KĨ THUẬT XUNG - SỐ, Chương 5 pps

1
Chương 5: MẠCH KHÔNG ĐỒNG BỘ
MỘT TRẠNG THÁI ỔN Đ
Ị
NH
Đây là loại mạch có một trạng thái ổn
đ
ị
nh
bền. Trạng thái
thứ hai của nó
ch
ỉ
ổ
n
đ
ị
nh
trong một khoảng thời gian nhất
đ
ị
nh
nào đó (phụ thuộc vào tham số của
m
ạ
ch)
sau đó mạch lại quay
về trạng thái ổn
đ
ị
nh

bền ban đầu. Vì thế, mạch còn có tên là
trigơ một trạng thái ổn
đ
ị
nh
hay đa hài đợi hay đơn giản hơn là
mạch rơ le thời gian.
3.3.1. Đa hài
đ
ợ
i
dùng
tranzito
Hình 3.17a
ch
ỉ
ra mạch điện nguyên lí và hình 3.17b là
giản đồ đlện áp - t
h
ờ
i
gian minh họa nguyên lí hoạt động của
mạch đa hài đợi dùng tranzito.
Hình 3.17: Mạch điện nguyên lý đa hài đợi dùng tranzito (a), giản
đồ thời gian qua
b
ố
n
điểm đo U
vào

; U
B1
;
U
B2
; U
ra
(b)
Thực chất mạch hình 3.17a là một trigơ RS, trong đó một
trong các điện trở
h
ồ
i
tiếp dương được thay bằng một tụ điện.
Trạng thái ban đầu T
2
mở -T
1
khóa nhờ R, T
2
mở bão hòa làm
U
CE2
= U
BEI
= 0 nên T
1
khóa, đây là trạng thái ổn
đ
ị

nh
bền
(gọi là trạng thái
đ
ợ
i)
.
Lúc t = t
o
có xung điện áp dương ở lối vào mở T
1
, điện thế
cực colectơ của T
1
giảm từ +E xuống gần bằng 0. Bước nhảy
2
điện thế này thông qua bộ lọc tần số cao RC đặt toàn bộ đến cực
bazơ của T
2
làm điện thế ở đó đột biến từ mức thông
(kho
ả
ng
+0,6v) đến mức -E + 0,6v ≈ -E, do đó T
2
b
ị
khóa lại. Khi đó T
1
được đuy trì ở trạng thái mở nhờ mạch hồi tiếp dương R

1
R
2
ngay cả khi điện áp vào bằng 0. Tụ C (đấu qua R đến điện thế
+E) bắt đầu nạp điện làm điện thế cực bazơ T
2
biến đổi theo quy
luật :
U
B2
≈ E [ 1 - 2exp( -t/RC )] (3-15)
210
Với điều kiện ban đầu: U
B2
(T = t
o
) = -E
và điều kiện cuối: U
B2
(T -> ∞) = E
T
2
b
ị
khóa cho tới lúc t = t
1
(h.3.17b) khi U
B2
đạt tới giá trl
+0,6 khoảng thời gian này xác

đ
ị
nh
từ điều kiện U
B2
(t
1
) = 0 và
quyết
đ
ị
nh
độ dài xung ra tx:
t
1
- t
o
= tx = RCln2 = 0,7RC (3-16)
Sau lúc t = t
1
, T
2
mở và quá trình hồi tiếp dương qua R
1
,
R
2
đưa mạch về
l
ạ

i
trạng thái ban đầu, đợi xung vào tiếp sau
(lúc t = t
2
). Lưu ý những điều trình bày trên đúng kh
i
T > t
x
>
τ
x
(3-17)
(
τ
x
là độ rộng xung vào và T
v
là chu kì xung vào) và khi
điều kiện (3-17)
đ
ượ
c
thỏa mãn thì ta luôn có chu kì xung
ra T
ra
= T
v
.
3.3.2. Mạch đa hài
đ

ợ
i
dùng IC thuật toán
211
Hình 3.18: Nguyên lý mạch đa hài đợi dùng IC. Khởi động bằng
cực tính dương (a), cực tính âm (c), giản đồ điện áp
tương ứng (b) và (d)
212
Hình 3.18a đưa ra một dạng của sơ đồ nguyên lí mạch đa
hài đợi dùng IC t
hu
ậ
t toán và hình 3.18b là giản đồ thời gian giải
thích hoạt động của mạch. Để đơn
gi
ả
n
, giả thiết IC được cung
cấp từ một nguồn đối xứng
±
E và khi đó U
ramax
= |U
ramin
| =
U
max
Ban đầu lúc t < t
1
, U

v
= 0; D thông nối đất (bỏ qua sụt áp
thuận trên điôt) do U
ra
=
-U
max
từ đó U
N
= U
c
= 0. Qua mạch hồi tiếp dương R
1
R
2
, -
U
max
đưa tới đầu vào P
đ
i
ệ
n
áp U
p
= -βU
max
.
(v
ớ

i
β
=
R
1
R
1
+
R
2
là hệ số phân áp mạch hồi tiếp). Đây là trạng thái ổn
đ
ị
nh
bền
(
t
r
ạ
ng
thái đợi) của
m
ạ
ch
.
Lúc t = t
1
có xung nhọn cực tính dương tới đầu vào P. Nếu
biên độ thích
h

ợ
p
vượt hơn giá
tr
ị
-βU
max
, sơ đồ lật sang
trạng thái cân bằng không bền với U
ra
=
+U
ramax
= U
max
và qua mạch hồi tiếp dương có U
p
= βU
max
.
Sau lúc t
1
, điện áp ra U
max
nạp cho tụ C làm cho U
c
= U
N
dương dần cho tới lúc t=t
2

khi đó U
N
= βU
max
thì xảy ra đột
biến do điện thế đầu vào vi mạch U
N
- U
p
đổi dấu, điện áp ra đổi
dấu lần thứ hai U
ra
= -U
max
(lưu ý trong khoảng t
1
- t
2
, U
N
= U
c
> 0 nên điôt
b
ị
phân cực ngược và tách khỏi
m
ạ
ch).
Tiếp đó, sau lúc t

2
tụ C phóng điện qua R hướng tới giá
tr
ị
điện áp ra lúc đó là - U
max
lúc t = t
3
, U
c
= U
n
≈
0 điốt trở nên
mở, ghim mức thế đầu vào đảo ở giá
tr
ị
0, mạch quay về trạng
thái đợi ban đầu. Nếu xung khởi động U
vào
cực tính âm, có t
h
ể
dùng sơ đồ hình 3.18c với tần số xung ra thay đối được nhờ R.
Hoạt động của
m
ạ
ch
được minh họa trên đồ
th

ị
hình 3-18d.
Với 3.18a, b ta có nhận xét độ rộng xung
τ
x
= t
2
-t
1
có liên
quan tới quá trình
n
ạ
p
cho tụ C từ mức 0 tới mức -βU
max
.
Từ đó, với giả
thiết U
+
=|U
-
| =
U
ta có
ramax ra
mi
n
max
U (t)

=
U
(t)
=
U
(1
−
e
t/RC
)
(3-18)
c N max
213
thay giá
tr
ị
U
c
(t
1
) = 0, U
c
(t
2
) = βU
max
vào phương trình (3-18) ta
có
1 


R

τ
x
=
t
2
−
t
1
=
RCln
1

=
RCln

1
+

1

β R
(3-19)

−

 2 
Gọi t
3

- t
2
= t
hph
là thời gian hồi phục về trạng thái ban
đầu của sơ đồ, có liên quan tới quá trình phóng điện của tụ C từ
mức βU
max
về mức 0 hướng tới lúc xác
l
ậ
p
U
c
(∞) = -U
max
xuất
phát từ phương trình:
U
c
(t) = U
c
(∞) - [U
c
(∞) - U
c
(0)] exp ( -t / RC) (3-20)
có kết
qu
ả

:
t
hph
= RCln (1 + β) = RCln[1+R
1
/ ( R
1
+ R
2
)(3-21)
214
So sánh hai biểu thức xác
đ
ị
nh
τ
x
và t
hph
thấy do β
< 1 nên
τ
x
>> t
hph
. Người ta cố gắng chọn các thông số
và cải tiến mạch để t
hph
giảm nhỏ, nâng cao độ tin cậy
c

ủ
a
mạch khi có dãy xung tác động đầu vào. Khi đó cần
tuân theo điều
ki
ệ
n
:
τ
x
+ t
hph
< T
vào
= T
ra
(3-
22)
với T
v
là chu kỳ dãy xung khởi động ở cửa vào. Các hệ
thức (3-19) và (3-21) cho xác
đ
ị
nh
các thông số quan trọng
nhất của mạch 3.18a.