tiểu luận điện tử ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

1. CÁC MẠCH KHÔNG ĐỒNG BỘ SỬ DỤNG BJT VÀ
OP-AMP
2. MỘT SỐ MẠCH TẠO XUNG TAM GIÁC

TÊN LỚP HỌC PHẦN : ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG NHÓM 1
MÃ HỌC PHẦN : 2021-2022.1.DTV3093.001
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN VĂN ÂN

HUẾ, THÁNG 12 NĂM 2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

MỤC LỤC
I. Các mạch không đồng bộ một trạng thái ổn định........................................................3
1. Các mạch không đồng bộ một trạng thái ổn định sử dụng BJT..............................3
2. Các mạch không đồng bộ một trạng thái ổn định sử dụng OP-AMP......................5
II Một số mạch tạo xung tam giác sử dụng BJT và OP-AMP.........................................7
1 Vấn đề chung........................................................................................................7
1.
CÁC MẠCH KHÔNG ĐỒNG BỘ SỬ DỤNG BJT VÀ
2 Mạch tạo xung tam giác sử dụng BJT.................................................................11
OP-AMP
3.Mạch tạo xung tam giác sử dùng OP- AMP..........................................................14
2. MỘT SỐ MẠCH TẠO XUNG TAM GIÁC

TÊN LỚP HỌC PHẦN : ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

MÃ HỌC PHẦN : 2021-2022.1.DTV3093.001

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Ân
Sinh viên thực hiện
: Hoàng Minh Tuệ
Mã sinh viên
: 19T1051023

HUẾ, THÁNG 12 NĂM 2021


I.
Các mạch không đồng bộ một trạng thái ổn định
Đây là mạch có một trạng thái ổn định bền. Trạng thái thứ 2 của nó chỉ tồn tại
trong một khoảng thời gian nào đó (phụ thuộc vào các tham số hay là các phần
tử trong mạch điện) sau đó nó sẽ quan trở về trạng thái ổn định bền ban đầu
1. Các mạch không đồng bộ một trạng thái ổn định sử dụng BJT

Hình 1 : Sơ đồ mạch đa hài đợi dùng tranzitor và giản đồ xung
Sơ đồ mạch đa hài đợi dùng tranzitor tương tự như trigơ RS dùng transitor ở
đây ta thay điện trở R2 bằng tụ C để đưa thành phần hồi tiếp dương xoay chiều
từ colector của Tranzitor T1 về cực Bazơ của tranzitor T2.
Tại thời điển t = t0 khi khơng có xung lối vào tác động giả sử tranzitor T 2 thơng
khi đó qua mạch hồi tiếp R1 về bazơ của T1 làm cho tranzitor T1 cấm


Tại thời điểm t = t1 có 1 xung dương lối vào qua R2 đưa vào cực bazơ của T1 là
cho T1 mở ngay lập tức khi đó điện áp trên colector của T 1 chuyển trạng thái từ
+Ecc về xấp xỉ
0V, khi đó qua mạch tích phân RC làm cho điện áp trên tụ C bị lật trạng thái

từ 0.6V xuống còn xấp xỉ -Ecc (do tụ C đang được nạp đầy điện từ RC qua tụ
C và qua BE của T2 xuống đất khi đó điện áp trên tụ xấp xỉ E cc, do đó khi
thay đổi trạng thái tức là làm thay đổi cực xác định trên tụ). Do đó tranzitor
T2 cấm và lối ra ở mức thấp. Tụ C lúc này được nạp điện từ +E cc qua R, C
qua CE của tranzitor xuống đất và điện áp trên tụ C tăng dần từ -Ecc.


Hình 2 : Giản đồ xung tín hiệu ra mạch đa hài đợi dung tranzitor
UBE2 = E(1-exp(-t/RC)
Do điều kiện đầu là UB2(t=t1) = -ECC và khi tụ C nạp đến giá trị cực đại là
UB2(t=∞) =
ECC.
Điện áp trên tụ tăng dần cho tới khi UBE2 =0.6 V (tranzitor silic) và 0.3 V với
(gesmani) tương ứng với thời điểm t = t 2 khi đó tranzitor T2 sẽ mở và qua mạch
hồi tiếp R1 từ colector của T2 sẽ nhanh chóng làm cho T1 cấm và T2 mở bão hòa.
Thời gian kéo dài xung ra là tx = RCln2 = 0.7RC, khi đó mạch sẽ ở trạng thái ổn
định bền và chờ tiếp xung tác động ở lối vào để thay đổi trạng thái tiếp theo ở
lối ra.
2. Các mạch không đồng bộ một trạng thái ổn định sử dụng OP-AMP
Với mạch khuếch đại thuật toán trên, mạch được cấp nguồn ni là ± ECC, khi
đó tín hiệu lối ra là ± Ura max

Hình 3: Mạch nguyên lý đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toánv lối
vào – và +


Với sơ đồ hình A. tại thời điểm ban đầu tcực N nối đất, với trường hợp bỏ qua sụt áp trên Diode, U 0 = -Ura max. Qua mạch
hồi tiếp dương R1R2 điện áp lối ra là -U ra max được đưa tới lối vào P khi đó điện
áp lối vào là Up

=βU0 = -βUra max
R1
Với β= R1
đại

2 đây là trạng thái ổn định bền của mạch đa hài đợi dùng khuếch

+R

thuật tốn.
Tại thời điểm t = t1 có 1 xung vng lối vào qua mạch RC ta có 1 xung nhọn
(xung vi phân) tác dụng tới lối vào P, khi Uvào > βUra max khi đó lối ra lật trạng
thái cân bằng không bền U0 = Ura max (do UP > U N). Khi đó điện áp trên cực P là
Up =βU0 = βUra max , lúc náy tụ C được nạp điện từ lối ra qua RC xuống đất.

Uvào
t
UN
t0

ßU ra max

t1

t2
-ßUra max

tx

U0

t1

t

U ra max

t2

t
-U ra max

Hình 4: Giản đồ xung tín hiệu lối ra mạch đa hài đợi dùng khuếch đại
thuật tốn
Tụ được nạp điện, khi đó điện áp trên tụ C tăng dần cho đến khi tại thời điểm t
= t 2 điện áp trên tụ là UC = UN >=UP tại thì điện áp lối ra lật trạng thái U 0 = -Ura
max, khi đó tụ C được phóng điện từ C qua R xuống –U ra max, tụ phóng điện cho
tới khi điện áp trên tụ ≈0V thì dừng lại (0.3V gecmani, 0.6V silic) do Diode D
thực hiện ghim điện áp ở cực N khơng âm q do tụ C phóng điện. Khi này
mạch sẽ trở về trạng thái cân bằng bền.


Độ rộng xung tx = t2 – t1 liên quan đến q trình phóng nạp điện cho tụ C từ
mức 0V tới βUra max .
Điện áp trên tụ C là UC = Umax(1-exp(-t/RC))
Thay giá trị UC(t1) = 0 và UC(t2) = βUra max thay vào phương trình trên ta được

t x  t2  t1  RC ln (1 

R
1

)  RC ln(1  1 )

R2

II Một số mạch tạo xung tam giác sử dụng BJT và OP-AMP
1 Vấn đề chung
Xung tam giác được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điện tử, thông tin, đo
lường hay tự động điều khiển làm tín hiệu chuẩn hai biên độ và thời gian có vai
trị khơng thể thiếu được hầu như trong mọi hệ thống hiện đại

Hình trên đưa ra dạng xung tam giác lý tưởng với các tham số chủ yếu như sau:
- Biên độ cực đại Umax
- Mức một chiếu ban đầu u(t = 0) = U0
- Chu kỳ lặp lại T với xung tuần hoàn. Thời gian quét thuận t q, thời gian quét
ngược tng.
Thông thường tng >> tq.
du
Tốc độ quét thuận là K =
, hay độ nghiêng của
đường quét. dt
Để đánh giá chất lượng u thực tế s với lý tưởng có hệ số khơng đường thẳng ε
được định nghĩa là:


du
du
(t �0)  (t  tq ) u '(0)  u '(t )
q
dt
  dt


du
u '(0)
(t �0)
dt
Ngồi ta cịn có một số tham số khác như:

KTB 
Tốc độ quét trung bình :

U max
tq


và hiệu suất năng lượng

U max
Enguon

Từ đó ta có hệ số phẩm chất của u là Q = .
Nguyên lý tạo xung tam giác dựa trên việc sử dụng q trình nạp hay phóng
điện của tụ điện qua một mạch nào đó, khi đó quan hệ dịng điện và điện áp trên
tụ biến đổi theo thời gian là:

ic (t )  C

duc (t )
1
hay uc (t )  �
ic (t )dt

dt
C

trong điều kiện C là một hằng số, muốn quan hệ u c(t) tuyến tính cần thỏa mãn
điều kiện ic(t) là một hằng số, hay sự phụ thuộc của điện áp theo thời gian càng
tuyến tính thì dịng điện phóng hay nạp cho tụ càng ổn định
- Có 2 dạng điện áp cơ bản là: thời gian quét thuận t q, u tăng tuyến tính dạng
đường thẳng nhờ quá trình nạp cho tụ từ nguồn một chiều nào đó và trong thời
gian quét ngược tng, u giảm đường thẳng nhờ q trình phóng điện của tụ qua
một mạch tải. Với mỗi dạng trên có các yêu cầu khác nhau để đảm bảo t ng >> tq,
với dạng tăng đường thẳng cần nạp chậm phóng nhanh, hoặc dạng giảm đường
thẳng cần nạp nhanh phóng chậm.
- Việc điều khiển tức thời các mạch phóng nạp cho tụ thường sử dụng các khóa
điện tửtransistor hay IC đóng mở theo nhịp điều khiển từ ngồi. Trên thực tế để
ổn định cho dịng nạp nay phóng điện cho tụ cần có một khối tạo nguồn dòng để
nâng cao chất lượng xung tam giác.
Về nguyên lý có 3 phương pháp cơ bản để tạo xung tam giác lối ra như sau:
• Dùng mạch tích phân đơn giản
Gồm một mạch RC đơn giản để nạp điện cho tụ


từ nguồn E. Q trình phóng, nạp được một
+

khóa Rn K điện tử K điều khiển. Khi đó U max

iphg

in

-

C

<< E. Do đó hệ
E
số phẩm chất của mạch thấp vì hệ số phi tuyến tỷRt
lệ với Umax/E: ε=

Umax
E

Nếu sử dụng phần tăng đường thẳng ta có uc(t) = E[1 – exp(-t/RnC)] với Rn >>
Rphóng.C
• Dùng một phần tử ổn định dịng
Kiểu thong số có điện trở phụ thuộc vào điện
RK

áp đặt vào trên nó Rn = f(URn) làm điện trở

nạp

n

+
-

iphg

in

C

E
cho tụ C. Để giữa dịng nạp khơng đổi thỉ điện Rt trở giảm khi điện áp trên nó
giảm khi đó



U max
de(t )
K
Etd với Etd  inap Ri
dU c

Ri là điện trở trong của nguồn dòng nên khá lớn vậy E td lớn và cho phép nâng
cao Umax với một mức méo phi tuyến cho trước.
Thay thế nguồn E cố định ở đầu vào bằng một nguồn biến đổi
• (t) = E + K(UC – U0) R
Hay e(t) = E + KΔUC


+

K
Với K là một hằng số tỷ lệ bé hơn 1

de(t )
dU c

+

K UC
-

in

K 1

C

Nguồn bổ xung KΔUC bùu lại mức giảm của dịng nạo nhờ một mạch
khuếch đại có hồi tiếp thay đổi theo điện áp trên tụ UC. Khi đó mức méo phi
tuyến được xác định bởi:



U max
(1  K )
E

Giá trị này thực tế nhỏ vì K ≈ 1, nên (1 – K) rất bé nên có thể lựa chọn được
Umax lớn xấp xỉ E làm tăng hiệu suất của mạch mà ε vẫn nhỏ.
 Mạch ổn cơ bản
Với sơ đồ trên, Transistor (silic) được phân áp ổn định bởVcc
Diode zener Dz, khi đó ta có VB = VZ = hằng số

Do đó ta có VE = VZ – VBE = VZ – 0.6V = hằng số Khi đó dịng qua R E sẽ
cố dịnh với dịng

IE 

VE
RE và dòng điện đi qua trở tải xấp xỉ dòng I I
E, E


Khi muốn thay đổi dòng qua trở tải Rtai ta chỉ cần thay đổi giá trị RE.
Ngoài ra người ta có thể sử dụng mạch phân áp làm nguồn dịng như sau

2 Mạch tạo xung tam giác sử dụng BJT

a. Với hình a
Ban đầu khi UV = 0, transistor T mở bão hòa nhờ được phân áp bởi
điện trở RB từ cực Bazơ lên nguồn +E. Khi đó điện áp lối ra U ra =
UC = UCEbh ≈ 0V.
Khi có xung vng lối vào với cực tính âm qua mạch C 1RB tạo thành mạch vi
phân âm khi đó đưa điện áp xung vi phân âm trên tụ C tới cực Bazơ của


transistor T làm transistor T cấm, làm cho tụ C được nạp điện. Tụ C được nạp
điện từ nguồn +E qua R làm cho điện áp trên tụ tăng dần:

U c (t )  E (1  exp(

t
)
RC khi đó điện áp ra là :

U ra (t )  U c (t ) gần đúng với bậc nhất với dạng đường thẳng theo t
hệ số phi tuyến là



Với

i0  i (tq )
i0
i0 



Um
E

( 1)

E Um
E
iq (t ) 
E
R và
là dòng nạp lúc đầu và cuối cho tụ C

Khi hết xung điều khiển tức xung vi phân dương hoặc khơng có xung lối vào
điều khiển làm transistor T ở trạng thái cấm. Tụ C phóng điện nhanh ra colector
và emitor của transistor T (vì RCE <<) nên Ura = UC ≈ 0 trở về trạng thái ban đầu
của mạch.
Từ biểu thức sai số (1) trên ε ta thấy muốn sai số bé cần chọn nguồn E lớn và
biên độ ra của xung tam giác Um nhỏ. (đó chính là nhược điểm lớn của mạch tạo
xung đơn giản)

b. Với hình b


Transistor T2 mắc kiểu bazơ chung có tác dụng như một nguồn ổn dịng (có bù
nhiệt nhờ dịng ngược qua diode zenor) cung cấp dòng IE2 ổn định nạp cho tụ
trong thời gian có xung vng T 1 khóa, với điều kiện gần dùng dịng colector
transistor T2 khơng đổi thì ta có
t

q
Ic
1
U C (t )  �
I c 2 dt  2 t
c0
C là quan hệ bậc nhất theo thời gian t

Sơ đồ mạch trên cho phép tận dụng toàn bộ nguồn E tạo xung tam giác với biên
độ nhận được là UC ≈ E.
Khi có tải Rt mắc song song trực tiếp với tụ C thì có hiện tượng phân dịng qua
Rt và khi đó UC sẽ giảm và do đó sai số εtăng
Để có thể sử dụng tốt cần nang cao giá trị trở R t hay là giảm ảnh hưởng của Rt
đối với lối ra của sơ đồ

c. Với hình c
Transistor T1 là phần tử khóa thường mở nhờ điện trở RB và transistor T1 chỉ cấm
khi có xung vng cực tính dương điều khiển ở lối vào


Transistor T2 là phần tử khuếch đại đệm chế độ đóng mở (K < 1).

Ban đầu UV = 0 transistor T1 mở bão hòa nhờ điện trở R B phân cực cho
transistor. Diode D thơng qua R có dịng I0 ≈ E/(R + RD) khi đó điện áp trên tụ
C là UC = UCEbh≈0 qua transistor T2 ta thu được tín hiệu lối ra làUra ≈ 0. Tụ C0
được nạp điện từ đất qua RE qua C và diode D kshi đó điện áp trên tụ là UN –
UE2 ≈ E với cực tính âm.
Trong thời gian có xung lối vào transistor T 1 bị cấm, tụ C được nạp điện qua R
và D làm điện thế tại trên cực Bazơ của transistor T 2 (điểm m) âm dần do đó
làm cho T2 mở lớn dần đạt mức gần giá trị bão hòa. Gia số ΔU C qua transistor
T2 và qua tụ C0 có điện dung lớn gần như đưa toàn bộ về điểm N bù thêm với
giá trị sẵn có tại N (đang giảm theo quy luật dịng nạp) giữ ổn định dòng trên
điện trở R nạp cho tụ C.
Chú ý: với dòng hồi tiếp từ lối ra qua C 0 về có trị số bằng E/R thì khi đó khơng
cịn dịng qua diode D dẫn tới trạng thái cân bằng động. Nguồn E dường như cắt
khỏi mạch và C được nạp nhờ điện thế E được nạp trước trên tụ C0

3.Mạch tạo xung tam giác sử dùng OP- AMP
a. Sơ đồ 1: (cấp nguồn ±Ecc cho vi mạch)
Xây dựng trên cơ sở khếch đại lối vào đảo trong đó thành phần hồi tiếp là tụ C.
Điện áp lối ra được cho bởi U phương trình sau


Với Q0 là điện tích trên tụ tại thời Uvao điểm t = 0

Ta có :

Thành phần Ura0 xác định từ điều kiện ban đầu của tích phân:
Ura0 = Ura(t=0) = Q0/C (3)
Nếu lối vào Uvao là một xung vuông có giá trị điện áp khơng đổi trong khoảng 0
÷ t thì Ura(t) là biến thiên điện áp dạng đường thẳng.

Độ chính xác của phương trình trên phụ thuộc vào giả thiết U 0 ≈ 0 hay dòng
điện đầu vào IC gần bằng 0.


Với các vi mạch chất lượng cao đảm bảo điều kiện dòng lối vào IC khá tốt: I vào
IC = 0.

b) sơ đồ 2
- Khi có xung điều khiển cực tính dương lối vào làm transistor T mở bảo hịa, khi
đólàm tụ phóng điện qua RCE của transistor xuống đất trong khoảng thời gian t 0
(t0 < tng) với tng = tx vào do khi đó transistor T thơng bão hịa.
- trong khoảng thời gian tq (tức tng vào) khơng có xung điều khiển dương lối vào khi
đó transistor T ở trạng thái cấm IC khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ
tuyến tính nếu U0 = 0V thì
- UP = UN = UC

Xác định quy luật biến đổi hàm UC(t), từ đó đưa ra điều kiện để lối ra biến đổi
tuyến tính.


Phương trình dịng điện tại điểm N với mạch hồi tiếp âm là:
E0 −U N = U N −U ra
R+R
R
(
=> U ra =UC1 2 − E0 2
6
R1
R2
R1

R1
)
Phương trình dịng điện tại điểm P với mạch hồi tiếp dương là:
E0 −U C = C dUC + UC −U ra
R3
dt
R4

(
7
)
Từ phương trình (6), (7) ta có UC(t) là:

R
1
 2
Khi đó tính chất biến đổi của UC phụ thuộc vào hệ số R3 R1 R4

c. Tạo xung vuông và tam giác


Người ta có thể tạo đồng thời một xung vng và một xung tam giác nhờ ghép
nối tiếp một bộ tích phân sau một trigơ smit.
Bộ tích phân IC2 lấy tích phân điện áp ổn định trên lối ra 1 (U ra1) trên trigơ
smit. Khi Ura2 đạt ngưỡng lật của trigơ thì điện áp ra của nó đổi dấu đột biến do
đó Ura2 đổi ngưỡng qt ngược lại. q trình thực hiện tiếp diễn cho tới khi đạt
ngưỡng lật thứ 2 của trigơ smit và sơ đồ quay trở về trạng thái dao động tạo
xung ban đầu.
Tần số dao động của mạch phụ thuộc vào R và C.
Giá trị ngưỡng điện áp lật trạng thái của trigơ smit được xác định bởi:

U ra 2 

R1
U ral max
R2
(11)

Ura1 max là điện áp ra cực đại của IC1.
Chu kỳ dao động của mạch là

T  4 RC

R1
R2

(12)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA….....................

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU ĐÁNH GIÁ TIỂU LUẬN
Học kỳ ....... Năm học …-…
Cán bộ chấm thi 1

Cán bộ chấm thi 2

Nhận xét: ...............................................

Nhận xét: ............................................

..................................................................

.............................................................

..................................................................

.............................................................

..................................................................

.............................................................

..................................................................

.............................................................

..................................................................

.............................................................

..................................................................

.............................................................

..................................................................

.............................................................

..................................................................

.............................................................

..................................................................

.............................................................

..................................................................

.............................................................

..................................................................

.............................................................

Điểm đánh giá của CBChT1:

Điểm đánh giá của CBChT2:

Bằng số: ........................................................

Bằng số: ..................................................

Bằng chữ: ......................................................

Bằng chữ: ................................................

Điểm kết luận: Bằng số................................ Bằng chữ:..............................................
CBChT1
(Ký và ghi rõ họ tên)

Thừa Thiên Huế, ngày …… tháng …… năm 20…
CBChT2
(Ký và ghi rõ họ tên)