Đang tải... (xem toàn văn)
Môn kỹ thuật điện tử. Chuong 5 - Mạch dao động Tóm tắt lỹ thuyết, công thức, các ví dụ minh họa dễ hiểu
Mạch tạo dao động Chương 5 Mạch tạo dao động 5.1 Mạch tạo dao động điều hoà 5.1.1 Khái niệm và điều kiện tự dao động 5.1.2 Các mạch dao động RC 5.1.3 Các mạch dao động LC 5.1.4 Các mạch dao động sử dụng thạch anh 5.2 Mạch tạo xung 5.2.1 Mạch tạo dạng xung RC 5.2.2 Các chuyển mạch điện tử 5.2.3 Các mạch tạo xung 5.3 Mạch định thời 555 5.4 Mạch tạo dao động điều khiển điện áp VCO 5.1 Mạch tạo dao động điều hoà 5.1.1 Khái niệm và điều kiện tự dao động 5.1.2 Các mạch dao động RC 5.1.2 Các mạch dao động LC 5.1.3 Các mạch dao động sử dụng thạch anh 5.1.1 Khái niệm và điều kiện tự dao động Mạch tạo dao động là mạch khi có nguồn cấp (DC) nó tự làm việc tạo ra tín hiệu dao động. Thường chia làm 2 loại • Tạo tín hiệu hình sin (dao động điều hoà) sẽ xét trong phần 5.1 • Tạo tín hiệu xung (răng cưa, tam giác, vuông ) sẽ xét trong phần 5.2 Yêu cầu với một mạch tạo dao động là: • Tín hiệu ra có tần số và biên độ ổn định • Ổn định theo nhiệt độ, độ ẩm môi trường Mạch tạo dao động cần 3 yếu tố: • Khuếch đại • Hồi tiếp dương • Khâu xác lập tần số Khâu xác lập tần số sẽ xác định tần số của tín hiệu do mạch dao động tạo ra. Có thể dùng mạch LC, RC hoặc phần tử áp điện thạch anh Khâu khuếch đại duy trì độ ổn định biên độ và tần số của tín hiệu tạo ra Khâu hồi tiếp có thể chỉ gồm phần tử thuần trở, thuần điện kháng hoặc kết hợp cả 2 loại. Hệ số hồi tiếp (β) được tính toán theo điện áp đầu ra. 5.1.1 Khái niệm và điều kiện tự dao động Điều kiện dao động: 2 điều kiện: Điều kiện cân bằng biên độ: Hệ số khuếch đại vòng (tích của hệ số khuếch đại khâu khuếch đại và khâu hồi tiếp) Điều kiện cân bằng góc pha: Độ dịch pha của vòng đóng (tổng góc dịch pha của khâu khuếch đại và khâu hồi tiếp) phải là số nguyên lần 2π. Tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín hiệu vào nên khâu hồi tiếp phải là hồi tiếp dương 4 loại chính mạch tạo dao động: • mạch dao động RC • mạch dao động LC • mạch dao động thạch anh • mạch dao động tổng hợp Khối khuếch đại Khối hồi tiếp vi vo vfb ve Khối khuếch đại Khối hồi tiếp vo oifbie vvvvv . β +=+= ( ) oiueuo v.v.Kv.Kv β+== β− == .K1 K v v K u u i o 1.K u =β ∞→ K 0v i = 0v o ≠ 1.K u ≥β 5.1.2 Mạch dao động RC Mạch dao động di pha Mạch dao động cầu Wien Mạch dao động T kép 5.1.2 Mạch dao động RC Mạch dao động di pha Tạo sóng sin tần số thấp nhất trong dải âm tần, còn gọi là mạch dao động RC Mạch dao động di pha thường dùng mạch khuếch đại đảo (lệch pha 1800) nên hệ thống hồi tiếp phải lệch pha thêm 180o để tạo hồi tiếp dương Sơ đồ khối Phương pháp phân tích mạch dao động: Viết phương trình tính hệ số khuếch đại của mạch hồi tiếp β= Uht/Ur Rút gọn β thành dạng (a +j b) Cho b = 0 để xác định tần số dao động fo Thay fo vào phương trình của bước 1 để xác định giá trị của β tại fo Từ điều kiện cân bằng biên độ Ku.β=1, xác định hệ số khuếch đại. 5.1.2 Mạch dao động RC Mạch dao động di pha dùng BJT Mỗi khâu RC trong mạng hồi tiếp tạo dịch pha 60o cần 3 khâu RC tạo dịch pha 1800. Mạch khuếch đại BJT kiểu E chung tạo dịch pha 1800 Hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp : β = v1 / v2 tiếp Để mạch hồi tiếp có độ lệch pha 1800 thì cần có b = 0 Tại tần số f0 có β=-1/29 hệ thống hồi tiếp lệch pha 1800. Điều kiện biên độ (Avβ) = 1 hệ số khuếch Av =29 Sơ đồ mạch Khâu hồi tiếp 2 2 2 3 3 3 1 1 5 1 6 . 1 a j b j R C R C R C β ω ω ω = = + − + − ÷ ÷ RC6 1 0 = ω RC f 62 1 0 π = . 29 fe C i h R Av Z = ≥ 4 23 29 C fe C R R h R R > + + ÷ ÷ 5.1.2 Mạch dao động RC Mạch dao động di pha dùng Op-Amp Tần số dao động Điều kiện cân bằng biên độ: Sơ đồ mạch RC f 62 1 0 π = 2 1 29 R Av R = ≥ Cầu Wien gồm một khâu (R//C) và một khâu (RntC) mắc nối tiếp với nhau Mạch khuếch đại là mạch khuếch đại không đảo Khâu hồi tiếp 5.1.2 Mạch dao động RC Mạch tạo dao động cầu Wien Hệ số truyền đạt của khâu hồi tiếp: β = v2/v1 Tại tần số dao động ω o có: ω 2.R1.R2.C1.C2 – 1 = 0 Tại tần số dao động ω o có: Nếu chọn : C1 = C2; R1 = R2 ta có β =1/3 và tần số dao động 1 1 1 1 2 2 1 2 1 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 2 2 1 1 (1 ) / 1 ( ) ( 1) (1 ) R j R C R C v v R R C R C R C j R R C C R j C j R C ω ω β ω ω ω ω + = = = + + + − + + + 2121 0 2121 .2 1 . 1 CCRR f CCRR o π ω =⇒= 1 2 1 1 2 2 1 2 R C R C R C RC β = + + 0 1 2 f RC π = [...].. .5. 1.3 Mạch dao động LC Có thể hoạt động ổn định tới tần số lên đến 1MHz Mạch dao động dịch pha không dùng được ở tần số cao do lúc đó tụ ổn điện phải có điện dung rất nhỏ Để tạo sóng tần số cao thường đưa vào hệ thống hồi tiếp các mạch cộng hưởng LC (song song hoặc nối tiếp) Xét một số mạch • Mạch dao động Colpitts • Hartley • Clapp • Amstrong (mạch dao động ghép biến áp) 5. 1.3 Mạch dao động. .. mạch không hồi tiếp Av L2 + M L1 + M +V cc R1 RFC vo C L1 Nhược điểm là độ hỗ cảm giữa 2 cuộn dây dẫn đến tạo ra các tần số không đoán trước được C1 L2 R2 RE CE 5. 1.4 Mạch dao động sử dụng thạch... động Colpitts • Hartley • Clapp • Amstrong (mạch dao động ghép biến áp) 5. 1.3 Mạch dao động LC Mạch tạo dao động ghép biến áp (Amstrong) Mạch dao động Amstrong dùng máy biến áp để hồi tiếp một phần điện áp ra về đầu vào Trong mạch L1, C1 là khung tạo dao động, L2 là cuộn lấy điện áp hồi tiếp về đầu vào Mạch khuếch đại BJT mắc theo kiểu E chung, tạo góc lệch pha 1800, khung LC có góc lệch pha là... hoàn theo thời gian Dao động thạch anh rất ổn định với nhiệt độ và thời gian Tần số dao động của mạch chỉ phụ thuộc vào kích thước của tinh thể thạch anh, đặc biệt là bề dày tinh thể 5. 1.4 Mạch dao động sử dụng thạch anh Cs r Sơ đồ tương đương của thạch anh L Cp Cuộn cảm có hệ số tự cảm L rất lớn (cỡ vài trăm Henry) Tụ điện Cs có giá trị điện dung rất nhỏ (cỡ vài fF) Tụ điện Cp có giá trị... Tinh thể thạch anh sử dụng trong mạch dao động là một lát mỏng, diện tích khoảng một vài cm2 Tính chất áp - iện: Nếu chịu sự biến dạng cơ học sẽ xuất hiện một hiệu điện thế giữa hai mặt của tinh thể Nếu đặt một điện thế lên tinh thể sẽ xuất hiện sự biến dạng cơ học Nếu đặt một điện thế xoay chiều lên 2 mặt của tinh thể gây nên sự biến dạng cơ học phụ thuộc vào điện thế tức thời tạo nên một tín... giá trị khoảng vài pF Hệ số phẩm chất Q cao, nên có thể bỏ qua giá trị của điện trở thuần r Thạch anh có 2 tần số cộng hưởng +V CC 1 fs = 2π LCs Tần số cộng hưởng nối tiếp R 1 X C 3 R C vo Q 1 Tần số cộng hưởng song song 1 fp = 2π Do nên: C s . xung 5. 2.1 Mạch tạo dạng xung RC 5. 2.2 Các chuyển mạch điện tử 5. 2.3 Các mạch tạo xung 5. 3 Mạch định thời 55 5 5. 4 Mạch tạo dao động điều khiển điện áp VCO 5. 1 Mạch tạo dao động điều hoà 5. 1.1. động Chương 5 Mạch tạo dao động 5. 1 Mạch tạo dao động điều hoà 5. 1.1 Khái niệm và điều kiện tự dao động 5. 1.2 Các mạch dao động RC 5. 1.3 Các mạch dao động LC 5. 1.4 Các mạch dao động sử dụng thạch anh 5. 2. điều hoà 5. 1.1 Khái niệm và điều kiện tự dao động 5. 1.2 Các mạch dao động RC 5. 1.2 Các mạch dao động LC 5. 1.3 Các mạch dao động sử dụng thạch anh 5. 1.1 Khái niệm và điều kiện tự dao động Mạch