KĨ THUẬT XUNG - SỐ, Chương 1 pptx

K
Ĩ
THUẬT XUNG - S
Ố
Chương 1: mở đầu
"Kĩ thuật xung - số'' là thuật ngữ bao gồm một lĩnh vực khá
rộng và quan t
r
ọ
ng
của ngành kĩ thuật điện tử - tin học. Ngày
nay, trong bước phát triển nhảy vọt của kĩ thuật tự động hóa, nó
mang ý nghĩa là khâu then chốt, là công cụ không thể thiếu
đ
ể
giải quyết các nhiệm vụ kĩ thuật cụ thể hướng tới mục đích giảm
các chi phí về
n
ă
ng
lượng và thời gian cho một quá trình công
nghệ hay kĩ thuật, nâng cao độ tin cậy hay hiệu quả của chúng.
Trong chương này, do thời gian hạn chế, chúng ta
ch
ỉ
đề
cập tới một số vấn
đ
ề
có tính chất cơ bản, mở đầu của kĩ thuật
xung - số. Việc nghiên cứu chi tiết hơn

s
ẽ
được thực hiện ở
giáo trình Kỹ thuật xung, Kỹ thuật số và Xử lý tín hiệu
s
ố
.
3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
3.1.1. Tín hiệu xung và tham
s
ố
Tín hiệu điện áp hay dòng điện biến đổi theo thời gian
(mang nội dung của
m
ộ
t quá trình thông tin nào đó) có hai
dạng cơ bản: liên tục hay rời rạc (gián
đ
o
ạ
n)
. Tương ứng với
chúng, tồn tại hai loại hệ thống gia công, xử lí tín hiệu có những
đ
ặ
c
điểm kĩ thuật khác nhau mang những ưu, nhược điểm khác
nhau là hệ thống liên t
ụ
c

(analog) và hệ thống rời rạc (digital).
Nhiều khi, do đặc điểm
l
ị
ch
sử phát triển và
đ
ể
phát huy đầy đủ
ưu thế của từng loại ta gặp trong thục tế hệ thống lai ghép kết
h
ợ
p
cả việc gia công xử lí hai loại tín hiệu trên.
Đối tượng của chương này
ch
ỉ
đề cập tới loại tín hiệu rời rạc
theo thời gian
g
ọ
i
là tín hiệu xung.
Dạng các tín hiệu xung thường gặp cho trên hình 3.1.
Chúng có thể là một dãy xung tuần hoàn theo thời gian với chu
kì lặp lại T, hay
ch
ỉ
là một xung đơn xuất
hi

ệ
n
một lần, có cực
tính dương, âm hoặc cực tính thay
đổ
i
.
Hình 3.1: Các dạng tín
hiệu
xung
a) Dãy xung vuông; b) Dãy xung tam giác (răng cưa); c) Dãy
xung hàm mũ (xung kim)
Hình 3.2
ch
ỉ
ra một xung vuông thực tế với các đoạn đặc
trưng: sườn t
r
ướ
c
,
đ
ỉ
nh
và sườn sau. Các tham số cơ bản là
biên độ, độ rộng xung, độ rộng sườn t
r
ướ
c
và sau, độ sụt

đ
ỉ
nh
.
Hình 3.2: Các tham số của một tín
hiệu
xung
•
Biên độ xung U
m
xác đinh bằng giá
tr
ị
lớn nhất của điện
áp tín hiệu xung có
được trong thời gian tồn tại của nó.
•
Độ rộng sườn trước và sườn sau (t
tr
và t
s
) xác đinh bởi
khoảng thời gian t
ă
ng
và thời gian giảm của biên độ xung trong
khoảng giá
tr
ị
0,l U

m
đến 0,9U
m
•
Đ
ộ
rộng xung t
x
xác
đ
ị
nh
bằng khoảng thời gian có xung với
biên độ trên
m
ứ
c
0,1U
m
(hay mức 0,5U
m
tùy theo chuẩn quy
ướ
c)
.
•
Đô sụt
đ
ỉ
nh

xung thể hiện mức giảm biên độ xung ở đoạn
đ
ỉ
nh
xung.
Với dãy xung tuần hoàn, còn có các tham số đặc trưng sau (cụ
thể xét với dãy xung vuông).
•
Chu kì lặp lại xung T (hay tần số xung f = 1/T) là khoảng
thời gian giữa các
điểm tương ứng của hai xung kế tiếp nhau.
•
Thời gian
ngh
ỉ
t
ng
(h3.1a) là khoảng thời gian trống giữa hai
xung liên t
i
ế
p
.
•
Hệ số lấp đầy
γ
là
t
ỉ
số giữa độ rộng t

x
và chu kì T.
γ =
t
X
T
từ đó có hệ thực : T = t
x
+ t
ng
và
γ
< 1
Trong kĩ thuật xung - số, người ta thường sử dụng phương
pháp số đối với
d
ạ
ng
tín hiệu xung với quy ước
ch
ỉ
có hai trạng
thái phân
bi
ệ
t:
200
•
Trạng thái có xung (khoảng t
x

) với biên độ lớn hơn một
mức ngưỡng U
H
gọi là mức cao hay mức "1', mức U
H
thường được chọn cỡ bằng 1/2 điện áp
ngu
ồ
n
cung
c
ấ
p
.
•
Trạng thái không có xung (khoảng t
ng
với biên độ nhỏ
hơn một mức
ng
ưỡ
ng
U
L
) gọi là mức thấp hay mức "O".
Mức U
L
được chọn tùy theo phần tử khóa (tranzito, IC).
•
Các mức điện áp ra trong dải U

L
< U
ra
< U
H
là các trạng
thái cấm. Vấn đề này sẽ được đề cập kĩ hơn ở phần tiếp
theo.
3.1.2. Chế độ khóa của tranzito
Tranzito làm việc ở chế độ khóa hoạt động như một khóa
điện tử đóng mở
m
ạ
ch
với tốc độ nhanh (l0
-9
+ l0
-6
s), do đó có
nhiều đặc điểm khác với chế độ khuếch
đ
ạ
i
đã xét ở Chương 2.
a - Yêu cầu cơ bản với một tranzito ở chế độ khóa là điện áp đầu
ra có hai trạng thái khác
bi
ệ
t:
•

U
ra
≥
U
H
khi U
vào
≤
U
L
(3-1)
•
U
ra
≤
U
L
khi U
vào
≥
U
H
Chế độ khóa của tranzito được xác đinh bởi chế độ điện áp
hay dòng điện
m
ộ
t chiều cung cấp từ ngoài qua 1 mạch phụ
trợ (khóa thường đóng hay thường
m
ở

)
. Việc chuyển trạng
thái của khóa thường được thực hiện nhờ một tín hiệu xung
có cực tính thích hợp tác động tới đầu vào. Cũng có trường
hợp khóa tự động
chuy
ể
n
đổi trạng thái một cách tuần hoàn nhờ
mạch hồi tiếp dương nội bộ, khi đó không
c
ầ
n
xung điều khiển
(xem các phần mạch tạo xung tiếp sau).
Để đưa ra những đặc điểm chủ yếu của chế độ khóa, hãy xét
mạch cụ thể hình
3
.
3
.
201
Hình 3.3: Mạch khóa (đảo) dùng Tranzito
202
Sơ đồ thực hiện được điều kiện (3-1) khi lựa chọn các mức
U
H
, U
L
cũng

nh
ư
các giá
tr
ị
R
c
và R
B
thích hợp. Ban đầu (khi
U
v
= 0 hay U
v
≤
U
L
) tranzito ở trạng thái đóng, dòng điện ra I
c
= 0, lúc không có tải R
t
.
U
ra
= +E
cc
Lúc điện trở tải nhỏ nhất R
c
= R
t

(với R
t
là điện trở vào của
mạch tầng sau
n
ố
i
với đầu ra của sơ đồ) U
ra
= 0,5E
cc
là mức
nhỏ nhất của điện áp ra ở trạng thái H,
đ
ể
phân biệt chắc chắn,
ta chọn U
H
< 0,5Ecc (chẳng hạn U
H
= l,5V khi E
cc
= 5V). Phù
hợp với điều kiện (3-1), điện áp vào phải nằm dưới mức U
L
(được hiểu là điện áp vào lớn nhất để tranzito vẫn
b
ị
khóa chắc
chắn U

L
=U
Vmax
). Với tranzito silic người ta
ch
ọ
n
U
L
= 0,4V.
Khi có xung điều khiển cực tính dương đưa tới đầu vào
U
vào
≥
U
H
tranzito chuyển sang trạng thái mở (bão hòa),
điện áp ra khi đó phải thỏa mãn điều
ki
ệ
n
U
ra
≤
U
L
. Điện trở
R
c
chọn thích hợp để thời gian quá độ đủ nhỏ và dòng I

c
không
quá lớn, chẳng hạn R
c
= 5kΩ. Xác
đ
ị
nh
R
B
để khi U
v
= U
H
= 1,5V thì U
ra
≤
U
L
= 0,4V. Muốn vậy I
cbh
= E
CC
/R
C
= 1mA,
với β = 100 khi đó dòng bazơ I
BbH
= 10µA. Để tranzito bão hòa
vững, chọn I

B
= 100µA (tức là có dự trữ 10 lần), lúc đó lưu ý
U
BE
= 0,6V có
R
=
(1,5
−
0,6)V
=
9kΩ
B
100µ0
b - Đặc tính truyền đạt của sơ đồ với những tham số trên cho ở
hình 3.4. Để
đ
ánh
giá mức tin cậy của khóa, người ta
đ
ị
nh
nghĩa các tham số độ dự trữ chống nhiễu
ở
mức cao S
H
và ở
mức thấp S
L
:

S
H
= U
ra khóa
– U
H
(3-
2)
S
L
= U
L
- U
ra m
ở
Ở đây, U
ra
khóa và U
ra
mở là các điện áp thực tế tại lối ra
của tranzito lúc khóa hay mở tương ứng với trường hợp cụ thể
trên
S
H
= 2,5V – l,5V = 1V
(lúc U
v
≤
U
L

) S
L
= 0,4V – 0,2V =
203
0,2V (lúc U
v
≥
U
H
)
Từ đó có nhận
xét sau:
- Có thể dễ dàng đạt được mức S
H
lớn bằng cách chọn E
cc
và các tham số R
c
, R
B
thích
h
ợ
p
.
- Do S
L
thường nhỏ, cần phải quan tâm đặc biệt tới việc nâng
cao tính chống
nhi

ễ
u
với mức thấp. Vì
tr
ị
số điện áp ra U
rabh
=
U
CEbh
thực tế không thể giảm được,
mu
ố
n
S
L
tăng, cần tăng
mức U
L
(xem biểu thức 3.2).
204
Hình 3.4: Đặc tuyến truyền đạt của tranzito khóa