Đề tài Tìm hiểu tín hiệu xung

CHÖÔNG 1 CÔ SÔÛ LYÙ LUAÄN I. KHAÙI NIEÄM Trong ñôøi soáng haèng ngaøy, con ngöôøi thöôøng xuyeân phaûi thu nhaän vaø trao ñoåi thoâng tin laãn nhau. Chaúng haïn nhöõng tin töùc nhö aâm thanh, hình aûnh coù theå truyeàn ñi ñöôïc laø nhôø vaøo caùc heä thoáng ñieän töû. Caùc heä thoáng naøy bieán ñoåi nhöõng tin töùc treân thaønh ñaïi löôïng ñieän aùp hoaëc doøng ñieän. Keát quaû cuûa quaù trình chuyeån ñoåi laø ñieän aùp hoaëc doøng ñieän phaûi tæ leä vôùi löôïng tin töùc nguyeân thuûy. Ví duï: Microphone bieán ñoåi tieáng noùi con ngöôøi thaønh tín hieäu ñieän, Camera bieán ñoåi hình aûnh thaønh nhöõng tín hieäu ñieän. Ta goïi chung ñoù laø tín hieäu. Caùc tín hieäu coù bieân ñoä bieán ñoåi theo thôøi gian ñöôïc phaân ra thaønh hai loaïi cô baûn , ñoù laø tín hieäu lieân tuïc (coøn goïi laø tín hieäu tuyeán tính hay tín hieäu töông töï) vaø tín hieäu giaùn ñoaïn (coøn goïi laø tín hieäu xung hay soá). Ngaøy nay trong kyõ thuaät voâ tuyeán ñieän, coù raát nhieàu thieát bò hoaït ñoäng trong moät cheá ñoä ñaëc bieät ñoù laø cheá ñoä xung. Khaùc vôùi nhöõng thieát bò ñieän töû laøm vieäc trong cheá ñoä lieân tuïc, trong caùc thieát bò laøm vieäc ôû cheá ñoä xung thì doøng ñieän hoaëc ñieän aùp taùc duïng leân maïch moät caùch rôøi raïc theo moät quy luaät naøo ñoù. ÔÛ nhöõng thôøi ñieåm ñoùng hoaëc ngaét ñieän aùp, trong maïch seõ phaùt sinh quaù trình quaù ñoä phaù huûy cheá ñoä coâng taùc tónh cuûa maïch. Caùc thieát bò xung ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong nhieàu lónh vöïc khoa hoïc kyõ thuaät hieän ñaïi nhö :Thoâng tin , ñieàu khieån, ra ña, voâ tuyeán truyeàn hình, maùy tính ñieän töû, ñieän töû öùng duïng. Tuøy theo nhieäm vuï maø trong caùc thieát bò söû duïng nhieàu loaïi sô ñoà xung khaùc nhau: Khaùc nhau veà nguyeân taéc caáu taïo, nguyeân lyù laømvieäc cuõng nhö caùc tham soá .Toå hôïp caùc phöông phaùp, caùc thieát bò ñeå taïo vaø bieán ñoåi daïng xung, ñeå bieåu thò vaø choïn xung goïi laø kyõ thuaät xung. Tín hieäu hình sin ñöôïc xem laø moät tín hieäu tieâu bieåu cho loaïi tín hieäu lieân tuïc . Vôùi tín hieäu naøy coù theå xaùc ñònh bieân ñoä cuûa noù taïi töøng thôøi ñieåm vaø noù ñöôïc bieåu nhö hình1-1. Tín hieäu hình vuoâng ñöôïc xem laø moät tín hieäu tieâu bieåu cho loaïi tiùn hieäu giaùn ñoaïn.Vôùi tín hieäu naøy thì bieân ñoä cuûa noù chæ coù hai giaù trò laø möùc cao (High) vaø möùc thaáp (Low), thôøi gian ñeå chuyeån töø möùc bieân ñoä thaáp leân bieân ñoä cao hay töø bieân ñoä cao xuoáng bieân ñoä thaáp laø raát ngaén vaø ñöôïc xem nhö töùc thôøi. Tín hieäu xung ñöôïc toång hôïp töø caùc haøm böôùc vaø noù ñöôïc bieåu dieãn nhö hình 1-2. Hình 1-1 Hình 1-2 v = Vmax sinwt v = VH , neáu 0 £ t < t1 v = VL , neáu t1 £ t < t2 Ngoaøi ra, tín hieäu xung (tín hieäu giaùn ñoaïn) coøn coù caùc daïng khaùc nhö: Xung tam giaùc, xung raêng cöa , xung nhoïn, xung naác thang … a/ Xung tam giaùc b/ Xung nhoïn (Xung daïng hình muõ) c/ Xung raêng cöa d/ Xung naác thang Hình 1-3 : Caùc daïng tín hieäu xung khaùc Qua moät soá thí duï veà caùc daïng xung ôû treân, thoâng thöôøng thôøi toàn taïi cuûa xung raát nhoû so vôùi chu kyø laëp laïi cuûa noù vaø coù nhöõng thôøi ñieåm bieán ñoåi ñoät ngoät. Tuy vaäy, trong thöïc teá coøn gaëp nhöõng daõy xung maø thôøi gian toàn taïi xung baèng hoaëc lôùn hôn moät nöûa chu kyø laëp laïi cuûa noù, nhöõng xung nhö vaäy goïi laø xung roäng. Maëc khaùc, khi noùi ñeán khaùi nieäm ñoä roäng cuûa moät xung naøo ñoù laø roäng hay heïp thì neân hieåu ñoù khoâng phaûi laø moät khaùi nieäm tuyeät ñoái. Ví duï : Trong kyõ thuaät töï ñoäng duøng nhöõng loaïi xung coù ñoä roäng ñeán haøng giaây, trong thoâng tin lieân laïc vaø ra ña thì duøng nhöõng loaïi xung coù ñoä roäng ñaït micro giaây. Toùm laïi, tín hieäu xung ñöôïc ñònh nghóa nhö sau : Tín hieäu xung ñieän theá hay xung doøng ñieän laø nhöõng tín hieäu coù thôøi gian toàn taïi raát ngaén, coù theå so saùnh vôùi quaù trình quaù ñoä trong caùc maïch ñieän maø chuùng taùc duïng . Do ñoù, ñaây laø moät khaùi nieäm raát quan troïng , neáu khoâng tìm hieåu kyõ thì thôøi gian cuûa quaù trình quaù ñoä seõ aûnh höôûng ñeán thieát bò xung. II. CAÙC THOÂNG SOÁ CUÛA TÍN HIEÄU XUNG Xeùt tín hieäu xung nhö hình 1-4 laø moät tín hieäu xung vuoâng lyù töôûng . Trong thöïc teá khoù coù moät tín hieäu xung vuoâng maø chuyeån maïch töø möùc thaáp leân möùc cao vaø ngöôïc laïi laø thaúng ñöùng nhö theá (öùùng vôùi thôøi gian taêng vaø thôøi gian giaûm laø t= 0). Khaûo saùt moät vaøi thoâng soá cuûa tín hieäu xung. 1. Chu Kyø Xung – Taàn Soá Xung Ñoä roäng xung ton, laø khoaûng thôøi gian toàn taïi cuûa xung (öùng vôùi thôøi gian maø bieân ñoä coù möùc ñieän aùp cao). Thôøi gian khoâng xuaát hieän xung (öùng vôùi möùc bieân ñoä thaáp) goïi laø thôøi gian nghæ, toff. v Hình Hình 1-4 Vm vvvv t tOFF tON 0 T Chu kyø xung T = ton + toff Taàn soá laëp laïi cuûa xung ñöôïc ño baèng Hz F = 1/T YÙ nghóa cuûa taán soá F : soá xung xuaát hieän trong moät ñôn vò thôøi gian. 2. Ñoä Roãng Xung Vaø Heä Soá Laép Ñaày Ñoä roãng cuûa moät daõy xung laø tæ soá giöõa chu kyø laëp laïi T ñoái vôùi ñoä roäng xung ton Q = T / ton Thoâng thöôøng thôøi gian toàn taïi cuûa xung ton raát nhoû so vôùi chu kyø laëp laïi T.Trò soá nghòch cuûa Q ñöôïc goïi laø heä soá ñaày cuûa xung vaø noù ñöôïc tính theo coâng thöùc: n = ton / T. 3. Ñoä Roäng Xung Hình 1-5 Ñaây laø daïng xung thöïc teá , vôùi daïng xung naøy thì khi taêng bieân ñoä ñieän aùp seõ coù thôøi gian treã tr , goïi laø ñoä roäng söôøn tröôùc. Thôøi gian naøy töông öùng töø 10% ñeán 90% bieân ñoä U. Ngöôïc laïi, khi giaûm bieân ñoä ñieän aùp xung seõ coù thôøi gian treã tf , goïi laø ñoä roäng söôøn sau . Thôøi gian naøy töông öùng töø 90% ñeán 10% bieân ñoä U . Ñoä roäng xung thöïc teá laø: Ton = tr+ tf + tp Ñoä suït ñænh xung Du cuûa xung ñieän aùp laø ñoä giaûm bieân ñoä xung ôû phaàn ñænh xung.Trong thöïc teá thöôøng duøng ñoä suït aùp töông ñoái &u = Du / u ñeå deã daøng so saùnh möùc suït ñænh cuûa xung ñoái vôùi bieân ñoä cuûa noù. III. ÑAËC TÍNH CUÛA CHUYEÅN MAÏCH ÑIEÄN TÖÛ (Linh Kieän Baùn Daãn) Trong luaän vaên naøy phaàn lôùn ñeà caäp ñeán lyù thuyeát kyõ thuaät xung vaø soá . Vì vaäy, ñeå thöïc hieän caùc chöùc naêng khaùc nhau veà vieäc bieán ñoåi daïng xung, ngöôøi ta duøng caùc phaàn töû thuï ñoäng nhö : Diode, Transistor, Op-amp. Do ñoù, caùc maïch bieán ñoåi xung muoán hieåu roõ nguyeân lyù hoaït ñoäng, thì tröôùc heát caàn naém vöõng veà caáu truùc vaø baûn chaát lyù thuyeát cuûa nhöõng linh kieän treân. 1.Ñaïi Cöông Veà Diode 1.1. Caáu Truùc Vaø Ñaëc Tính Cô Baûøn Cuûa Diode Ba loaïi vaät lieäu khaùc nhau thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå cheá taïo Diode laø : Germanium (Ge), Silicon (Si), Gallium arsenide. Si haàu nhö ñaõ thay theá Ge ñeå cheá taïo Diode. Gallium arsenide ñaëc bieät höõu duïng trong nhöõng öùng duïng vi ba vaø nhöõng lónh vöïc lieân quan ñeán taàn soá cao. Diode baùn daãn laø teân goïi chung cuûa moät hoï linh kieän hai cöïc, caáu taïo cô baûn döïa treân chuyeån tieáp p-n. Ñieän cöïc noái vôùi baùn daãn p goïi laø cöïc anode, ñieän cöïc noái vôùi baùn daãn n goïi laø cöïc cathode, tieáp giaùp giöõa p vaø n ñöôïc goïi laø moái noái cuûa Diode. Khi chöa coù phaân cöïc (ôû traïng thaùi caân baèng): Tröôùc khi tieáp xuùc, moãibaùn daãn naèm ôû traïng thaùi caân baèng: Toång soá ñieän tích döông baèng toång soá ñieän tích aâm trong theå tích. Khi tieáp xuùc nhau, do söï cheânh leäch noàng ñoä seõ xaûy ra hieän töôïng khueách taùn cuûa caùc haït daãn ña soá: Loã troáng khueách taùn töø p sang n, coøn ñieän töû khuueách taùn theo chieàu ngöôïc laïi. Chuùng taïo neân doøng khueách taùn coù chieàu töø p sang n. Treân ñöôøng khueách taùn, caùc ñieän tích khaùc daáu seõ taùi hôïp vôùi nhau, laøm cho trong moät vuøng heïp ôû hai beân maët ranh giôùi coù noàng ñoä haït daãn giaûm xuoáng thaáp. Taïi vuøng naøy, beân vuøng ngheøo baùn daãn loaïi p toàn taïi caùc phaàn töû thieåu soá loaïi n (ion aâm). Coøn beân vuøng ngheøo loaïi n toàn taïi caùc phaàn töû thieåu soá loaïi p (loã troáng), nghóa laø hình thaønh hai lôùp ñieän tích khoâng gian khaùc daáu ñoái dieän nhau. Chuùnhg bò löïc huùt cuûa caùc ion traùi daáu vaø löïc ñaåy cuûa caùc ion cuøng daáu, neân chuùng ñöôïc toàn taïi trong vuøng ngheøo nhö hình 1-6a. Giöõa hai lôùp ñieän tích naøy seõ coù moät söï cheânh leäch ñieän theá (beân n döông hôn beân p), goïi laø ñieän theá tieáp xuùc. Hình 1-6a Kyù hieäu Phaàn töû ña soá loaïi n coù theå thaéng löïc huùt cuûa caùc lôùp ion döông vaø löïc ñaåy cuûa lôùp ion aâm, ñeå di chuyeån ñeán vuøng trung hoøa loaïi p. Soá löôïng phaàn töû ña soá raát lôùn neân ñöôïc coi nhö baát bieán, trong khi coù moät soá ñuû naêng löôïng vöôït qua vuøng ngheøo ñeå ñeán lôùp p. Vaø ngöôïc laïi , phaàn töû ña soá loaïi p coù theå vöôït qua vuøng ngheøo ñeå ñeán lôùp n. Khi coù taùc duïng cuûa ñieän aùp ngoaøi Khi phaân cöïc nghòch moái noái p-n: Nguoàn ñieän aùp V ñöôïc noái nhö hình 1-6b, baùn daãn p noái vôùi cöïc aâm, baùn daãn n noái vôùi cöïc döông. Giaû thuyeát ñieän trôû cuûa baùn daãn ôû ngoaøi vuøng ngheøo ( coøn goïi laø mieàn trung hoøa) laø khoâng ñaùng keå. Luùc ñoù gaàn nhö toaøn boä ñieän aùp V ñaët vaøo vuøng ngheøo, vaø luùc ñoù noù cuøng chieàu vôùi ñieän theá tieáp xuùc, tình traïng caân baèng ban ñaàu khoâng coøn nöõa. Ñieän tröôøng E ( do ñieän aùp V gaây ra) cuøng chieàu vôùi ñieän theá tieáp xuùc, seõ laøm haït daãn ña soá loaïi p di chuyeån veà cöïc aâm, coøn haït daãn ña soá loaïi n di chuyeån veà cöïc döông, noùi caùch khaùc laø rôøi xa khoûi maët ranh giôùi. Do ñoù vuøng ngheøo ñöôïc môû roäng, ñieän trôû vuøng ngheøo taêng. Luùc naøy hình thaønh haøng raøo ñieän theá laø toång cuûa nguoàn V vaø ñieän theá tieáp xuùc, ngaên caûn doøng ña soá vöôït qua neân noù coù giaù trò baèng khoâng. Coøn doøng troâi cuûa haït daãn thieåu soá thì taêng theo V. Nhöng noàng ñoä haït daãn thieåu soá voán raát beù, cho neân trò soá doøng naøy raát nhoû vaø noù nhanh choùng ñaït giaù trò baõo hoøa khi V coøn raát thaáp. Doøng naøy seõ taêng ñoät bieán khi ñaït ñeán ngöôõng ñieän aùp ñaùnh thuûng. Hình 1- 6b Kyù hieäu Khi phaân cöïc thuaän moái noái p-n : Nguoàn ñieän aùp ñöôïc noái nhö hình 1-6c, baùn daãn p noái vôùi cöïc döông vaø baùn daãn n noái vôùi cöïc aâm . Quaù trình xaûy ra ngöôïc laïi vôùi quaù trình treân. Ñieän tröôøng E (do V gaây ra ) ngöôïc chieàu vôùi ñieän theá tieáp xuùc. Haøng raøo ñieän theá giaûm, cho neân haït daãn ña soá cuûa hai baùn daãn seõ vöôït qua vuøng ngheøo ñeán mieàn ñoái dieän. Tình traïng thieáu haït daãn trong vuøng ngheøo seõ ñöôïc giaûm ñi, laøm cho vuøng ngheøo bò thu heïp laïi vaø ñieän trôû vuøng ngheøo giaûm. Luùc naøy doøng ña soá taêng nhanh theo ñieän aùp V, coøn doøng troâi cuûa haït daãn thieåu soá thì giaûm theo V. Vì doøng haït daãn ña soá voán raát beù neân coù theå xem nhö khoâng thay ñoåi. Hình 1-6c Kyù hieäu 1.2. Ñöôøng Ñaëc Tính Cuûa Diode Quan heä Volts – Amperes cuûa Diode ñöôïc moâ taû nhö sau: iD = Io[ exp(qvD/nkT)-1] (1.1). Caùc soá haïng trong phöông trình ñöôïc ñònh nghóa nhö sau : id : Doøng qua diode (A) vd : Hieäu ñieän theá rôi treân diode (V) io : Doøng baõo hoøa ngöôïc q : Ñieän tích electron, 1,6.10-19 J/V ( C ) k : Haèng soá Boltzmann , 1,38.10-23 J/ok T : Nhieät ñoä tuyeät ñoái (oK) n : Haèng soá kinh nghieäm , 1 £ n £ 2 ÔÛ nhieät ñoä phoøng (300oK) VT = k.T/q = 25 (mV) Do ñoù phöông trình 1.1 coù theå vieát laïi laø iD = Io [ exp( vD /nVT)–1] (1.2) Phöông trình 1.2 cho ta thaáy: Neáu vD £ VT thì doøng iD laø doøng baûo hoøa nghòch -Io , neáu vD > VT vaø hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä 25oC thì doøng ñieän thuaän cuûa diode ñöôïc giaûn löôïc nhö sau: iD = Io exp(vD /nVT) Nhöõng phöông trình treân ñöôïc minh hoïa ôû hình 1-7 cho caû hai vaät lieäu Sillicon vaø Germanium. Hình 1-7: Ñaëc tuyeán Volts- Amperes Ñaëc tuyeán thöïc cuûa Diode coù daïng haøm muõ. Khi phaân cöïc thuaän moái noái p-n, ôû beân phaûi ñaëc tuyeán V-A, thì ñieän trôû tieáp xuùc cuûa chaát lieäu baùn daãn tæ leä thuaän vôùi dieän trôû thuaän. Khi phaân cöïc nghòch moái noái p-n, beân traùi ñaëc tuyeán V-A, thì doøng ñieän ræ Io tæ leä nghòch vôùi ñieän trôû nghòch. Khi Diode chòu moät ñieän aùp ngöôïc lôùn seõ laøm phaù huûy tieáp giaùp p-n. Ñieän aùp rôi treân Diode khi ñöôïc phaân cöïc thuaän laø Vg = 0,1v ñeán 0,3v (choïn 0,2v) , Ñoái vôùi diode loaïi Ge. Vg = 0,6v ñeán 0,8v (choïn 0,7v) , Ñoái vôùi diode loaïi Si. Maïch töông cuûa Diode khi ñöôïc phaân cöïc thuaän laø: rd : Ñieän trôû ñoäng rd = nVT (iD + Io) » nVT / iD Diode lyù töôûng coù rd = 0 vaø Vg = 0. 2. Ñaïi Cöông Veà Transistor Transistor thuoäc hoï linh kieän ba cöïc. Neáu Diode laø loaïi linh kieän hai cöïc, bao goàm moät baùn daãn loaïi p vaø moät loaïi n, thì Transistor bao goàm hai baùn daãn loaïi p vaø moät baùn daãn loaïi n ñoái vôùi loaïi PNP, hai baùn daãn loaïi n vaø moät baùn daãn loaïi p ñoái vôùi loaïi NPN. Sô ñoà kyù hieäu cuûa Transistor ñöôïc moâ taû ôû hình 1.8. Chieàu doøng ñieän ñöôïc qui öôùc theo chieàu cuûa muõi teân. Hình 1-8 Ñöôøng cong ñaëc tính cuûa Transistor ñöôïc bieåu dieãn ôû hình 1-9. Ñöôøng ñaëc tính naøy laø ñöôøng cong ñaëc tính Collector – Emitter, vôùi thoâng soá ngoõ vaøo laø doøng iB vaø vBE theo quan heä nhö sau iB = f(vBE) vaø thoâng soá ngoõ ra laø iC vaø vCE theo quan heä nhö sau iC = f(vCE). Ñöôøng taûi tónh Vuøng khueách ñaïi Hình 1-9 Nhìn treân ñöôøng ñaëc tính ta coù theå phaân thaønh ba vuøng laøm vieäc cuûa Transistor nhö sau : Vuøng taét : Transistor rôi vaøo vuøng hoaït ñoäng naøy khi thoõa maõn ñieàu kieän sau: Moái noái BE vaø BC phaûi ñöôïc phaân cöïc nghòch . Khi ñoù, caùc thoâng soá ngoõ ra laø doøng iC gaàn nhö baèng 0 vaø ñieän aùp vCE gaàn baèng VCC . Vuøng khueách ñaïi : Transistor hoaït ñoäng trong vuøng khueách ñaïi khi moái noái BE ñöôïc phaân cöïc thuaän (VB > VE ) vaø moái noái BC ñöôïc phaân cöïc nghòch (VC >VB). ÔÛ cheá ñoä naøy thì IB = b IC IC = IE , Vôùi b laø heä soá ñoä lôïi, giaù trò ñieån hình cuûa b bieán thieân trong phaïm vi töø 20 ñeán 800 tuøy theo loaïi Transistor. Chuùng ta seõ phaân tích maïch hình 1-10 ñeå laøm saùng roõ hôn veà ñöôøng cong ñaëc tính naøy iB iE v ic 0 Hình 1-10 AÙp duïng ñònh luaät kirchoff 2 cho löôùi voøng quanh töø cöïc C ñeán cöïc E Ta coù VCC = iC RC+ vCE + iERE (1.3) Maø iC = iE Phöông trình (1.3) coù theå vieát laïi nhö sau: VCC = iC(RC + RE) + vCE Þ iC = -vCE.1 /(RC + RE) + VCC .1/(Rc +RE) Xem ñaây laø phöông trình ñöôøng taûi tónh (DC) vaø caùch veõ ñoà thò ñöôøng thaúng naøy gioáng nhö phöông phaùp veõ ñoà thò cuûa haøm baäc nhaát, töùc laø khi ic = 0 ,thì vCE =VCC vaø khi vCE = 0 thì ic = VCC.. Ñieåm laøm vieäc tónh laø Q(VCEQ,ICQ). Daïng ñöôøng taûi tónh naøy ñöôïc minh hoïa treân ñöôøng cong ñaëc tính hình 1.9 Vuøng baõo hoøa : Transistor laøm vieäc ôû vuøng baõo hoøa caàn thoõa maõn caùc ñieàu kieän sau: Moái noái BC vaø moái noái BE ñeàu ñöôïc phaân cöïc thuaän .Transistor rôi vaøo vuøng baõo khi ngoõ vaøo phaûi ñöôïc cung caáp tín hieäu ñuû lôùn sao cho ñieän aùp taïi cöïc neàn (VB) lôùn hôn moät möùc ngöôõng ñeå Transistor phaân cöïc baõo hoøa. Möùc ñieän aùp ngöôõng naøy laø VBEsat , noù coù trò soá tuøy thuoäc vaøo loaïi chaát baùn daãn . VBEsat = 0,7V ñeán 0,8V , Transistor loaïi Si VBEsat = 0.3V , Transistor loaïi Ge Khi söû duïng ôû cheá ñoä coâng taùc chuyeån maïch, Transistor thoâng thöôøng maéc theo daïng E chung ( maéc CE ). Khaûo saùt moät daïng maïch maéc CE chung ôû hình 1-11 laøm vieäc ôû cheá ñoä baõo hoøa. iB ic Hình 1-11 AÙp duïng ñònh luaät kirchoff 2 cho löôùi voøng quanh cöïc C ñeán cöïc E Ta coù VCC = IC.RC - vCE ÔÛ traïng thaùi baõo hoøa thì Ic raát lôùn ñaït ICsat , vaø vCE ñaït VCEsat = 0,1V ñeán 0,2V Töø ñoù, ICsat ñöôïc tính theo coâng thöùc sau : ICsat = . Khi ñaõ coù doøng ñieän taûi IC , ta phaûi tính doøng ñieän caàn thieát caáp cho cöïc neàn B, nhaèm choïn trò soá RB thích hôïp. Ta xaùc ñònh IBsat theo bieåu thöùc : IBsat = .ICsat Tröôøng hôïp caàn cho Transistor laøm vieäc ôû cheá ñoä baõo hoøa saâu, thì coù theå tính IB theo coâng thöùc: IBsat = .k ,Trong ñoù, k laø heä soá baõo hoøa saâu (k = 2 ¸ 5). Khi Transistor baõo hoøa, caùc giaù trò IBsat vaø ICsat , ñeàu do maïch ngoaøi queát ñònh Ta coù theå xaùc ñònh RB theo coâng thöùc sau : RB = 3. Ñaïi Cöông Veà Op-Amp (Operational-Amplifier) Ngaøy nay, Op-amp laø loaïi linh kieän ñöôïc öùng duïng phoå bieán trong lónh vöïc ñieän töû. Gaàn nhö moïi chöùc naêng trong lónh vöïc naøy ñeàu coù theå duøng Op-amp ñeå thöïc hieän. Chaúng haïn, thöïc hieän caùc pheùp tính: Coäng, tröø , tích phaân trong maùy tính töông töï, laøm thaønh phaàn noàng coát trong caùc maïch khueách ñaïi, maïch ño, boä dao ñoäng, maïch taïo aâm, maïch caûm bieán. Op-amp laø loaïi linh kieän ñöôïc tích hôïp, goàm hai ngoõ vaøo: Ñaûo vaø khoâng ñaûo, moät ngoõ ra. Op-amp hoaït ñoäng ñöôïc phaûi caàn cung caáp caëp nguoàn ñieän aùp ñoái xöùng döông vaø aâm, ñieåm giöõa cuûa caëp nguoàn naøy ñöôïc xemlaø mass (0V). Do vaäy, tín hieäu ôû ngoõ ra cuûa boä khueách ñaïi thuaät toaùn coù theå bieán ñoåi caû veà phía döông hay phía aâm so vôùi mass. Op-amp coù sô ñoà kyù hieäu nhö hình 1-12a. Hình 1-12b laø trình baøy maïch töông cuûa noù. Moâ hình goàm moät nguoàn aùp phuï thuoäc (phuï thuoäc vaøo ñieän aùp ngoõ vaøo), trôû khaùng ngoõ vaøo (Rin) vaø trôû khaùng ngoõ ra (Ro). Hình 1-12a Hình 1-12b Ñieän aùp vaøo vi sai vd = v+ - v- Trôû khaùng ngoõ vaøo cuûa Op-amp töông ñöông nhö moät ñieän trôû ôû hình 1-12b. Ñieän aùp ngoõ ra tæ leä thuaän vôùi ñieän aùp ngoõ vaøo, vaø ta bieåu thò tæ leä naøy laø ñoä lôïi voøng hôû (G). Vì vaäy, ñieän aùp ngoõ ra khueách ñaïi G laàn ñieän aùp vaøo vi saivaø ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau : vo = G (v+ - v-) = G .vd Op-amp lyù töôûng coù nhöõng ñaëc ñieåm nhö sau: Trôû khaùng ngoõ vaøo, Rin = 0 Trôû khaùng ngoõ ra, Ro = 0 Ñoä lôï voøng hôû, G ® ¥ Baêng thoâng BW ® ¥ vo = 0, khi v+ = v- v+ - v- = vo /G (1.4), G tieán gaàn ñeán voâ ñònh, do ñoù phöông trình (1.4) ñöôïc vieát laïi nhö sau: v+ - v- = 0 ® v+ = v- Bôûi ñieän trôû ngoõ vaøo Rin ® ¥, neân doøng ñieän chaïy vaøo hai ngoõ vaøo ñaûo vaø khoâng ñaûo laø zero i+ = i- = 0 Tuøy thuoäc ñieän aùp ôû hai ngoõ vaøo naøy so saùnh vôùi nhau maø Op-amp seõ laøm vieäc moät trong hai traïng thaùi sau: Neáu v+ > v- thì vo = +V, goïi laø traïng thaùi baõo hoøa döông . Neáu v+ < v- thì vo = -V, goïi laø traïng thaùi baõo hoøa aâm. Hai traïng thaùi baõo hoøa naøy töông ñöông vôùi ngoõ ra cuûa Op-amp ôû hai möùc ñieän aùp cao vaø ñieän aùp thaáp, ñeå taïo ra caùc xung ñieän. Ñaëc tuyeán truyeàn ñöôïc theå hieän ôû hình 1-13. Hình 1-13 CHÖÔNG 2 TÍN HIEÄU XUNG QUA CAÙC MAÏCH RC - RL – RLC I. KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN Heä thoáng ñieän töû soá laøm vieäc döïa vaøo nhöõng tín hieäu chæ mang moät trong hai giaù trò giaùn ñoaïn laø 0 hoaëc 1 ( möùc thaáp hoaëc möùc cao). Nhöõng tín hieäu ñoù ñöôïc xem nhö laø soá nhò phaân, vaø laø loaïi tín hieäu chuaån ñöôïc tìm thaáy trong nhöõng heä thoáng soá ñieän töû soá ngaøy nay. Nhöõng tín hieäu coù daïng xung vuoâng laø söï noái tieáp cuûa moät chuoãi möùc thaáp vaø möùc cao. Noù ñöôïc taïo thaønh nhôø heä thoáng ñieän töû. Trong ñoù daïng xung vuoâng coù theå xem nhö bao goàm caùc thaønh phaàn DC ( thaønh phaàn taàn soá thaáp), thaønh phaàn naøy ñöôïc theå hieän bôûi möùc 0 vaø möùc 1 cuûa xung vuoâng, vaø thaønh phaàn taàn soá cao ñöôïc theå hieän bôûi hai söôøn leân vaø söôøn xuoáng cuûa xung. Neáu heä thoáng ñieän töû caàn cung caáp nhöõng chuoãi xung coù taàn soá cao hoaëc taàn soá thaáp, khi ñoù ngöôøi ta duøng maïch phaùt xung vaø bieán ñoåi daïng xung theo yeâu caàu cuûa heä thoáng. Daïng maïch bieán ñoåi daïng xung cô baûn laø duøng maïng RC - RL - RLC, caùc phaàn töû coù theå maéc noái tieáp hoaëc song song vôùi nhau. Tuøy theo tín hieäu ngoõ ra laáy treân phaàn töû naøo maø hình thaønh caùc maïch loïc khaùc nhau. Trong lyù thuyeát veà maïch loïc, ngöôøi ta chia ra maïch loïc thuï ñoäng vaø maïch loïc tích cöïc. Maïch loïc thuï ñoäng laø do trong maïch chæ duøng nhöõng phaàn töû thuï ñoäng nhö R, L, C (baûn thaân caùc phaàn töû naøy khoâng mang naêng löôïng) ñeå thöïc hieän chöùc naêng loïc. Maïch loïc tích cöïc duøng phaàn töû tích cöïc nhö op-amp keát hôïp vôùi voøng hoài tieáp goàm R vaø C. Neáu phaân theo taàn soá thì coù maïch loïc thoâng thaáp, maïch loïc thoâng cao, maïch loïc thoâng daõi vaø maïch loïc chaën daõi. 1. Haèng Soá Thôøi Gian R- C Tæ leä ñieän tích naïp cho tuï khi coù cung caáp ñieän aùp phuï thuoäc vaøo ñieän trôû toaøn maïch noái tieáp vôùi tuï vaø giaù trò ñieän dung cuûa tuï. Neáu ñieän trôû taêng thì doøng giaûm vaø toång soá ñieän tích cuûa tuï trong thôøi gian naïp cuõng bò giaûm. Töông töï neáu ñieän dung cuûa tuï taêng thì tuï caàn moät löôïng ñieän tích lôùn hôn ñeå ñöôïc naïp, do ñoù thôøi gian naïp ñaày cho tuï laø khaù laâu. Ñeå so saùnh tæ leä ñieän tích ñöôïc naïp trong tuï ôû nhöõng maïch RC khaùc nhau, ngöôøi ta duøng haèng soá thôøi gian t ñeå bieåu thò. Haèng soá thôøi gian ñöôïc ñònh nghóa laø: t = R. C. Trong ñoù t : Haèng soá thôøi gian (s) R: Ñieän trôû toång ( W ) C: Ñieän dung cuûa tuï (F) Ví duï: R = 100 K, C = 50.10-12 thì haèng soá thôøi gian laø t = R.C = 5.10-11. 105 = 5(ms) Giaù trò tính ôû treân ñöôïc goïi laø haèng soá thôøi gian cuûa maïch, thôøi gian 5 ms coù theå xem laø thôøi gian ngaén. Nhöng söï phaân bieät giöõa haèng soá thôøi gian cuûa maïch ngaén, daøi hay trung bình laø hoaøn toaøn tuøy yù. Tuy nhieân toång theå maïch ñöôïc xeùt laø coù haèng soá thôøi gian daøi khi keát quaû RC baèng 10 laàn so vôùi khoaûng thôøi gian coù toàn taïi xung cuûa daïng soùng cung caáp, vaø khi keát quaû RC baèng 1/10 so vôùi khoaûng thôøi gian coù toàn taïi xung cuûa daïng soùng cung caáp ñöôïc xem laø thôøi gian ngaén vaø thôøi haèng naèm giöõa hai möùc ñoù thì ñöôïc xem laø thôøi haèng trung bình. 2. Quaù Trình Naïp- Xaû Cuûa Tuï 2.1. Quaù Trình Naïp, Ñoà Thò Haèng Soá Thôøi Gian vv(t) Xeùt maïch nhö hình 2-1, vôùi ngoõ vaøo laø thaønh phaàn ñieän aùp ñôn giaûn : vv (t) = E u(t), trong ñoù u(t) laø haøm böôùc. Ta coù E u(t) = E , neáu t ³ 0 E t E u(t) = 0 , neáu t < 0 0 vc(t) (t) Hình 2-1 Neáu taïi thôøi ñieåm t = 0, coù moät ñieän aùp ñoät bieán bieân ñoä laø E taùc duïng leân ñaàu vaøo cuûa moät maïch tuyeán tính ñôn giaûn goàm hai phaàn töû R vaø C maéc noái tieáp nhö hình 2-1, ta coù theå xaùc ñònh deã daøng giaù trò ñieän aùp laáy ra treân R laø vR(t) vaø treân tuï C laø vc(t). Baèng phöông phaùp bieán ñoåi laplace ta xaùc ñònh vr(t) vaø vc(t) nhö sau: vv (t) : vv (p) Vôùi v(p) laø aûnh cuûa v(t), töùc v(t) laø goác. vr (t) : vr (p) Ta coù i = ic(t) = vr(t) = i.R = RC. Þ (2.1) Ñaïo haøm hai veá cuûa phöông trình (2.1) ta ñöôïc: Toaùn töû p = Þ RC * p2vr(t) + pv1(t) = RC * p2vv(t) Þ RC * p2vr(p) + pvr(p) = RC * p2vv(p) Þ Ñaët tn = RC, haèng soá thôøi gian naïp Khi vv(t) = E.u(t) haøm böôùc ñôn vò vv(p) = £{vv(t)} = E £{u(t)} = E. 1/p Vaäy vr(t) = £-1 í vr(p) ý = E.e-t/ t n Do ñoù vR(t) = vr(t) = E. e-t/ t n. vc(t) = vv(t) – vr(t) = E – E e-t/ t n = E (1- e-t/ t n). Ñoà thò haèng soá thôøi gian Hình 2-2 Nhaän xeùt: Giaù trò ñieän aùp treân tuï vaø ñieän trôû ñöôïc bieåu dieãn döôùi daïng töùc thôøi. Veà maët vaät lyù ta nhaän thaáy sau khi ñoùng maïch RC vaøo moät nguoàn suaát ñieän ñoäng laø E, trong maïch seõ phaùt sinh quaù trình quaù ñoä. Ñoù laø quaù trình naïp ñieän cho tuï ñieän C, laøm cho ñieän aùp treân tuï taêng daàn vaø ñieän aùp treân ñieän trôû giaûm daàn theo quy luaät haøm soá muõ. Veà maët lyù thuyeát khoaûng thôøi gian naïp ñieän cho tuï ñeå ñieän aùp treân tuï ñaït ñeán traïng thaùi xaùc laäp laø baèng voâ cuøng. Xong trong thöïc teá khoaûng thôøi gian ñoù ñöôïc laáy ñöôïc laáy baèng khoaûng thôøi gian ñeå ñieän aùp treân tuï taêng ñeán moät möùc aE naøo ñoù ( a haèng soá , a <1, laáy a = 0,05). Khoaûng thôøi gian naøy daøi hay ngaén laø tuøy thuoäc vaøo t quyeát ñònh. 2.2. Quaù Trình Phoùng Ñieän Cuûa Tuï Vaø Ñoà Thò Thôøi Gian Xeùt trôû laïi maïch hình 2-1 ñaõ khaûo saùt ôû phaàn (a), vôùi giaû thuyeát laø tuï ñaõ naïp ñaày. Luùc naøy maïch töông ñöông nhö sau: Hình 2-3 Khoùa K ôû taïi vò trí (1), maïch töông ñöông vôùi quaù trình naïp ñieän cho tuï, giaù trò ñieän aùp maø tuï naïp ñaày laø E. Khi khoùa K chuyeån sang vò trí (2), töùc taïi thôøi ñieåm t = t1 (vv = 0), maïch töông ñöông vôùi quaù trình phoùng ñieän cuûa tuï, tuï phoùng qua R. Nhö ñaõ hoïc ôû lyù thuyeát maïch ta coù: vc(0+) = vc (0-), ñieän aùp qua tuï khoâng ñoåi töùc thôøi, iL(0+) = iL(0-), doøng ñieän qua cuoän daây khoâng thay ñoåi töùc thôøi . Ta coù vc(t+1) = vc(t -1) = E (v) vc(t) ñoùng vai troø nhö nguoàn aùp cung caáp cho maïch Luùc naøy vr(t) = -vc(t) = - E(1-e-t/t f), ñieän aùp treân ñieän trôû taêng daàn theo quy luaät haøm muõ. Haèng soá thôøi gian luùc naøy laø haèng soá thôøi gian xaû tf = R.C = tn . Vaø ñieän aùp treân tuï giaûm daàn theo quy luaät haøm muõ vc (t) = E e-t/t f . Ñoà thò haøm soá thôøi gian Hình 2-4 2.3. Caùch Xaùc Ñònh t Treân Ñoà Thò Vaø AÛnh Höôûng Cuûa t Ñeán Quaù Trình Naïp Xaû. Hình 2-5a Hình 2-5b Taïi thôøi ñieåm t = t thì vc(t) = vc(t) = E ( 1-e-t/ t) = E ( 1-e-t/ t) = E (1-e-1) = E(1-1/e) = 0,632E. vR(t) = vR(t) = E.e-t/t = E.e-1 = E.1/e = 0,368 E. Trong kyõ thuaät xung ngöôøi ta xem nhö tuï naïp ñaày sau moät khoaûng thôøi gian 3t ñeán 5t, khi tuï naïp ñaày laø ñaït ñeán traïng thaùi xaùc laäp. Chöùng minh: Taïi thôøi ñieåm t = 3t , ta coù vc(3t) = E ( - e-3t/t) = E (1-e-3) = E (1-1/e3) = 0,95E , ñieän aùp treân tuï C ñaõ ñaït giaù trò ñieän aùp nguoàn Vaø vR (3t) = E.e-3 = E.1/e3 = 0,049E » 0. Sau thôøi gian 3t tuï naïp ñaày , luùc ñoù khoâng coù ñieän aùp rôi treân ñieän trôû . Giaù trò cuûa haèng soá thôøi gian t coù aûnh höôûng ñeán quaù trình quaù ñoä cuûa maïch (quaù trình naïp xaû). t caøng lôùn thôøi gian naïp vaø xaû caøng laâu, töùc thôøi gian quaù ñoä raát lôùn laøm daïng soùng ra bò meùo nhieàu so vôùi tín hieäu vaøo. Ngöôïc laïi, giaù trò t caøng nhoû thì thôøi gian quaù ñoä cuûa maïch caøng ngaén, do ñoù daïng soùng ra ít bò meùo daïng hôn so vôùi tín hieäu vaøo. t aûnh höôûng ñeán ñieän aùp naïp cuûa tuï t aûnh höôûng ñeán ñieän aùp phoùng cuûa tuï 3. Ñaùp ÖÙng Cuûa Maïch RC Ñoái Vôùi Taùc Duïng Cuûa Caùc Xung Vuoâng Ñôn Neáu tín hieäu ngoõ vaøo laø daïng xung vuoâng vv(t) = p(t) nhö hình veõ. Tín hieäu naøy ñöôïc phaân tích ra caùc thaønh phaàn nhö sau: E vv(t) = 0, neáu t < 0 vaø t³ 0 vv(t) = E, neáu 0 £ t < t1 vc t1 t 0 Giaûi thích Trong khoaûng thôøi gian töø 0 ñeán t1 ngoõ vaøo coù bieân ñoä ñieän aùp laø E, tuï C naïp ñieän quaù trình dieãn ra gioáng nhö khi coù ñieän aùp ñoät bieán ôû treân, nghóa laø ñieän aùp treân tuï C taêng daàn theo quy luaät haøm muõ vc(t) = E(1-e-t/t n), vôùi tn = RC. Ñieän aùp treân ñieän trôû giaûm daàn cuõng theo quy luaät haøm muõ vR(t) = E e-t/t vR (t) = vv(t) – vc(t), Khi vc(t) taêng daàn thì vR(t) giaûm daàn Tuøy theo giaù trò cuûa t lôùn hay nhoû maø tuï naïp trong thôøi gian daøi ngaén khaùc nhau. Trong khoaûng thôøi gian t > t1, ñieän aùp ngoõ vaøo maïng RC coù giaù trò laø C. Luùc naøy, tuï C laø ñoùng vai troø nhö nguoàn ñieän aùp cung caáp cho maïch, nghóa laø tuï C xaû ñieän qua ñieän trôû R. Do ñoù ñieän aùp treân tuï C giaûm daàn theo quy luaät haøm muõ, coøn ñieän aùp treân ñieän trôû taêng daàn cuõng theo quy luaät haøm muõ, nhö ng mang giaù trò aâm Ta coù vc(t) = E.e-t/t f vR (t) = - E(1 – e-t/t f) Thôøi gian phoùng ñieän vaø naïp ñieän cuûa tuï laø nhö nhau, xeùt thôøi gian tuï naïp ñaày vaø xaû heát laø 3t. Caùc daïng ñieän aùp naïp vaø phoùng cuûa tuï ñöôïc bieåu dieãn ôû nhöõng tröôøng hôïp sau: 3.1 Xeùt Tröôøng Hôïp 1 Khoaûng thôøi gian toàn taïixung töø 0 ñeán t1 raát lôùn so vôùi t (t1 >>t). Luùc naøy, thôøi haèng raát nhoû so vôùi thôøi gian t0n , neân tuï C ñöôïc naïp ñaày vaø xaû heát trong khoaûng thôøi gian ngaén, töùc laø thôøi gian chuyeån maïch töø möùc thaáp leân möùc cao vaø ngöôïc laïi töø möùc cao xuoáng möùc thaáp gaàn nhö laø ñöôøng thaúng doác ñöùng (xem nhö laø töùc thôøi). Do vaäy, ñaùp öùng ôû ngoõ ra khoâng bò bieán daïng nhieàu so vôùi tín hieäu xung vaøo. Ñieàu naøy ñöôïc minh hoïa ôû hình 2-6a Hình 2-6a 3.2. Xeùt Tröôøng Hôïp 2 Khoaûng toàn taïi xung töø 0 ñeán t1 raát nhoû so vôùi t (t1 << t). Luùc naøy, thôøi haèng raát lôùn so vôùi thôøi gian t0n , neân tuï C naïp ñaày vaø xaû heát raát laâu, töùc thôøi gian quaù ñoä raát lôùn, laøm bieán ñoåi daïng xung ngoõ ra khaùc xa vôùi daïng xung ngoõ vaøo. Coù nhöõng tröôøng hôïp thôøi gian quaù ñoä raát lôùn, laøm cho tuï C giöõ nguyeân giaù trò ñieän aùp ñaõ naïp ban ñaàu, coøn ñieän aùp treân ñieän trôû gaàn nhö baèng 0. Ñieàu naøy ñöôïc minh hoïa ôû hình 2-6b Hình 2- 6b t1 << t, taïi thôøi ñieåm t1 thì tuï chöa naïp ñaày nhöng laäp töùc sau ñoù xaû qua R. Nhaän xeùt: Töø nhöõng lyù luaän treân, caên cöù vaøo töông quan giöõa thôøi gian toàn taïi xung ton vaø thôøi haèng t cuûa maïch, ta coù caùc daïng soùng nhö hình treân. Tuøy theo yeâu caàu cuûa heä thoáng caàn nhöõng daïng xung nhö theá naøo, maø ngöôøi ta thieát keá maïng RC coù giaù trò t khaùc nhau. Ñieän aùp qua tuï vc(t) Hình 2-7a Ñieän aùp qua ñieän trôû vR(t) Hình 2-7b II. MAÏCH LOÏC THOÂNG THOÂNG THAÁP VAØ THOÂNG CAO 1. Maïch Loïc Taàn Soá Thaáp (Thoâng Cao) Ñeå hình thaønh nhöõng maïch loïc taàn soá thaáp, coù nhieàu caùch ñeå thöïc hieän, coù theå duøng maïch RC, RL, Op-amp, Thaïch anh hoaëc Goám loïc. Veà nguyeân taéc caáu taïo thì khaùc nhau, nhöng coù cuøng chöùc naêng laø cho taàn soá cao ñi qua maïch, coøn taàn soá thaáp bò giöõ laïi. 1.1. Xeùt Maïch Loïc Taàn Soá Thaáp Daïng Cô Baûn Duøng RC Hình 2-8a Hình 2-8b: Daïng soùng vaøo ra Vôùi giaû thuyeát t >> t1, ta thaáy caùc vuøng taàn soá thaáp bò bieán daïng ( töông öùng vôùi caùc thaønh phaàn DC), caùc taàn soá cao khoâng bò aûnh höôûng ( töông öùng vôùi söôøn leân vaø söôøn xuoáng). Ta co,ù trôû khaùng cuûa tuï laø Neáu ôû taàn soá cao thì XC giaûm, do ñoù thaønh phaàn taàn soá cao thoâng ñeán ngoõ ra. Neáu ôû taàn soá thaáp (f nhoû) thì Xc taêng, caûn trôû thaønh phaàn taàn soá thaáp (ngaên khoâng cho qua). Ngöôøi ta chöùng minh ñöôïc laø caùc vuøng dieän tích S1 vaø S2 baèng nhau Hình 2-9a Hình 2-9b Thieát laäp haøm truyeàn cuûa maïch, tìm moái quan heä vaøo ra Ta coù w = 2 pf Ñaët , , fc laø taàn soá caét döôùi Do vaäy (2.2) Haøm truyeàn . Quan heä vaøo ra naøy, ñöôïc theå hieän treân hình 2-10a Hình 2-10a: Ñaùp öùng taàn soá Hình 2-10b: Bieåu dieãn ñoä lôïi Nhaän xeùt: Taïi taàn soá caét fc thì bieân ñoä ñieän aùp ra coù giaù trò laø: Veà ñoä lôùn ,(Giaûm Ö2 laàn). , neáu f < fc thì bieân ñoä ñieän aùp ngoõ ra giaûm, töùc taàn soá thaáp hôn fc thì khoâng coù tín hieäu ôû ngoõ ra. So saùnh veà ñoä lôùn thì giaûm 3dB taïi taàn soá caét döôùi (chöùng minh ôû phaàn maïch vi phaân vaø tích phaân). Ñaây laø vaán ñeà thöôøng gaëp ôû maïch khuyeách ñaïi gheùp RC, laøm xuaát hieän taàn soá caét döôùi, taàn soá lôùn hôn fc thì cho qua vaø ngöôïc laïi. 1.2. Daïng Maïch Loïc Taàn Soá Thaáp Duøng RL Hình 2-11 Ta coù XL = wL = 2pf.L ÔÛ taàn soá thaáp thì XL nhoû, tín hieäu ngoõ vaøo qua cuoän daây ngaén maïch xuoáng mass. Do ñoù ngoõ ra khoâng coù thaønh phaàn taàn soá naøy. Ñaët Vaäy Ñaùp öùng taàn soá cuûa maïch gioáng hình 2-10 Nhaän xeùt: Ñoâä lôùn ñieän aùp ra laø .Neáu f< fc thì bieân ñoä vr giaûm, töùc khoâng coù tín hieäu ra trong khoaûng taàn soá naøy. Do tính chaát cuûa L vaø C ngöôïc nhau ñoái vôùi taàn soá, neân maïch loïc thoâng thaáp vaø thoâng cao duøng RL coù caùch maéc ngöôïc laïi vôùi maïch RC. 1.3. Daïng Maïch Loïc Taàn Soá Thaáp Duøng LC Hình 2-12a ÔÛ taàn soá thaáp thì Xc lôùn, XL nhoû. Do ñoù tín hieäu coù taàn soá thaáp thì bò tuï C ngaên laïi, cuoän daây L cuõng coù nhieäm vuï loïc taàn soá thaáp. ÔÛ taàn soá cao thì tuï C cho qua vaø cuoän L khoâng ngaén maïch xuoáng mass. Do ñoù, thaønh phaàn tín hieäu taàn soá cao ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra. Thieát laäp quan heä vaøo ra cuûa maïch: (2.3) Ta coù Ñaët Phöông trình (2.3) Û Quan heä vaøo ra ñöôïc theå hieän treân hình 2-12b Hình 2-12b Nhaän xeùt: Taïi taàn soá f = fc , thì vr ® ¥, bieân ñoä ñieän aùp ôû ngoõ ra coù giaù trò cöïc ñaïi. Neáu f > fc, fc /f < 0 Þ (fc/f)2 caøng nhoû, do ñoù ñieän aùp ngoõ ra coù bieân ñoä ôû möùc cao, tín hieäu coù taàn soá cao ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra. Neáu f < fc ñieän aùp ngoõ ra coù bieân ñoä giaûm, do ñoù ôû ngoõ ra gaàn nhö khoâng cho tín hieäu coù taàn soá thaáp ñi qua. Ñoái vôùi nhöõng daïng maïch loïc duøng RL, thì thôøi haèng cuûa maïch ñöôïc tính theo coâng thöùc sau:t = L/ R Tuy nhieân, nhöõng heä thoáng ñoøi hoûi daïng soùng coù thôiø haèng t lôùn, thì yeâu caàu L/R lôùn, cuoän daây caàn loõi theùp, neân koàng keành vaø khoù tích hôïp hoùa. Vì vaäy, xu höôùng laø haïn cheá duøng cuoän daây. 2. Maïch Loïc Taàn Soá Cao (Thoâng Thaáp) Hoaøn toaøn gioáng nhö maïch loïc taàn soá thaáp, cuõng thöïc hieän döïa treân cô sôû cuûa maïch RC, RL, Op-amp, maïch loïc thaïch anh vaø goám loïc. Chöùc naêng cuûa maïch loïc taàn soá cao laø cho qua nhöõng tín hieäu coù taàn soá thaáp vaø giöõ laïi nhöõng tín hieäu coù taàn soá cao. 2.1. Daïng Maïch Loïc Taàn Soá Cao Duøng RC Ñaây cuõng laø daïng maïch ñaõ khaûo saùt ôû treân, nhöng tín hieäu ñöôïc laáy ra treân tuï C Hình 2-13a Hình 2-13b: Daïng soùng vaøo ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Khi t << t1, ta thaáy caùc vuøng taàn soá cao ( öùng vôùi söôøn leân vaøo söôøn xuoáng cuûa daïng xung) bò bieán daïng, töùc laø thaønh phaàn taàn soá cao bò loïc ñi. Neáu ôû taàn soá cao (töùc laø f lôùn) thì Xc nhoû, do ñoù tín hieäu coù taàn soá cao ñi qua tuï C xuoáng mass vaø ngöôïc laïi ôû taàn soá thaáp khoâng bò aûnh höôûng vaø ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra. Quan heä giöõa ngoõ vaøo vaø ngoõ ra ñöôïc thieát laäp nhö sau: Ta coù . . Ñaët . Do vaäy . Quan heä naøy ñöôïc theå hieän treân hình 2-14 Hình 2-14a: Ñaùp öùng taàn soá Hình 2-14b: Bieåu dieãn ñoä lôïi Nhaän xeùt: Taïi taàn soá caét treân f = fc thì ñieän aùp ra coù ñoä lôùn laø: Ñieän aùp ra giaûm laàn ñieän aùp vaøo. Neáu xeùt veà ñoä lôùn thì taïi f = fc thì ñoä lôïi giaûm 3 dB. Thaät vaäy, ta coù: G(p) = Vôùi G(p) laø haøm truyeàn cuûa maïch, trong ñoù toaùn p = j.f Ñoä lôïi cuûa maïch tính theo dB taïi taàn soá caét treân f = fc laø: - Neáu taàn soá f > fc (ôû daõi taàn soá cao) thì ñieän aùp ngoõ ra giaûm. Do vaäy, xem nhö ôû ngoõ ra khoâng coù thaønh phaàn taàn soá cao. - Neáu taàn soá f < fc ( ôû daõi taàn soá thaáp), ñieän aùp ngoõ ra coù bieân ñoä cao, töùc ngoõ ra coù thaønh phaàn taàn soá thaáp. Ñaây cuõng laø vaán ñeà gaëp ôû maïch khueách ñaïi taàn soá cao, xuaát hieän taàn soá caét treân fc. 2.2. Daïng Maïch Loïc Taàn Soá Cao Duøng Hai Phaàn Töû RL Hình 2-15 ÔÛ taàn soá thaáp thì XL = jwL = 2pfL coù giaù trò nhoû , do ñoù tín hieäu ôû daõi taàn soá naøy cho qua cuoän L ñeán ngoõ ra. ÔÛ taàn soá cao thì XL lôùn, do ñoù cuoän daây L laøm nhieäm loïc taàn soá cao, khoâng cho truyeàn ñeán ngoõ ra. Ta coù Ñaët Do ñoù Ñaùp öùng taàn soá gioáng hình 2-14 Nhaän xeùt: Ñoä lôùn ñieän aùp ngoõ ra laø Taïi taàn soá f = fc, vr giaûm laàn so vôùi vv . Neáu f > fc ,thì vr giaûm, do ñoù taàn soá cao bò loïc. neáu f < fc , thì vr coù bieân ñoä ñieän aùp cao, taàn soá thaáp ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra. 2.3. Daïng Maïch Loïc Taàn Soá Cao Duøng LC Hình 2-16 ÔÛ taàn soá thaáp thì Xc lôùn coøn XL nhoû, do ñoù taàn soá thaáp qua L, khoâng qua tuï C maø truyeàn thaúng ñeán ngoõ ra. Neáu ôû taàn soá cao thì bò cuoän daây ngaaê laïi, tuï C cuõng coù nhieäm vuï ngaén maïch taàn soá cao xuoáng mass. Do ñoù ngoõ ra bò trieät taàn soá cao. Thieát laäp haøm truyeàn cuûa maïch Ta coù Ñaët Nhaän xeùt: Taïi taàn soá fc thì vr(t) ® ¥, töùc laø giaù trò bieân ñoä ñieän aùp taïi ngoõ ra ñaït cöïc ñaïi. Neáu f < fcÞ f / fc < 0 Þ (f / fc) caøng nhoû, do ñoù ñieän aùp ngoõ ra coù bieân ñoä cao, töùc thaønh phaàn taàn soá thaáp cho qua. Neáu f > fc thì vr giaûm, bieân ñoä naøy nhoû, do ñoù ôû ngoõ ra gaàn nhö khoâng cho qua taàn soá cao f>fc. Ñieàu naøy ñöôïc theå hieän treân ñaùp öùng taàn soá ôû hình 2-17 Hình 2-17 Nhö vaäy, chuùng ta ñaõ khaûo saùt moät soá daïng maïch loïc thuï ñoäng ôû treân. Coøn veà maïch loïc tích cöïc, veà chöùc naêng, thì cuõng hoaøn toaøn töông töï nhö maïch loïc thuï ñoäng, goàm caùc maïch loïc taàn soá thaáp, loïc taàn soá cao, loïc thoâng daõi vaø loïc chaën daõi… Ñaây laø caùc maïch loïc tích cöïc baäc moät. Ñieàu khaùc bieät giöõa hai loaïi naøy laø maïch loïc tích cöïc coù bieän ñoä tín hieäu ngoõ ra lôùn hôn so vôùi maïch loïc thuï ñoäng. Ñeå thöïc hieän maïch loïc tích cöïc, ta phaûi duøng loaïi linh kieän tuyeán tính nhö Op-amp keát hôïp vôùi caùc phaàn töû R, L, C. III. MAÏCH TÍCH PHAÂN VAØ MAÏCH VI PHAÂN 1. Maïch Vi Phaân 1.1. Khaùi Nieäm Cô Baûn Trong kyõ thuaät xung, maïch vi phaân duøng ñeå vi phaân caùc xung ñieän nhaèm muïc ñích: Thu heïp ñoä roäng xung vaø taïo ra nhöõng xung gai nhoïn ñeå kích vaø ñoàng boä caùc linh kieän coâng suaát nhö SCR, Triac… Thöïc hieän pheùp toaùn vi phaân ñoái vôùi nhöõng haøm soá phöùc: Trong maùy tính töông töï, caùc thieát bò ño löôøng, caùc heä thoáng töï ñoäng theo doõi vaø töï ñoäng ñieàu chænh. Theo ñònh nghóa, maïch vi phaân ñieän aùp laø maïch maø ñieän aùp treân ñaàu ra vr(t) tyû leä vôùi ñaïo haøm theo thôøi gian cuûa ñieän aùp ñaàu vaøo vv(t) , Trong ñoù k laø heä soá tæ leä. Caùc maïch vi phaân ñôn giaûn nhaát coù daïng nhö hình 2.18 Hình 2-18 Heä soá truyeàn ñaït toaùn töû cuûa maïch vi phaân vôùi ñieàu kieän ban ñaàu baèng 0, coù theå vieát döôùi daïng. Vôùi p laø toaùn töû 1.2. Maïch Vi Phaân Duøng RC Daïng soùng vaøo ra ñaõ xeùt ôû nhöõng phaàn treân. Neáu maïch vi phaân coù thôøi haèng t raát nhoû so vôùi thôøi gian toàn taïi xung thì tuï C naïp vaø xaû ñieän raát nhanh, keát quaû cho ra hai xung nhoïn löôõng cöïc. Thieát laäp phöông trình vi phaân vaøo - ra Ta coù i(t) = ic(t) = C .dvc(t) /dt Maët khaùc i(t) = vr(t) /R , do ñoù vr(t) /R = C .dvc(t) /dt Þ vr(t) = R.C .dvc(t) /dt , maø vv(t) = vr(t) + vc(t) , khi thôøi haèng t raát nhoû thì tuï naïp ñaày ngay laäp töùc , vc(t) » vv(t) = 1/C * ò i(t)dt Do vaäy vr(t) = RC .dvv(t) /dt Ta thaáy ñieän aùp ngoõ ra tæ leä vôùi vi phaân ñieän aùp ngoõ vaøo, heä soá tæ leä k = RC. Ñieàu kieän cuûa maïch vi phaân laø f << fc = 1/ 2pRC hay RC << 1 / 2pf Þ t << 1 / 2pf. 1.3. Maïch Vi Phaân Duøng Op-Amp Maïch vi phaân ñöôïc bieåu dieãn treân hình 2.19 Hình 2-19 Ta coù i1(t) = ic(t) = C .dvv(t) /dt Maët khaùc i2 = (vr – v-) / R = vr(t) / R (v- = 0) Theo tính chaát cuûa Op-amp , i1(t) + i2(t) - i- = 0 (i- = 0) Do ñoù i1(t) = - i2(t) Û C .dvv(t) /dt = - vr(t) / R Û vr(t) = -RC. dvv(t) /dt Maïch vi phaân duøng Op-amp coù caùch maéc theo kieåu maïch ñaûo, vôùi maïch phaân aùp laø tuï C vaø ñieän trôû R. Tuï C coù nhieäm vuï ñöa tín hieäu ñeán ngoõ vaøo, coøn ñieän trôû R coù nhieäm vuï hoài tieáp töø ngoõ ra veà ngoõ vaøo. Tröôøng hôïp ñieän aùp vaøo vv(t) = Vm sinwt laø tín hieäu hình sin thì vr(t) = RC * d (Vm sinwt) / dt = -wRC coswt = wRC sin(wt+900) Nhaän xeùt: Ñieän aùp ngoõ ra sôùm pha 90o so vôùi ñieän aùp vaøo vaø bieân ñoä laø heä soá tæ leä khueách ñaïi k = wRC Vì heä soá khueách ñaïi cuûa maïch tæ leä vôùi taàn soá, neân taïp aâm taàn soá cao ôû ngoõ ra maïch naøy raát lôùn, coù theå laán aùp tín hieäu vaøo, nghóa laø heä soá khueách ñaïi cuûa maïch caøng lôùn thì toàn taïi nhieãu taàn soá cao caøng lôùn. Trôû khaùng vaøo cuûa maïch Zv = 1/jwC giaûm khi taàn soá taêng . Do ñoù, khi nguoàn coù trôû khaùng lôùn , thì chæ coù moät phaàn tín hieäu ñöôïc vi phaân, phaàn coøn laïi ñöôïc khueách ñaïi. Ñeå khaéc phuïc nhöõng nhöôïc ñieåm treân ngöôøi ta ñöa ra maïch sau: Hình 2-20 R1 coù nhieäm vuï haïn cheá taïp aâm ôû taàn soá cao 1.4. Maïch Vi Phaân Duøng RL Maïch loïc taàn soá thaáp duøng RL cuõng coù theå duøng laøm maïch vi phaân nhö hình veõ. Hình 2-21 Thieát laäp quan heä vaøo ra cuûa maïch thì töông töï nhö maïch vi phaân duøng RC Ta coù Maø vr(t) = vV (t) – vR(t) Khi raát t lôùn, thì L tích ñaày naêng löôïng raát laâu Cho neân vR (t) = vv(t), vaø ta coù i(t) = Do ñoù Xeùt tín hieäu vaøo laø xung raêng cöa thì ngoõ ra laø haèng soá, vì xung raêng cöa laø daïng haøm baäc nhaát, do ñoù khi ñaïo haøm thì ra moät haèng soá. 2. Maïch Tích Phaân (Intergrator) 2.1. Khaùi Nieäm Cô Baûn Caùc maïch tích phaân ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong kyõ thuaät xung ñeå taïo ñieän aùp vaø doøng ñieän bieán ñoåi theo ñöôøng thaúng xuyeân (daïng xung raêng cöa). Daïng xung naøy ñöôïc öùng duïng trong caùc boä phaän chæ baùo duøng oáng tia ñieän töû cuûa kyõ thuaät ra ña, ño löôøng vaø ñöôïc öùng duïng trong boä phaän queùt ngang, queùt doïc cuûa voâ tuyeán truyeàn hình. Noù coøn duøng ñeå choïn xung theo ñoä roäng trong kyõ thuaät thoâng tin vaø ñieàu khieån. Trong maùy tính töông töï, noù thöïc hieän pheùp toaùn tính tích phaân ñoái vôùi nhöõng haøm phöùc taïp. Theo ñònh nghóa maïch tích phaân laø maïch maø ñieän aùp ngoû ra vr(t) tyû leä vôùi tích phaân theo thôøi gian cuûa ñieän aùp ngoû vaøo vv(t). , Trong ñoù k laø heä soá tyû leä Kyù hieäu cuûa maïch tích phaân nhö sau: 2.2. Maïch Tích Phaân Duøng RC Hình 2-22 Daïng soùng vaøo ñaõ khaûo saùt ôû nhöõng phaàn treân. Nhöng ôû ñaây khaûo saùt thôøi haèng cuûa maïch laø t raát lôùn so vôùi thôøi gian toàn taïi xung. Trong thöïc teá, caàn thôøi haèng naïp lôùn, coøn thôøi haèng xaû nhoû, ñeå coù daïng xung ra nhö sau: Thieát laäp quan heä vaøo ra vv(t) = vr(t) + vR(t) Vôùi vr(t) = vc(t) Khi t raát lôùn so vôùi thôøi gian toàn taïi xung ton thì vR(t) >> vc(t) Þ vR(t) = vv(t) = R.i(t) Þ i(t) = Maët khaùc vr(t) = vc(t) = Heä soá tæ leä k Ñieàu kieän cuûa maïch tích phaân laø hay hay Tröôøng hôïp ñieän aùp ngoõ vaøo vv laø tín hieäu ñieän sin thì vv(t) = Vmsinwt vr(t) = Vmsinwt dt = Nhö vaäy neáu thoûa maõn ñieàu kieän cuûa maïch tích phaân nhö treân thì ñieän aùp ngoõ ra bò chaäm pha 90o so vôùi ngoû vaøo vaø bieân ñoä bò giaûm xuoáng vôùi heä soá tyû leä laø . 2.3. Maïch Tích Phaân Ñaûo Sô ñoà maïch Hình 2-23 Thieát laäp quan heä vaøo ra vieát phöông trình daïng nuùt taïi nuùt A Ta coù i1 + i2 – i- = 0 (i- = 0) Þ i1 = - i2 Maø i1 = Do ñoù ta coù Heä soá tæ leä k = , hai linh kieän R vaø C ñeå taïo haèng soá thôøi gian cuûa maïch . 1.4. Maïch Tích Phaân Toång Hieäu Hình 2.24 laø sô ñoà maïch tích phaân toång. Hình 2-24 Tìm quan heä vaøo ra. Vieát phöông trình doøng nuùt taïi nuùt A Ta coù i1 + i2 + i3 + ic – i- = 0 (vôùi i- = 0) Þ ic = - (i1 + i2 + i3) Maø ic = C Theo tính chaát cuûa Op-amp v- = v+ = 0 Töø ñoù, ta coù Laáy tích phaân hai veá cuûa phöông trình naøy ta ñöôïc Ta thaáy ñieän aùp ngoõ ra tyû leä tích phaân theo thôøi gian vôùi toång ba ñieän aùp ngoû vaøo. Toång quaùt vôùi n ngoõ vaøo thì ñieän aùp ngoõ ra laø Hình 2.25 laø sô ñoà maïch tích phaân hieäu. Hình 2-25 Thieát laäp quan heä vaøo ra - Vieát phöông trình doøng nuùt taïi nuùt A Ta coù i1 + ic1 = 0 Û (1) - Vieát phöông trình doøng ñieän tích nuùt taïi nuùt B Ta coù i2 + ic2 = 0 Û (2) Bieán ñoåi baèng phöông phaùp toaùn töû (1) Û v1 – v- + R1C1 .p.vr – R1C1 p.v- = 0 Þ (2) Û v2 – v+ - R2C2 p.v+ = 0 Þ v+ = Theo tính chaát cuûa Op – amp v+ = v- , Do ñoù ta coù (3) Choïn R1C1 = R2C2 = RC (3) Û v2 = v1 + R1 C1. pvr Þ Laáy tích phaân hai veá cuûa phöông trình naøy ta ñöôïc vr(t) = Ñieän aùp ngoõ ra tyû leä tích phaân theo thôøi gian vôùi hieäu hai ñieän aùp ngoû vaøo. 1.5. Maïch Tích Phaân Khoâng Ñaûo Sô ñoà maïch Hình 2-26 Ñaây thöïc chaát laø maïch tích phaân RC gheùp vôùi moät boä khueách ñaïi duøng Op-amp laøm nhieäm vuï ñeäm. Thieát laäp quan heä vaøo ra Vieát phöông trình doøng ñieän nuùt taïi nuùt A. Ta coù Taïi nuùt B ta coù i1+ i2 + ic = 0 Û Thay v+ = v- = , ta ñöôïc vv - Û . 1.6. Maïch Tích Phaân Duøng RL Sô ñoà maïch Hình 2-27 Daïng soùng vaøo ra ñaõ khaûo saùt ôû phaàn tröôùc Thieát laäp quan heä vaøo ra Ta coù : i(t) = Maø vV(t) = vL(t) + vr(t), Khi thôøi haèng t raát nhoû, thì cuoän daây tích ñaày naêng löôïng töùc thôøi, do ñoù vL(t) = vV(t) Maët khaùc i(t) = Vr(t) = Ñieän aùp ngoõ ra tyû leä tích phaân theo thôøi gian cuûa ñieän aùp ngaõ vaøo, heä soá tyû leä k =. IV. MAÏCH PHAÂN AÙP Trong caùc thieát bò xung, thöôøng gaëp nhöõng tröôøng hôïp caàn phaûi laøm suy giaûm bôùt moät phaàn ñieän aùp naøo ñoù ñeå ñaûm baûo caùc chæ tieâu kyõ thuaät ñeà ra. Vaán ñeà quan troïng laø phaûi laøm theá naøo ñeå tín hieäu ñaàu ra cuûa boä phaân aùp giöõ nguyeân daïng soùng cuûa tín hieäu vaøo, chæ coù bieân ñoä giaûm maø thoâi. Caùc tín hieäu khoâng sin coù chu kyø, trong ñoù coù chöùa thaønh phaàn taàn soá thaáp ñeán taàn soá cao. Ta muoán laáy ra moät phaàn tín hieäu maø khoâng laøm taêng ñoä roäng söôøn vaø laøm meùo ñænh tín hieäu xung thì heä soá phaân aùp phaûi khoâng phuï thuoäc taàn soá. Caùc boä phaân aùp coù heä soá phaân aùp khoâng phuï thuoäc taàn soá coù daïng ñôn giaûn nhaát ñöôïc minh hoïa treân hình 2-28a,b. Hình 2-28a Hình 2-28b Ta coù vr =vV Ta coù vr =vV Trong thöïc teá, thöôøng coù ñieän dung kyù sinh maéc song song vôùi ñieän trôû R2 (ñieän dung cuûa taàn keá sau). Do ñoù, ñieän aùp ra seõ coù ñoä roäng söôøn nhaát ñònh, cho duø ñaàu vaøo laø xung chöõ nhaät lyù töôûng. Ñeå khaéc phuïc hieän töôïng naøy, töùc laø laøm heä soá phaân aùp khoâng phuï thuoäc taàn soá, ngöôøi ta duøng phöông phaùp buø meùo. Muoán vaäy, phaûi maéc theâm tuï C1 song song vôùi R1 nhö hình 2-29. Hình 2-29 ÔÛ taàn soá thaáp (thaønh phaàn PC), tyû leä phaân aùp laø ÔÛ taàn soá voâ cuøng lôùn (). Tyû leä phaân aùp hoaøn toaøn phuï thuoäc vaøo C1, C2 vaø coù trò soá laø Muoán tæ leä phaân aùp chia cuøng tæ leä ôû caùc taàn soá (lôùn, beù, trung bình) thì : = Hay R2C2 + R2C1 = R1C1 + R2C1 R2C2 = R1C1 C1 = C2 = Cp Neáu C1 = Cp : thì buø ñuùng. Neáu C1 > Cp : buø loá . Neáu C1 < Cp : buø thieáu (Hình) V. MAÏCH RCL Hình 2-30 Xeùt taùc duïng cuûa ñoät bieán ñieän aùp leân maïch vV(t) =Eu(t) Bieán ñoåi nguoàn aùp thaønh nguoàn doøng, ta coù daïng maïch nhö hình 2-31 Hình 2-31 Luùc naøy nguoàn doøng coù giaù trò i(t) = u(t) u(t) laø haøm böôùc ñôn vò Ñeå tìm hieåu taùc duïng cuûa xung ñoät bieán doøng ñieän leân maïch RLC maéc song song, ta coù theå tìm taùc duïng rieâng leû cuûa töøng ñoät bieán doøng ñieän roài sau ñoù toång keát quaû cuûa chuùng laïi vôùi nhau. Ñaây laø daïng maïch dao ñoäng RLC maéc song song. Neáu taïi thôøi ñieåm t = 0, ñaàu vaøo cuûa maïch ñoät bieán doøng ñieän coù bieân ñoä . Vôùi ñieàu kieän ban ñaàu uc(0) = 0, iL(0) = 0, ta laäp ñöôïc phöông trình cho maïch döôùi daïng toaùn töû nhö sau: Ta coù : i(t) = i1(t) + i2(t) + i3(t) (4) Vôùi i(t) = u(t) : i(p) = i2(t) = , ñaïo haøm hai veá ta ñöôïc : = vr(t) p i2(t) =vr(t) i2(t) = vr(t) i2(p) = vr(p) i3(t) = C = C.p.vr(t) i3(p) = C.p.vr(p) (4) . = vr(p) vr(p) == = (2.3) Trong ñoù : = 0 = 2= Phöông trình (2.3) coù maãu soá trieät tieâu öùng vôùi p2 +2p + = 0 Giaûi phöông trìng baäc 2 naøy cho ta 2 nghieäm p1, p2 = - = - vr(p) = vôùi Coù 3 tröôøng hôïp : - Tröôøng hôïp > 0 thì p1, p2 laø hai nghieäm thöïc Ta coù : vr(p) == = Vôùi A = = Const Laáy Laplace ngöôïc cuûa vr(p) , ta ñöôïc vr(t ) = £-1= (ep1t – ep2t) Ñöôøng cong ñieän aùp ra ñöôïc veõ nhö sau : Hình 2-32 Qua hình veõ ta thaáy, giaûn ñoà thôøi gian cuûa ñieän aùp ra coù daïng moät xung ñôn höôùng vaø laø hieäu cuûa hai haøm soá muõ ep1t , ep2t . - Tröôøng hôïp= 0, khi ñoù p1= p2= - Ta coù : vr(p) = Bieán ñoåi Laplace ngöôïc Ta ñöôïc : vr(t) = £-1= Vôùi B = E/RC = const Giaûn ñoà thôøi gian cuûa ñieän aùp ra Hình 2-33 - Tröôøng hôïp< 0, khi ñoù p1,2 = -j vr(p) = Laáy Laplace ngöôïc ta ñöôïc : vr(t) = £-1 = Vôùi C = E/RC = const. Giaûn ñoà thôøi gian cuûa ñieän aùp ra: Hình 2-34 Qua hình veõ ta thaáy, khi taùc duïng leân ñaàu vaøo cuûa maïch dao ñoäng RLC, maéc song song, moät ñoät bieán doøng ñieän trong maïch seõ phaùt sinh dao ñoäng coù bieân ñoä suy giaûm daàn laø do söï toàn taïi ñieän trôû phaân maïch R vaø ñieän trôû baûn thaân cuoän daây. Neáu caøng lôùn, dao ñoäng taét daàn caøng nhanh, bieân ñoä ban ñaàu laø C/w1 = caøng lôùn. Ngöôïc laïi, heä soá suy giaûm caøng nhoû thì dao ñoäng taét daàn chaäm hôn, nhöng bieân ñoä ban ñaàu beù. CHÖÔNG 3 MAÏCH XEÙN (CLIPPING CIRCUIT) I. KHAÙI NIEÄM Trong nhöõng heä thoáng coù daïng soùng vaøo tuyeán tính , thì moät tín hieäu sin taùc ñoäng ôû ngoõ vaøo thì ngoõ ra khoâng bò bieán daïng. ÔÛ nhöõng heä thoáng naøy, caùc linh kieän ñöôïc duøng laø nhöõng phaàn töû tuyeán tính. Ñoái vôùi nhöõng phaàn töû khoâng tuyeán tính (phi tuyeán ) laø do ñaëc tuyeán Volt-Ampere cuûa noù khoâng tuyeán tính (khoâng thuoäc loaïi ñöôøng thaúng ). Nhöõng ñaëc tính khoâng tuyeán tính ñöôïc aùp duïng trong vieäc bieán ñoåi hình daïng soùng ngoõ vaøo. Daïng soùng naøy thì höõu duïng trong nhöõng öùng duïng vaøo lónh vöïc kyõ thuaät xung. Moät daïng maïch maø daïng soùng ra khoâng tuyeán tính goïi laø maïch xeùn(caét) maø chuùng ta tìm hieåu ôû chöông naøy. Nhö vaäy , moät maïch xeùn cuõng ñöôïc xem töông ñöông nhö moät maïch giôùi haïn, maïch choïn ñieän aùp, hay maïch choïn bieân ñoä. Tín hieäu ñaàu ra laëp laïi tín hieäu ñaàu vaøo khi ñieän aùp ñaàu vaøo chöa vöôït qua moät giaù trò naøo ñoù goïi laø ngöôõng cuûa maïch haïn cheá, coøn ngöôïc laïi ñieän aùp ñaàu ra seõ giöõ nguyeân moät giaù trò khoâng ñoåi khi ñieän aùp ñaàu vaøo vöôït ra ngoaøi ngöôõng haïn cheá cuûa maïch. Giaù trò khoâng ñoåi ñoù goïi laø möùc haïn cheá. Moät maïch xeùn ñöôïc ñònh nghóa nhö moät maïch haïn cheá bieân ñoä ñieän aùp bôûi söï caét boû nhöõng thaønh phaàn khoâng caàn thieát cuûa daïng soùng ngoõ vaøo. Söï caét boû naøy coù theå thöïc hieän beân treân hoaëc beân döôùi cuûa tín hieäu ngoõ vaøo moät möùc naøo ñoù. Maïïch xeùn laø moät maïng hai cöûa (goàm boán ñaàu cöïc), coù ñöôøng ñaëc tính laø nhöõng ñöôøng gaõy lyù töôûng, coù moät nhaùnh nghieâng ñi qua hoaëc khoâng ñi qua goác toïa ñoä, moät hay hai nhaùnh naèm ngang coù nhieäm vuï loaïi boû nhöõng thaønh phaàn khoâng caàn thieát cuûa tín hieäu ngoõ vaøo . Ngoõ ra quan heä vôùi ngoõ vaøo theo phöông trình: vr = f(vv). Caùc daïng ñaëc tuyeán vaøo -ra coù theå coù nhö sau: Veà thöïc chaát maïch xeùn ñoùng vai troø nhö moät chuyeån maïch ñieän töû (khoùa ñieän töû). Neáu nhö khoùa maéc noái tieáp vôùi taûi thì tín hieäu seõ ñi qua khi khoùa ñoùng vaø bò chaën laïi khi khoùa môû, töùc laø ñoùng vai troø cuûa moät phaàn töû phi tuyeán. Ñeå thöïc hieän yeâu caàu ñoù, ngöôøi ta duøng caùc phaàn töû khoâng tuyeán tính nhö : Diode, Transistor, Op-amp…. Rieâng maïch haïn cheá duøng Transistor vaø Op-amp, ngoaøi nhieäm vuï caét boû nhöõng thaønh phaàn khoâng caàn thieát coøn thöïc hieän nhieäm vuï khueách ñaïi bieân ñoä soùng, neân coøn goïi laø maïch haïn cheá khueách ñaïi. Nhöõng yeâu caàu cuûa maïch xeùn laø ñoä saéc khi caét, ñoä oån ñònh cuûa nguôõng. Ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo nhöõng phaàn töû phi tuyeán ñöôïc söû duïng. II. MAÏCH XEÙN DUØNG DIODE BAÙN DAÃN (LOAÏI DIODE LYÙ TÖÔÛNG) Neáu moät nguoàn ñieän aùp DC ñöôïc noái noái tieáp vôùi Diode, thì maïch seõ caét boû nhöõng phaàn beân treân hoaëc beân döôùi nguoàn aùp naøy, phuï thuoäc vaøo chieàu cuûa Diode. Tuøy theo caùch maéc cuûa Diode, ngöôøi ta chia maïch haïn cheá duøng Diode thaønh hai loaïi song song vaø noái tieáp. ÔÛ maïch haïn cheá noái tieáp thì Diode ñöôïc maéc noái tieáp vôùi taûi, vaø ôû maïch haïn cheá song song thì Diode ñöôïc noái song song vôùi taûi. Theo chöùc naêng, maïch haïn cheá noái tieáp vaø song song ñöôïc chia thaønh hai loaïi xeùn aâm, xeùn döông vaømaïch xeùn caû hai phía. Trong ñoù, xeùn aâm laø caét boû thaønh phaàn aâm cuûa daïng soùng tín hieäu vaøo vaø chæ giöõ laïi thaønh phaàn döông, xeùn döông laø caét boû thaønh phaàn döông cuûa daïng soùng tín hieäu vaøo vaø chæ giöõ laïi phaân aâm, xeùn caûhai phía laø caét boû caû thaønh phaàn aâm vaø thaønh phaàn döông cuûa tín hieäu vaøo moät möùc naøo ñoù. Caùc daïng maïch haïn cheá coù theå duøng ngöôõng xeùn hoaëc khoâng duøng (daïng ñôn giaûn). 1. Maïch Xeùn Song Song 1.1. Maïch Xeùn Döông Maïch goàm caùc phaàn töû nhö ñieän trôû R, nguoàn VDC, Diode. Giaû söû tín hieäu vaøo laø daïng soùng sin, coù bieân ñoä max laø ± V. Khaûo saùt moät soá daïng maïch xeùn cô baûn nhö sau : Daïng maïch 1 Hình 3-1a Hình 3-1b: Daïng soùng vaøo - ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Baùn kyø döông (thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1) cuûa tín hieäu ngoõ vaøo, vv > 0, anode cuûa D döông hôn cathode, D daãn, doøng ñieän chaïy xuyeân qua Rvaø D , vr = vg = 0. Baùn kyø aâm (thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2 ) cuûa tín hieäu ngoõ vaøo, vv < 0, anode cuûa D aâm hôn cathode , D ngöng daãn , khoâng coù doøng chaïy qua Rvaø D, vr = vv. Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3 laëp laïi chu kyø môùi. Ñaëc tuyeán vaøo -ra Khi vv > 0 thì vr =0 Khi vv < 0 thì vr = vv (ñoä doác 1) Daïng maïch 2 Hình 3-2a Hình 3-2b: Daïng soùng vaøo – ra Ngöôõng xeùn VDC = V Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1 , 0 < vv < VDC , cathode cuûa D döông hôn anode, laøm D ngöng daãn, do ñoù vr = vv. Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, vv döông vaø luùc naøy vv > VDC , laøm D phaân cöïc thuaän, D daãn, do ñoù vr = V DC + Vg » VDC . Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3 töông töï thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1 , vr = vv. Thôøi ñieåm töø t3 ñeán t4 , vB > 0 , vB cuøng vôùi nguoàn VDC taïo ñieän aùp vCA = vBA +VDC > 0, laøm D phaân cöïc ngöôïc , D ngöng daãn , do ñoù vr = vv. Thôøi ñieåm töø t4 ñeán t7, laëp laïi chu kyø môùi, töông töï thôøi ñieåm töø 0 ñeán t3. Ñaëc tuyeán vaøo- ra Khi vv > VDC thì vr = VDC Khi vv < VDC thì vr = vv Daïng maïch 3 Hình 3-3a Hình 3-3b: Daïng soùng vaøo - ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Khi tín hieäu ngoõ vaøo coù ñieän aùp baèng 0, anode cuûa D döông hôn cathode (do nguoàn ñieän aùp DC phaân cöïc thuaän), D daãn, do ñoù vr = -VDC + Vg » -VDC . Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, ñieän aùp ngoõ vaøo döông, töùc VA > 0, VA cuøng vôùi nguoàn VDC ñaët cöïc döông vaøo anode, laøm phaân cöïc thuaän cho D maïnh hôn, do ñoù D daãn maïnh, luùc naøy vr = -VDC. Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, ñieän aùp ngoõ vaøo aâm, töùc vBA > 0 , vaø ñieän theá taïi ñieåm B lôùn hôn ñieän aùp nguoàn DC, ta coù vCA = vBA - VDC < 0, D phaân cöïc thuaän, Diode daãn, vr = -VDC. Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3, ñieän aùp vaøo vaãn coøn aâm, töùc vBA > 0 vaø ñieän aùp taïi ñieåmB lôùn hôn ñieän aùp nguoàn DC, ta coù vCA = vBA - VDC > 0, Diode phaân cöïc nghòch, D ngöng daãn , do ñoù ñieän aùp ra baèng ñieän aùp vaøo, vr = vv. Thôøi ñieåm töø t3 ñeán t4 töông töï thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, vr = -VDC. Thôøi ñieåm töø t4 ñeán t5 töông töï thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, vr = -VDC. Veõ ñaëc tuyeán vaøo –ra Khi vv < -VDC thì vr = vv Khi vv > -VDC thì vr = -VDC 1.2. Maïch Xeùn AÂm Xeùt tín hieäu ngoõ vaøo laø daïng soùng sin coù bieân ñoä max laø ±V Daïng maïch 1 Hình 3-4a Hình 3-4b: Daïng soùng vaøo - ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Baùn kyø döông ( thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1) cuûa tín hieäu ngoõ vaøo, vv > 0, cathode cuûa D döông hôn anode, D ngöng daãn, khoâng coù doøng chaïy qua R vaø D, do ñoù ñieän aùp ngoõ ra baèng ñieän aùp ngoõ vaøo, vr = vv. Baùn kyø aâm( thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2) cuûa tín hieäu ngoõ vaøo, vv < 0, anode cuûa D döông hôn cathode, Diode daãn, doøng chaïy qua D vaø R, vr = -Vg » 0. Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3 laëp laïi chu kyø môùi. Ñaëc tuyeán vaøo –ra Khi vv > 0 thì vr = vv (ñoä doác1) Khi vv < 0 thì vr = 0 Daïng maïch 2 Hình 3-5a Hình 3-5b: Daïng soùng vaøo - ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1 , ñieän aùp ngoõ vaøo döông, töùc vAB > 0 vaø luùc naøy ñieän aùp giöõahai ñieåm A vaø B nhoû hôn ñieän aùp nguoàn DC, anode cuûa D coù ñieän aùp laø VDC , coøn cathode coù ñieän aùp laø VA , Diode ñöôïc phaân cöïc thuaän, D daãn, do ñoù vr = -Vg +VDC » VDC Thôøi ñieåm töø t1 ñeá t2, ñieän aùp ngoõ vaøo vaãn coøn döông, töùc vAB > 0, luùc naøy ñieän aùp giöõa hai ñieåm A vaø B lôùn hôn ñieän aùp nguoàn DC, ta coù vCA = VDC - vAB < 0, D phaân cöïc nghòch, Diode ngöng daãn , do ñoù ñieän aùp ngoõ ra baèng ñieän aùp ngoõ vaøo, vr = vv. Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3 töông töï thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, vr = VDC. Thôøi ñieåmtöø t3 ñeán t4, ñieän aùp ngoõ vaøo mang giaù trò aâm, töùc vB > 0 vaø cuøng vôùi nguoàn aùp DC ñaëc vaøo anode cuûa D, Diode phaân cöïc thuaän caøng maïnh, D daãn maïnh , vr = VDC –Vg = VDC. Thôøi ñieåm töø t4 ñeán t7 töông töï thôøi ñieåm töø 0 ñeán t3 (laëp laïi chu kyø ñaàu). Veõ ñaëc tuyeán vaøo – ra Khi vv > VDC thì vr = vv (ñoä doác 1) Khi vv < VDC thì vr = VDC Daïng maïch 3 Hình 3-6a Hình 3-6b: Daïng soùng vaøo - ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, vv > 0, töùc vAB > 0 Þ cöïc döông cuûa nguoàn VDC cuøng vôùi cöïc döông cuûa nguoàn vAB ñaët vaøo cathode cuûa D, laøm D bò phaân cöïc ngöôïc, D ngöng daãn, do ñoù vr = vV Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, vv 0 vaø trong khoaûng thôøi gian naøy thì vBA < VDC , ta coù vCA = vBA -VDC < 0 Þ D phaân cöïc nghòch Þ D ngöng daãn, do ñoù vr = vV . Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3, vv 0 vaø trong khoaûng thôøi gian naøy vBA > VDC , ta coù vCA = vBA -VDC > 0 Þ D phaân cöïc thuaän Þ D daãn, do ñoù vr = -VDC - Vg = -VDC. Thôøi ñieåm töø t3 ñeán t4 töông töï töø thôøi ñieåm t1 - t2 , vr = vv. Thôøi ñieåm töø t4 ñeán t5 töông töï thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1 , vr = vv. Veõ ñaëc tuyeán vaøo - ra Khi vv > - vDC Þ vr = vv Khi vv < - vDC Þ vr = - VDC 2. Maïch Xeùn Noái Tieáp Diode ñöôïc noái noái tieáp vôùi taûi. Ta khaûo saùt tín hieäu ngoõ vaøo ôû ñaây laø daïng hình sin coù bieân ñoä max laø ± V. Caùc daïng maïch cô baûn ñöôïc trình baøy nhö sau: 2.1 Maïch Xeùn AÂm Daïng maïch 1 Hình 3-7a Hình 3-7b: Daïng soùng vaøo – ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng - Baùn kyø döông (thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1) cuûa tín hieäu vaøo vv, vv > 0, anode cuûa D döông hôn cathode Þ D daãn Þ tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ñaàu ra, vr = vv - Vg » vv. Baùn kyø aâm (thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2) cuûa tín hieäu vaøo, vv < 0, cathode cuûa D döông hôn anode Þ D ngöng daãn Þ vr = i R = 0 (khoâng coù doøng qua D vaø R, neân i = 0). Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3 laëp laïi chu kyø môùi. Veõ ñaëc tuyeán vaøo ra Khi vv > 0 Þ vr = vv (ñoä doác 1) Khi vv < 0 Þ vr = 0 Daïng maïch 2 Hình 3-8a Hình 3-8b: Daïng soùng vaøo - ra Ngöôõng VDC = V Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng - Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, vv > 0 vaø trong khoaûng thôøi gian naøy vv < VDC Þ taïi anode D coù ñieän aùp laø VA = vv - VDC < 0 Þ D phaân cöïc nghòch Þ D ngöng daãn, vr = i R = 0 (khoâng coù doøng qua D vaø R, i = 0). Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, vv > 0 vaø trong khoaûng thôøi gian naøy vv > vDC Þ taïi anode D coù ñieän aùp laø VA = vv - VDC > 0 Þ D phaân cöïc thuaän Þ D daãn, do ñoù ta coù vr = vv - VDC - vg » vv - VDC (tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ñaàu ra). Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3 töông töï thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1 Thôøi ñieåm töø t3 ñeán t4, vv 0 cuøng vôùi nguoàn VDC ñaët cöïc döông vaøo cathode cuûa D Þ D phaân cöïc nghòch Þ D ngöng daãn, vr = 0 . Thôøi ñieåm töø t4 ñeán t7, töông töï thôøi ñieåm töø 0 ñeán t3 (laëp laïi chu kyø môùi ). Veõ ñaëc tuyeán vaøo ra Khi vv > VDC Þ vr = vv - VDC Khi vv < VDC Þ vr = 0 Daïng maïch 3 Hình 3-9a Hình 3-9b: Daïng soùng vaøo – ra VDC = -1/2V Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Khi vv = 0, Diode D ñöôïc phaân cöïc thuaän bôûi nguoàn VDC, D daãn, do ñoù vr = vv +VDC - Vg » VDC. Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1 , ñieän aùp ngoõ vaøo döông , töùc vAB > 0 cuøng vôùi nguoàn VDC ñaët cöïc döông vaøo anode cuûa D, D ñöôïc phaân cöïc thuaän, D daãn, do ñoù vr = vv +VDC . Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2 , ñieän aùp ngoõ vaøo mang giaù trò aâm, töùc vBA > 0 vaø trong khoaûng thôøi naøy veà ñoä lôùn thì vBA < VDC , do ñoù D ñöôïc phaân cöïc thuaän, D daãn, vr = vv +VDC - Vg » vv +VDC . Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3, ñieän aùp ngoõ vaøo mang giaù trò aâm, töùc vBA > 0 vaø trong khoaûng thôøi naøy veà ñoä lôùn thì vBA > VDC , do ñoù D bò phaân cöïc nghòch, D ngöng daãn, do ñoù vr = i.R = 0 (khoâng coù doøng qua R vaø D, i = 0). Thôøi ñieåm töø t3 ñeán t4, töông töï thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2 , vr = vv +VDC . Thôøi ñieåm töø t4 ñeán t5 , töông töï thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1 , vr = vv +VDC . Veõ ñaëc tuyeán vaøo – ra Khi vv > -VDC Þ vr = vv +VDC Khi vv < -VDC Þ vr = 0 2.2. Maïch Xeùn Döông Daïng maïch 1 Hình 2-10a Hình 3-10b: Daïng soùng vaøo – ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Baùn kyø döông (thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1) cuûa tín hieäu vaøo, vv > 0, luùc naøy cathode cuûa D döông hôn anode, D bò phaân cöïc nghòch, D ngöng daãn, khoâng coù doøng qua D vaø R, do ñoù vr = i.R = 0 . Baùn kyø aâm( thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2) cuûa tín hieäu vaøo, vv < 0, luùc naøy anode cuûa D döông hôn cathode, do ñoù D ñöôïc phaân cöïc thuaän, D daãn, ngoõ ra coù ñieän aùp laø vr = vv +Vg » vv Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3 töông tö thôøi ñieåmtöø 0 ñeán t1, vr = 0. Veõ ñaëc tuyeán vaøo ra Khi vv > 0 Þ vr = 0 Khi vv < 0 Þ vr = vv (ñoä doác 1) Daïng maïch 2 Hình 3-11a Hình 3-11b: Daïng soùng vaøo – ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, vv > 0, töùc VA > 0, VA cuøng vôùi nguoànVDC ñaët cöïc döông vaøo cathode cuûa D Þ D phaân cöïc nghòch, D ngöng daãn, vr = i.R = 0 (khoâng coù doøng qua D vaø R, i=0). Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, vv 0 vaø trong khoaûng thôøi gian naøy thì VB < vDC = VC , do ñoù cathode cuûa D döông hôn anode, D phaân cöïc nghòch, D taét ,vr = 0. Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3, vv 0 vaø trong khoaûng thôøi gian naøy VB > vDC = VC , anode cuûa D döông hôn cathode, D phaân cöïc thuaän , D daãn , tín hieäu ngoõ vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra, ta coù ñieän aùp ra laø vr = -vv + VDC + Vg » -vv + VDC. Thôøi ñieåm töø t3 ñeán t4 töông töï thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, vr = 0 . Thôøi ñieåm töø t4 ñeán t5 laëp laïi baùn kyø döông töø 0 ñeán t1, vr = 0. Veõ ñaëc tuyeán vaøo ra Khi vv > - VDC Þ vr = 0 Khi vv < - VDC Þ vr = -vv + VDC Daïng maïch 3 Hình 3-12a Hình 3-12b: Daïng soùng vaøo – ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Khi vv = 0, D ñöôïc phaân cöïc thuaän bôûi nguoàn VDC, do ñoù D daãn, tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ, vr = vv - VDC = - VDC. Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, vv > 0, töùc VA > 0 vaø trong khoaûng thôùi gian naøy thì VA < VDC, taïi cathode cuûa D coù ñieän aùp laø Vc = VA - VDC < 0, do ñoù D ñöôïc phaân cöïc thuaän, D daãn, neân ta coù vr = vv - VDC + Vg » vv -VDC. Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, vv 0 vaø trong khoaûng thôøi gian naøy VA > VDC , cathode coù ñieän aùp laø Vc = VA - VDC > 0, do doù D bò phaân cöïc nghòch, D ngöng daãn, neân ta coù vr = i.R = 0 (khoâng coù doøng i qua D vaø R). Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3, töông töï thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, vr = vv. Thôøi ñieåm töø t3 ñeán t4, vv 0 , vBA cuøng vôùi nguoàn VDC ñaët cöïc döông vaøo anode cuûa D, laøm D phaân cöïc thuaän maïnh hôn, D daãn maïnh.Tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ravr = vv - VDC + Vg » vv - VDC. Thôøi ñieåm töø t4 ñeán t7 töông töï thôøi ñieåm töø 0 ñeán t3 (laëp laïi chu kyø môùi). Veõ ñaëc tuyeán vaøo ra Khi vv > VDC Þ vr = 0 Khi vv < VDC Þ vr = vv - VDC 3. Maïch Xeùn Vôùi Diode Thöïc Teá Ñoái vôùi Diode thöïc teá, khi phaân cöïc thuaän thì coù daïng töông ñöông nhö sau: Khi Vg so saùnh ñöôïc vôùi vv, nhaát laø vôùi VDC , thì ta phaûi keå Vg vaøo maïch. Tröôøng hôïp naøy thöôøng laø maïch söû duïng Diode loaïi Si, coù vg = 0,6 v , vaø nguoàn VDC beù. Khi VDC >> Vg , thì ta coù theå boû qua Vg Ta xeùt daïng maïch maø trong ñoù Vg so saùnh ñöôïc vôùi VDC Vg = 0,6 = 2 Hình 3-13a Hình 3-13b: Daïng soùng vaøo – ra Ñaây laø daïng maïch xeùn song song Neáu vv > Vg + VDC = 2,6 v , thì Diode daãn, tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra , luùc naøy ta coù vr = VDC + Vg = 2,6 (v). Neáu vv < Vg + VDC = 2,6( v), thì Diode ngöng daãn, do ñoù vr = vv = 8 sinwt. Khi D daãn thì toàn taïi ñieän trôû thuaän rd (ñieän trôû ñoäng), rd so saùnh ñöôïc vôùi R (ñieän trôû taûi), luùc ñoù tín hieäu ra seõ bò meùo khoâng coøn saéc saûo nöõa. Caùc daïng meùo coù theå gaëp nhö sau: Tröôøng hôïp a: Tröôøng hôïp b Chöùng minh: Xeùt tröôøng hôïp(a), maïch naøy töông ñöông vôùi maïch sau, khi D laø Diode thöïc teá. Hình 3-14 Giaûi thích tín hieäu ra bò meùo I Khi vV < VDC + Vg , diode phaân cöïc nghòch, luùc naøy thì D coù daïng töông ñöông nhö sau: Io V º Do ñoù D taét Þ vr = vv hay Khi vV ³ VDC + Vg , D phaân cöïc thuaän Þ D daãn, luùc naøy vr = VBC + Vg + Vr d (3.1) Ta coù , Vr d = i. rd maø i = Phöông trình (3.1) Þ Þ Þ Neáu rd << R thì quan heä giöõa ñieän aùp ra vaø ñieän aùp vaøo laø: , neáu R lôùn thì , do ñoù vr = VDC + Vg Neáu rd coù theå so saùnh vôùi R thì quan heä vaøo - ra laø : Ñoä doác laø 4. AÛnh Höôûng Cuûa Ñieän Dung Lieân Cöïc Cd Giöõa hai cöïc cuûa Diode toàn taïi moät ñieän dung lieân cöïc. Ñieän dung naøy cuõng laøm daïng soùng ra bò meùo. Chuùng ta khaûo saùt söï aûnh höôûng cuûa tuï Cd ñeán daïng soùng ngoõ ra. Xeùt daïng maïch sau Tröôøng hôïp khoâng keå quaù trình quaù ñoä vaø aûnh höôûng cuûa C2 , Cd. Tröôøng hôïp aûnh höôûng cuûa C2 , Cd Hình 3-15a Hình 3-15b: Daïng soùng vaøo ra Giaûi thích hoaït ñoäng Khi vv = 5(v) thì D bò phaân cöïc , D daãn, do ñoù tuï Cd vaø C2 ñöôïc naïp vôùi thôøi haèng naïp laø t1 = rd (Cd + C2). Khi vv = - 5(v) thì D ngöng daãn Þ tuï C2 xaû qua R vôùi thôøi haèng laø t2 = RC2, maø t1 > rd), thôøi gian xaû heát laâu hôn so vôùi thôøi gian naïp ñaày. 5. Maïch Xeùn ÔÛ Hai Möùc Ñoäc Laäp Maïch naøy laø daïng maïch gheùp hai maïch xeùn song song vôùi nhau. Ñeå thöïc hieän maïch naøy, ta coù theå duøng hai ngöôõng xeùn VB1, VB2 vaø keát hôïp vôùi hai Diode, hoaëc coù theå duøng hai Diode Zener. Nhieäm vuï cuûa maïch naøy laø loaïi boû bôùt caû hai thaønh phaàn treân vaø döôùi cuûa tín hieäu ngoõ vaøo. Khaûo saùt moät soá daïng maïch xeùn ôû hai möùc ñoäc laäp cô baûn nhö sau: Daïng maïch duøng diode Hình 3-16 Tín hieäu vaøo laø daïng sin coù vi = 9 sin wt, vaø giaû thuyeát laø Vg = 0, rd = 0 (Diode lyù töôûng) Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng. Khi vi > 0 (töùc VA > 0) vaø ñoàng thôøi VA < 3v, caû hai Diode D1, D2 ñeàu bò phaân cöïc nghòch, D1vaø D2 ngöng daãn, do ñoù v0 = vi. Khi vi vaãn coøn döông vaø ñoàng thôøi 3v 3v), laøm D1 phaân cöïc thuaän vaø D2 phaân cöïc nghòch, D1 daãn vaø D2 taét. Tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra, luùc naøy doøng i1 ñöôïc tính theo coâng thöùc : Do ñoù vo = VR1 + Vg1 + VB1 = i1.R1 + 3 = Cho Vimax = 9(v) Þ V0max = 6(v) Khi vi 0 vaø VB > 4(v), D2 phaân cöïc thuaän vaø D1 phaân cöïc nghòch, neân D1 taét vaø D2 daãn, tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra. Ta coù vo = -VB2 + Vg2 = 4(v) Khi vi -4(v), töùc VB > 0, VB < 4(v), caû D1 vaø D2 ñeàu phaân cöïc nghòch, neân D1 vaø D2 taét, do ñoù v0 = vi. Ñaëc tuyeán vaøo ra coù daïng nhö sau nhö sau: Khi -4v < vi < 3v Þ v0 = vi (ñoä doác 1) Khi vi > 3v Þ v0 = 2/3 vi + 1 (ñoä doác 2/3) Khi vi < -4v Þ v0 = -4(v) Daïng maïch 2: Duøng Diode Zener Hình 3-17 Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Chuù yù khi D1vaø D2 phaân cöïc nghòch, thì noù laøm vieäc gioáng nhö Diode thöôøng, luùc ñoù tính ñeán Vg vaøo maïch. Khi vi > 0 vaø vi ³ VZ 1 + Vg 2 , luùc naøy thì D1 hoaït ñoäng nhö Zener, D2 hoaït ñoäng nhö Diode thöôøng, tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra vr = Vz 1 + Vg . Khi - (VZ 2 + Vg 1 ) < vi < VZ 1 + Vg 2, luùc naøy thì D1 vaø D2 ñeàu taét , do ñoù ta coù v0 = vi. Khi vi £ - (VZ 2 + Vg 1), D1 hoaït ñoäng nhö Diode thöôøng coøn D2 hoaït ñoäng nhö Diode Zener, tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra Þ vo = - (VZ 2 + Vg1). Maïch töông ñöông cho hai tröôøng hôïp (Hình) Tröôøng hôïp vi ³ VZ 1 + Vg 2 Tröôøng hôïp vi £ - (VZ 2 + Vg 1) Ñaëc tuyeán vaøo - ra II. MAÏCH XEÙN CHÍNH XAÙC DUØNG OP-AMP Trong maïch xeùn duøng Diode, luoân toàn taïi Vg , do ñoù khi vi £ Vg , thì khoâng thöïc hieän maïch xeùn ñöôïc. Töø ñoù ngöôøi ta ñöa ra khaùi nieäm xeùn chính xaùc duøng 0p-amp lyù töôûng. Chuùng ta cuõng phaân tích nhieàu hình daïng maïch xeùn khaùc nhau, maïch naøy ñöôïc söû duïng cuõng nhaèm vôùi muïc ñích laø caét boû moät phaàn cuûa tín hieäu bieán ñoåi theo thôøi gian hoaëc thay ñoåi möùc DC cuûa noù. Coù theå keát hôïp Diode vôùi Op-amp trong nhöõng hình daïng maïch khaùc nhau. Öu ñieåm cuûa giaûi phaùp naøy laø Diode coù theå hoaït ñoäng gaàn vôùi ñaëc tính lyù töôûng cuûa noù. Maïch xeùn duøng Op-amp ngoaøi nhieäm vuï caét boû nhöõng phaàn khoâng caàn thieát cuûa tín hieäu vaøo maø coøn coù nhieäm vuï khueách ñaïi bieân ñoä tín hieäu vaøo. 1. Daïng Haïn cheá Chính Xaùc: Xeùt daïng tín hieäu vaøo laø daïng soùng sin coù bieân ñoä max laø ±V Hình 3-18a Hình 3-18b: Daïng soùng vaøo - ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Ta coù vin = v+ v0 = v- Baùn kyø döông, vin > 0, vin > v0 = 0, ngoõ ra cuûa Op-amp coù ñieän aùp laø v’0 = + V, laøm D daãn, ta coù v0 = v’0 - Vg Maø v’0 = G (v+ - v-) = G (vin - v0) v0 = Gvin - G v0 - vg Þ v0(1+G) = Gvin - Vg Þ v0 = Vì G ® ¥ (thöïc teá coù giaù trò laø 105), do ñoù Þ v0 = vin (Xem nhö ñaàu ñaûo ngaén maïch vôùi ñaàu khoâng ñaûo) Baùn kyø aâm vin < 0, vin < v0 = 0, do vaäy ngoõ ra cuûa Op-amp coù ñieän aùp laø v0 = -V, D ngöng daãn, v0 rôøi khoûi vin, v0 = 0. Ñaëc tuyeán vaøo ra Khi vi > 0 Þ v0 = vin (ñoä doác 1) Khi vi < 0 Þ v0 = 0 Daïng maïch 2 Hình 3-19a Hình 3-19b: Daïng soùng vaøo - ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Baùn kyø döông vi > 0, v+ = 0, v- = vi , v+ < v-, taïi ngoõ ra cuûa Op-amp coù ñieän aùp laø v1= -V, luùc naøy, D1 daãn vaø D2 ngöng daãn, tín hieäu vaøo khoâng ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra, v0 = 0 . Baùn kyø aâm, vi > 0, v+ = 0, v+ > v- , taïi ngoõ ra cuûa Op-amp coù ñieän aùp laø v1 = + V, luùc naøy D1 ngöng daãnvaø D2 daãn, do vaäy tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra. Luùc naøy maïch ñöôïc xem nhö daïng maïch khueách ñaïi ñaûo. Vieát phöông trình doøng ñieän nuùt taïi chaân ñaûo, ta coù iA + iF = 0 Û Theo tính chaát cuûa Op-amp thì v+ = v- = 0 Þ (Ñoä doác laø ) Ñaëc tính truyeàn coù daïng nhö sau Khi vi > 0 Þ v0 = 0 Khi vi < 0 Þ v0 = 2. Maïch Xeùn Chính Xaùc Coù Ngöôõng Ñoái vôùi daïng maïch bieán ñoåi daïng soùng naøy, ngöôøi ta duøng nguoàn ñieän aùp DC laøm möùc chuaån ñeå so saùnh vôùi tín hieäu ngoõ vaøo. Tuøy theo caùch noái Diode vaø Op-amp maø cho caùc daïng tín hieäu ra khaùc nhau. Daïng maïch 1 Hình 3-20a Hình 3-20b: Daïng soùng vaøo - ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Ta coù v+ = VDC v_ = vi Khi vi < VDC, töùc laø v- < v+ , ngoõ ra cuûa Op-amp coù ñieän aùp laø v’0 = +V, Diode D daãn, tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra, ngoõ ra lieân heä vôùi ngoõ vaøo khoâng ñaûo, Töø ñoù ta coù v0 = vi , theo tính chaát cuûa Op-amp thì v- = v+Þ v0 = vi = VDC Khi vi > VDC , töùc v+ < v- , ngoõ ra cuûa op-amp coù ñieän aùp laø v’o = - V, D ngöng daãn, ngoõ ra khoâng coøn lieân heä vôùi ngoõ vaøo khoâng ñaûo , do ñoù v0 = vi. Ñaëc tuyeán truyeàn Khi vi > VDC Þ v0 = vi (ñoä doác 1) Khi vi < VDC Þ v0 = VDC (Hình) Daïng maïch 2 Hình 3-21a Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Maïch naøy laøm vieäc ôû cheá ñoä khuyeách ñaïi ñaûo. Ta coù , vaø theo tính chaát cuûa Op-amp thì v- = v+ = 0 Khi v0 > Vg 1 + VZ 2, töùc > Vg 1 + Vz 2 Û vin < (Vg 1 + Vz 2), luùc naøy thì D1 hoaït ñoäng nhö Diode thöôøng vaø D2 hoaït ñoäng nhö Diode Zener, do vaäy v0 = Vg 1 + VZ 2 ( laø ñieän aùp so giöõa ñaàu A vôùi ñaàu ñaûo(chính laø ñieåm mass)). Khi v0 £ Vg 1 + VZ 2, töùc £ Vg1 + Vz 2 Û vin ³ (Vg 1 + Vz 2), luùc naøy D1 ngöng daãn, do ñoù D2 cuõng ngöng daãn. Do vaäy v0 = . Veõ ñaëc tuyeán truyeàn Khi Khi (Ñoää doác ) Daïng maïch 3 Hình 3-22a Hình 3-22b: Daïng soùng vaøo – ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Daïng naøy cuõng töông töï nhö daïng maïch 2 Ta coù v- = v+ = 0 Khi v0 ³ -(Vg1 + VZ2) , töùc ³ -(Vg1 + VZ 2 ) Û vin £ (Vg1 + VZ 2), luùc naøy D1 vaø D2 ñeàu ngöng daãn, Do ñoù v0 = Khi v0 (Vg1 + VZ 2), luùc naøy D1 hoaït ñoäng nhö Diode thöôøng, D2 hoaït ñoäng nhö Diode Zener, do ñoù v0 = -(Vg1 + Vz2) laø ñieän aùp so giöõa ñieåm A vôùi ñaàu cöïc aâm ( ñieåm mass) Veõ ñaëc tuyeán vaøo ra Khi Khi (Ñoä doác RF/RA) 3. Maïch Chænh Löu Chính Xaùc Ñaây cuõng laø daïng maïch xeùn chính xaùc duøng Op-amp. Phaàn naøy chæ trình baøy moät soá daïng maïch chænh löu cô baûn. 3.1. Maïch Chænh Löu Baùn Kyø, Ngoõ Ra Ñaûo Hình 3-23 Xeùt tín hieäu vaøo laø daïng hình sin ÔÛ baùn kyø döông, vv > 0 , töùc v- > 0, ta coù v+ = 0 < v- , do ñoù ngoõ ra cuûa boä khueách ñaïi thuaät toaùn coù möùc ñieän aùp laø –V, laøm D1 phaân cöïc nghòch vaø D2 phaân cöïc thuaän, D1 taét vaø D2 daãn. Trong tröôøng hôïp naøy, maïch töông ñöông vôùi maïch khueách ñaïi ñaûo, ta coù vr = -vv. RF / RA (Ñoä doác - RF / RA). ÔÛ baùn kyø aâm, v- < 0 , vaø luùc naøy v+ < v- , ngoõ ra cuûa op-amp coù möùc ñieän aùp laø +V , do ñoù D1 daãn vaø D2 ngöng daãn (D1 coù nhieäm vuï ngaén maïch ñieän aùp phaân cöïc ngöôïc cho D2 xuoáng ñaàu ñaûo, xem ñaàu naøy laø mass, vì v+ = v- = 0). Nhö vaäy ñieän aùp ngoõ ra cuûa maïch rôøi khoûi ñieän aùp ngoõ vaøo, vr = 0. Ñaëc tuyeán truyeàn Khi vv > 0 thì vr = -vv. RF / RA Khi vv < 0 thì vr = 0 3.2 Maïch Chænh Löu Baùn Kyø Coù Nguoàn Ñieän AÙp DC Laøm Möùc Chuaån Sô ñoà maïch ñieän Hình 3-24 Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Neáu Vref = 0 thì maïch trôû veà tröôøng hôïp (a) Neáu Vref ¹ 0 thì maïch töông ñöông vôùi maïch coäng ñaûo Daïng soùng tín hieäu ngoõ ra bò dòch chuyeån theo truïc vv bôûi nguoàn Vref. Möùc dòch naøy coù moät giôùi haïn nhaát ñònh vaø noù coù theå coäng vaøo hoaëc tröø ñi nguoàn ñieän aùp Vref. Duøng nguyeân lyù xeáp choàng ta tính ñöôïc ñieän aùp taïi ngoõ vaøo ñaûo laø: - Xeùt Vref > 0 Ta coù v+ = 0 , v- = ( RaVref + Rb .vv) * 1/(Ra+Rb) khi v- > 0 Þ vv > -Vref * Ra / Rb, töùc v- > v+ , luùc naøy ngoõ ra cuûa Op-amp laø –V, laøm D2 phaân cöïc thuaän vaø D1 phaân cöïc nghòch, neân D2 daãn vaø D1 ngöng daãn. Maïch töông ñöông vôùi maïch coäng ñaûo daáu, ñieän aùp ôû ngoõ ra laø: vr = -(vv* RF /Ra + Vref * RF/Rb). Ñieän aùp naøy mang giaù trò aâm Khi v- < 0 Þ vv < -Vref* Ra/Rb, töùc v- < v+ , D2 phaân cöïc thuaän vaø D1 phaân cöïc nghòch, neân D2 taét vaø D1 daãn. Ñieän aùp ngoõ ra cuûa maïch khoâng coøn lieân heä vôùi ñieän aùp ngoõ vaøo, vr = 0. Ñaëc tuyeán truyeàn Khi vv > -Vref * Ra/Rb Þ vr = -(vv * RF /Ra + Vref * RF/Rb). Ñoä doác -RF /Ra. Khi vv < -Vref* Ra/Rb Þ vr = 0. 3.3. Maïch Chænh Löu Chính Xaùc Toaøn Kyø Ñaây laø daïng maïch gheùp song song hai maïch chænh löu baùn kyø vaø moät maïch khueách ñaïi so saùnh. Sô ñoà maïch Hình 3-25 Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng a. Tröôøng hôïp vv > 0 ÔÛ Op- amp 1 coù ngoõ vaøo v+ = 0, v- > 0, do ñoù v+ < v- . Nhö vaäy ngoõ ra cuûa Op-amp 1 coù ñieän aùp laø – V, laøm D2 daãn vaø D1 ngöng daãn, do ñoù tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra v1, ta coù v1 = - vv* RF 1 /RA 1 = - vv. (RF 1 = RA 1). ÔÛ Op- amp 2 coù ngoõ vaøo v+ = 0, v- > 0, do ñoù v+ < v- . Nhö vaäy ngoõ ra cuûa Op-amp 2 coù ñieän aùp laø – V, laøm D2 ngöng daãn vaø D1 daãn, do ñoù ngoõ ra v2 khoâng coøn lieân heä vôùi ñieän aùp ngoõ vaøo, v2 = 0. ÔÛ Op- amp 3 thì coù v- = v1 = - vi ,vaø v+ = v2 = 0. Ta thaáy v+ > v- , luùc naøy maïch hoaït ñoäng töông ñöông vôùi maïch khueách ñaïi ñaûo Ta coù vr = - v1 * RF 3 /RA 3 = vv (RF 3 = RA 3). b. Tröôøng hôïp vv < 0 ÔÛ Op- amp 1 coù ngoõ vaøo v+ = 0, v- > 0, do ñoù v+ > v- . Nhö vaäy ngoõ ra cuûa Op-amp 1 coù ñieän aùp laø + V, laøm D2 ngöng daãn vaø D1 daãn, do ñoù ngoõ ra v1 khoâng coøn lieân heä vôùi ñieän aùp ngoõ vaøo, v1 = 0. ÔÛ Op- amp 2 coù ngoõ vaøo v+ = 0, v- > 0, do ñoù v+ > v- . Nhö vaäy ngoõ ra cuûa Op-amp 2 coù ñieän aùp laø +V, laøm D2 daãn vaø D1 ngöng daãn, do ñoù tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ ra v2, ta coù v2 = - vv * RF 2 /RA 2 = - vv. (RF 2 = RA 2) ÔÛÛ Op- amp 3 thì coù v+ = v2 * RB1/ (RB2 + RB1) = v2 /2 = - vv/2, vaø ta coù (RA3 = RF3) Þ vr – 2 v- = 0 Þ vr = 2 v- Theo tính chaát cuûa Op-amp thì v- = v+Þ vr = 2 v+ = - vv. Ñaëc tuyeán truyeàn Khi vv > 0 thì vr = vv Khi vv < 0 thì vr = - vv III. MAÏCH HAÏN CHEÁ KHUEÁCH ÑAÏI DUØNG TRANSISTOR Cuõng töông töï op-amp, ngoaøi nhieäm vuï caét boû nhöõng phaàn khoâng caàn thieát cuûa tín hieäu vaøo coøn coù nhieäm vuï khueách ñaïi bieân ñoä tín hieäu vaøo. Boä haïn cheá khueách ñaïi duøng Transistor thöôøng maéc kieåu Emitter chung. Khi bieân ñoä tín hieäu ñieàu khieån ñuû lôùn, maïch seõ thöïc hieän vieäc haïn cheá. Maïch naøy haïn cheá caû hai phía: Moät phía coù ñieän aùp ôû möùc cao khi Transistor chuyeån sang cheá ñoä ngaét doøng, moät phía coù ñieän aùp ôû möùc thaáp khi Transistor chuyeån sang cheá ñoä baõo hoøa. Khi Transistor daãn thì moái noái BE coù ñieän aùp laø Vg , khi Transistor daãn baõo hoøa thì moái noái BE coù ñieän aùp laø VBEsat. Khaûo saùt maïch haïn cheá duøng Transistor cô baûn nhö sau: Hình 3-26 Xeùt tín hieäu vaøo laø daïng hình sin coù bieân ñoä max laø ±V Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng - Khi vv < Vg thì moái noái BE bò phaân cöïc nghòch, Transistor hoaït ñoäng ôû vuøng taét, do ñoù vr = VCC, IC = 0. Khi vv > Vg vaø vv < VBESat (chöa ñaït traïng thaùi baõo hoøa), Transistor laøm nhieäm vuï khueách ñaïi, tín hieäu ngoõ ra coù bieân ñoä lôùn hôn vaø ñaûo pha so vôùi tín hieäu vaøo. Khi vv ³ VBEsat , Transistor chuyeån sang traïng thaùi baõo hoøa, ta coù vr = VCEbh = 0,2(v) Vaø ICsat = Daïng soùng vaøo ra (Khoâng xeùt quaù trình quaù ñoä aûnh höôûng ñeán daïng soùng ) CHÖÔNG 4 MAÏCH KEÏP (CLAMPING CIRCUIT) I. KHAÙI NIEÄM Maïch keïp hay coøn goïi laø maïch ghim ñieän aùp, coù theå ñöôïc ñònh nghóa nhö moät maïch giöõ caû hai möùc cuûa moät tín hieäu ñieän aùp AC ñaït ñeán moät möùc xaùc ñònh, maø khoâng bò bieán daïng soùng. Maïch keïp ñöôïc döïa treân cô sôû nhö moät maïch phuïc hoài thaønh phaàn ñieän aùp DC. Noù duøng ñeå oån ñònh neàn hoaëc ñænh cuûa tín hieäu xung ôû moät möùc xaùc ñònh naøo ñoù baèng hoaëc khaùc khoâng. Daïng soùng ñieän aùp coù theå bò dòch moät möùc, do nguoàn ñieän aùp khoâng phuï thuoäc ñöôïc coäng vaøo. Maïch keïp vaän haønh dòch möùc, nhöng nguoàn coäng vaøo khoâng lôùn hôn daïng soùng ñoäc laäp. Löôïng dòch phuï thuoäc vaøo daïng soùng hieän thôøi. Coù hai loaïi maïch keïp chính: Maïch keïp Diode vaø Transistor. Daïng naøy ghim möùc bieân ñoä döông hoaëc möùc bieân ñoä aâm, vaø cho pheùp ngoõ ra môû roäng chæ theo moät höôùng töø möùc chuaån. Maïch keïp khoùa (ñoàng boä), maïch naøy duy trì ngoõ ra taïi moät soá möùc coá ñònh cho ñeán khi ñöôïc cung caáp xung ñoàng boä vaø luù c ñoù ngoõ ra môùi ñöôïc cho pheùp lieân heä vôùi daïng soùng ngoõ vaøo . Tröôùc khi hieåu söï hoaït ñoäng cuûa maïch keïp, ñaàu tieân caàn phaûi hieåu kyõ nhöõng daïng maïch veà söï hoaït ñoäng cuûa moät maïng ñoâi goàm ñieän trôû vaø tuï ñieän (maïch RC). Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa caùc maïch ghim ñieän aùp döïa treân vieäc öùng duïng hieän töôïng thieân aùp, baèng caùch laøm cho caùc haèng soá thôøi gian phoùng vaø naïp cuûa tuï trong maïch khaùc haún nhau. II. MAÏCH KEÏP DUØNG DIODE LYÙ TÖÔÛNG Loaïi maïch keïp ñôn giaûn söû duïng moät Diode keát hôïp vôùi maïch RC. Tuï C ñoùng vai troø laø phaàn töû tích - phoùng naêng löôïng ñieän tröôøng, Diode D ñoùng vai troø laø khoùa ñieän töû , coøn nguoàn DC taïo möùc chuaån. Caùc giaù trò R vaø C phaûi choïn thích hôïp, ñeå haèng soá thôøi gian t = RC ñuû lôùn nhaèm laøm suït aùp qua tuï C khoâng quaù lôùn hoaëc tuï C khoâng ñöôïc xaû ñieän nhanh. Tuï naïp ñaày vaø phoùng ñieän heát trong thôøi gian 3t ñeán 5t, ôû ñaây ta xeùt thôøi gian naøy laø 5t, caùc Diode ñöôïc xem laø lyù töôûng. 1. Maïch Ghim Ñænh Treân Cuûa Tín Hieäu ÔÛ Möùc Khoâng Xeùt tín hieäu vaøo laø chuoãi xung coù bieân ñoä max laø ±Vm Daïng maïch Hình 4-1a Hình 4-1b: Daïng soùng vaøo ra Maïch naøy coù chöùc naêng coá ñònh ñænh treân cuûa tín hieäu ôû möùc ñieän aùp laø 0v. Ñieän trôû R coù giaù trò lôùn, vôùi nhieäm vuï laø nhaèm khaéc phuïc nhöôïc ñieåm: Khi bieân ñoä tín hieäu vaøo giaûm thì maát khaû naêng ghim ñænh treân cuûa tín hieäu vaøo ôû möùc khoâng. Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, thôøi ñieåm toàn taïi xung döông ñaàu tieân, vv = Vm , Diode D daãn, tuï C ñöôïc naïp ñieän qua Diode (khoâng qua R, vì ñieän trôû thuaän cuûa D raát nhoû), cöïc aâm cuûa tuï taïi ñieåm A, tuï naïp vôùi haèng soá thôøi gian laø: t n = C. Rd = 0 Þ vC = + Vm (tuï naïp ñaày töùc thôøi), luùc naøy vr = vv - vc = Vm - Vm = 0 Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, thôøi ñieåm maø ngoõ vaøo toàn taïi xung aâm, vv = - Vm , Diode bò phaân cöïc nghòch, D ngöng daãn, luùc naøy tuï C phoùng ñieän qua R, coù daïng maïch töông ñöông nhö hình veõ. Hình 4-1c Thôøi haèng phoùng ñieän laø t f = C.R , thôøi gian naøy raát lôùn so vôùi khoaûng thôøi gian töø t1 ñeán t2 , do vaäy tuï C chöa kòp xaû maø vaãn coøn tích laïi moät löôïng ñieän aùp laø vc = Vm. Do vaäy, vr = vv - vc = -Vm -Vm = - 2Vm . 2. Maïch Ghim Ñænh Treân Cuûa Tín Hieäu ÔÛ Moät Möùc Ñieän Aùp Baát Kyø Daïng maïch Hình 4-2a Hình 4-2b: Daïng soùng vaøo -r a Tín hieäu vaøo laø daïng xung coù taàn soá f = 1 Hz vaø bieân ñoä max laø ±Vm.Giaû söû cho C = 0,1 m F, VDC = 5v, R = 1000 k W , Vm = 10(v) Ta coù f = 1KHz Þ T = Baùn kyø coù thôøi gian laø Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng: Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, ngoõ vaøo toàn taïi xung döông vv = Vm = 10v >VDC, Diode D daãn ñieän, tuï C ñöôïc naïp ñieän qua Diode D vôùi haèng soá thôøi gian t = rd.C » 0, giaù trò ñieän aùp maø tuï naïp ñaày laø: Tacoù VDC + Vg + vc = vv Þ vc = vv - Vg - VDC = 10 – 5 = 5(v) Do ñoù vr = VDC - Vg = 5(v) Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2 thì ngoõ vaøo toàn taïi xung aâm, vv = - Vm = -10v , Diode D ngöng daãn, tuï C phoùng ñieän qua R, vôùi thôøi haèng phoùng ñieän laø tf = C.R = 0,1.10-6 .106 = 0,1(s ) = 10 (ms). Vaäy sau 5t thì tuï phoùng heát, töùc sau 5.10 = 50 (ms), thôøi gian naøy lôùn gaáp 20 laàn thôøi gian töø t1 ñeán t2 (0,5ms), do vaäy vc vaãn giöõ möùc ñieän aùp laø 5v Ta coù vr = vR = vv- vc = -10 - 5 = -15v . Neáu ñaûo cöïc tính cuûa nguoàn VDC thì ñænh treân ghim ôû möùc ñieän aùp laø -5(v). 3. Maïch Ghim Ñænh Döôùi Cuûa Tín Hieäu Ôû Möùc Khoâng Daïng maïch Hình 4-3a Hình 4-3b: Daïng soùng vaøo ra Maïch naøy coù chöùc naêng coá ñònh ñænh döôùi cuûa tín hieäu ôû möùc 0(v). Giaûi thích nguyeân lyù hoaïi ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, toàn taïi xung döông, vv = + Vm, Diode ngöng daãn, tuï C ñöôïc naïp qua R vôùi haèng soá thôøi gian laø tn = RC, vì R raát lôùn neân tn >> T/2. Do vaäy tuï C gaàn nhö khoâng ñöôïc naïp vc = 0, do ñoù vr = vv = + Vm. Thôøi ñieåm t1 ñeán t2, ngoõ vaøo toàn taïi xung aâm, vv = - Vm , Diode daãn ñieän, tuï C ñöôïc naïp qua Diode, cöïc döông cuûa tuï taïi ñieåm A, thôøi haèng naïp laø tn = rd. C » 0, vc = Vm (tuï naïp ñaày ngay töùc thôøi), luùc naøy vr = vv + vc = -Vm +Vm = 0. Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3, ngoõ vaøo toàn taïi xung döông tieáp theo vv = + Vm, Diode ngöng daãn, tuï C xaû qua R vôùi haèng soá thôøi gian laø tf = C.R. tf raát lôùn so vôùi baùn kyø töø t2 ñeán t3, do vaäy tuï C vaãn giöõ nguyeân möùc ñieän aùp laø Vm . Maïch töông ñöông cuûa tröôøng hôïp naøy nhö sau: Ta coù vr = vv + vc = Vm + Vm = 2Vm Nhaän xeùt: Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1 daïng soùng ra coù xung döông khoâng oån ñònh so vôùi chuoãi xung ra. Do vaäy, xung naøy khoâng xeùt ñeán maø chæ xeùt caùc xung oån ñònh töø thôøi ñieåm t1 trôû ñi. 4. Maïch Ghim Ñænh Döôùi Cuûa Tín Hieäu ÔÛ Moät Möùc Ñieän Aùp Baát Kyø Daïng maïch 1 Hình 4-4a Hình 4-4b: Daïng soùng vaøo - ra Nguoàn VDC taïo möùc ghim döôùi cuûa tín hieäu vaøo,VDC = 1/2 Vm Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, ngoõ vaøo toàn taïi xung döông, vv = + Vm , vDC > T/2 neân tuï C gaàn nhö khoâng ñöôïc naïp, vc = 0, vr = vv = + Vm . Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2 ngoõ vaøo toàn taïi xung aâm, vv = - Vm , D daãn, tuï C ñöôïc naïp qua D, cöïc döông cuûa tuï taïi ñieåm A, thôøi haèng naïp laø tn = rd. C » 0, tuï C naïp ñaày töùc thôøi, tuï naïp ñaày ñeán giaùi trò laø: Ta coù vc + vv = VDC - Vg Þ vc = VDC - vv = VDC + Vm Do ñoù vr = VDC + Vg = VDC Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3 ngoõ vaøo toàn taïi xung döông tieáp theo, vv = + Vm , Diode ngöng daãn, tuï C phoùng ñieän qua R vôùi haèng soá thôøi gian tf = C R. tf >> so vôùi baùn kyø töø t2 ñeán t3 do vaäy tuï C vaãn coá ñònh möùc ñieän aùp vc = VDC + Vm trong khoaûng thôøi gian naøy. Maïch töông ñöông cuûa tröôøng hôïp naøy laø: Ta coù vr = vv + vc = Vm + VDC + Vm = 2 Vm + VDC Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1 ta khoâng xeùt (caùch giaûi thích nhö phaàn II .3) Daïng maïch 2 Hình 4-5a Hình 4-5b: Daïng soùng vaøo – ra Vz2 = 1/2Vm Vg1= 1/10 Vm Vz2 + Vg 1 = (1/2 + 1/10)Vm = 3/5Vm Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, ngoõ vaøo toàn taïi xung döông vv = + Vm , caû D1 vaø D2 ngöng daãn (do vA = + Vm , VB = 0, D1 vaø D2 bò phaân nghòch ), tuï C ñöôïc naïp qua R vôùi haèng soá thôøi gian t n = RC , do ñoù tn >> T/2 neân tuï C gaàn nhö khoâng ñöôïc naïp, vc = 0, vr = vv= + Vm Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2 ngoõ vaøo toàn taïi xung aâm, vv = - Vm , luùc naøy VB = + Vm , do vaäy D1 hoaït ñoäng nhö Diode thöôøng, D2 hoaït ñoäng nhö Diode Zenner. Tuï C ñöôïc naïp qua D1 vaø D2 , ñieåm A laø cöïc döông cuûa tuï, thôøi haèng naïp laø tn = rd. C » 0, tuï C naïp ñaày töùc thôøi, giaù trò lôùn nhaát maø tuï coù theå naïp ñöôïc laø: vc = -vv + VZ2 - Vg 1 = Vm + 3/5Vm = 8/5 Vm Do ñoù vr = -( VZ2 + Vg 1 ) = -3/5Vm Thôøi ñieåm töø t2 ñeán t3 ngoõ vaøo toàn taïi xung döông tieáp theo, vv = + Vm , Diode ngöng daãn, tuï C phoùng ñieän qua R vôùi haèng soá thôøi gian t f = CR. t f >> so vôùi baùn kyø töø t2 ñeán t3 , do vaäy tuï C vaãn coá ñònh möùc ñieän aùp laø vc = 8/5 Vm Ta coù vr = vv + vc = Vm+ 8/5 Vm = 13/5 Vm 5. Maïch Ghim Duøng Diode Khi Keå Caû Ñieän Trôû Thuaän Cuûa Diode Vaø Ñieän Trôû Nguoàn. 5.1. Phaân Tích Maïch Xeùt daïng maïch nhö hình 4-6, Boû qua aûnh höôûng cuûa Vg ( Vg = 0) Hình 4-6a Hình 4-6b: Daïng soùng vaøo ra Tröôùc khi ñaït traïng thaùi xaùc laäp, maïch coù moät giai ñoaïn quaù ñoä. Bieân ñoä cuûa nguoàn vaøo, vng , phaûi ñuû lôùn ñeå laøm taét hay môû Diode (Diode khi ñöôïc phaân cöïc thuaän xem nhö moät ñieän trôû vaø nguoàn vaøo coù noäi trôû beân trong, do ñoù caàn nguoàn vaøo ñuû lôùn ñeå sau khi boû qua suït aùp treân caùc ñieän trôû naøy vaãn coøn taét môû ñöôïc Diode). Tín hieäu cuûa nguoàn vaøo coù daïng xung, bieân ñoä max laø ±Vm . Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, ngoõ vaøo toàn taïi xung döông vv = + Vm , Diode daãn, tuï C ñöôïc naïp qua Rng vaø rd vôùi thôøi haèng naïp cuûa tuï laø tn = C.(Rng + rd) Giaû söû Rng vaø R >> rd Tuï naïp theo quy luaät haøm muõ vôùi giaù trò ñieän aùp ñöôïc naïp laø vc = Vm (1-e-t /t n), giaù trò naøy taêng daàn, do ñoù ñieän aùp ra ñöôïc laáy treân ñieän trôû rd giaûm daàn cuõng theo quy luaät haøm muõ. Maïch töông ñöông ôû tröôøng hôïp naøy nhö sau: Ta coù vAB = Vm . e-t/t n Bieân ñoä max laø Taïi t = 0 Þ vr = vm Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2 ngoõ vaøo khoâng toàn taïi xung, vng = 0, Diode ngöng daãn (do ñieän aùp treân tuï C phaân cöïc ngöôïc). Tuï C phoùng ñieän qua Rng vaø R vôùi haèng soá thôøi gian laø tf = C.(R+Rng). Giaù trò ñieän aùp cuûa tuï khi xaû theo quy luaät haøm muõ. Khi ñoù, ñieän aùp treân tuï giaûm daàn coøn ñieän aùp ôû ngoõ ra taêng daàn. Maïch töông ñöông ôû tröôøng hôïp naøy laø: vc(t) ñoùng vai troø laø nguoàn cung caáp cho maïch. Ñieän aùp cuûa tuï ôû quaù trình naøy coù daïng nhö sau:vc(t) = Vm . e-t/t f vAB = vm (1 - e-t/ t f) D0 ñoù , taïi t = 0, vr = 0 Bieân ñoä max laø Nhaän xeùt: Thôøi haèng phoùng tf > tn, thôøi gian phoùng ñieän heát cuûa tuï raát chaäm. Do ñoù trong nhöõng baùn kyø aâm ñieän aùp cuûa tuï giaûm raát chaäm, coøn ñieän aùp ngoõ ra treân ñieän trôû R taêng raát chaäm ( gaàn nhö giöõ coá ñònh ôû möùc ñieän aùp max laø ) ÔÛ baùn kyø döông, ngoõ ra coù bieân ñoä ñieän aùp max giaûm daàn ôû nhöõng baùn kyø döông tieáp sau. Giaûi thích: khi ôû baùn kyø döông, ngoõ ra coù bieân ñoä max laø , maø ta bieát rd laø ñieän trôû ñoäng, thay ñoåi phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, do ñoù bieân ñoä max ôû moãi baùn kyø döông sau laø giaûm daàn. 5.2. Ñònh Lyù Maïch Keïp Khi truyeàn moät tín hieäu ñieän aùp coù chu kyø qua tuï phaân caùch, tuï seõ giöõ laïi thaønh phaàn moät chieàu cuûa tín hieäu, nghóa laø trong cheá ñoä xaùc laäp tuï ñieän ñöôïc naïp ñieän ñeán möùc maø laøm cho ñieän aùp treân tuï ñuùng baèng thaønh phaàn moät chieàu cuûa tín hieäu vaøo. Do ñoù neáu ñieän aùp ñaàu vaøo laø ñoái xöùng, töùc laø coù thaønh phaàn moät chieàu baèng 0, thì sau moät chu kyø tín hieäu vaøo ñieän aùp treân tuï cuõng baèng 0. Khi Diode daãn, tuï C seõ naïp ñieän vôùi haèng soá thôøi gian laø tn = C (rd + Rng) Khi Diode taét, tuï C seõ phoùng ñieän vôùi haèng soá thôøi gian laø tf = C (R + Rng), vì R >> rd , do ñoù tf >> tn, quaù trình naïp cuûa tuï C nhanh hôn quaù trình xaû. Do vaäy, ñieän aùp treân tuï C daàn daàn ñöôïc taêng leân. Khi ñeán traïng thaùi xaùc laäp, ñieän aùp treân tuï C khoâng taêng nöõa. Luùc naøy löôïng ñieän tích naïp seõ baèng löôïng ñieän tích phoùng. Trong thôøi gian naïp ñieän, qua tuï C seõ coù doøng naïp , do ñoù ñieän tích treân tuï taêng leân moät löôïng DQn laø. Ta coù Trong thôøi gian phoùng ñieän, qua tuï C seõ coù doøng , do ñoù ñieän tích treân tuï seõ giaûm moät löôïng DQf laø: Ta coù S1, S2 laø phaàn ñieän tích ñöôïc veõ treân hình 4-7 Khi ñaït ñeán traïng thaùi xaùc laäp, ta coù ñieàu kieän caân baèng ñieän tích laø: Hình 4-7 II. MAÏCH KEÏP DUØNG TRANSISTOR 1. Maïch Keïp ÔÛ Cöïc Neàn Cuûa Transistor Daïng maïch naøy, Transistor ñöôïc phaân cöïc thích hôïp ñeå rôi vaøo vuøng laøm vieäc ôû cheá ñoä baõo hoøa Khaûo saùt daïch nhö sau: Hình 4-8a Tín hieäu ngoõ ra ñöôïc söûa daïng, bieân ñoä ngoõ ra ñaûo pha vaø lôùn hôn bieân ñoä ngoõ vaøo. Neáu bieân ñoä cuûa nguoàn vaøo vng ñuû lôùn ñeå laøm taét môûû moái noái BE cuûa Diode, luùc naøy thì seõ hình thaønh maïch ghim ôû cöïc neàn. Khi cöïc B coù ñieän aùp nguoàn vng caáp vaøo, thì maïch töông ñöông ôû ngoõ vaøo cuûa Transistor nhö sau: vng coù bieân ñoä max laø ± Vm. Daïng soùng vaøo ra cuûa maïch naøy hoaøn toaøn gioáng vôùi hình 4- 6 b. Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm coù xung döông ñöa vaøo cöïc B, thì moái noái BE phaân cöïc thuaän, tuï C naïp ñieän thoâng qua Rngvaø rdBE vôùi thôøi haèng Khi diode daãn tuï, tuï C seõ naïp ñieän vôùi haèng soá thôøi gian laø tn = C (Rng + rdBE). Giaù trò ñieän aùp tuï ñöôïc naïp theo quy luaät haøm muõ laø: vc = Vm (1 - e-t/t n) Khi coù vB thì Transistor daãn ôû cheá ñoä baõo hoøa, doøng ic taêng, vCE = VCEsat = 0,2(v) , vr = VCEsat = 0,2 (V). Do ôû baùn kyø döông, daïng soùng ôû cöïc B coù daïng nhö xung gai nhoïn döông, do ñoù ngoõ ra ôû cöïc C coù daïng gai nhoïn aâm. Thôøi ñieåm coù xung aâm ñöa vaøo cöïc B thì moái noái BE bò phaân cöïc nghòch, ta coù maïch töông ñöông trong tröôøng hôïp naøy laø i Tuï C xaû ñieän qua RB vaø Rng vôùi haèng soá thôøi gian laø tf = C(RB + Rng). Ñieän aùp cuûa tuï ôû quaù trình naøy ñöôïc tính nhö sau: vc = Vm.e-t/t f vAB = - vc + vng = - Vm.e-t/t f - Vm = - Vm ( 1- e-t/t f). Vôùi vng = - Vm Ta coù vB = iRB + VCC = .RB + VCC = - Ta thaáy vB coù giaù trò aâm, Transistor ngöng daãn, do ñoù ic = 0, vCE » Vcc vr = vCE = Vcc Hình4-8b: Daïng soùng vaøo ra 2. Maïch Keïp Duøng Khoùa CE Taûi Laø Tuï C Khi gheùp caùc taàng vôùi nhau, thì ngoõ vaøo cuûa taàng sau toàn taïi ñieän dung song song vôùi taûi cuûa taàng tröôùc, ñieän dung naøy xem nhö laø taûi cuûa taàng tröôùc. Khaûo saùt daïng maïch CE nhö sau: Tuï C laø ñieän dung cuûa taàng sau Transistor phaûi ñöôïc phaân cöïc phuø hôïp ñeå hoaït ñoäng ôû cheá ñoä baûo hoøa vaø cheá ñoä taét. I Ic i1 Hình 4-9a Hình 4-9b: Daïng soùng vaøo ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, vv = Vm , Transistor ñang baûo hoøa vr = VCEbh = 0,1(v) I = Ic = , luùc naøy tuï C khoâng coù doøng qua. Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, moái noái BE khoâng ñöôïc phaân cöïc, Trasistor taét, tuï C naïp ñieän qua Rc vôùi haèng soá thôøi gian laø tn = Rc.C (Thôøi gian naïp ñaày chaäm, do Rc lôùn). Ñieän aùp ra laø vr = vc = Vcc ( 1- e-t/t n) Thôøi ñieåm t = t+2 (beân phaûi t2), vì vv taêng ñoät ngoät neân vB > VBEsar , do vaäy IB = Do maïch ñang chuyeån töø traïng thaùi taét sang traïng thaùi baõo hoøa ( traûi qua vuøng khueách ñaïi) vaø tuï C phoùng ñieän qua moái noái CE neân Ic = b IB = I’0 Vaø ta coù IC = I + i1Û Maø i1 = VCEsat » 0 Þ vr = VCC – I’0 Rc + I’0 R Tuï phoùng ñieän vôùi haèng soá thôøi gian tf = C. rCEsat , thôøi gian naøy nhoû neân tuï xaû nhanh töø t2 ñeán t3, thôøi ñieåm töø t3 ñeán t4 laø tuï ñaõ xaû heát vr = VCEsat = 0,1(v). Nhaän xeùt: Xung ra coù söôøn leân bò meùo daïng nhieàu hôn söôøn xuoáng do tn >> tf (Rc thöôøng >> rCEsat) Ñeå caûi thieän nhöôïc ñieåm naøy, ngöôøi ta duøng maïch xeùn ôû hai möùc ñoäc laäp noái song song vôùi tuï C. Daïng maïch vc1 Hình 4-10a Hình 4-10b: Daïng soùng vaøo ra Vôùi V1 < V2 Khi vr1 < v2, D2 daãn vaø D1 taét, vr = v2 Khi v2 < vr 1 < v1, D1 vaø D2 ngöng daãn, vr = vr1 Khi vr1 > v1, D1 daãn vaø D2 taét, vr = v1 3. Maïch Keïp Duøng Khoùa CC, Taûi Laø Tuï C Daïng maïch naøy maéc theo daïng C chung, taûi laø tuï C ñöôïc maéc vaøo cöïc E cuûa Transistor, tín hieäu ngoõ ra ôû cöïc E cuøng pha vôùi tín hieäu ngoõ vaøo. Cuõng töông töï nhö maïch duøng khoùa CE, phaûi phaân cöïc cho Transistor hoaït ñoäng ôû cheá ñoä baõo hoøa vaø cheá ñoä taét. Daïng maïch Hình 4-11a Hình 4-11b: Daïng soùng vaøo ra Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng Thôøi ñieåm töø 0 ñeán t1, ngoõ vaøo toàn taïi xung döông, vv = Vm, moái noái BE ñöôïc phaân cöïc thuaän, Transistor hoaït ñoäng baõo hoøa, ta coù Vcc = VCEsat + VRE » VRE Luùc naøy tuï C ñöôïc naïp, coù doøng naïp laø in , vôùi haèng soá thôøi gian laø tn = C. rCEsat, giaù trò ñieän aùp cuûa tuï ñöôïc naïp laø vc = VCC( 1- et/t n), ta coù vr = vc . Thôøi ñieåm töø t1 ñeán t2, moái noái BE khoâng ñöôïc phaân cöïc, Transistor ngöng daãn, maïch töông ñöông luùc naøy laø Tuï C phoùng ñieän qua ñieän trôû RE vôùi thôøi haèng laø tf = RE.C , thôøi gian naøy raát lôùn neân tuï xaû heát raát chaäm. Giaù trò ñieän aùp cuûa tuï phoùng laø vc = VCC . e-t/t f, vr = vc Vì tf >> tn neân söôøn xuoáng bò meùo daïng nhieàu hôn söôøn leân. Ñeå caûi thieän nhöôïc ñieåm naøy, ngöôøi ta duøng hai Transistor maéc phuï nhau: Daïng maïch Hình 4-12a Hình 4-12b: Daïng soùng vaøo ra Giaûi thích Khi vv taêng, öùng vôùi thôøi gian toàn taïi xung döông, moái noái BE cuûa Q1 phaân cöïc thuaän vaø Q2 phaân cöïc nghòch, neân Q1 daãn vaø Q2 ngöng daãn, tuï C ñöôïc naïp ñieän töø nguoàn Vcc thoâng qua moái noái CE cuûa Q1, thôøi haèng naïp laø tn = rCEsat. C. Giaù trò ñieän aùp maø tuï C naïp laø: vc = Vm ( 1- e-t/t n), ñieän aùp ngoõ ra coù giaù trò laø: vr = vc = Vm ( 1- e-t/t n). Khi vv giaûm, öùng vôùi thôøi gian khoâng toàn taïi xung döông, moái noái BE cuûa Q1 khoâng ñöôïc phaân cöïc thuaän, Q1 taét. Khi ñoù BE cuûa Q2 ñöôïc phaân cöïc thuaän bôûi ñieän aùp tích tröõ trong tuï, Q2 daãn baõo hoøa. Luùc naøy, tuï C phoùng ñieän qua moái noái CE cuûa Q2 vôùi thôøi haèng laø tf = C.rCesat . Giaù trò ñieän aùp do tuï C xaû coù daïng haøm muõ nhö sau: vc = Vm.e-t / t f. Nhaän xeùt: Daïng soùng ra ít phuï thuoäc vaø Rt (neáu Rt >> rCE) Do tn vaø tf raát nhoû, neân thôøi gian naïp vaø phoùng cuûa tuï raát nhanh, gaàn nhö laø töùc thôùi, do vaäy söôøn leân vaø söôøn xuoáng ít bò meùo daïng Toùm laïi, nhöôïc ñieåm cuûa maïch ghim ñieän aùp laø coù theå ñöôïc söû duïng chæ khi giaù trò ñieän aùp ngoõ vaøo phuø hôïp vôùi möùc chuaån , laø loaïi maïch cung caáp giaù trò bieân ñoä hoaëc laø toái thieåu hoaëc laø toái ña.