vào lớn, mạch này gần như không ảnh hưởng đến hệ thống hồi tiếp nhưng tín hiệu lấy ra có độ biến dạng được giảm thiểu đáng kể do tác động lọc của R1C1. - Một phương pháp khác để giảm biến dạng và tăng độ ổn định biên độ tín hiệu dao động, người ta sử dụng JFET trong mạch hồi tiếp âm như một điện trở thay đổi. Lúc này JFET được phân cực trong vùng điện trở (ohmic region-vùng ID chưa bảo hòa) và tác động như một điện trở thay đổi theo điện thế (VVR-voltage variable resistor). - Ta xem mạch hình 10.10 - D1, D2 được dùng như mạch chỉnh lưu một bán kỳ (âm); C3 là tụ lọc. Mạch này tạo điện thế âm phân cực cho JFET. - Khi cấp điện, mạch bắt đầu dao động, biên độ tín hiêu ra khi chưa đủ làm cho D1 và D2 dẫn điện thì VGS = 0 tức JFET dẫn mạnh nhất và rds nhỏ nhất và độ lợi điện thế của op-amp đạt giá trị tối đa. - Sự dao động tiếp tục, khi điện thế đỉnh ngõ ra âm đạt trị số xấp xỉ -(Vz + 0.7v) thì D1 và D2 sẽ dẫn điện và VGS bắt đầu âm. Trương Văn Tám X-10 Mạch Điện Tử [...]... X-3 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động 10. 2.2 Tổng quát về dao động LC: -Dạng tổng quát như hình 10. 17a và mạch hồi tiếp như hình 10. 17b - Giả sử R i rất lớn đối với Z 2 (thường được thỏa vì Z 2 rất nhỏ) Ðể tính hệ số hồi tiếp ta dùng hình 10. 17b Ðể xác định A v (độ lợi của mạch khuếch đại căn bản ta dùng mạch 10. 17c Trương Văn Tám X-15 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch. .. Mạch dao động Và: Ðể mạch lệch pha 180 0 : Trương Văn Tám X-4 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động 10. 3.2 Dao động thạch anh: Dao động dùng thạch anh như mạch cộng hưởng nối tiếp còn gọi là mạch dao động Pierce (Pierce crystal oscillator). Dạng tổng quát như sau: Ta thấy dạng mạch giống như mạch dao động clapp nhưng thay cuộn dây và tụ điện nối tiếp bằng thạch anh. Dao động. .. r ds nhỏ nhất và độ lợi điện thế của op-amp đạt giá trị tối đa. - Sự dao động tiếp tục, khi điện thế đỉnh ngõ ra âm đạt trị số xấp xỉ -( V z + 0.7v) thì D 1 và D 2 sẽ dẫn điện và V GS bắt đầu âm. Trương Văn Tám X -1 0 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động 10. 2 MẠCH DAO ÐỘNG SIN TẦN SỐ CAO: Dao động dịch pha không dùng được ở tần số cao do lúc đó tụ điện phải có điện dung rất nhỏ. Ðể tạo... D ngưng Trương Văn Tám X-32 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động Trương Văn Tám X-34 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động Ðiện thế thềm trên V UTP =β.(+V SAT )>0 Ðiện thế thềm dưới V LTP =β.(-V SAT )<0 Giả sử khi mở điện v 0 = +V SAT , tụ C nạp điện, điện thế hai đầu tụ tăng dần, khi V C (điện thế ngõ vào -) lớn hơn v f = V UTP (điện thế ngõ vào +) ngõ... được vẽ ở hình 10. 14 Trương Văn Tám X-12 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động Trong mạch cơ bản hình 10. 8a, ta chú ý: - Nếu độ lợi vịng hở A v < 3 mạch khơng dao động - Nếu độ lợi vòng hở A v >> 3 thì tín hiệu dao động nhận được bị biến dạng (đỉnh dương và đỉnh âm của hình sin bị cắt). - Cách tốt nhất là khi khởi động, mạch tạo A v > 3 (để dễ dao động) xong giảm... mạch dao động. Do tụ C nạp điện và phóng điện đều qua điện trở R1 nên thời gian nạp điện bằng thời gian phóng điện. Khi C nạp điện, điện thê 2 đầu tụ là: Trương Văn Tám X-25 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động c. Mạch dao động dịch pha dùng FET: - Do FET có tổng trở vào rất lớn nên cũng thích hợp cho loại mạch này. - Tổng trở ra của mạch khuếch đại khi khơng có hồi tiếp: R0... I p , ta có: Mạch minh họa như hình 10. 37 c. Tạo sóng răng cưa: Ðể tạo sóng răng cưa ta tìm cách giảm thật nhỏ thời gian phóng điện. Có thể dùng mạch như hình 10. 38 Trương Văn Tám X-28 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động - Thời gian C phóng điện qua D n rất nhỏ (vài chục micro giây). - Chu kỳ dao động T = t p + t n ≠ t p 10. 4.3 Tạo sóng tam giác từ mạch so sánh và tích... điện trở (ohmic region-vùng ID chưa bảo hòa) và tác động như một điện trở thay đổi theo điện thế (VVR-voltage variable resistor). - Ta xem mạch hình 10. 10 - D 1 , D 2 được dùng như mạch chỉnh lưu một bán kỳ (âm); C 3 là tụ lọc. Mạch này tạo điện thế âm phân cực cho JFET. - Khi cấp điện, mạch bắt đầu dao động, biên độ tín hiêu ra khi chưa đủ làm cho D 1 và D 2 dẫn điện thì V GS = 0... v 0 = -( V Z +0.7v) = -V 0 < 0. Trương Văn Tám X-30 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động Hai cuộn cảm L 1 và L 2 mắc nối tiếp nên điện cảm của toàn mạch là L = L 1 + L 2 + 2M với M là hổ cảm. Từ điều kiện: Z 1 + Z 2 + Z 3 = 0 tại tần số cộng hưởng với Z 1 +Z 2 =Z l =jω 0 L Ta cũng có thể dùng mạch cực thu chung như hình 10. 23 Trương Văn Tám X-20 Mạch Điện Tử. .. - Do op-amp có tổng trở vào rất lớn và tổng trở ra không đáng kể nên mạch dao động này minh họa rất tốt cho chuẩn cứ Barkausen. Mạch căn bản được vẽ ở hình 10. 4 - Tần số dao động được xác định bởi: Trương Văn Tám X-5 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động Bài 3: Cho mạch điện: D 1 , D 2 cấu tạo bằng Si có điện thế Zener lần lượt là V Z1 và V Z2 1. Chứng minh rằng độ rộng của xung . đến mạch dao động. Trương Văn Tám X-7 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động 10. 1.2 Mạch dao động cầu Wien: (wien bridge oscillators) - Cũng. Barkausen. Mạch căn bản được vẽ ở hình 10. 4 - Tần số dao động được xác định bởi: Trương Văn Tám X-5 Mạch Điện Tử Chương 10: Mạch dao động c. Mạch dao

Ngày đăng: 10/10/2012, 16:46

Hình ảnh liên quan

- Hệ thống hồi tiếp gồm 3 măc C-R, và được vẽ lại như hình 10.3. - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

th.

ống hồi tiếp gồm 3 măc C-R, và được vẽ lại như hình 10.3 Xem tại trang 3 của tài liệu.
Trong mạch cơ bản hình 10.8a, ta chú ý: - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

rong.

mạch cơ bản hình 10.8a, ta chú ý: Xem tại trang 9 của tài liệu.
-Dạng tổng quát như hình 10.17a và mạch hồi tiếp như hình 10.17b - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

ng.

tổng quát như hình 10.17a và mạch hồi tiếp như hình 10.17b Xem tại trang 15 của tài liệu.
10.2.2 Tổng quát về dao động LC: - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

10.2.2.

Tổng quát về dao động LC: Xem tại trang 15 của tài liệu.
Người ta cũng có thể dùng mạch clapp cải tiến như hình 10.21 - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

g.

ười ta cũng có thể dùng mạch clapp cải tiến như hình 10.21 Xem tại trang 19 của tài liệu.
Ta cũng có thể dùng mạch cực thu chung như hình 10.23 - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

a.

cũng có thể dùng mạch cực thu chung như hình 10.23 Xem tại trang 20 của tài liệu.
Mạch tương đương của thạch anh như hình 10.25 - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

ch.

tương đương của thạch anh như hình 10.25 Xem tại trang 21 của tài liệu.
Hình 10.29 là loại mạch dao động Pierce dùng rất ít linh kiện. Thạch anh nằm trên đường hồi tiếp từ cực thoát về cực cổng - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

Hình 10.29.

là loại mạch dao động Pierce dùng rất ít linh kiện. Thạch anh nằm trên đường hồi tiếp từ cực thoát về cực cổng Xem tại trang 23 của tài liệu.
Thực tế người ta mắc thêm một tụ tinh chỉnh CM (Trimmer) như hình 10.29 và có tác động giảm biến dạng của tín hiệu dao động - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

h.

ực tế người ta mắc thêm một tụ tinh chỉnh CM (Trimmer) như hình 10.29 và có tác động giảm biến dạng của tín hiệu dao động Xem tại trang 24 của tài liệu.
Ta có thể dùng mạch hình 10.30 với C1 và C2 mắc bên ngoài. - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

a.

có thể dùng mạch hình 10.30 với C1 và C2 mắc bên ngoài Xem tại trang 24 của tài liệu.
Trong các mạch hình trên ở ngõ ra ta được sóng vuông đều (t 1= t2). Muốn t1 ≠ t2 ta có thể thế R2 bằng mạch  - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

rong.

các mạch hình trên ở ngõ ra ta được sóng vuông đều (t 1= t2). Muốn t1 ≠ t2 ta có thể thế R2 bằng mạch Xem tại trang 26 của tài liệu.
Một cầu chỉnh lưu và JFET được đưa vào hệ thống hồi tiếp âm như hình 10.35. Ðể ý là điện thế tại cực thoát D của JFET luôn dương hơn cực nguồn S (bất chấp  trạng thái của ngỏ ra V0) - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

t.

cầu chỉnh lưu và JFET được đưa vào hệ thống hồi tiếp âm như hình 10.35. Ðể ý là điện thế tại cực thoát D của JFET luôn dương hơn cực nguồn S (bất chấp trạng thái của ngỏ ra V0) Xem tại trang 27 của tài liệu.
Mạch minh họa như hình 10.37 - Mạch điện tử - chương 10 - Mạch dao động

ch.

minh họa như hình 10.37 Xem tại trang 28 của tài liệu.

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan