Bài giảng Kỹ thuật xung - Chương 6: Mạch đa hài

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

CHÖÔNG 6.

MAÏCH ÑA HAØI

I. KHAÙI NIEÄM

Heä thoáng maïch ñieän töû coù theå taïo ra dao ñoäng ôû nhieàu daïng khaùc nhau nhö:

dao ñoäng hình sin (dao ñoäng ñieàu hoøa), maïch taïo xung chöõ nhaät, maïch taïo

xung tam giaùc... caùc maïch taïo dao ñoäng xung ñöôïc öùng duïng khaù phoå bieán

trong heä thoáng ñieàu khieån, thoâng tin soá vaø trong haàu heát caùc heä thoáng ñieän töû

soá.

Trong kyõ thuaät xung, ñeå taïo caùc dao ñoäng khoâng sin, ngöôøi ta thöôøng duøng

caùc boä dao ñoäng tích thoaùt. Dao ñoäng tích thoaùt laø caùc dao ñoäng rôøi raïc, bôûi

vì haøm cuûa doøng ñieän hoaëc ñieän aùp theo thôøi gian coù phaàn giaùn ñoaïn. Veà

maët vaät lyù, trong caùc boä dao ñoäng sin, ngoaøi caùc linh kieän ñieän töû coøn coù hai

phaàn töû phaûn khaùng L vaø C ñeå taïo dao ñoäng, trong ñoù xaûy ra quaù trình trao

ñoåi naêng löôïng moät caùch laàn löôït giöõa naêng löôïng töø tröôøng tích luõy trong

cuoän daây vaø naêng löôïng ñieän tröôøng tích luõy trong tuï ñieän, sau moãi chu kyø

dao ñoäng, naêng löôïng tích luõy trong caùc phaàn töû phaûn khaùng bò tieâu hao bôûi

phaàn töû ñieän trôû toån hao cuûa maïch dao ñoäng, thöïc teá löôïng tieâu hao naøy raát

nhoû. Ngöôïc laïi trong caùc boä dao ñoäng tích thoaùt chæ chöùa moät phaàn töû tích luõy

naêng löôïng, maø thöôøng gaëp nhaát laø tuï ñieän.

Caùc boä dao ñoäng tích thoaùt thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå taïo caùc xung vuoâng coù

ñoä roäng khaùc nhau vaø coù theå laøm vieäc ôû caùc cheá ñoä sau : cheá ñoä töï dao ñoäng,

kích thích töø ngoaøi.

Dao ñoäng ña haøi laø moät loaïi daïng maïch dao ñoäng tích thoaùt, noù laø maïch taïo

xung vuoâng cô baûn nhaát caùc daïng ña haøi thöôøng gaëp trong kyõ thuaät xung nhö

sau :

1. Maïch Ña Haøi Baát OÅn (Astable Multivibrator)

Ñaây laø daïng maïch khoâng coù traïng thaùi oån ñònh (ña haøi töï dao ñoäng, töï kích).

Chu kyø laäp laïi vaø bieân ñoä cuûa xung taïo ra ñöôïc xaùc ñònh baèng caùc thoâng soá

cuûa boä ña haøi vaø ñieän aùp nguoàn cung caáp. Caùc maïch dao ñoäng ña haøi töï kích

coù ñoä oån ñònh thaáp.

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 88

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Ngoõ ra cuûa boä dao ñoäng ña haøi töï kích luaân phieân thay ñoåi theo hai giaù trò ôû

möùc thaáp vaø möùc cao.

2. Maïch Ña Haøi Ñôn OÅn (Monostable Multivibrator)

Khi maïch hoaït ñoäng ôû cheá ñoä naøy, neáu khoâng cung caáp ñieän aùp ñieàu khieån

töø beân ngoaøi thì boä dao ñoäng ña haøi naèm ôû traïng thaùi oån ñònh. Khi coù xung

ñieàu khieån, thöôøng laø caùc xung kích thích coù ñoä roäng heïp, thì noù chuyeån sang

cheá ñoä khoâng oån ñònh trong moät khoaûng thôøi gian roài trôû laïi traïng thaùi ban

ñaàu vaø keát quaû ngoõ ra cho ra moät xung.

Thôøi gian boä dao ñoäng ña haøi naèm ôû traïng thaùi khoâng oån ñònh daøi hay ngaén

laø do caùc tham soá cuûa maïch quyeát ñònh. Ngoõ ra cuûa boä dao ñoäng ña haøi ñôn

oån coù moät traïng thaùi oån ñònh (hoaëc ôû möùc cao hoaëc möùc thaáp). Maïch naøy coøn

coù teân goïi laø ña haøi ñôïi, ña haøi moät traïng thaùi beàn.

Xung kích töø beân ngoaøi coù theå laø xung gai nhoïn aâm hoaëc döông, chu kyø vaø

bieân ñoä do maïch quyeát ñònh.

3. Maïch Ña Haøi Hai Traïng Thaùi Oån Ñònh Khoâng Ñoái Xöùng (Schmitt Trigger)

Ñaây laø daïng maïch söûa daïng xung ñeå cho ra caùc xung vuoâng. Ñieän aùp ngoõ ra

ôû möùc cao, thaáp vaø quaù trình chuyeån ñoåi traïng thaùi giöõa möùc thaáp vaø möùc

cao laø tuøy thuoäc vaøo thôøi ñieåm ñieän aùp ngoõ vaøo vöôït qua hai ngöôõng kích

treân vaø kích döôùi.

4. Maïch Ña Haøi Hai Traïng Thaùi Oån Ñònh Ñoái Xöùng (Bistable Multivibrator)

Daïng maïch naøy coøn goïi laø Flip-Flop (maïch laät hay baáp beânh). Ñaây laø phaàn

töû quan troïng trong lónh vöïc ñieän töû soá, maùy tính. Bao goàm caùc loaïi Flip-Flop

RS, JK, T, D, noù ñöôïc taïo ra bôûi caùc linh kieän rôøi. Ngaøy nay chuû yeáu cheá taïo

baèng coâng ngheä vi maïch.

5. Cheá taïo maïch ña haøi

Coù nhieàu caùch taïo ra maïch ña haøi, trong ñoù ta quan taâm ñeán

• Duøng vi maïch töông töï (OpAmp)

• Duøng vi maïch soá

• Duøng vi maïch chuyeân duïng (VD 555)

• Duøng linh kieän rôøi (BJT, FET)

• Duøng caùc linh kieän coù vuøng ñieän trôû aâm (diode tunnel hay UJT)

• Duøng daïng maïch dao ñoäng ngheït (blocking oscilator)

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 89

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

II. MAÏCH DAO ÑOÄNG ÑA HAØI DUØNG CAÙC LINH KIEÄN TÖÔNG TÖÏ

1. Maïch Schmitt Trigger

Trong lónh vöïc ñieàu khieån, caùc thieát bò ñieän chæ laøm vieäc ôû moät trong hai traïng

thaùi, töôïng tröng bôûi hai möùc 1 vaø 0 nhö trong kyõ thuaät soá. Ngöôøi ta duøng

maïch Schmitt Strigger ñeå ñoåi töø tín hieäu lieân tuïc ra tín hieäu vuoâng coù khaû

naêng choáng nhieãu cao.

Maïch Schmitt Trigger laø maïch coù hai traïng thaùi caân baèng oån ñònh vaø coù khaû

naêng chuyeån moät caùch ñoät bieán töø traïng thaùi caân baèng naøy sang traïng thaùi caân

baèng khaùc khi maïch ñöôïc kích thích

Caùc Schmitt trigger ñöôïc söû duïng raát roäng raõi trong kyõ thuaät xung nhö ñeám

xung, chia taàn, taïo caùc xung ñieàu khieån trong caùc maïch tích phaân, maïch taïo

ñieän aùp bieán ñoåi ñöôøng thaúng v.v…

U_ra

U₂

U₁

U_v

U_ng2

U_ng1

t₂

t₁

0

t₁

t₂

t

Hình 6.1.Ñaëc tuyeán cuûa trigger

Noùi chung caùc trigger ñeàu coù ñaëc tuyeán U_ra= f(U_v) coù daïng laø moät voøng treã

nhö hình treân, caùc möùc ñieän aùp U_ng1U_ng2ñöôïc goïi laø caùc möùxc ñieän aùp

ngöôõng

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 90

Bài giảng Kỹ thuật Xung

a. Daïng Maïch Duøng Chuyeån Maïch BJT

Daïng 1

Chương 6

+Vcc

Rc2

Rc1

Rb

Vout

Vin

Re

0

Hình 6.2. Schmitt trigger duøng BJT

Trong sô ñoà maïch treân, 2 transistor T1, T2 ñöôïc gheùp tröïc tieáp vaø coù chung

R_E. Ñeå coù ñieän aùp ra laø xung vuoâng thì hai transistor phaûi chaïy ôû cheá ñoä baõo

hoøa, ngöng daãn. Khi T1 ngöng daãn seõ ñieàu khieån T2 chaïy baõo hoøa vaø ngöôïc

laïi khi T1 baõo hoøa seõ ñieàu khieån T2 ngöng daãn

Ngöôõng cao vaø ngöôõng thaáp cuûa maïch (sinh vieân töï chöùng minh qua 2 traïng

thaùi taét vaø baõo hoøa cuûa BJT)

V_CC−V_CEsat

R_C2+ R_E

U

_ng1= V_TH+

U_ng2= V_TH-

Daïng 2

=

R_E+ 0.8

V_CC−V_CEsat

R_C1+ R_E

=

R_E+ 0.8

Vcc

Rc2

C

Rc1

T1

R

Vra

Vv

T2

Re

Rb

0

Hình 6.3

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 91

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Maïch bao goàm hai Transitor T₁vaø T₂, caùc ñieän trôû phaân cöïc tónh. Ñieän trôû R_E

taïo phaûn hoài, tuï C : tuï taêng toác (naêng löôïng tích luõy trong tuï seõ laøm phaân cöïc

moái noái BE cuûa T₂nhanh hôn).

Maïch ñöôïc thieát keá sao cho ôû traïng thaùi bình thöôøng T₁taét T₂daãn baõo

hoøa.Trong hai traïng thaùi phaân bieät cuûa maïch thì moãi traïng thaùi öùng vôùi moät

Transitor daãn vaø moät Transitor taét.

Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng

Khi v_v= 0, T₁taét, doøng I_C1= 0, toaøn boä doøng I_RC1qua R vaø R_Bñeán cöïc B cuûa

T₂, laøm T₂daãn baõo hoøa. Ñoàng thôøi taïi cöïc E cuûa T₁coù ñieän aùp

V_E= I_E2bh.R_E, laøm T₁tieáp tuïc taét.

Ta coù v_r= V_C= V_E+ V_CE2bh.

Söï chuyeån ñoåi traïng thaùi seõ dieãn ra khi tín hieäu vaøo vöôït qua möùc ngöôõng

kích treân (töông öùng vôùi V_Eôû traïng thaùi naøy), nghóa laø v_v= V_E.Luùc naøy T₁

baét ñaàu daãn, doøng I_C2taêng leân laøm doøng I_B2giaûm. Vaø nhôø quaù trình hoài tieáp

qua ñieän trôû R_Elaøm T₂taét, do ñoù v_r= V_CE. Neáu tieáp tuïc taêng v_vlôùn hôn nöõa

thì T₁chæ daãn baûo hoøa saâu theâm, coøn maïch vaãn khoâng ñoåi traïng thaùi.

Khi T₁ñang daãn, T₂ñang taét, ñeå ñöa maïch veà traïng thaùi ban ñaàu caàn phaûi

giaûm tín hieäu vaøo v_vxuoáng döôùi ngöôõng kích döôùi. Luùc ñoù doøng I_C1giaûm

maïnh, neân ñieän theá cöïc thu cuûa T₁taêng leân, laøm V_B2taêng. Vaø nhôø taùc duïng

cuûa hoài tieáp qua R_E, quaù trình nhanh choùng ñöa ñeán T₁taét vaø T₂daãn baõo

hoøa.

Ta coù : v_r= V_E+ V_CE2bh

b. Daïng Maïch Duøng Op-Amp

Daïng Maïch 1

Xeùt maïch ñieän coù daïng sau :

R

-

+

Vv

Vra

R1

R2

Hình 6.4

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 92

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Ñieän trôû R = R1//R2 laøm giaûm doøng ñieän off set ñeå hoaït ñoäng gaàn vôùi Op-

amp lyù töôûng, nhaèm muïc ñích laøm cho maïch hoaït ñoäng oån ñònh hôn.

R₁

Ta coù

v₊= v_r

= Av_r

R₁+ R₂

Vaø v_-= -v_v

Khi v_v>v₊thì v_r= -V

R₁

Do ñoù v₊= −V

R₁+ R₂

= −AV . Ñaây laø ngöôõng kích möùc thaáp.

R₁

Khi v_v< v₊thì v_r= +V, do ñoù v₊= +V

= AV . Ngöôõng kích möùc cao.

R₁+ R₂

Daïng soùng vaøo – ra

Hình 6.5

Quan heä vaøo – ra

Khi v_v> AV thì v_r= -V

Khi v_v< -AV thì v_r= +V

V_ra

0

+AV

-AV

V_V

Hình 6.6

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 93

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Nhaän xeùt.

Hai traïng thaùi cuûa Schmitt Trigger töông öùng vôùi möùc ñieän theá baõo hoøa

döông +V vaø baõo hoøa aâm –V cuûa ngoõ ra boä khueách ñaïi thuaät toaùn. Daïng

soùng ngoõ vaøo ñöôïc söûa thaønh xung chöõ nhaät.

Daïng Maïch 2

R

Vv

-

Vra

+

R1

R2

Vref

Hình 6.7

Ta coù v_-= v_v

R

R₂

R + R₂

1

v₊=

v_ra+

v_{Re f}

R + R₂

1

Khi v_v> v₊thì v_ra= -V

R

R₂

1

Do ñoù v₊= −V

+

V_{Re f}= -AV+B : ngöôõng kích möùc thaáp.

R + R₂R + R₂

1

Khi v_v< v₊thì v_r= +V

R

R₂

R + R₂

1

Do ñoù v₊=V

+V_{Re f}

= AV + B

R + R₂

1

Quan heä vaøo – ra

Khi v_v> -AV + B ⇒ v_r= -V

Khi v_v< AV + B ⇒ v_r= +V

Hình 6.8

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 94

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

c. Daïng Maïch Duøng coång logic

Q

R

D

Vin

/Q

R1

Hình 6.9.

Kyù hieäu vaø ñaëc tuyeán cuûa coång NOT Schmitt trigger (74HC14)

Hình 6.10

d. Schmitt Trigger chính xaùc

V_TH+

-

R

S

Q

+

V_in

-

/Q

+

V_TH-

Hình 6.11. Schmitt trigger chính xaùc

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 95

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

2. Maïch FlipFlop

a. Daïng Maïch Duøng OpAmp

Xeùt maïch sau :

R

OpAmp1

Vcc

-

Vra1

Vra2

+

R1

1

2

R1

0

-

+

Vcc

R

OpAmp2

Hình 6.12

Ñieän trôû hoài tieáp R1 coù trò soá khaù nhoû so vôùi ñieän trôû R. Maïch F/F duøng Op-

amp nhö treân goàm hai Op-amp laøm vieäc nhö hai maïch khueách ñaïi so saùnh.

Op-amp ôû traïng thaùi baøo hoøa döông neáu v₊> v_-⇒ v₀= V_CC

Op-amp ôû traïng thaùi baøo hoøa aâm neáu v₊< v_-⇒ v₀= 0

Giaû thuyeát maïch coù traïng thaùi ban ñaàu laø v_r1= V_CC, v_r2= 0.

Ngoõ vaøo aâm cuûa Op-amp 1 ñöôïc hoài tieáp töø v_r2= 0(v) veà qua ñieän trôû R₁,

neân vaãn coù v₊> v_-, do ñoù v_r1= V_CC, oån ñònh nhö traïng thaùi ban ñaàu.

Ñaây laø traïng thaùi oån ñònh thöù nhaát cuûa maïch F/F. Op-amp 1 ôû traïng thaùi baõo

hoøa döông vaø Op-amp 2 ôû traïng thaùi baõo hoøa aâm. Ñeå chuyeån traïng thaùi cuûa

F/F , cho coâng taéc S chuyeån sang vò trí 2. Luùc ñoù ôû Op-amp 2 coù v_-= 0, v₊= v_-

neân Op-amp 2 chuyeån sang baõo hoøa döông, v_r2= +V_CC. Ñieän aùp naøy hoài tieáp

veà ngoõ vaøo aâm cuûa Op-amp 1 qua ñieän trôû R₁(R₁<< R) seõ laøm ñoåi traïng thaùi

cuûa noù töø baõo hoøa döông sang baõo hoøa aâm (do luùc naøy coù v₊< v_-).

Vcc

b. Maïch FlipFlop Cô Baûn

Sô ñoà nguyeân lyù :

Rc1

Rc2

R2

R1

Vra1

Vra2

Hình 6.13

T1

T2

Rb1

Rb2

0

-Vbb

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 96

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Maïch naøy laø gheùp hai maïch ñaûo duøng hai Transitor theo kieåu ñoái xöùng.

Trong sô ñoà duøng 2 nguoàn ñieän aùp DC: Nguoàn V_CCñeå caáp I_Bvaø I_Ccho

Transitor daãn baõo hoøa vaø nguoàn -V_BBñeå phaân cöïc ngöôïc cho cöïc B cuûa

Transitor ngöng daãn.

Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng

Giaû thieát 2 Transitor T₁vaø T₂cuøng thoâng soá vaø cuøng loaïi. Caùc ñieän trôû phaân

cöïc R_C1= R_C2, R₁= R₂, R_B1= R_B2. Nhöng thöïc teá hai Transitor khoâng theå caân

baèng moät caùch tuyeät ñoái neân seõ coù moät Transitor chaïy maïnh hôn vaø moät

Transitor chaïy yeáu hôn khi ta cung caáp nguoàn.

Giaû söû T₁hoaït ñoäng maïnh hôn T₂, doøng I_C1maïnh laøm V_C1giaûm, töùc V_B2

giaûm, neân T₂hoaït ñoäng yeáu hôn. Do ñoù I_C2giaûm, daãn ñeán V_C2taêng, töùc V_B1

taêng, laøm T₁hoaït ñoäng maïnh hôn vaø cuoái cuøng T₁seõ tieán ñeán traïng thaùi baõo

hoøa coøn T₂tieán ñeán ngöng daãn. Khi ñoù : v_r1= V_CE1bh= 0 , v_r2= V_CC. Ñaây laø

traïng thaùi thöù hai cuûa Flip-Flop.

Maïch Flip-Flop seõ ôû moät trong hai traïng thaùi treân neân ñöôïc goïi laø maïch

löôõng oån. Tuy nhieân phaûi choïn caùc ñieän trôû vaø nguoàn ñieän thích hôïp thì môùi

ñaït ñöôïc nguyeân lyù treân.

3. Maïch ña haøi duøng Transistor

Ñaây laø moät loaïi maïch coù moät traïng thaùi beàn vöõng vaø moät traïng thaùi khoâng

beàn. Khi coù xung kích khôûi, maïch chuyeån sang traïng thaùi khoâng beàn vaø sau

moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh, maïch töï ñoäng trôû veà traïng thaùi beàn ban ñaàu.

Thôøi gian maïch toàn taïi ôû traïng thaùi khoâng beàn phuï thuoäc vaøo ñoä roäng xung

kích khôûi vaø phuï thuoäc vaøo caùc linh kieän trong maïch.

a. Maïch ñôn oån duøng Transistor

Sô ñoà maïch ñieän cô baûn :

Vcc

Rc1

Vcc

Rc2

R1

C

R3

Vra1

C

Vra2

Hình 6.14

T1

T2

R2

-Vbb

0

Vv

R

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 97

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Ñaây laø daïng hai maïch ngaét daãn gheùp vôùi nhau. Cöïc B cuûa T₁gheùp DC vôùi

cöïc thu cuûa T₂. Cöïc B cuûa T₂gheùp AC vôùi cöïc thu cuûa T₁(qua tuï C).

Maïch ñöôïc thieát keá sao cho ôû cheá ñoä T₁taét vaø T₂daãn baõo hoøa. Nguoàn V_BB

phaân cöïc nghòch moái noái BE cuûa T₁, do ñoù T₁taét khi chöa coù taùc ñoäng beân

ngoaøi. Coøn T₂daãn baõo hoøa nhôø cöïc B cuûa noù ñöôïc caáp ñieän theá döông töø

nguoàn V_CC.

Ta thaáy T₂daãn baûo hoøa vì caùc giaù trò R₁vaø R_C2ñöôïc choïn ñeå thoûa maõn ñieàu

kieän β I_B> I_Cbh

Do vaäy ôû traïng thaùi beàn thì V_r= V_CE2bh= 0

Do gheùp tröïc tieáp vôùi T₂qua R₃neân v_B1= V_CE2bh< V_BE1

Khi T₂daãn baõo hoøa thì tuï C naïp ñieän qua R_C1vaø qua moái noái BE2, giaù trò

gaàn ñaït ñeán laø v_C= V_CC- V_BE2≈ V_CC

Rc1

C

Vcc

Vbe2

Hình 6.15

Khi kích moät xung döông vaøo v_vcöïc neàn cuûa T₁, laøm T₁ñoåi traïng thaùi töï taét

sang daãn baõo hoøa. Luùc naøy thì tuï C phoùng ñieän qua moái noái CE cuûa T₁, söï

phoùng ñieän naøy laøm phaân cöïc nghòch moái noái BE cuûa T₂, do ñoù T₂taét. Doøng

cöïc thu cuûa T₂laø I_C2giaûm xuoáng baèng 0. Toaøn boä doøng qua R_C2seõ chaïy heát

vaøo cöïc neàn cuûa T₁ñeå duy trì traïng thaùi baõo hoøa cuûa T₁. Ñaây laø traïng thaùi

khoâng beàn cuûa maïch.

Thaät vaäy, ngay sau khi tuï C xaû ñieän xong thì noù ñöôïc naïp ñieän laïi qua R₁vaø

CE₁. Vôùi thôøi haèng laø R₁C. Ñieän theá cöïc neàn cuûa T₂luùc naøy taêng daàn do cöïc

döông cuûa tuï C ñaët vaøo noù vaø khi ñaït giaù trò lôùn hôn V_γthì T₂baét ñaàu daãn

laïi. Trong luùc naøy, cuøng vôùi söï taêng cuûa doøng I_C2(do doøng I_B2taêng daàn), ñieän

aùp v_rgiaûm xuoáng gaàn baèng khoâng, töùc ñieän theá taïi cöïc neàn cuûa T₁baèng

khoâng, laøm T₁taét. Nhö vaäy maïch ñaõ trôû veà traïng thaùi ban ñaàu vôùi T₁taét vaø

T₂baõo hoøa v_r= V_CE2bh. Trong khoaûng thôøi gian ngaén, tuï C seõ naïp trôû laïi töø

nguoàn V_CCthoâng qua R₁vaø moái noái BE cuûa T₂ñang daãn ñeå coù ñieän aùp xaáp

xæ baèng Vcc . Maïch chôø ñôïi xung kích môùi.

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 98

Bài giảng Kỹ thuật Xung

b. Maïch baát oån duøng Transistor

Daïng maïch

Chương 6

Vcc

RB1

RB2

Rc1

T1

Rc2

C1

C2

Vra1

Vra2

T2

Hình 6.16

Maïch ñöôïc hình thaønh bôûi hai Transistor T₁vaø T₂. Caùc ñieän trôû R_C1vaø R_C2

vaø caùc tuï C₁vaø C₂

Nguyeân lyù hoaït ñoäng

Thoâng thöôøng maïch ña haøi phi oån laø maïch ñoái xöùng neân hai Transistor coù

cuøng hoï vaø thoâng soá. Caùc linh kieän ñieän trôû R_B1= R_B2, R_C1= R_C2vaø C₁= C₂.

Tuy hai Transistor cuøng loaïi, caùc linh kieän cuøng trò soá, nhöng khoâng theå

gioáng nhau moät caùch tuyeät ñoái. Ñieàu naøy laøm cho hai Transistor trong maïch

daãn ñieän khoâng baèng nhau. Khi cung caáp ñieän seõ coù moät Transistor daãn

maïnh hôn vaø moät Transistor daãn yeáu hôn. Nhôø taùc duïng cuûa maïch hoài tieáp

döông töø cöïc C₂veà B₁, töø cöïc C₁veà cöïc B₂, laøm cho Transistor naøo daãn

maïnh hôn seõ tieán daàn ñeán baõo hoøa, coøn Transistor daãn ñieän yeáu hôn seõ tieán

daàn ñeán ngöng daãn.

Giaû thuyeát T₂daãn ñieän maïnh hôn tuï, C₁ñöôïc naïp ñieän thoâng qua R_C1vaø moái

noái BE cuûa T₂, laøm cho doøng I_B2taêng cao neân T₂tieán ñeán baõo hoøa. Khi T₂

tieán ñeán baõo hoøa, doøng I_C2taêng cao vaø v_CE2≈ V_CEsat≈ 0,2 (V), tuï C₂(giaû

thuyeát luùc ñaàu ñaõ naïp ñaày) xaû ñieän qua moái noái CE₂. Khi tuï C₂xaû, ñieän aùp

aâm treân tuï C₂ñöa vaøo cöïc B₁, laøm T₁ngöng daãn

Nhö vaäy, giaû thuyeát luùc ñaàu laø T₁ñang taét, T₂ñang daãn baõo hoøa , vaø tuï C₂ñaõ

naïp ñieän ñaày. Luùc naøy tuï C₂baét ñaàu phoùng ñieän qua moái noái CE₂ñeán cöïc E

cuûa T₁, laøm moái noái BE₁bò phaân cöïc nghòch, do ñoù T₁taét.

Do vaäy, tuï C₁ñöôïc naïp ñieän thoâng qua R_C1vaø moái noái BE₂

Sau khi phoùng ñieän xong, tuï C₂laïi ñöôïc naïp ñieän theo chieàu ngöôïc laïi thoâng

qua R_B1vaø moái noái CE₂, luùc naøy ñieän aùp taïi cöïc B cuûa T₁laø V_B1= V_C2+

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 99

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

V

_BE2= V_C2. (V_C2ñieän aùp teân tuï C₂) . Khi tuï naïp C₂ñeán giaù trò lôùn hôn V_BE1

thì T₁baét ñaàu daãn, khi T₁ñaït ñeán daãn baõo hoøa luùc naøy tuï C₁phoùng ñieän qua

moái noái CE₁ñeán cöïc E cuûa T₂, laøm moái noái BE₂phaân cöïc nghòch, T₂taét.

Quaù trình laäp laïi töø ñaàu vaø cöù tieáp tuïc nhö theá.

Daïng soùng taïi caùc chaân.

Hình 6.17

Tính Chu Kyø Xung

T = T₁+ T₂. T₁laø thôøi gian tuï C₂xaû ñieän qua moái noái CE₂, laøm cöïc B cuûa T₁

taêng töø - V_CCleân ñeán V_BE1. Vaø coù khuynh höôùng taêng leân ñeán +V_CC, neân

ñieän aùp töùc thôøi cuûa tuï C₂(laáy möùc -V_CClaøm goác) laø:

v_c(t) = 2V_CC. e^{-T 1/ τ f}, vôùi τ _f= R_B2. C₂

Taïi thôøi ñieåm T₁, tuï C₂xaû ñieän töø -V_CCleân 0(v) (boû qua V_BE) laø

T₁

V_CC= 2V_CC. e^{-T 1/ τ f}, ⇒ e^{-T 1/ τ f}= 2 ⇒

= In2

τ _f

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 100

Bài giảng Kỹ thuật Xung

⇒T₁= τ _f. ln2 = 0,69 R_B2.C₂

Chương 6

Töông töï ta cuõng tính ñöôïc T₂ñöôïc tính theo coâng thöùc sau:

T₂= 0,69 R_B1.C₁

⇒ T = 0,69 (R_B2C₂+R_B1C₁)

Trong maïch ña haøi baát oån ñoái xöùng ta coù

R_B1= R_B2= R_Bvaø C₁= C₂= C

Chu kyø dao ñoäng

T = 2 x 0,69 .R_B.C = 1,4 R_B.C

4. Maïch ña haøi duøng OpAmp

a. Maïch ñôn oån duøng OpAmp

Sô ñoà maïch ñieän

R

-

Vra

+

D

C

R2

R1

Vv

Hình 6.18

R₁, R₂: Taïo ngöôõng ñieän aùp ñeå so saùnh

R, C: Taïo maïch RC nhaèm thöïc hieän quaù trình naïp vaø xaû cuûa tuï

Diode D taïo maïch ghim ñieän aùp, ngaén maïch tuï C khi maïch ôû traïng thaùi beàn.

Nguyeân lyù hoaït ñoäng

ÔÛ cheá xaùc laäp (traïng thaùi beàn), v(t) = -V (baõo hoøa aâm), luùc naøy

R₁

v₊= −V

= −A.V

R₁+ R₂

v_-= v_c(t) = -V_γ(do Diode D daãn), khi ñoù ta coù daïng maïch nhö sau:

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 101

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

R

Vra

-V

V_γ

C

Hình 6.19

Maø AV > V_γ⇒ -AV < - V_{γ ,}töùc v₊aâm hôn v_-,

Neân maïch coù v_r= -V. Ñaây laø cheá ñoä xaùc laäp cuûa maïch

Khi coù xung gai döông v_vkích thích vaøo chaân döông cuûa Op-amp. Luùc naøy

v₊döông hôn v_{- ,}neân v_r= +V, do ñoù v₊= AV, D bò phaân cöïc nghòch neân noù bò

taét. Ñoàng thôøi, luùc naøy tuï C ñöôïc naïp ñieän qua ñieän trôû R

R

Vra

C

Hình 6.20

Ñieän aùp treân tuï C taêng daàn cho ñeán khi v_c(v_c= v_-) döông hôn v₊(v₊= AV),

thì v_r= -V, maïch trôû veà cheá ñoä xaùc laäp.

Daïng soùng

AV

Hình 6.21

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 102

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Tính Ñoä Roäng Xung T_x

Thöïc hieän pheùp dôøi truïc daïng soùng treân, ta coù hình töông ñöông sau:

Hình 6.22

Phöông trình naïp ñieän cuûa tuï :

v_c(t) = (V + V_γ)(1 - c^{-t / τ c}

Taïi thôøi ñieåm t = T_x, ta coù

v_c(T_x) = (V + V_γ)(1 - e^-Tx/RC) = (V_γ+AV)

)

V_γ+ AV

V +V_γ

V_γ

/ RC

⇒ 1− e^−T

=

= ( + A).V /(1+ )V

x

V

V_γ

Ñaët k =

V

k + A

1+ k

1− A

1+ k

/ RC

⇒ 1− e^−T

=

⇒ e^{−Tx / RC}

=

x

T_x

1+ k

1− A

1+ k

1− A

⇒e^{Tx / RC}

1+ k

=

=⇒

= In(

)

RC

T_x= RC.In

1− A

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 103

Bài giảng Kỹ thuật Xung

b. Maïch baát oån duøng OpAmp

Daïng maïch

Chương 6

R

-

Vra

+

C

R2

R1

Hình 6.23

Maïch ñieän naøy laø sô ñoà maïch dao ñoäng tích thoaùt duøng Op-amp ñeå cho ra tín

hieäu xung vuoâng.

Sô ñoà coù hai maïch hoài tieáp töø ngoõ ra veà hai ngoõ vaøo. Caàu phaân aùp RC hoài

tieáp veà ngoõ vaøo ñaûo, caàu phaân aùp R₁vaø R₂hoài tieáp veà ngoõ vaøo khoâng ñaûo. R₁

vaø R₂taïo ngöôõng so saùnh ñieän aùp, coøn RC taïo naïp phoùng.

Ñeå giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng, ta giaû söû tuï C chöa naïp ñieän.

Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng

R₁

Ta coù v₊=

v_r= βv_r

R₁+ R₂

neáu v₊> v_-thì v_r= V ⇒ v₊= +βV, Ñaây laø ngöôõng xeùn treân

+

neáu v₊< v_-thì v_r= -v ⇒ v_r= -βV, Ñaây laø ngöôõng xeùn döôùi

Khi môùi cung caáp ñieän, ñieän aùp qua tuï C laø v_c= v_c(0) = 0(V) vaø giaû thuyeát

Op-amp ñang ôû traïng thaùi baõo hoøa döông ₊V . Ngoõ vaøo khoâng ñaûo coù ñieän aùp

R₁

laø v₊= V_cc

R₁+ R₂

Trong khi ñoù, ngoõ vaøo ñaûo coù ñieän aùp taêng daàn töø 0(V). Ñieän aùp taêng do tuï C

naïp qua R theo quy luaät haøm soá muõ vôùi thôøi haèng laø τ = RC. Vaø coù giaù trò laø:

v_C(t) = V(1 - e^{-t / RC}

)

Khi tuï naïp ñieän taêng daàn cho ñeán khi v_-> v₊thì ngoõ ra chuyeån sang traïng

thaùi baõo hoøa aâm v_r= -V. Luùc naøy, ngoõ vaøo khoâng ñaûo coù möùc ñieän aùp laø

R₁

v₊= −V

R₁+ R₂

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 104

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Ñieän aùp ra giaûm veà -V, neân tuï seõ xaû. Khi tuï C xaû ñieän aùp ñang coù thì v₊vaãn

coøn ñieän aùp aâm neân ngoõ ra vaãn laø ôû traïng thaùi baûo hoøa aâm. Ñieän aùp treân tuï C

seõ giaûm cho ñeán khi v_-aâm hôn v₊thì ngoõ ra seõ chuyeån sang traïng thaùi baõo

hoøa döông, v_r= ₊V. Quaù trình naøy laäp laïi töø ñaàu vaø cöù tieáp dieãn lieân tuïc tuaàn

hoaøn.

Daïng Soùng Vaøo Ra

Hình 6.24

Tìm chu kyø dao ñoäng

Muoán tìm chu kyø dao ñoäng, ta thöïc hieän pheùp dôøi truïc: Truïc trung dôøi ñeán

thôøi ñieåm t_ovaø truïc hoaønh dôøi ñeán möùc -V, ta ñöôïc daïng soùng sau:

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 105

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

Hình 6.25

Trong khoaûn thôøi gian töø 0 ñeán t₁, tuï C xaû ñieän theo phöông trình sau

T

v_c(t) = (V + βV) e^{-t / RC}taïi t = ; ta coù v_c(T/2) = V - βV

,

2

⇒ V - βV = (V + βV) e^{-T / 2RC}

V − βV

⇒ e^{-T / 2RC}

=

V + βV

T

1+ β

1− β

1+ β

1− β

⇒

= ln

⇒ T = 2RCln

2RC

1

Vaäy f =

T

Nhaän xeùt

R₁

Taàn soá phuï thuoäc vaøo R vaø C, tæ soá β =

chöù khoâng phuï thuoäc vaøo

R₁+ R₂

nguoàn nuoâi V.

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 106

Bài giảng Kỹ thuật Xung

Chương 6

5. Maïch ña haøi duøng IC555

a. Caáu truùc IC555

Sô ñoà beân trong cuûa IC555

8 VCC

7

Discharge

Comparator I

-

5

+

Control

6

\Q

Q

R

S

3 Output

Threshold

2

-

+

Trigger

Comparator II

1 GND

4 Reset

Hình 6.26

• Veà cô baûn, 555 goàm 2 maïch so saùnh ñieàu khieån traïng thaùi cuûa FF, töø

ñoù laùi transistor xaû (discharge) vaø taàng ra.

• Chöùc naêng moät soá chaân ñöôïc moâ taû nhö sau:

1

- Chaân 2: TRIGGER (kích khôûi), ñieåm nhaïy möùc vôùi V_CC. Khi ñieän

3

aùp ôû chaân naøy döôùi 1/3 V_CCthì ngoõ ra Q cuûa FF xuoáng [0], gaây cho

chaân 3 taïo moät traïng thaùi cao.

- Chaân 3: OUTPUT (ra) thöôøng ôû möùc thaáp vaø chuyeån thaønh möùc cao

trong khoaûng thôøi gian ñònh thì. Vì taàng ra tích cöïc ôû caû 2 chieàu, noù

coù theå caáp hoaëc huùt doøng ñeán 200mA

- Chaân 4: RESET khi ñieän aùp ôû chaân naøy nhoû hôn 0,4V: chu kyø ñònh

thì bò ngaét, ñöa 555 veà traïng thaùi khoâng coù kích. Ñaây laø chöùc naêng

öu tieân ñeå 555 khoâng theå bò kích tröø khi RESET ñöôïc giaûi phoùng

(>1,0V). Khi khoâng söû duïng noái chaân 4 leân V_CC.

Nguyeãn Troïng Haûi

Trang 107

Bài giảng Kỹ thuật xung - Chương 6: Mạch đa hài - Nguyễn Trọng Hải