Tài liệu Mạch tạo dao động sin pdf

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

89
CHƯƠNG 3: MẠCH TẠO DAO ĐỘNG SIN
GIỚI THIỆU CHUNG
Chương 3 giới thiệu các mạch tạo dao động tạo ra tín hiệu hình sin (còn gọi là tín hiệu
điều hoà).
- Khái niệm về mạch tạo dao động sin. Yêu cầu của mạch tạo dao động sin là tạo ra
tín hiệu có biên độ, tần số ổn định cao.
- Điều kiện dao động của mạch tạo dao động hình sin: mạch tạo dao động sin có hai
phần cơ bản: phần mạch khuếch đại và phần m
ạch hồi tiếp. Mạch hồi tiếp thực hiện hồi tiếp
dương.
- Mạch tạo dao động sin ghép biến áp loại mạch này phần tử khuếch đại là tranzito
hoặc BKĐTT. Mạch hồi tiếp dùng biến áp để thực hiện. Khung dao động song song có hai
phần tử LC.
- Mạch tạo dao động sin ba điểm. Loại mạch này khung dao động có ba phần tử điện
kháng. Mạch khuếch đạ
i cũng có thể là tranzito hoặc BKĐTT. Có mạch tạo dao động ba
điểm điện dung (khung dao động có hai tụ điện, một điện cảm), mạch dao động ba điểm
điện cảm (khung dao động có hai điện cảm, một tụ điện).
- Mạch tạo dao động sin ghép RC. Loại mạch này phần hồi tiếp ghép qua các mắt RC.
Có mạch tạo dao động sin ghép ba mắt RC, mạch tạo dao
động sin Cầu Viên.
- Mạch tạo dao động sin có thạch anh. Loại mạch này cho tín hiệu ra có tần số ổn
định cao do bản thân thạch anh có tần số dao động riêng rất ổn định. Có thể dùng thạch anh
trong mạch tạo dao động sin ghép biến áp hay mạch tạo dao động sin ba điểm. Tuỳ vào
mạch điện cụ thể mạch sẽ có tần số làm việc theo tần số dao động nối tiếp f
q
hay tần số dao
động song song f

p
của thạch anh. Do mỗi miếng thạch anh chỉ có một tần số dao động cố
định nên muốn điều chỉnh tần số dao động của mạch trong một phạm vi hẹp phải nối tiếp
với thạch anh một tụ điện vi chỉnh, ký hiệu là C
S
.
- Mạch tạo tín hiệu sin kiểu xấp xỉ tuyến tính. Mạch này được dùng phổ biến trong
các mạch tạo sóng chức năng. Nhờ mạch điện để tạo ra tín hiệu hình sin (gần đúng) khi đầu
vào là dãy xung tam giác.
- Kết thúc chương yêu cầu người học nắm được thế nào là một mạch tạo dao động
sin, phân tích chế độ một chiều và chế độ xoay chiều. Phân biệt được khối khuế
ch đại, khối
tạo hồi tiếp dương và các xác định tần số dao đông của mạch.
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

90
NỘI DUNG
3.1. KHÁI NIỆM
Mạch tạo dao động là mạch khi có nguồn cung cấp nó tự làm việc cho ra tín hiệu. Sơ
đồ tổng quát một mạch tạo dao động như ở hình 3-1.
Yêu cầu mạch tạo dao động tạo ra tín hiệu có biên độ, tần số ổn định cao, ít chịu ảnh
hưởng của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm.
Để đạt các yêu cầu đó mạch tạo dao động
cần:
+ Dùng nguồn
ổn áp.
+ Dùng các phần tử có hệ số nhiệt
độ nhỏ.
+ Giảm ảnh hưởng của tải đến mạch
tạo dao động như mắc thêm tầng đệm.

+ Dùng các linh kiện có sai số nhỏ.
+ Dùng các phần tử ổn nhiệt.
Đặc biệt khi cần có độ ổn định tần số cao
trên 10
4
ta dùng thạch anh vào mạch tạo dao
động. Khi đó
f
fΔ
đạt được 10
86
10
−−
÷
.
3.2. ĐIỀU KIỆN DAO ĐỘNG VÀ ĐẶC
ĐIỂM CỦA MẠCH TẠO DAO ĐỘNG
Để xét nguyên lý làm việc của mạch tạo dao động ta dùng sơ đồ khối hình 3-2. Nó
gồm hai khối; khối khuếch đại có hệ số khếch đại
.exp
k
K
Kj
ϕ
=

và khối hồi tiếp có hệ số
hồi tiếp
.exp
j

β
β
βϕ
= .
Nếu đặt vào đầu vào tín hiệu
V
U
và giả thiết
1.K =β
thì
Vht
UU =
. với
Vht
U KU β=
. Vậy tín hiệu vào của mạch khuếch đại và tín hiệu hồi tiếp
ht
U
bằng nhau
cả về biên độ và pha nên nối a với a
,
thì tín hiệu vẫn khụng thay đổi. Lúc đó ta có sơ đồ
khối của mạch tạo dao động làm việc theo nguyên tắc hồi tiếp.
Như vậy trong sơ đồ này mạch chỉ dao động ở tần số mà nó thoả món:

1.K =β
(3-1)
Với
K
và

β
là những số phức nên viết lại:

. . .exp ( ) 1
k
KK j
β
ββ ϕϕ
=+=. (3-2)
trong đó: K: Mođun hệ số khuếch đại.
β: Mođul hệ số hồi tiếp.

Mạch tạo dao
động
u
ra
Hình 3-1: Sơ đồ tổng quát của một mạch
tạo dao động
K
β
u
V


u
ht
a
a'

u

ra
Hình 3-2: Sơ đồ khối đầy đủ của bộ tạo dao
động.
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

91
ϕ
k
: Góc dịch pha của bộ khuếch đại.
ϕ
k
: Góc dịch pha của mạch hồi tiếp.
Có thể tách 3-2 thành hai biểu thức viết theo mođun và biểu thức viết theo pha:
K.β = 1 (3-3)
ϕ = ϕ
k
+ ϕ
β
= 2π.n. (3-4)
ϕ là tổng góc dịch pha của bộ khuếch đại và mạch hồi tiếp, biểu thị sự dịch pha giữa
U
ht
và tín hiệu vào ban đầu U
V
.
Quan hệ 3-3 được gọi là điều kiện cân bằng biên độ. Nó cho thấy mạch chỉ có thể dao
động khi hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại có thể bù được tổn hao do mạch hồi tiếp gây
ra. Cũn điều kiện cân bằng pha (3-4) cho thấy dao động chỉ có thể phát sinh khi tín hiệu hồi
tiếp về đồng pha với tín hiệu ban đầu tức là hồi tiếp dương.
Th

ực tế để có dao động khi mới đóng nguồn
β.K
phải lín hơn 1 làm cho biên độ dao
động tăng dần. Do tính phi tuyến của phần tử khuếch đại điểm làm việc đi vào vùng có S
giảm làm K giảm đến lúc
1.K =β
mạch làm việc ở chế độ xác lập. Vậy điều kiện dao động
của mạch là:
.1.K ≥β
3.3. MẠCH TẠO DO ĐỘNG SIN GHÉP BIẾN ÁP
Mạch tạo dao động sin ghép biến áp có mạch hồi tiếp ghép qua biến áp ở hình 3-3.
Trong mạch R
1
, R
2
là bộ phân áp cấp điện áp một chiều cho cực gốc. R
3
,C
3
là mạch
ổn định nhiệt. L
1
, C
1
là khung dao động, L
2
là cuộn ghép lấy điện áp U
ht
, C
2

tụ thoát, C
4
là
tụ lấy tín hiệu ra. Do tranzito mắc phát chung, tại tần số dao động có tải là điện trở
thuần,nên U
ra
ngược pha U
vào
. Như vậy để đảm bảo điều kiện cân bằng pha cần đấu cuộn L
1,
L
2
có cực cùng tên chéo nhau.
Tần số dao động của mạch do mạch
cộng hưởng ở cực góp quyết định.
f
dđ
=
)54(
C.L 2
1
11
−
π

3.4. MẠCH DAO ĐỘNG SIN BA ĐIỂM
Mạch dao động sin ba điểm có thể
dùng tranzito hay IC để khuếch đại. Với
mạch dùng tranzito mắc phát chung còn IC
khuếch đại thuật toán có cửa thuận nối đất.

Khung dao động chứa ba phần tử điện kháng thứ tự là X
1
, X
2
, X
3
.
Sơ đồ đối với thành phần xoay chiều như hình 3-4.



u
ra
X
3
X
1
X
2
u
ht
Hình 4-4: Sơ đồ mạch dao động ba điểm với thành phần xoay chiều.
u
ra
X
1
X
2
X
3

u
ht
_
+

R
1
R
2
R
3
C
2
C
3
C
4
C
1
L
1
L
2
+E

u
ra
Hình 3-3: Mạch tạo sin ghép biến áp
*
*

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

92





Từ mạch điện ta có:
21
2
XX
X
+
=β

Để mạch dao động được cần
1.K >β
mà K < 0 nên cần β < 0 mặt khác tại tần số
dao động có:
X
1
+ X
2
+ X
3
= 0
Kết hợp lại ta thấy X
1
, X

2
phải khác dấu và X
2
, X
3
phải cựng dấu, tức là:
- Nếu X
1
là điện cảm thì X
2
, X
3
là tụ điện, ta có mạch ba điểm điện dung.
- Nếu X
1
là tụ điện thì X
2
, X
3
là điện cảm, ta có mạch ba điểm điện cảm. Mạch điện
dùng tranzito như hình 4-5.

Tần số dao động của mạch 3-5a là:
f
dđ
=
)LL.(C 2
1
21
+π
(3-6a)
Tần số dao động của mạch 3-5b là:
f
dđ
=
211
21
C.C.L
CC
.
.2
1
+
π
(3-6b)
C
4
R
1

R
2
L
2

L
1
C
2
C
3
C
1
C
4
u
ra
R
3
+E
C
a)
R
1
R
2
L

C
2

C
3
C
1
u
ra
R
3
+E
C
R
4
C
5
b)
Hình 3-5: Mạch tạo dao động ba điểm
a) Ba điểm điện cảm.
b) Ba điểm điện dung.
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

93
3.5. MẠCH TẠO DAO ĐỘNG SIN GHÉP RC
Các mạch tạo dao động RC thường dùng ở phạm vi tần số thấp, vì nếu dùng mạch LC
kích thước quá lớn, do điện cảm L phải lớn. Trong mạch tạo dao động sin ghép RC, mạch
hồi tiếp chứa các phần tử RC.
3.5.1. Mạch tạo dao động dùng mạch di pha RC trong mạch hồi tiếp

Mạch điện dùng tranzito và IC khuếch đại thuật toán như ở hình 3-6.
Ở đây ph
ần tử khuếch đại đảo pha 180
0
, nên mạch hồi tiếp cũng phải có góc pha 180
0
.
Hàm truyền đạt và góc di pha mỗi khâu RC trên hình 3-6 xác định theo:

C j
1
R
R
K
ω
+
=
(3-7a)
ϕ =
R
.C.
1
arctg
ω
−
(3-7b)

Theo (3-7a) mỗi khâu RC chỉ tạo ra một góc di pha < 90
0
khi trị số R, C phù hợp. Như
vậy để đảm bảo về pha mạch hồi tiếp ít nhất phải có ba mắt RC, mỗi khâu thực hiện di pha
60
0
. Với trường hợp dùng 3 khâu RC như nhau ở hình 3-6a cần:
R
1
//R
2
//r
BE
= R.
R
1
//R
2
= R mạch dựng IC.
Từ mạch điện ta có hệ số truyền đạt của mạch hồi tiếp:

)C.R.C.R 5.(jC.R 61
C.R j
U
U
333222
333
ra
ht
ω−ω+ω−

ω−
==β
(3-8)
Với K là hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại thì:

)C.R.C.R 5.(jC.R 61
C.R K.j
.K
333222
333
ω−ω+ω−
ω−
=β
(3-9)
Cho
1.K =β
ta được :

⊕

0C.R 61
222
dd
=ω−
(3-10)
R R R
2
R
1
R

C
C C C

R
3
u
ra
C
1
U
ht
+E

C
2
R
3
R R R
1
C C C

U
ra
R
2
U
ht
-

+

Hình 3-6
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

94
Tần số dao động:

C.R.6
1
dd
=ω (3-11)

⊕
Thay
dd
ω vào (3-8) tính được
29
1
−=β
và

333
dd
333
dddd
C.R KC.R.C.R 5 ω−=ω−ω
. (3-12)
nên K = -29 (3-13)
Mạch có hệ số hồi tiếp
29
1

=β
, nên cần mắc điện trở R
2
, R
3
sao cho
29
R
R
2
3
=
. Với
mạch dùng tranzito cần chọn điện trở R
C
và hệ số khuếch đại của tranzito β sao cho:

29
r
R.
K
vt
C
≥
β
=
(3-14)
3.5.2. Mạch tạo dao động dùng mạch
cầu Viên
Mạch điện ở hình 3-7. Ở mạch này

U
ht
đưa vào cửa thuận, còn các phần tử ở
cửa đảo để xác định độ khuếch đại của
mạch.
Từ mạch điện ta có:
11
1
1
1
1
1
1
R.C j1
R
C j
1
R
C j
1
.R
Z
ω+
=
ω
+
ω
=

(3-15)

2
22
2
22
C j
C.R j1
C j
1
RZ
ω
ω+
=
ω
+=
(3-16)

Hệ số hồi tiếp
21
1
ra
ht
ZZ
Z
U
U
+
==β

Thay vào:

)C.RC.RC.R.(.jC.C.R.R.1
C.R j
2122112121
2
21
++ω+ω−
ω
=β
(3-17)
Khi
RRR
21
==
,
C
CC
21
=
=
thì :
R
1
R
3
R
4
C
2
R
2

C
1
U
ra
-

+
Hình 3-7: Mạch dao động cầu Viên
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

95

C.R 3jC.R.1
C.R j
222
ω+ω−
ω
=β
(3-18)
Để mạch dao động được:

ω+ω−
ω
==β
.C.R.3jC.R.1
C.R K.j
1K
222
(3-19)

Hay:

0C.R.1
222
dd
=ω−


C.
R
1
dd
=ω
(3-20)
và
C.R KC.R.3
dddd
ω
=ω (3-21)
nên K = 3
Thay
dd
ω
vào (3-18) được:

3
1
=
β
(3-22)

Để mạch tạo dao động được cần chọn các điện trở R
3
, R
4
sao cho
2
R
R
3
4
=

3.6. MẠCH DAO ĐỘNG BẰNG THẠCH ANH
3.6.1. Tính chất và mạch tương đương của thạch anh
Khi cần mạch tạo dao động có tần số ổn định cao mà dùng các biện pháp thông
thường như ổn định nguồn cung cấp, ổn định tải vẫn không đảm bảo độ ổn định tần số
theo yêu cầu thì phải dùng thạch anh để ổn định tần số. Thạch anh có những đặc tính vật lý
rất đáng quý như độ b
ền cơ học cao, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và các tác dụng hoá
học.
Thạch anh có tính chất áp điện, nghĩa là dưới tác dụng của điện trường thường sinh ra
dao động. Do đó có thể dùng thạch anh như một khung cộng hưởng. Tính chất dao động của
thạch anh được biểu diễn bởi sơ đồ tương đương hình 4-8a. trong đó L
q
, C
q
và r
q
phụ thuộc
vào kích thưíc khối thạch anh và cách cắt khối thạch anh. Thạch anh có kích thước càng nhỏ

thì L
q
, C
q
và r
q
càng nhỏ, nghĩa là tần số cộng hưởng riêng của nó càng cao. L
q
, C
q
, r
q
có
tính ổn định cao. C
p
là điện dung giá đỡ, tính ổn định của C
p
kém hơn.
Thường r
q
rất nhỏ, nên khi tính toán bá qua. Với giả thiết r
q
= 0 thì trở kháng tương
đương của thạch anh xác định theo công thức:
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

96

)C.C.L.CC.(
1C.L.

.j
C j
1
L j
C j
1
C j
1
).
C j
1
L j(
XZ
pqq
2
qp
qq
2
p
q
q
pq
q
qq
ω−+ω
−ω
=
ω
+ω+
ω

ωω
+ω
==
(3-23)












Từ (3-23) suy ra thạch anh có hai tần số cộng hưởng: một tần số cộng hưởng nối tiếp
f
q
ứng với Z
q
= 0 và một tần số cộng hưởng song song
p
f
ứng với Z
p
=
∞
.
Ta có :

qq
q
C.L.2
1
f
π
=
(3-24)
Còn
p
q
q
pqq
qp
p
C
C
1.f
C.C.L
CC
2
1
f +=
+
π
=
(3-25)
C
p
càng lớn so với C

q
thì f
p
càng gần với f
q
. Đặc tính trở kháng của thạch anh theo tần
số biểu diễn ở hình 4-9a. Thường sản xuất thạch anh với tần số f
q
= 1khz đến 100Mhz. Các
thạch anh tần số thấp hơn ít được sản xuất, và loại này kích thước lớn và đắt tiền.
Các tính chất về điện của thạch anh có thể tóm tắt như sau:
+ Phẩm chất cao Q =
54
1010 ÷

+ Tỷ số
q
q
C
L
rất lớn, do đó trở kháng tương đương của thạch anh
qq
q
td
r.C
L
R =
rất lớn.
+
pq

CC <<
.
+ Tính tiêu chuẩn của thạch anh rất cao, với khung dao động thạch anh có thể đạt
được độ ổn định tần số.

106
0
1010
f
f
−−
÷≈
Δ

Hình 3-8:
a) Sơ đồ quy ước của thạch anh
b) Sơ đồ tương đương về điện của thạch anh
Hình 3-9 a:
Đặc tính điện kháng của thạch anh
j
.X
q
A
A
L
q

C
q

r
q
B
B
C
P
a)
b)
f
q
f
P
0
f
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

97
Để thay đổi tần số cộng hưởng của thạch anh trong phạm vi hẹp ta mắc nối tiếp với
thạch anh một tụ biến đổi
S
C như trên hình 3-9b.
Khi đó tần số dao động được xác định theo biểu
thức:

Sp
q
qq
CC
C
1.ff

+
+=
′
(3-26)

3.6.2. Mạch điện bộ tạo dao động dùng thạch anh
Mạch điện bộ tạo dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng song song cho ở
hình 3-10. Hình 3-10a là mạch ba điểm điện dung. Nhánh có thạch anh mắc nối tiếp với tụ
điện C
S
tương đương một điện cảm, nghĩa là tần số dao động của mạch phải thoả món điều
kiện (3-27) và tụ C
S
chọn theo điều kiện (3-28)

pddq
fff <<
(3-27)

tddd
Sdd
L.
C.
1
ω<
ω
(3-28)
Trong đó L
td
là điện cảm tương đương của thạch anh. Ngoài ra C

S
còn phải tháa mãn:
21S
C,CC <<
Tần số dao động của mạch xác định gần đúng.

pdd
ff ≈
(3-29)
Ở mạch 3-10b điều kiện pha chỉ thỏa mãn khi thạch anh tương đương một điện cảm
tại tần số dao động nghĩa là:

qddp
fff >>

Lúc đó ta có mạch ba điểm điện cảm, khi đó:

kk
chdd
C.L.2
1
ff
π
=<
(3-30)

q

C
S
Hình 3-9b: Một biện pháp để
thay đổi tần số cộng hưởng
riêng của thạch anh
R
1
R
2
R
C
R
E
+E
C
C
E
C
1
C
2
q

C

S
(a)

C
R
2
3
R
1
3
R
E
3
L
k
C
K
+E
C
(b)

Hình 3-10: Mạch tạo dao động thạch anh với tần số cộng hưởng song song

q

Chương 3: Mạch tạo dao động sin

98

Ở hình 3-11 là mạch tạo dao động dùng thạch anh với tần số cộng hưởng nối tiếp. Ở
đây thạch anh được mắc trong mạch hồi tiếp và đóng vai trò như một phần tử ghép có tính
chất chọn lọc đối với tần số.






Khi tần số dao động
qdd
ff ≈
thì trở kháng thạch anh
0Z
q
=
do đó hạ áp trên thạch
anh nhỏ làm cho điện áp về cực gốc tăng, mạch có dao động với tần số dao động
qdd
ff =
.
3.7. MẠCH TẠO TÍN HIỆU SIN KIỂU XẤP XỈ TUYẾN TÍNH
Trong máy tạo sóng đa chức
năng (máy tạo hàm) nó đồng thời
tạo ra tín hiệu xung vuông, xung
tam giác và tín hiệu sin. Để nhận
được tín hiệu hình sin từ xung tam
giác, có bộ biến đổi "xung tam
giác - hình sin’’ dựng phương
pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính

hoặc không tuyến tính. Phương
pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính
chia hình sin thành 4n phần nhỏ và
thay thế mỗi phần bằ
ng một đoạn thẳng có độ nghiêng khác nhau như ở hình 3-12.
Số n càng lớn thì độ chính xác càng cao và hệ số méo hình sin nhận được càng nhỏ.
Một trong những sơ đồ thực hiện phương pháp này được mô tả trên hình 3-13. ở đây n = 6.
Các điôt D
1
÷
D
10
ở trạng thái ban đầu là tắt bằng các mức điện áp cho trước
⎜
1
U±
⎜< <⎜
5
U±
⎜<
V
U
ˆ
Trong đó
V
U
ˆ
là biên độ xung tam giác ở lối vào.

Hình 3-12: Xấp xỉ dạng hình sin bằng 4n những đoạn
thẳng có góc nghiêng thay đổi
C
S
q M
R
1
R
2
R
E
*

*

+E
C
Hình 3-11: Mach tạo dao động sin có
thạch anh với tần số cộng hưởng nối
tiếp
+U
1
+U
2
+U
3

+U
4
+U
5
D
1
D
3
D
5
D
7
D
9
D
2
D
4
D
6
D
8
D
10
R
1
R
2
R
3

R
4
R
5
R
0
U
V


+
_
-U
1
-U
2
-U
3
-U
4
-U
5
Hình 3-13: Mạch biến đổi xung tam giác - hình sin bằng phương
pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính.
U
r
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

99

Khi U
V
tăng dần thì lần lượt các điôt thông và sau đó tắt (nhóm điôt lẻ làm việc ở nửa
dương và điôt chẵn làm việc ở nửa âm của điện áp xung tam giác) tạo thành từng đoạn tín
hiệu tuyến tính có độ dốc khác nhau. Độ dốc của từng đoạn này được xác định bởi hệ số
phân áp tác động lên từng khoảng thời gian tương ứng. Khi điện áp vào U
v
nhỏ, các điốt
ngắt vì chúng được phân cực ngược. Lúc này hệ số khuếch đại của mạch K = 1 do đó U
r
=
U
v
. Khi U
v
tăng lên sao cho U
v
> +U
1
thì D
1
thông, R
0
và R
1

tạo thành mạch phân áp nên hệ
số khuếch đại của toàn mạch giảm, làm cho U
r
tăng chậm hơn U
v
. Khi U
v
> +U
2
thì D
3

thông, R
1
//R
2
cùng R
0
tạo thành mạch phân áp có hệ số phân áp nhỏ hơn nữa, do đó tốc độ
tăng của điện áp ra càng giảm Cuối cùng khi D
9
thông thì mạch có hệ số phân áp nhỏ nhất
tương ứng với điểm cực đại của hàm hình sin. Tiếp theo U
v
giảm các điốt lẻ tắt dần làm cho
hệ số phân áp của mạch lại tăng lên cho đến khi K = 1. Các điốt D
2
, D
4
D

10
cũng có tác
dụng như vậy khi U
v
< 0. Như vậy qua mạch này từ tín hiệu vào xung tam giác ta nhận
được tín hiệu hình sin đầu ra.
TÓM TẮT
Nội dung chính của chương là phân tích các mạch dao động tạo tín hiệu sin thường
gặp trong kỹ thuật. Kết thúc chương yêu cầu người học cần hiểu và nắm được các vấn đề:
- Thế nào là mạch tạo dao động. Yêu cầu của một mạch tạo dao động là cho ra tín
hiệu có biên độ tần số rất ổn định. Để đạt được điều đó mạch tạo dao động phả
i có nguồn
nuôi ổn định, dùng linh kiện phải có sai số nhỏ, tìm biện pháp ổn định cho mạch và khi cần
dùng tinh thể thạch anh.
- Điều kiện của mạch tạo dao động. Một mạch tạo dao động có hai phần: phần mạch
khuếch đại và phần mạch hồi tiếp. Để mạch dao động được cần: mạch hồi tiếp luôn thực
hiên hồi tiếp dương để ϕ
K
+ ϕ
β
= 2nΠ, tích hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại và hệ số
hồi tiếp của mạch hồi tiếp phải lớn hơn 1. Khi dao động ổn định (xác lập) K.β = 1.
- Các mạch tạo dao động sin:
+ Mạch tạo dao động sin ghép biến áp. Mạch này tranzito mắc cực phát chung. Tại
tần số cộng hưởng tải của tầng khuếch đại là điện trở thu
ần nên ϕ
K
= Π. Muốn có hồi tiếp
dương các cuộn L
1

, L
2
của biến áp lấy điện áp hồi tiếp phải có cực cùng tên đấu chéo nhau.
Khi đó ϕ
β
= Π. Tổng góc dịch pha bằng 2Π. Tần số dao động của mạch do phần tử L
1
C
1

trong khung dao động quyết định.
+ Mạch tạo dao động sin ba điểm. Loại mạch này khung dao động có ba phần tử điện
kháng. Do tranzito mắc cực phát chung, BKĐTT mắc cửa thuận chung nên tín hiệu sau
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

100
khuếch đại ngược pha với tín hiệu vào. Vì vậy các phần tử điện kháng lấy hồi tiếp về cũng
phải tạo ra góc dịch pha bằng Π để có hồi tiếp dương. Dựa trên cơ sở đó tìm các phần tử LC
trong khung dao động ba điểm và có được mạch dao động ba điểm điện cảm, mạch dao
động ba điểm điện dung. Tần s
ố dao động của mạch do các phần tử trong khung dao động
quyết định.
+ Mạch tạo dao động sin ghép RC. Loại mạch này phần hồi tiếp ghép qua các phần tử
RC. Nó thích gợp tạo ra tín hiệu sin ở tần số thấp và có độ ổn định ở tần số cao. Mạch tạo
dao động sin ghép ba mắt RC có ϕ
K
= Π, có ϕ
β
= Π, đội lớn hệ số hồi tiếp β = 1/29, độ lớn
hệ số khuếch đại của mạch K = 29 để Kβ = 1. Mạch tạo dao động sin cầu Viên do kết cấu

mạch nên ϕ
K
= 0, ϕ
β
= 0, hệ số hồi tiếp β = 1/3, hệ số khuếch đại K = 3 để Kβ = 1. Tần số
dao động của mạch ω = 1/RC.
Các mạch tạo dao động sin trên có tần số dao động phụ thuộc vào các thông số LC
hay RC của mạch. Muốn thay đổi tần số dao động của mạch có thể điều chỉnh giá trị một
trong các thông số đó.
- Mạch tạo dao động sin có thạch anh. Do thạ
ch anh có tần số dao động riêng rất ổn
định, nên mạch tạo dao động dùng nó cũng có tần số rất ổn định. Tuỳ theo mạch dao động
cụ thể, để thoả mãn điều kiện dao động mà mạch sẽ làm việc ở tần số cộng hưỏng nối tiếp
hay tần số cộng hưởng song song. Ở mạch hình 3-11 mạch có tần số dao động là f
q
vì tại đó
điện áp hồi tiếp về khuếch đại lớn nhất (do Z
q
= 0) nên U
r
lớn nhất và duy trì ở đó.
- Tụ C
S
mắc nối tiếp hay với thạch anh để điều chỉnh tần số dao động của mạch trong
một phạm vi hẹp khi cần thiết.
- Mạch tạo tín hiệu sin kiểu xấp xỉ tuyến tính dùng để tạo tín hiệu sin từ dãy xung tam
giác. Do mạch điện chứa các điện trở, các điốt cùng với các điện áp định thiên đã chọn sẽ
làm thay đổi hệ s
ố khuếch đại toàn mạch theo từng khoảng tín hiệu vào. Tín hiệu vào càng
lớn thì hệ số khuếch đại của mạch càng giảm. Hệ số khuếch đại nhỏ nhất khi U

v
bằng biên
độ. Nhờ vậy đầu ra nhận được tín hiệu có dạng hình sin gãy khúc (gần đúng) khi tín hiệu
vào là dãy xung tam giác. Tín hiệu ra càng chính xác (méo nhỏ) khi số điốt trong các dãy
càng lớn.
Khi phân tích các mạch tạo dao động cần nắm được tác dụng các linh kiện, nguyên lý
làm việc của mạch, các công thức xác định hệ số khuếch đại, hệ số hồi tiếp, tần số dao động
và cách biến đổi tần số dao động khi có yêu cầ
u.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
3.1. Định nghĩa mạch tạo dao động?
3.2. Yêu cầu của một mạch tạo dao động sin?
3.3. Điều kiện dao đông của một mạch tạo dao động?
3.3. Trình bày mạch tạo dao động sin ghép biến áp?
3.4. Dựa trên cơ số nào để xác định các phần tử LC trong mạch dao động ba điểm?
3.5. Trình bày mạch tạo dao động sin ba điểm điện dung?
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

101
3.6. Trình bày mạch tạo dao động sin ba điểm điện cảm?
3.7. Trình bày mạch tạo dao động sin ghép ba mắt RC?
3.8. Trình bày mạch tạo dao động sin Cầu Viên?
3.9. Nêu nguyên tắc tạo tín hiệu sin từ tín hiệu tam giác?
3.10. Khi nào mạch tạo dao động sin cần có thạch anh?
3.11. Tại sao trong mạch tạo dao động sin ghép biến áp có thạch anh mắc nối tiếp ở cực
gốc tần số dao
động là tần số cộng hưởng nối tiếp f
q
?
3.12. Tại sao trong mạch tạo dao động sin ba điểm đã học có thạch anh, mạch phải làm

việc khi thạch anh mang tính cảm?
3.13. Tại sao trong mạch tạo dao động phải có mạch khuếch đại?
3.14. Cho mạch điện như hình P3 – 15. Nguồn E = ±15v.






Hình P3-15.
a. Giải thích nguyên lý làm việc của mạch?
b. Điều kiện để mạch dao động cho ra điện áp sin?
c. Cho R
1
= R
2
= R
3
= 1kΩ. Phẩm chất của mạch cộng hưởng Q = 100. Tần số
cộng hưởng của mạch cộng hưởng f
CH
= 100kHz. Tính giá trị L và C?
3.15. Cho mạch điện như hình P3 – 16 là mạch dao động sin có mạch hồi tiếp dùng ba
mắt RC. Nguồn E = ±15v.

Hình P3-16.
a. Vẽ dạng tín hiệu ra theo thời gian?
b. Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch?
c. Cho tần số dao đồng f
dd
= 1kHz, điện trở R = 1kΩ. Tính giá trị các linh kiện còn lại?
3.16. Cho mạch dao động cầu Viên hình P3-17 có R
1
= 10kΩ, R = 15kΩ, C = 0.02μF.
Nguồn E = ±15V
Ur
1
2
L
C
R3
R2
R1
Ur
C C
C R1
R
R
Rht
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

102

Hình P3-17.
a. Vẽ dạng tín hiệu ra?
b. Xác định tần số dao động của mạch?
c. Xác định trị số R
ht
cần thiết?
3.17. Cho mạch dao động cầu Viên tạo sóng sin có tần số điều chỉnh được từ 100Hz đến
1kHz ở hình P3-18. Biết R
1
= 22kΩ, C = 0,01μF. Nguồn E = ±15v.







Hình P3-18.
a. Xác định trị số R
ht
?
b. Xác định khoảng biến đổi cần thiết của điện trở R?
3.18. Nêu điều kiện dao động của mạch tạo dao động sin ở chế độ xác lập?
a.
1K
β

=
.
b.
1K
β
≥
.
c.
1K
β
≤
.
3.19. Thế nào là mạch tạo dao động ba điểm điện dung?
a. Là mạch mà khung dao động có hai tụ điện và một điện cảm.
b. Là mạch mà khung dao động có một tụ điện và hai điện cảm.
c. Là mạch mà khung dao động có một tụ điện và một điện cảm.
3.20. Xác định giá trị điện trở R
3
khi biết R
2
trong mạch tạo dao động sin ghép ba mắt
RC?
a. R
3
= 2R
2
.
b. R
3
= 3R

2.
Ur
C
C
R1
R
R
Rht
U
r
R
RC
C
R1
Chương 3: Mạch tạo dao động sin

103

c. R
3
= 29R
2
.
3.21. Xác định góc di pha của mạch hồi tiếp và gốc di pha của mạch khuếch đại trong
mạch dao động sin ghép ba mắt RC?
a. ϕ
k
= 2Π, ϕ
β
= 0.

b. ϕ
k
= 0, ϕ
β
= 2Π.
c. ϕ
k
= Π, ϕ
β
= Π.
3.22. Xác định góc di pha của mạch hồi tiếp và góc di pha của mạch khuếch đại trong
mạch dao động cầu Viên?
a. ϕ
k
= Π, ϕ
β
= Π.
b. ϕ
k
= 0, ϕ
β
= 0.
c. ϕ
k
= 2Π, ϕ
β
= 0.
3.23. Nêu biểu thức xác định tần số dao động của mạch cầu Viên?
a. ω = 1/RC.
b. ω = 1/ 6RC.

c. ω = 1/3RC.
3.24. Nêu tác dụng của tinh thể thạch anh trong mạch tạo dao động sin?
a. Để tạo dao động.
b. Để ổn định tần số dao động.
c. Để ổn định biên độ tín hiệu ra.
3.25. Nêu tác dụng của tụ C
S
đấu nối tiếp thạch anh trong mạch tạo dao động sin?
a. Để ổn định tần số dao động.
b. Để điều chỉnh tần số dao động.
c. Để bảo vệ thạch anh trong mạch.