Đang tải... (xem toàn văn)
Tiểu luận : MÔN HỌC: KỸ THUẬT XUNG
LỜI GIỚI THIỆU Kỹ thuật xung là môn học cơ sở của nghành Điện – Điện tử và có vị trí khá quan trọng trong toàn bộ chương trình học của sinh viên và học sinh, nhằm cung cấp các kiến thức liên quan đến các phương pháp cơ bản để tạo tín hiệu xung và biến đổi dạng tín hiệu xung. Giáo trình Kỹ thuật xung gồm 4 chương, được biên soạn cho hệ cao đẳng nhằm giúp sinh viên có các kiến thức cơ bản về tín hiệu xung và hiểu được các nguyên lý cơ bản của các mạch tạo xung, biến đổi dạng xung với nhiều linh kiện khác nhau. Để giúp sinh viên nắm vững lý thuyết, có các ví dụ, bài tập ứng dụng và bài tập thiết kế mạch ứng với từng phần. Sau khi hoàn tất môn học sinh viên có thể tự thiết kế một mạch tạo xung với các thông số yêu cầu cho những mạch ứng dụng cụ thể. Dù có nhiều cố gắng, giáo trình cũng không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong sự đóng góp ý kiến từ các đồng nghiệp và các sinh viên. Tp, Hồ Chí Minh năm 2006 Đào Thị Thu Thủy MÔN HỌC: KỸ THUẬT XUNG 1. Mã môn học: 2. Số đơn vị học trình: 2 3. Trình độ thuộc khối kiến thức: Khối chuyên ngành. 4. Phân bố thời gian: Lý thuyết 80% - bài tập 20% 5. Điều kiện tiên quyết: Không 6. Mô tả vắn tắt nội dung môn học: Môn học bao gồm các phương pháp tạo xung và biến đổi dạng xung: mạch RLC, mạch xén, mạch kẹp, mạch so sánh, dao động đa hài. 7. Nhiệm vụ của sinh viên: Tham dự học và thảo luận đầy đủ. Thi và kiểm tra giữa học kỳ theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT. 8. Tài liệu học tập: 9. Tài liệu tham khảo: [1]. Jacob Millman, PULSE DIGITAL AND SWITCHING WAREFORMS , [2]. Nguyễn Việt Hùng, KỸ THUẬT XUNG VÀ SỐ [3]. Nguyễn Tấn Phước, KỸ THUẬT XUNG 10. Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên: - Nắm được cơ bản nội dung môn học. - Có tính chủ động và thái độ nghiêm túc trong học tập. - Kiểm tra giữa môn học để được dự thi. - Thi với hình thức trắc nghiệm, viết và bài tập 11. Thang điểm thi: 10/10 12. Mục tiêu của môn học: Sau khi hoàn tất môn học sinh viên cần nắm vững các phương pháp tạo xung và biến đổi dạng xung. 13. Nội dung chi tiết của chương trình: Nội dung Số tiếtLý thuyết Bài tập Kiểm tra Chương 1: Tín hiệu xung và mạch RLC 6 4 2 Chương 2: Mạch biến đổi dạng xung 6 4 2 1 Chương 3: Mạch dao động đa hài dùng BJT 12 10 2 Chương 4:Các mạch tạo xung khác 4 4 Ôn tập 2 2 Chương 1: TÍN HIỆU XUNG VÀ MẠCH R L C §1.1. Khái niệm và các dạng xung §1.2. Các thông số của tín hiệu xung §1.3. Mạch lọc 1.3.1. Mạch lọc RC 1.3.2. Mạch lọc RL 1.3.3. Mạch lọc LC §1.4. Mạch tích phân §1.5. Mạch vi phân Bài tập Chương 2: MẠCH GIAO HOÁN DIODE, OP-AMP, BJT §2.1. Mạch xén 2.3.1. Mạch xén dương 2.3.1. Mạch xén âm 2.3.2. Mạch xén 2 mức §2.2. Mạch ghim 2.4.1. Mạch ghim đỉnh trên 2.4.2. Mạch ghim đỉnh dưới §2.3. Mạch so sánh dùng Op-amp Bài tập Chương 3: MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI §3.1. Khái niệm chung §3.2. Hai trạng thái của Transistor §3.3. Mạch lưỡng ổn §3.4. Mạch đơn ổn Bài tập §3.5. Mạch phi ổn Bài tập Chương 4: CÁC MẠCH TẠO XUNG KHÁC §4.1. Mạch dao đông đa hài dùng Op_amp §4.2. Mạch dao động đa hài dùng vi mạch định thời IC555 §4.3. Mạch Schmitt Trigger MỤC LỤC Chương 1:Tín hiệu xung và mạch giao hoán RLC. 1.1. Khái niệm. 1 1.2. Các thông số cơ bản của tín hiệu xung. 2 1.3. Các dạng hàm cơ bản. 3 1.4. Mạch RC. 4 1.5. Mạch RL. 16 Chương 2: Mạch biến đổi dạng xung 2.1. Mạch xén. 20 2.2 Mạch ghim (Mạch kẹp). 26 2.3. Mạch so sánh. 28 Chương 3: Mạch dao động đa hài dùng BJT 1.1 Khái niệm chung. 31 1.2 Trạng thái ngắt dẫn của Transistor. 31 3.3. Mạch dao động đa hài lưỡng ổn dùng BJT. 33 3.4. Mạch dao động đa hài đơn ổn. 37 3.5. Mạch dao động đa hài phi ổn. 43 Chương 4:Các mạch dao động khác 4.1. Mạch dao động đa hài dùng Op_amp. 52 4.2. Mạch dao động đa hài dùng vi mạch định thì IC555. 55 Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 1 CHƯƠNG 1 TÍN HIỆU XUNG VÀ MẠCH GIAO HOÁN RLC. 1.1. KHÁI NIỆM • Các tín hiệu điện có biên độ thay đổi theo thời gian được chia làm hai loại cơ bản là tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc. Tín hiệu liên tục (còn được gọi là tín hiệu tuyến tính hay tương tự) là tín hiệu có biên độ biến thiên liên tục theo thời gian. Tín hiệu rời rạc (còn được gọi là tín hiệu xung hay số) là tín hiệu có biên độ biến thiên không liên tục theo thời gian. • Tín hiệu xung: là tín hiệu rời rạc theo thời gian. • Đặc điểm chung: là thời gian tồn tại xung rất ngắn hay sự biến thiên biên độ từ thấp lên cao hay từ cao xuống thấp xảy ra rất nhanh. • Bản chất vật lý: dòng điện, điện áp, ánh sáng…. • Hình dạng: vuông, tam giác, răng cưa, nh?n, hình thang… T t a. Xung vuông đơn cực T t b. Xung vuông lưỡng cực T t e. Xung nhọn lưỡng cực T t d. Xung tam giác T t c. Xung răng cưa tT f. Xung nấc thang Hình 1.1 Các dạng tín hiệu xung Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 2 1.2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU XUNG 1.2.1. Xung đơn • Khái niệm: xung đơn là chỉ có một xung riêng biệt. Trong đó: Vm : Biên độxung. ∆V : Độ sụt áp đỉnh xung. tr : Độ rộng sườn trước. tP : Độ rộng đỉnh xung. tf : Độ rộng sườn sau. ton : Độ rộng xung thực tế. Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau là thời gian biên độ xung tăng hay giảm trong khoảng 0,1Vm đến 0,9Vm. Độ rộng đỉnh xung là thời gian xung có biên độ nằm trong khoảng từ 0,9 Vm đến Vm ứng với đoạn đỉnh. Độ rộng xung thực tế là: ton = tr + tp +tf Độ sụt áp đỉnh xung ∆V là độ giảm biên độ ở phần đỉnh xung. 1.2.2. Dãy xung • Khái niệm: dãy xung là tín hiệu gồm nhiều xung đơn. Dãy xung có thể tuần hoàn hoặc không tuần hoàn. Trong đó: Vm : Biên độxung. ton : Độ rộng xung. toff : Thời gian không có xung. T : Chu kỳ Độ rộng của xung là thời gian ứng với điện áp cao gọi là ton (hay tx). Thời gian không có xung ứng với điện áp thấp gọi là toff (hay thời gian nghỉ tng). Chu kỳ xung là: T = ton + toff (s) Xung vuông đối xứng: ton = toff t ∆Vv(t) ton tr tp tf Vm 0.9Vm 0.2 Vm Hình 1.2 Xung vuông đơn t Vm v(t) ton T toff Hình 1.3 Dãy xung vuông tuần hoàn Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 3 Tần số là số xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian, được tính theo công thức: T1f = (Hz) Độ rỗng của xung là tỉ số giữa chu kỳ T và độ rộng xung ton: ontTQ = Nghịch đảo của độ rộng Q được gọi là hệ số đầy xung: Tton=η Để phân tích tín hiệu xung cần đưa về các dạng hàm cơ bản: hàm đột biến, hàm tuyến tính, hàm mũ giảm, hàm mũ tăng. 1.3. CÁC DẠNG HÀM CƠ BẢN 1.3.1. Hàm đột biến: v(t) = a.1(t - t0). • Đột biến xảy ra tại thời điểm t = t0 với biên độ là a. • 1(t – t0) : Hàm đột biến đơn vị. • Khi t < t0 : v = 0 Khi t ≥ t0 : v = a 1.3.2. Hàm tuyến tính: v(t) = k(t - t0). • k : Độ dốc của hàm. t0 t a v v(t) Hình 1.4 Hàm đột biến t0 t v Hình 1.5 Hàm tuyến tính. v(t) Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 4 1.3.3. Hàm mũ giảm: τ−−=/)tt(e.a)t(v0 1.3.4. Hàm mũ tăng: )/)tt(e1(.a)t(v0τ−−−= Để phân tích 1 tín hiệu xung, phải đưa về dạng tổng các hàm cơ bản. Ví dụ: Suy ra: v(t) = v1(t) + v2(t) = a.1(t) – a.1(t – t0) 1.4. MẠCH RC 1.4.1. Phản ứng với hàm đột biến điện áp: vi = a.1(t) • t < 0 : vi = 0 , i = 0 vR = 0 , vC = 0 t0 t v Hình 1.6 Hàm mũ tăng. a )/)tt(e1(.a)t(v0τ−−−=t t0 a v v(t) t0 a v t - a v1(t) v2(t) ⇔ 0 t a vi v t a toHình 1.6 Hàm mũ giảm τ−−=/)tt(e.a)t(v0 Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 5 • t = 0 : vi = a Mặt khác: vi = vC + vR Mà vC = 0 (Điện áp trên tụ không đột biến). Do đó: vR = a ⇒ RaRv iR== • t > 0 : Tụ C nạp bằng dòng điện Rvv iCi−= vC tăng dần, ⇒ i giảm dần, vR giảm dần. • t = ∞ : Mạch xác lập. Tụ C nạp đầy với vC = vi = a , vR = 0 , i = 0 τ−=/tRe.av )e1(.av/tCτ−−= τ = RC : Được gọi là thời hằng. τ đặc trưng cho tốc độ diễn ra quá trình quá độ. τ càng lớn, quá trình quá độ càng kéo dài, mạch lâu xác lập. 1.4.2. Phản ứng với xung vuông: Phân tích vi thành tổng các hàm cơ bản, ta có: vi = v1 + v2 Với : v1 = a.1(t) v2 = - a.1(t - tp) τ−−τ−−=/)ptt(/tRe.ae.av )e1(.a)e1(.av/)ptt(/tCτ−−τ−−−−= Quá trình vật lý trong mạch: t < 0 : vi = 0 , i = 0 , vC = 0 , vR = 0 0 t a vi tp 0 t a v1 tp v2 - a vC(t) vR(t)a tv Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Trang 6 0 ≤ t < tp : vi = a ; tụ C nạp điện bằng dòng RvviCi−=. vC tăng dần, ⇒ i giảm dần, vR giảm. tp ≤ t : vi = 0, tụ C phóng điện qua R, với dòng RviC−= . Điệp áp vR giảm dần đến 0. tvR(ta a vc(t) a ttp [...]... dương • Vi < 0 : Z phân cực thuận, Z dẫn giống Diode ⇒ V0 = 0 • Vi ≥ 0 : Z phân cực nghịch + Vi < VZ : Z tắt ⇒ V0 = Vi + Vi > VZ : Z dẫn ổn áp ⇒ V0 = VZ b Giới hạn xung âm R Vi VZ + Z Vo Hình 2.5 Mạch giới hạn xung âm Trang 24 Giáo Trình Kỹ Thuật Xung • Vi < 0 • Vi > 0 Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy : Z phân cực nghịch + Vi > - VZ : Z tắt ⇒ V0 = Vi + Vi VV+ < V- + -Vcc : Vo = +Vc c : bão hòa dương : Vo = -Vc c : bão hòa âm 2.3.1 Mạch so sánh không đảo Điện áp Vi vào ngõ không đảo V+ VR vào ngõ đảo V+Vcc + Vi -Vcc VN Trang 28 Vo Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Đặc tuyến hàm truyền đạt: V0 +VCC VN Vi... V T1 T2 Bài 5: Cho mạch như hình v : R1 1 K 2 + -E R2 L Khi t < 0 : K ở vị trí số 2 t = 0 : K sang vị trí số 1 t = 30 µs : K trở lại vị trí số 2 Hãy xác định và vẽ iL , vL trong các trường hợp sau: R1 = 1K R2 = 1K L = 1mH a E = 10 V R1 = 10K R2 = 10K L = 10mH b E = 10 V Trang 19 Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy CHƯƠNG 2 MẠCH BIẾN ĐỔI DẠNG XUNG 2.1 MẠCH XÉN Chức năng: Giới hạn biên... Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Dạng tín hiệu ra khi tín hiệu vào là tín hiệu sin: v vi VN t vo b Mạch xén dưới : Xén phần tín hiệu nhỏ hơn giá trị VN R D D Vi + + Vo + Vi Vn R + Vo Vn - - - Hình 2.2a Xén dưới song song - Hình 2.2 b.Xén dưới nối tiếp • Vi > VN : D dẫn ⇒ V0 = Vi • Vi ≤VN : D tắt ⇒ V0 = VN • Vi ≥ VN : D tắt ⇒ V0 = Vi • Vi < VN : D dẫn ⇒ V0 = VN Đặc tuyến hàm truyền đạt: Biểu... đạt: V0 +VC C VN Vi VCC • VI < VN (hayV+ > V- ) thì V0 = +VCC • Vi > VN (hayV+< V- ) thì V0 = -VCC * Chú : Nếu op-amp được cung cấp nguồn đơn thì khi bão hoà âm Vo = 0 Trang 29 Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Ví d : +Vcc + Vi -Vcc Vo v+ = vi v- = 0 Khi vi > 0 ⇒ V+ > V- ⇒ vo = +Vcc Khi vi < 0 ⇒ V+< V- ⇒ vo = -Vcc v vi vo +Vcc t -Vcc Trang 30 Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào... ra hai xung ngược dấu nhưng có độ rộng xung rất hẹp được gọi là xung nhọn Như vậy, nếu thỏa điều kiện của mạch vi phân thì mạch RC sẽ đổi tín hiệu từ xung vuông đơn cực ra 2 xung nhọn lưỡng cực Trang 12 Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Vi(t) Vm t Ti Vo(t) a) Dạng sóng ngõ vào Vm t Vm Vo(t) b) Dạng sóng ngõ ra khi τ = Ti 5 Vm t -Vm c) Dạng sóng ngõ ra khi τ vi > VA : D1 on , D2 on vo = VA = vi • vi ≥ V2 : D1 on Suy ra VA = vi , do đó D2 off Trang 23 Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy Dòng iR2 = 0 ⇒ vo = V2 =100 (V) • Đặc tuyến hàm truyền đạt: vo 100 50 D1 off... zenner: Để giới hạn biên độ xung người ta còn dùng diode zener thay cho diode D và nguồn chuẩn VR Điện áp VZ do hiệu ứng zener sẽ là điện áp giới hạn biên độ xung Giả sử các diode zenner lý tưởng: Vγ = 0 : điện áp bắt đầu dẫn Is = 0 : dòng rỉ khi phân cực nghịch rf = 0 : điện trở thuận Vz : điện áp ổn định củ Z khi phân cực nghịch a Giới hạn xung dương R + VZ Vi - Z Vo Hình 2.4 Mạch giới hạn xung dương... 1.1 2: Dạng sóng vào và ra của mạch vi phân nhận xung vuông Ví dụ 1: Cho mạch như hình v : C R1 R vi = 5.1(t) R = 1KΩ C = 470 pF vi + -E Hãy xác định và vẽ đồ thị vC(t), vR(t) cho các trường hợp sau: R1 = ∞ a E = 0, b E = 1V, R1 = ∞ c E = 1V, R1 = 2KΩ Bài giải Trang 13 Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy a E = 0, R1 = ∞ Mạch tương đương: C vi R vi = 5.1(t) vR = 5 e − t / τ vC = 5 (1... tương đương: C vi R + -E Xét tác dụng của nguồn E: iE = 0 v E = i E R = 0 R v E = i.R = 0 R Xét tác dụng của nguồn vi: v E = i.R = 0 R v iC = 5.(1 − e − t / τ ) τ = RC = 0.47 µs Cộng tác dụng của 2 nguồn, suy ra: v R = 5.e − t / τ v C = 5.(1 − e − t / τ ) − 1 Trang 14 Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy v v i (t) v C (t) 5 4 v R (t) c E = 1V, R1 Mạch t = 2KΩ tương đương: -1 C R1 R . Thủy MÔN HỌC: KỸ THUẬT XUNG 1. Mã môn học: 2. Số đơn vị học trình: 2 3. Trình độ thuộc khối kiến thức: Khối chuyên ngành. 4. Phân bố thời gian: Lý. HIỆU XUNG 1.2.1. Xung đơn • Khái niệm: xung đơn là chỉ có một xung riêng biệt. Trong đ : Vm : Biên đ xung. ∆V : Độ
