Giáo trình Điện từ trường - Chương 2: Các mạch tạo dao động
22
CHÆÅNG 2
CAC MACH TAO DAO ÂÄNG
Chæång nay nhàm trçnh bay cac ván âã vã tao dao âäng, âiãu kiãn va âàc âiãm mach
tao dao âäng, än âënh biãn âä va tán sä dao âäng, phæång phap tênh toan cac mach dao
âäng 3 âiãm âiãn cam, 3 âiãm âiãn dung, mach clapp, mach dao âäng ghep biãn ap, mach
dao âäng thach anh, mach dao âäng RC...
2.1. Cac ván âã chung vã tao dao âäng
Mach dao âäng co thã tao ra cac dang dao âäng :
- hçnh Sine (âiãu hoa)
- xung tam giac.
- xung chæ nhát.
- xung ràng cæa...
Å âáy ta xet tao dao âäng hçnh Sine (âiãu hoa) vç âáy la dang dao âäng cå ban.
Cac mach dao âäng hçnh Sine thæång âæåc dung trong cac hã thäng thäng tin, trong
cac may âo, may kiãm tra, trong cac thiãt bë y tã ... Cac phán tæ têch cæc dung âã tao dao
âäng nhæ âen âiãn tæ, transistor læång cæc, FET, KÂTT, hoàc nhæ diode tunel, diode gun.
- Âen dung khi cán cäng suát ra lån, tán sä tæ tháp âãn rát cao.
- KÂTT khi tán sä yãu cáu tháp va trung bçnh.
- Transistor khi tán sä yãu cáu cao.
•
Tham sä cå ban cua mach dao âäng
- Tán sä dao âäng.
- Biãn âä âiãn ap ra.
- Âä än âënh tán sä dao âäng (nàm trong khoang 10- 2 ÷ 10- 6)
- Cäng suát ra.
- Hiãu suát cua mach.
• Nguyãn tàc cå ban âã tao mach âiãu hoa
- Tao dao âäng bàng häi tiãp dæång.
- Tao dao âäng bàng phæång phap täng håp mach.
23
Chæång nay khao sat mach dao âäng theo nguyãn tàc mach dao âäng bàng häi tiãp
dæång.
2.2. Âiãu kiãn dao âäng va âàc âiãm cua mach dao âäng
2.2.1. Âiãu kiãn âã mach dao âäng
_
XV
Xr
K (A)
a
a’
X’r
_
Kht(B)
Hçnh 2.1. Så âä khäi thäng quat cua mach dao âäng
ϕ
k
(A): Khäi khuãch âai co hã sä khuãch âai : K = K.ej
ϕ
ht
(B): Khäi häi tiãp co hã sä truyãn âat : K ht = K.ej
X’r = K ht . Xr
Ma Xr = K . Xv
⇒
X’r = K .K ht.Xv
Mach chè dao âäng khi Xv = X’r, nghéa la luc âo ta co thã näi âiãm a va a’ va tên hiãu
láy ra tæ mach häi tiãp âæåc âæa trå lai âáu vao (Mach âiãn khäng co tên hiãu vao ma co
tên hiãu ra).
Váy âiãu kiãn âã mach dao âäng la :
X’r = Xv ⇒K .K ht = 1
ϕ
ϕ
Hay la :
K Kht . ej ( k + ht) = 1 (*)
Trong âo :
K : module hã sä khuãch âai
ϕk : goc pha cua bä khuãch âai
ϕht : goc pha cua mach häi tiãp
(1)
Kht : module hã sä häi tiãp
K.K =1
⎧
⎨
⎩
ht
Tæ (*) ⇒
ϕ = ϕk + ϕht = 2πn (2)
Våi n = 0, ±1, ±2, ...
24
ϕ : täng dëch pha cua bä khuãh âai va cua mach häi tiãp, biãu thë sæ dëch pha giæa
X’r va Xv.
Biãu thæc (1) : âiãu kiãn cán bàng biãn âä, cho biãt mach chè co thã dao âäng khi hã
sä khuãch âai cua bä khuãch âai bu âæåc tän hao do mach häi tiãp gáy ra.
Biãu thæc (2) : âiãu kiãn cán bàng pha cho tháy dao âäng chè co thã phat sinh khi tên
hiãu häi tiãp vã âäng pha våi tên hiãu vao.
2.2.2. Âàc âiãm cua mach dao âäng
1. Mach dao âäng cung la mät mach khuãch âai, nhæng la mach khuãch âai tæ âiãu
khiãn bàng häi tiãp dæång tæ âáu ra vã âáu vao. Nàng læång tæ dao âäng láy tæ nguän
cung cáp mät chiãu.
2. Mach phai thoa man âiãu kiãn cán bàng biãn âä va pha.
3. Mach phai chæa êt nhát mät phán tæ têch cæc lam nhiãm vu biãn âäi nàng læång
mät chiãu thanh xoay chiãu.
4. Mach phai chæa mät phán tæ phi tuyãn hay mät kháu âiãu chènh âã âam bao cho
biãn âä dao âäng khäng âäi å trang thai xac láp.
2.3. Än âënh biãn âä dao âäng va tán sä dao âäng
2.3.1. Än âënh biãn âä dao âäng
Khi måi âong mach, nãu âiãu kiãn cán bàng pha âæåc thoa man tai mät tán sä nao
âo, âäng thåi KKht > 1 thç mach phat sinh dao âäng å tán sä âo. Ta noi mach å trang thai
qua âä. Å trang thai xac láp biãn âä dao âäng khäng âäi æng våi K.Kht = 1.
Âã âam bao biãn âä å trang thai xac láp, co thã thæc hiãn cac biãn phap sau âáy :
- Han chã biãn âä âiãn ap ra bàng cach chon trë sä âiãn ap nguän cung cáp mät
chiãu thêch håp.
- Dëch chuyãn âiãm lam viãc trãn âàc tuyãn phi tuyãn cua phán tæ têch cæc nhå thay
âäi âiãn ap phán cæc âàt lãn cæc âiãu khiãn cua phán tæ khuãch âai.
- Dung mach häi tiãp phi tuyãn hoàc dung phán tæ hiãu chènh. Vê du âiãn trå nhiãt,
âiãn trå thäng cua diode.
Tuy thuäc vao mach âiãn cu thã co thã ap dung mät trong cac biãn phap trãn.
25
2.3.2. Än âënh tán sä dao âäng
Ván âã än âënh tán sä dao âäng liãn quan chàt che âãn âiãu kiãn cán bàng pha. Khi
dëch pha giæa âiãn ap häi tiãp âæa vã va âiãn ap ban âáu thay âäi se dán âãn thay âäi cua
tán sä dao âäng.
Âiãu kiãn cán bàng pha : ϕ = ϕK + ϕht = 2πn
Cho n = 0 ⇒ ϕK + ϕht = 0
ϕK, ϕht : phu thuäc vao tham sä m, n cua cac phán tæ cua mach khuãch âai va mach
häi tiãp va phu thuäc ω.
ϕK (m, ω) + ϕht (n, ω) = 0 (**)
Vi phán toan phán va biãn âäi (**) ta nhán âæåc biãu thæc :
∂ϕK
∂ϕht
dm +
dn
∂m
∂n
dω = -
(3)
∂ϕK ∂ϕht
+
∂ω
∂ω
Tæ biãu thæc (3) ta suy ra cac biãn phap náng cao âä än âënh tán sä :
1. Thæc hiãn cac biãn phap nhàm giam sæ thay âäi tham sä cua mach häi tiãp (dn) va
mach khuãch âai (dm).
- Dung nguän än ap.
- Dung cac phán tæ co hã sä nhiãt nho.
- Giam anh hæång cua tai âãn mach dao âäng bàng cach màc thãm táng âãm å âáu
ra cua táng dao âäng.
- Dung cac linh kiãn co sai sä nho.
- Dung cac phán tæ än âënh nhiãt.
2. Dung cac biãn phap nhàm giam täc âä thay âäi goc pha theo tham sä cua mach,
∂ϕK
∂ϕht
nghéa la giam
va
bàng cach chon mach dao âäng thêch håp.
∂m
∂m
3. Thæc hiãn cac biãn phap lam tàng täc âä thay âäi goc pha theo tán sä, tæc la bàng
∂ϕK ∂ϕht
,
xung quanh tán sä dao âäng bàng cach sæ dung cac phán tæ co phám chát cao,
∂ω ∂ω
vê du thach anh.
26
2.4. Cac phap tênh toan mach dao âäng
2..4.1. Cac mach tæång âæång cua mach dao âäng dung transistor
Z3
+
Z1
_
Z2
+
Hçnh 2.2. Så âä mach tao dao âäng dung Transitor
z1 = r1 + jx1 ≅ jx1
z2 = r2 + jx2 ≅ jx2
z3 = r3 + jx3 ≅ jx3
(r1 ≅ 0)
(r2 ≅ 0)
(r3 ≅ 0)
Âiãu kiãn dao âäng :
x1 + x2 + x3 = 0
x1, x2 cung dáu
x1, x2 khac dáu
|x3| > |x2|
* Nãu z1, z2 : C ⇒ z3 : L
Ta co mach dao âäng ba âiãm âiãn dung (Colpits)
C2
L3
L1
C1
L2
C2
Hçnh 2.3. Mach dao âäng ba âiãm
âiãn dung (Colpits)
Hçnh 2.4. Mach dao âäng ba âiãm
âiãn cam (Hartley)
* Nãu z1, z2 : L ⇒ z3 : C
Ta co mach dao âäng ba âiãm âiãn cam (Hartley)
27
Thäng thæång dung ba mach âiãn âäng ba âiãm âiãn dung vç sæ än âënh tät hån
nhæng ba âiãm âiãn cam dã thæc hiãn.
* Mach biãn thã :
L
C
L2
L1
C3
C2
C1
Hçnh 2.5. Mach dao âäng ghep biãn ap
Hçnh 2.6. Mach dao âäng Clapp
2.4.2.Phæång phap tênh toan.
Co nhiãu phæång phap, nhæng å âáy ta xet phæång phap thäng dung nhát, âo la tênh
toan mach dao âäng theo phæång phap bä khuãch âai co häi tiãp.
Xem âiãu kiãn pha âa bao âam (do kãt cáu mach âam nhiãm).
Ta chè cán càn cæ vao mach âiãn cu thã âã xac âënh hã sä khuãch âai K va hã sä häi
tiãp Kht. Sau âo dæa vao âiãu kiãn cán bàng biãn âä K.Kht = 1 âã suy ra cac thäng sä cán
thiãt cua mach, vê du :
Tênh âiãu kiãn tæ dao âäng cua mach ba âiãm âiãn dung dung BJT
Lc
Vcc
C
R1
Ct
C1
L
Vtd
I
E
C2
Ce
R2
Re
B
Hçnh 2.7. Så âä mach dao âäng ba âiãm âiãn dung dung Transitor
RE, CE : thanh phán än âënh nhiãt
R1, R2 : phán cæc
28
LC : cuäc can cao tán âã giam anh hæång tán sä dao âäng vã nguän
Ct : tu liãn lac cao tán (thoat cao tán)
+ Bæåc 1 : Tênh hã sä khuãch âai k :
h21
K = - S.Zc = -
Zc
S : hä dán BJT
h11
Zc : trå khang giæa Colectå va âát : no la mät phán trå khang cua khung cäng hæång.
Zc = P2.Rt // ZVpa
ZVpa : trå khang vao phan anh sang nhanh Colectå-emitå.
Nãu R1 // R2 >> h11 ta co :
Zv h11
ZVpa
=
=
n2
n2
Trong âo : n la hã sä phan anh. 0<n << 1
&
VBE
C1
I
I
n = -
=
:
=
&
VCE jωC2 jωC1 C2
0<n << 1 ⇒ C1 << C2
Rtd la trå khang cua khung cäng hæång tai tán sä cäng hæång.
L
Rtd =
Cr
L : âiãn cam cua khung cäng hæång
C : âiãn dung cua khung cäng hæång
r : âiãn trå tän hao cua khung cäng hæång
P : hã sä ghep cua Transistor våi khung cäng hæång
C1C2
jω
&
VCE
C1 + C2
I
I
I
P =
=
=
:
=
×
=
&
C1C2
C1 + C2
Vtd
jωC1
jωC1
I
jω
C1C2
C2
1
1
=
=
C1
(C1 + C2 )C1 C1 + C2
1+ n
+1
C2
29
h11
Rtd
.
P2 .Rtd.ZVPa
P2Rtd + ZVPa
(1+ n)2 n2
⇒ Zc =
=
h11
Rtd
+
(1+ n)2 n2
Rtd.h11
⇒ Zc =
⇒ K = -
⇒ K =
n2 Rtd + h11 (1+ n)2
h21
Rtd.h11
h11 n2 Rtd + h11 (1+ n)2
.
Rtd.h21
n2 Rtd + h11 (1+ n)2
+ Bæåc 2 : Xac âënh hã sä häi tiãp :
&
VBE
C1
C2
I
I
Kht =
= −
:
= −
= - n
&
VCE
jωC2 jωC1
+ Bæåc 3 : Tênh têch K.Kht :
K.Kht = n .
Rtd.h21
n2 Rtd + h11 (1+ n)2
+ Bæåc 4 : Xac âënh âiãu kiãn dao âäng cua mach :
K.Kht ≥ 1
h21
Rtd
⇒ (1 + n)2 + n2
−
Rtd. n ≤ 0
h11 h11
Dáu “ = ” æng våi træång håp dao âäng xac láp.
Dáu “ < ” æng våi træång håp qua âä luc âong mach.
+ Bæåc 5 : Xac âënh hã sä häi tiãp cán thiãt âã mach tæ dao âäng âæåc.
Thæång n << 1 nãn biãu thæc trãn co thã viãt :
h21
Rtd
h11
n2.
− 2n
Rtd + 1 ≤ 0
(*)
2h11
h21 h11
⇔ n2 - 2n
+
≤ 0
2
Rtd
Giai phæång trçnh bác hai nay ta nhán âæåc :
30
2
h21
2
h
h11
⎛
⎜
⎞
⎟
21
n1,2 =
±
−
2
Rtd
⎝
⎠
(*) ≤ 0 khi n2 ≤ n ≤ n1
Luc âo mach co dao âäng hçnh sine (å trang thai xac láp) tai n1 hoàc n2
2
2
h
h11
h
⎛
⎜
⎞
⎟
⎛
⎜
⎞
⎟
21
21
Vç Rtd >> ⇒
−
≅
2
Rtd
2
⎝
⎠
⎝
⎠
⇒ n1 = h21 > ⇒ loai bo n1 vç âiãu kiãn n|<<1
+ Bæåc 6 : Xac âënh trë sä linh kiãn màc trong mach qua hã sä häi tiãp n va qua tán
sä dao âäng cua mach.
Tæ gia trë n = n2 væa tçm âæåc ta co :
C1
C2
⎧
⎪
n =
= n2
⎪
⎪
1
⇒ tçm âæåc L, C1, C2
⎨
⎪
⎪
fdd = fCH
=
C1C2
C1 + C2
2 L
⎪
⎩
2.5. Mach âiãn cac bä dao âäng LC
2.5.1. Ván âã än âënh biãn âä
2.5.1.1. Chã âä dao âäng mãm va dao âäng cæng
Âã än âënh biãn âä trong cac mach dao âäng LC, thæång dung phæång phap di
chuyãn âiãm lam viãc cua phán tæ têch cæc. Âiãn trå RE trong mach âiãn tênh toan å trãn
lam nhiãm vu âo.
Khi måi âong mach, nhå co phán ap R1, R2 nãn tiãp giap BE cua Transistor âæåc
âënh thiãn va lam viãc våi goc càt θ = 180o tæång æng våi chã âä dao âäng mãm. Hä dán
S cua Transistor tai âiãm lam viãc ban âáu kha lån, do âo KKht > 1 va mach å vao chã âä
qua âä. Biãn âä dao âäng tàng dán lam cho ha ap trãn RE tàng dán âãn phán cæc BE giam,
mach chuyãn sang chã âä C æng våi goc càt θ < 90o. Tæång æng våi chã âä dao âäng
h21
cæng. Âäng thåi hä dán trung bçnh giam lam cho hã sä khuãch âai K = -
giam va têch
h11
KKht tiãn tåi bàng 1 å chã âä xac láp.
31
Trong mach ta âa dung häi tiãp ám trãn RE âã chuyãn dëch lam viãc tæ khu væc co
hä dán lån sang khu væc co hä dán be.
IC
Âiãm lam viãc ténh
VBE
ωt
Hçnh 2.8. Âàc tuyãn VBE - IC cua Transitor
2.5.2. Mach âiãn dao âäng ghep biãn ap
Vcc
B
C
R1
R2
Cb
C
M
*
L2
L1
C
B
Vht = VB
*
E
E
Re
Ce
E
Vcc
Hçnh 2.9. Så âä mach tao dao âäng ghep biãn ap màc E chung
Âiãn ap nay tao nãn trong cuän cam Colectå dong IL
SZC V B
V C
IL =
= −
jωL
jωL
vBE
VCE
jωMI
jωLI
M
n = -
= −
= − ⇒ M < 0
L
Dong IL cam æng sang cuän thæ cáp :
32
V ht = V B ≅ I L . jωM
jωM
M
≅ −
.S.ZC .V B = − .S.ZC.V B
(1)
L
jωL
VBC
VCE
VCB
VCE
n < 1 vç n = -
= −
L’ < L
Tæ (1) ta tháy âã V B va V ht âäng pha thç M < 0
Nghéa la cuän så cáp va cuän thæ cáp phai cuän ngæåc cæc tênh. Âiãu kiãn biãn âä :
M
K.Kht = 1;
Kht = - n =
L
h11e
n2
K = - SZC;
ZC = P2.Rtd // Zvpa;
Zvpa =
1
1
n2
1
Trong âo :
=
+
+
ZC Rtd h11e ZL
h21e
S =
h11e
UB
UC
M
L
Kht = +
=
= - n
⎛
⎞
h21e
Rtd .h11e
n.h21e .Rtd
⎜
⎟
.
Láp têch : K.Kht ≥ 1 = (-n) . −
≥1⇒
≥ 0
n2 .Rtd + h11e
2
⎜
⎟
h11e n .Rtd + h11e
⎝
⎠
VBE VCE
Vtd VCE
P ≅
=
= 1
h11e
Rtd
→ n2 - n.h21e -
≤ 0
h11e
Rtd
thay vao ta âæåc :
Giai ra ta âæåc kãt qua :
n2 - n.h21e +
≤ 0
33
2
h21e
2
h
h11e
Rtd
⎛
⎜
⎞
⎟
21e
n1,2 =
±
2
⎝
⎠
Kãt qua cung giäng nhæ mach å phán trãn âa tênh toan
Tán sä dao âäng cua mach :
1
f =
2π LC
Âã tao dao âäng co tán sä cao, dung så âä bazå chung vç âiãn ap vao va ra cung pha
nãn âiãu kiãn cán bàng pha thoa man khi M > 0 (2 cuän dáy quán cung cæc tênh)
Âiãu kiãn biãn âä cung giäng så âä emitå chung nãu thay h21e, h11e båi h21b va h11b.
VEB
VCB IjωL
IjωM
M
L
n =
=
=
;
0 < n < 1
VCB
Vtd
P =
= 1
M
*
*
L
C
Zt
Ce
Re
R2 R1
Vcc
Hçnh 2.10. Så âä mach tao dao âäng ghep biãn ap màc B chung
2.5.3.Mach dao âäng âiãn cam (Hartley)
34
Vcc
C1
Ce
R3
R1
C2
C
L1
Vtâ
C
E
E
Re
R2
L2
B
Hçnh 2.11. Så âä mach tao dao âäng Hartley màc E chung
Ur
C
L1
C1
Vtâ
C
E
L2
Re
B
R1
C2
R2
Vcc
Hçnh 2.12. Så âä mach tao dao âäng Hartley màc B chung
1
ωc
Ta tháy : X1 = XBE = ωL2 > o, X2 = XCE = ωL1 > o, X3 = XCB = −
< o
Thoa man âiãu kiãn cán bàng vã pha
Âiãu kiãn cán bàng biãn âä : (tênh cho mach hçnh 2.11)
VBE − IjωL2
L2
L1
Kht = +
=
= −
= - n
VCE
IjωL1
h21e
h11e
h11e
Va
K = - SZC = -
[P2.Rtd //
]
n2
VBE L2
=
Hã sä phan anh : n = -
P : hã sä ghep giæa transistor va mach :
VCE L1
35
VCE VCE
L1
VCE
VCE
1
VCE
VEB
1
VCE
VEB
1
P =
=
=
⇒
=
=
=
=
Vtd VCB L1 + L2
VCB VCE +UEB
1+ n
1+
1−
(âiãu kiãn L1 va L2 ghep long)
Thæc hiãn tæång tæ nhæ cac mac træåc ta tçm âæåc bát phæång trçnh :
(1 + n)2 h11e + n2 Rtd - n Rtdh21e ≤ 0
1
Tán sä dao âäng : fdd ≅ fCH =
2π (L1 + L2 )C
Nãu ghep chàt : LΣ = L1 + L2 + 2M
• Mach Clapp :
Vcc
Rc
R1
R2
C3
C1
C2
Cr
L
C
E
Re
Ce
Cv
Hçnh 2.13. Så âä mach tao dao âäng Clapp
Âáy la biãn dang cua mach ba âiãm âiãn dung. Nhanh âiãn cán âæåc thay båi mät
mach cäng hæång gäm L, C näi tiãp ma trë sä cua chung âæåc chon sao cho mach co trå
1
khang tæång âæång våi mät âiãn cam tai f = f , nghéa la
ωdd L >
dâ
ωdd C
Hã sä ghep giæa transister va khung cäng hæång:
VBE
VCE
C1
C 2
I
I
n = −
=
:
=
jωC 2 jωC1
VBE
VCE
Kht =
= −n
VCE
Vtd
Ctd
I
I
P =
=
:
=
jωC1 jωCtd C1
36
1
1
1
1
Trong âo :
=
+
+
Ctd C1 C2
C
Thæång chon C << C1, C2 => C ≈ Ctd
=> P =
Ctd
C
=
<< 1
C1 C1
Nghéa la khung cäng hæång ghep rát long våi BJT nhàm giam anh hæång cua cac âiãn
dung phán bä cua phán tæ têch cæc (BJT) (âiãn dung ra, âiãn dung vao) âãn tán sä dao
âäng cua mach.
Tán sä dao âäng cua mach :
1
1
fdd = fch
=
≈
2π LCtd 2π LC
Vç váy C1, C2 va cac âiãn dung vao ra cua transistor háu nhæ khäng tham gia quyãt
âënh tán sä dao âäng cua mach . Do âo så âä Clapp cho phep tao dao âäng co tán sä än
âënh hån cac loai så âä ba âiãm khac.
Theo âiãu kiãn cán bàng biãn âä ta xac âënh âæåc B phæång trçnh:
C
n2 Rtd − = nh21e Rtd + h11e ( 1 )2 ≤ 0
C
C2 Rtd h11e
.
C2
n2
h
n2 h21e Rtd .C2
(−n).(− 21e ).
=
≥ 1.
h11e C2 Rtd h11e
C2 n2
C2 Rtd n2 + h11e .C12
.
Tæ âo tênh âæåc :
2
2
h21e
2
h
h11e
R tâ
C
C
⎛
⎜
⎞
⎟
⎛
⎜
⎞
⎟
21e
1
n1,2
=
±
−
2
⎝
⎠
⎝
⎠
La hã sä häi tiãp cán thiãt âã mach co dao âäng xac láp khi KKht = 1
2
n.h21e
n2 .R td + h11e (
C
C
⎛
⎜
⎞
⎟
→
≥ 0 ⇒ n2 .R td − n.h21e .R td + h11e
≥ 0
1
C
C1
2
⎝
⎠
)
2.5.4. Cac mach tao dao âäng dung thach anh
37
Tinh thã thach anh (quartz crystal) la loai âa trong må trong thiãn nhiãn co cáu tao sau
màt va hai thap å hai âáu (hçnh 2.14) co nhiãu å næåc ta. Thach anh chênh la dioxid
silicium SiO2 cung chát lam låp cach âiãn å transitor MOSFET. Å tinh thã thach anh co
cac truc mang tãn Z, X, Y. Truc Z xuyãn qua hai âènh thap, truc X qua hai cach âäi va
thàng goc våi truc Z (co 3 truc X), truc Y thàng goc våi hai màt âäi (co 3 truc Y).
Tinh thã thach anh dung trong mach dao âäng la mät lat mong âæåc càt ra tæ tinh thã.
Tuy theo màt càt thàng goc våi truc nao ma lat thach anh co dàc tênh khac nhau. Thæång
truc càt la AT (thàng goc våi truc Y, song song våi truc X va tao våi truc Z mät goc
35o15’). Lat thach anh co diãn têch màt khoang mät âãn vai cm2 âæåc mai mong âãn vai
mm sao cho hai màt thát phàng va thát song song. Hai màt nay âæåc ma kim loai (vang
hay bac) va han våi hai âiãn cæc lam chán ra. Kã âãn låp thach anh âæåc boc trong mät
låp bät cach âiãn va âæåc âong trong häp thiãt kên co hai chán lo ra, bãn trong co thã
âæåc hut haut khäng khê.
Âàc tênh cua tinh thã thach anh la hiãu æng ap âiãn (piezoelectric) theo âo khi ta ap hai
màt cua lat thach anh thç mät hiãu âiãn thã xuát hiãn giæa hai màt, con khi ta keo dan hai
màt thç hiãu âiãn thã co chiãu ngæåc lai. Ngæåc lai, dæåi tac dung cua hiãu thã xoay chiãu
lat thach anh se rung å tán sä khäng âäi va nhæ váy tao tên hiãu xoay chiãu å tán sä khäng
âäi. Tán sä dao âäng cua thach anh tuy thuäc vao kêch thæåc cua no (âàc biãt la chiãu
day) va màt càt. Tán sä dao âäng thay âäi theo thåi gian va nhiãt âä mäi træång nhæng noi
chung rát än âënh. Anh hæång quan trong nhát lãn thach anh la nhiãt âä. Khi nhiãt âä thay
âäi, kêch thæåc cua lat thach anh thay âäi dán âãn tán sä dao âäng thay âäi theo, nhæng du
sao cung tram ngan lán än âënh hån cac mach khäng dung thach anh. Do âo trong nhæng
æng dung cán än âënh tán sä rát cao ngæåi ta phai än âënh nhiãt âä thach anh. Cac âäng hä
chè giå (âeo tay, treo tæång) âãu dung dao âäng thach anh.
Z
(truc quang)
âiãn cæc
(chán ra)
bac
Y
(truc cå)
X
(truc âiãn)
thach anh
Hçnh 2.14. Tinh thã, cáu tao va hçnh dang linh kiãn thach anh
38
2.5.4.1. Tênh chát va mach tæång âæång cua thach anh
A
Lq, Cq, rq : phu thuäc kêch thæåc
A
khäi thach anh va cach càt khäi
thach anh.
Lq
Cq
rq
Cp
Cq: Âiãn dung tao båi 2 ma ghep
våi âáu ra.
B
Thäng thæång rq rát nho co thã bo
qua.
B
Hçnh 2.15. Ky hiãu va mach tæång
Âæång cua thach anh
+ Thach anh âæåc cáu tao tæ SiO2, âæåc sæ dung khi yãu cáu mach dao âäng co tán
sä än âënh cao vç hã sä phám chát Q cua no rát lån.
+ Thach anh co tênh chát ap âiãn : Âiãn træång - sinh dao âäng cå hoc va dao âäng
cå hoc - sinh ra âiãn têch.
Do âo co thãdung thach anh nhæ mät khung cäng hæång.
Bo qua rq (rq = 0) thç trå khang tæång âæång cua thach anh âæåc xac âënh :
⎛
⎜
⎜
⎝
⎞
1
1
⎟
.
jωLq +
ω2Lqc −1
ω(Cp + Cp − ω2Lq .Cp .Cq )
⎟
jωcq jωcq
⎠
Zq = Xq
= j
(*)
1
1
+ jωLq +
jωLq
jωcq
Goi fdâ la tán sä dao âäng cua 1 mach
Tæ (*) thach anh co 2 tán sä cäng hæång:
- Tán sä cäng hæång näi tiãp fq æng våi Zq = 0
1
fq =
2π Lq .Cq
ꢀ Nãu fdâ < fq - TA ⇔ C
ꢀ Nãu fq < fdâ < fq - TA ⇔ L
ꢀ Nãu fdâ > fp ⇔ TA ⇔ C
- Tán sä cäng hæång song song : fp æng våi Zq = ∞
39
Cq + Cq
Cq
Cp
1
1
f =
=
= fq 1+
2π LqCqCp
2π LCtd
CqCp
Trong âo : Ctd =
Cq näi tiãp Cp
Cq + Cp
Khi Cp >> Cq => fp ≈ fq
jXq
ꢁCac thäng sä âàc træng cua T.A:
ꢀ fq : 1 KH3 ÷ 100MH3
ꢀ r q ~ 0
Song song
Näi tiãp
Lq
⇒ Rtd =
rát lån
Cqrq
fp
f
fq
Lq
Cq
rq
Cq
Lq
ꢀ
Q = Rtd
=
=104 ÷105 rát lån
ꢀ Âä än âënh tán sä :
∆f
Hçnh 2.16. Âàc tênh âiãn khang cua thach anh
−6
−8
≈ 10 ÷10
f0
Âã thay âäi tán sä cäng hæång cua thach anh trong mät pham vi hep, ngæåi ta màc
näi tiãp thach anh våi mät tu biãn âäi Cs nhæ hçnh ve.
q
CS
Hçnh 2.17
Tán sä cäng hæång näi tiãp cua no :
Cq
fq/ = fq 1+
Cq + Cs
Læång thay âäi tán sä do màc thãm Cs vao:
fq/ − fq
Cq
Cq
2 Cq + Cs
∆f
fq
1
=
= 1+
−1 =
fq
Cp + Cs
40
2.5.4.2. Mach âiãn bä tao dao âäng vung thach anh våi tán sä cäng hæång song song
Vcc
Rc
C1
C2
q
CS
Rb
Re
Ce
Hçnh 2.18. Mach bä dao âäng dung thach anh våi tán sä cäng hæång song song
Nhanh thach anh màc näi tiãp våi tu Cs tæång âæång våi 1 âiãn cam âã mach co thã dao
âäng dæåi dang 3 âiãm âiãn dung.
Luc âo phai chon thach anh sao cho:
1
fq < fdd < fp va
< ωdd Ltd
ωddcs
2.5.4.3. Mach âiãn bä tao dao âäng dung thach anh våi tán sä cäng hæång näi tiãp
q
Cs
R1
C1
C2
q
L3
R2
Re
C3 R1 R2
Ce
Re
Vcc
Vcc
Hçnh 2.19. Mach dao âäng dung thach anh våi
tán sä cäng hæång näi tiãp, ghep biãn ap, EC
Hçnh 2.20. Mach dao âäng thach anh våi tán sä
cäng hæång näi tiãp, ba âiãm âiãn dung, BC
41
T1
T2
C1
R2
q
Ck
Lk
R1
Re
Rc R3
R4
Re
Vcc
Hçnh 2.21. Mach bä dao âäng dung thach anh våi tán sä cäng
hæång näi tiãp häi tiãp qua hai táng khuãch âai
Trong 3 så âä trãn, thach anh âæåc màc häi tiãp va âong vai tro nhæ 1 phán tæ ghep
co tênh chon loc âäi våi tán sä.
Khi fdâ ~ fq (näi tiãp) thç trå khang Xq = 0 - ha ap trãn thach anh nho lam âiãn ap
häi tiãp vã tàng lãn va mach tao ra dao âäng våi tán sä fdd ~ fq
2.5.5. Mach âiãn cac bä tao dao âäng RC
ꢁÂàc âiãm chung cua cac bä tao dao âäng RC:
1. Thæång dung å pham vi tán sä tháp thay cho cac bä LC vç kêch thæåc cua bä tao
dao âäng LC å tán sä tháp qua lån.
2. Khäng co cuän cam, do âo co thã chã tao no dæåi dang vi mach
3. Trong bä dao âäng RC - fdd tè lã våi 1/C, con trong bä dao âäng LC thç fdd tè lã
1
C
våi
trong bä dao âäng RC dã dang thay âäi fdd våi bä dao âäng LC
4. Yãu cáu bä dao âäng RC lam viãc å chã âä A âã giam meo
5. Vç kháu häi tiãp (gäm cac phán tæ R,C) phu thuäc tán sä, nãn mach se tao âæåc
dao âäng tai tán sä ma âiãu kiãn pha âæåc thoa man
ꢁBä dao âäng RC dung mach di pha trong mach häi tiãp:
R1
C
C
C
R2
Vr
V1
V2
R
R
R
I1
I2
I3
Hçnh 2.22. Mach dao âäng RC
Tải về để xem bản đầy đủ
23 trang
18801
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Điện từ trường - Chương 2: Các mạch tạo dao động", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_dien_tu_truong_chuong_2_cac_mach_tao_dao_dong.pdf
