KĨ THUẬT XUNG - SỐ, Chương 2 doc

1
hò
a
U
v
à
U
r
a
m
a
x
ra
m
a
x
Chương 2: Chế độ khóa của khuếch đại
thu
ật toán
Khi làm việc ở chế độ xung, mạch vi điện tử tuyến tính hoạt
động như một khóa điện tử đóng, mở nhanh, điểm làm việc luôn
nằm trong vùng bão hòa của đặc t
uy
ế
n
truyền đạt U
ra
= f(U
vào
)
(h.2.104). Khi đó điện áp ra

ch
ỉ
nằm ở một trong hai mức bão
+
ramax
-
ra
ma
x
ứng với các biên
độ U
v
đủ lớn. Để minh họa nguyên
lí
ho
ạ
t
động của một IC khóa ta xét một ví dụ điển hình là mạch so
sánh (comparator).
a - Mạch so sánh (h.3.8) thực hiện quá trình so sánh biên độ
của điện áp đưa vào (U
vào
) với một điện áp chuẩn (U
ngưỡng
)
có cực tính có thể là dương hay âm. Thông thường giá
tr
ị
U
ngưỡng

được
đ
ị
nh
trước cố đinh và mang ý nghĩa là một
thông tin chuẩn (tương tự như quả cân trong phép cân trọng
lượng kiểu so sánh), còn giá t
r
ị
U
vào
là một lượng biến đổi theo
thời gian cần được giám sát theo dõi, đánh giá, mang thông tin
của quá trình động (thường biến đổi chậm theo thời gian) cần
được
đ
i
ề
u
khiển trong một dải hay ở một trạng thái mong muốn.
Khi hai mức điện áp này
b
ằ
ng
nhau (U
vào
= U
ngưỡng
) tới đầu
ra bộ so sánh sẽ có sự thay đổi cực tính của điện áp t

ừ
U
+ -
ramax
tới U
ramax
hoặc ngược lại. Trong trường hợp riêng,
nếu chọn U
ngưỡng
= 0 thì
thực chất mạch so sánh đánh dấu lúc đổi cực tính của U
Vào
.
Trong mạch hình 3.8a U
vào
và U
ngưỡng
được đưa tới hai
đầu vào đảo và không đảo tương ứng của IC. Hiệu của chúng
U
o
= U
v
- U
ngưỡng
là điện áp giữa hai đầu vào của IC sẽ xác
đ
ị
nh
hàm truyền của nó:

Khi U
v
< U
ngưỡng
thì U
o
< 0 do đó U
ra
= U
+
Khi U
v
≥
U
ngưỡng
thì U
o
> 0
và U
ra
= U
-
(3-3)
Như vậy, điện áp ra đổi cực tính khi U
vào
chuyển qua giá
tr
ị
ngưỡng U
ngưỡng

.
N
ế
u
U
vào
và U
ngưỡng
trong hình 3.8a đổi
v
ị
trí cho nhau hay cùng đổi cực tính (khí
v
ị
trí
gi
ữ
nguyên) thì đặc
tính hình 3.8b đảo ngược lại (nghĩa là h.38c và d).
2
ra
m
a
x
ra
m
a
x
Khi U
v

< U
ngưỡng
thì U
ra
= - U
-
Khi U
v
≥
U
ngưỡng
thì U
ra
= + U
+
3
b - Trong những trường hợp biên độ của U
vào
và U
ngưỡng
lớn
hơn giá
tr
ị
điện áp
đ
ầ
u
vào tối đa cho phép của IC, cần mắc
chúng qua bộ phân áp điện trở trước khi

đ
ư
a
tới các đầu vào
của IC. Giống như khóa tranzito, khi làm việc với các tín hiệu
xung biến đổi nhanh cần lưu ý tới tính chất quán tính (trễ) của
IC thuật toán. Với các IC thuật toán tiêu chuẩn hiện nay, thời
gian tăng của điện áp ra khoảng V/µs, do đó
vi
ệ
c
dùng chúng trong các mạch comparator có nhiều hạn chế khi
đòi hỏi độ chính xác
cao. Trong điều kiện tốt hơn, việc sử dụng các IC chuyên dụng
được chế tạo sẵn
s
ẽ
có tốc độ chuyển biến nhanh hơn nhiều
cấp (cỡ V/ns. ví dụ loại µA710, A110, LM310-339 hay
NE521 ). Hoặc dùng các biện pháp kĩ thuật mạch để giảm
kho
ả
ng
cách giữa 2 mức
U
±
ramax
Hình 3.8 : a), c) - Bộ so sánh dùng IC thuật toán với hai kiểu
mắc khác nhau và b), d) - Hàm truyền đạt
tương úng của chúng

c - Có thể mở rộng chức năng của mạch so sánh nhờ mạch
hình 3.9a với đặc tính truyền đạt cho trên hình 3.9b, gọi là bộ so
4
sánh t
ổ
ng
.
Từ đặc tính hình 3.9b thấy rõ bộ so sánh tổng sẽ chuyển
trạng thái ở đầu ra lúc tổng đại số của hai điện áp vào (đưa tới
cùng một đầu vào) đạt tới 1 giá
tr
ị
ng
ưỡ
ng
(đưa tới đầu vào
kia). Nếu chọn U
ngưỡng
= 0 (h.3.9a) thì mạch sẽ lật lúc có điều
ki
ệ
n
U
1
+ U
2
= 0 (h.3.9b). Các nhận xét khác, đối với mạch
hình 3.8a ở đây đều đúng cho bộ so sánh tổng khi đảo lại: đặt
U
1

và U
2
tới đầu vào N và U
nguỡng
tới đầu vào P.
5
Hình 3.9: Bộ so sánh tổng (a) và đặc
tuyến truyền đạt của nó
(b)