Điện Tử - Kỹ Thuật Mạch Điện Tử (Phần 2) part 12 pptx

218










Hình 3.24: Xung tam giác lý tưởng
Biên
độ
U
max
m
ứ
c m
ộ
t chi
ề
u ban
đầ
u U
q
(t = 0) = U
0
chu kì l
ặ

p l
ạ
i T (so v
ớ
i
xung tu
ầ
n hoàn), th
ờ
i gian quét thu
ậ
n t
q
và th
ờ
i gian quét ng
ượ
c t
ng
(thông th
ườ
ng t
ng

<< tq), t
ố
c
độ
quét thu
ậ

n hay
độ
nghiêng vi phân c
ủ
a
đườ
ng quét.
dt
(t)dU
K
q
=
Để

đ
ánh giá ch
ấ
t l
ượ
ng U
q
th
ự
c t
ế
so v
ớ
i lý t
ưở
ng có h

ệ
s
ố
không
đườ
ng th
ẳ
ng
ε

đượ
c
đị
nh ngh
ĩ
a là :
%
(0)U'
)(tU'(0)U'
0)/dt(tdU
)t/dt(tdU0)/dt(tdU
ε
q
qqq
q
qqq
−
=
=
=−≈

= (3-33b)
Ngoài ra còn các tham số khác như: tốc độ quét trung bình
K
TB
= U
max
/ t
q
và hiệu suất năng lượng: η = U
max
/ E
nguồn

Từ đó có hệ số phẩm chất của U
q
là Q = η / ε.
Nguyên lí tạo xung tam giác dựa trên việc sử dụng quá trình nạp hay phóng
điện của một tụ điện qua một mạch nào đó. Khi đó quan hệ dòng và áp trên tụ biến đổi
theo thời gian có dạng
dt
(t)dU
C(t)i
c
c
= (3-34)
trong điều kiện C là một hằng số, muốn quan hệ U
c
(t) tuyến tính cần thỏa mãn điều
kiện i
c

(t) = hằng số. Nói cách khác sự phụ thuộc của điện áp trên tụ điện theo thời gian
càng tuyến tính khi dòng điện phóng hay nạp cho tụ càng ổn định.
Có hai dạng xung tam giác cơ bản là: trong thời gian quét thuận t
q
, U
q
tăng
đường thẳng nhờ quá trình nạp cho tụ từ nguồn một chiều nào đó và trong thời gian
quét thuận t
q
, U
q
giảm đường thẳng nhờ quá trình phóng của tụ điện qua một mạch
tải. Với mỗi dạng kể trên có các yêu cầu khác nhau, để đảm bảo t
ng
<<t
q
, với dạng
U
o

U
U
max

t
t
q
t
ng

T

219

tăng đường thẳng cần nạp chậm phóng nhanh và ngược lại với dạng giảm đường
thẳng cần nạp nhanh phóng chậm. . . ,
Để điều khiển tức thời các mạnh phóng nạp, thường sử dụng các khóa điện tử
tranzito hay IC đóng mở theo nhịp điều khiển từ ngoài. Trên thực tế để ổn định dòng
điện nạp hay dòng điện phóng của tụ cần một khối tạo nguồn dòng điện (xem 2.6) để
nâng cao chất lượng xung tam giác. Về nguyên lí có 3 phương pháp cơ bản sau:
a - Dùng một mạch tích phân đơn giản (h.3.25a) gồm một khâu RC để nạp điện cho tụ
từ nguồn E. Quá trình phóng, nạp được một khóa điện tử K điều khiển. Khi đó, U
max

<< E do đó phẩm chất của mạch thấp vì hệ số phi tuyến tỷ lệ với tỷ số U
max
/E;

E
U
ε
max
= (3-35)
Nếu sử dụng phần tăng đường thẳng ta có U
c
(t) = E [1- exp( - t/R
n
C)] với R
n

C
>>R
phóng
.C. Nếu chọn nguồn E cực tính âm ta có U
c
(t) là giảm đường thẳng.

Hình 3.25: Phương pháp Mille tạo Uq
b - Dùng một phần tử ổn định dòng kiểu thông số có điện trở phụ thuộc vào điện áp
đặt trên nó R
n
=f(U
Rn
) làm điện trở nạp cho tụ C. Để giữ cho dòng nạp không đổi, điện
trở R
n
giảm khi điện áp trên nó giảm, lúc đó
ε = U
max
/E
td
với E
td
= I
nạp
. R
i
(8-36)
R
i

là điện trở trong của nguồn dòng nên khá lớn, do vậy E
td
lớn và cho phép nâng cao
U
max
với một mức méo phi tuyến cho trước.
c - Thay thế nguồn E cố định ở đầu vào bằng một nguồn biển đổi
e(t) = E + K (U
c
- U
o
)
hay e(t) = E + K∆U
C
(3-37)
với K là hằng số tỉ lệ bé hơn một: k = de(t)/dU
c
< l (với hình 3.26a)
Nguồn bố sung K∆U
C
bù lại mức giảm của dòng nạp nhờ một mạch khuếch đại
có hồi tiếp thay đổi theo điện áp trên tụ U
c
khi đó mức méo phi tuyến xác định bởi:

220

ε = (1-k)U
max
/E (3-38)

giá trị này thực tế nhỏ vì k ≈ 1 nên 1-k là V
CB
và vì thế có thể lựa chọn được U
max
lớn
xấp xỉ E làm tăng hiệu suất của mạch mà ε vẫn nhỏ.
3.6.2. Mạch tạo xung tam giác dùng tranzito
Hình 3.27 đưa ra các sơ đồ dùng tranzito thông dụng để tạo xung tam giác
trong đó (a) là dạng đơn giản, (b) là mạch dùng phần tử ổn dòng (phương pháp Miller)
và (c) là mạch bù có khuếch đại bám kiểu Bootstrap.

Hình 3.27: Các mạch tạo xung tam giác dùng tranzito thông dụng nhất
a. Với mạch (a): Ban đầu khi U
v
= 0 (chưa có xung điều khiển) T mở bão hòa nhờ R
B
,
điện áp ra U
ra
= U
c
= U
CEbh
≈ 0V. Trong thời gian có xung vuông, cực tính âm điều
khiển đưa tới cực bazơ, T khóa, tụ C được nạp từ nguồn +E qua R làm điện áp trên tụ
tăng dần theo quy luật U
c
(t) = E (1 - e
-t/RC
) (3-39)

Điện áp này U
c
(t) = U
ra
(t) ở gần đúng bậc nhất tăng đường thẳng theo t với hệ
số phi tuyến

221

E
U
i
)i(ti
ε
m
0
q0
=
−
= với i(0) = E/R (3-40)
và
R
U-E
)i(t
m
q
= là các dòng nạp lúc đầu và cuối
Khi hết xung điểu khiển T mở lại, C phóng điện nhanh qua T; U
ra
= U

c
≈ 0 mạch
về lại trạng thái ban đầu.
Từ biểu thức sai số ε (3-40) thấy rõ muốn sai số bé cần chọn nguồn E lớn và
biên độ ra của xung tam giác U
m
nhỏ. Đây là nhược điểm căn bản của sơ đồ đơn giản
hình 3.27a.
b. Với mạch (b) tranzito T
2
mắc kiểu bazơ chung có tác dụng như một nguồn ổn dòng
(có bù nhiệt nhờ dòng ngược qua D
Z
là điôt ổn áp (xem 2.6) cung cấp dòng I
E2
ổn định
nạp cho tụ trong thời gian có xung vuông cực tính âm điều khiển làm khóa T
1
. Với
điều kiện gần đúng dòng cực colectơ T
1
không đổi thì:
t
C
I
=dtI
C
1
=(t)U
c2

t
0
c2c
q
∫
là quan h
ệ
b
ậ
c nh
ấ
t (3-41)
M
ạ
ch (b) cho phép t
ậ
n d
ụ
ng toàn b
ộ
E t
ạ
o xung tam giác v
ớ
i biên
độ
nh
ậ
n
đượ

c
là U
m

≈
E. Tuy v
ậ
y, khi có t
ả
i R
t
n
ố
i song song tr
ự
c ti
ế
p v
ớ
i C thì có phân dòng qua R
t

và U
m
gi
ả
m và do
đ
ó sai s
ố

ε
t
ă
ng.
Để
s
ử
d
ụ
ng t
ố
t c
ầ
n có bi
ệ
n pháp nâng cao R
t
hay
gi
ả
m
ả
nh h
ưở
ng c
ủ
a R
t

đố
i v
ớ
i m
ạ
ch ra c
ủ
a s
ơ

đồ
.
c.
Với mạch
(c) T
1
là ph
ầ
n t
ử
khóa th
ườ
ng m
ở
nh
ờ
R
B
và ch
ỉ

khóa khi có xung vuông
c
ự
c tính d
ươ
ng
đ
i
ề
u khi
ể
n. T
2
là ph
ầ
n t
ử
khu
ế
ch
đạ
i
đệ
m ch
ế

độ

đ
óng m

ở
(k < 1).
Ban
đầ
u (U
v
= 0) T
1
m
ở
nh
ờ
R
b
,
đ
iôt D thông qua R có dòng I
o

≈
E/(R + R
d
) v
ớ
i U
c
=
U
CE1bh
≈

0. Qua T
2
ta nh
ậ
n
đượ
c U
ra
≈
0. T
ụ
C
o

đượ
c n
ạ
p t
ớ
i
đ
i
ệ
n áp U
N
- U
E2

≈
E v

ớ
i
c
ự
c tính nh
ư
hình 3.27. Trong th
ờ
i gian có xung vào T
1
b
ị
khóa, C
đượ
c n
ạ
p qua D và
R làm
đ
i
ệ
n th
ế
t
ạ
i M (c
ũ
ng là
đ
i

ệ
n th
ế
c
ự
c baz
ơ
T
2
) âm d
ầ
n T
2
m
ở
m
ạ
nh, gia s
ố

∆
U
c
qua T
2
và qua C
o
(có
đ
i

ệ
n dung l
ớ
n) g
ầ
n nh
ư

đượ
c
đư
a toàn b
ộ
v
ề

đ
i
ể
m N bù thêm
v
ớ
i giá tr
ị
s
ẵ
n có t
ạ
i N (
đ

ang gi
ả
m theo quy lu
ậ
t dòng n
ạ
p) gi
ữ

ổ
n
đị
nh dòng trên R
n
ạ
p cho C. Chú ý khi dòng h
ồ
i ti
ế
p qua C
o
v
ề
N có tr
ị
s
ố
b
ằ
ng E/R thì không còn dòng

qua D d
ẫ
n t
ớ
i cân b
ằ
ng
độ
ng, ngu
ồ
n E d
ườ
ng nh
ư
c
ắ
t kh
ỏ
i m
ạ
ch và C
đượ
c n
ạ
p nh
ờ

đ
i
ệ

n th
ế
E
đ
ã
đượ
c n
ạ
p tr
ướ
c trên C
o
.
S
ơ

đồ
(c) có
ư
u
đ
i
ể
m là biên
độ
U
m

đạ
t x

ấ
p x
ỉ
giá tr
ị
ngu
ồ
n E trong khi sai s
ố

gi
ả
m
đ
i (1 - k) l
ầ
n (v
ớ
i k là h
ệ
s
ố
truy
ề
n
đạ
t c
ủ
a T
2

m
ắ
c chung emit
ơ
) và
ả
nh h
ưở
ng
c
ủ
a R
t
m
ắ
c t
ạ
i c
ự
c emit
ơ
c
ủ
a T
2
thông qua t
ầ
ng
đệ
m phân cách T

2
t
ớ
i U
c
(t) r
ấ
t y
ế
u.
Các s
ơ

đồ
3.27 a b c có th
ể
s
ử
d
ụ
ng v
ớ
i xung
đ
i
ề
u khi
ể
n c
ự

c tính ng
ượ
c l
ạ
i khi
chuy
ể
n m
ạ
ch T
1

đượ
c thi
ế
t k
ế

ở
d
ạ
ng th
ườ
ng khóa (không có R
B
)
3.6.3. Mạch tạo xung tam giác dùng vi mạch thuật toán
Hình 3.28 a và b
đư
a ra hai s

ơ

đồ
t
ạ
o xung tam giác dùng IC thu
ậ
t toán.

222


Hình 3.28: Các mạch tạo xung tam giác dùng IC tuyền ttnh
a) Dạng mạch tích phân đơ
n gi
ả
n
b) Dùng mạch phức tạp
có
điều chỉnh hướng quét và cực tính
a -
Mạch
3.28 a xây d
ự
ng trên c
ơ
s
ở
khu
ế

ch
đạ
i có
đả
o trong
đ
ó thay
đ
i
ệ
n tr
ở
R
ht

b
ằ
ng t
ụ
C, khi
đ
ó
đ
i
ệ
n áp ra
đượ
c mô t
ả
b

ở
i (gi
ả
thi
ế
t U
o
= 0)

( )
( )
( )
Q+dttI
C
1
=
C
tQ
=tU
t
0
0cra
∫
(3-42)
với Q
o
là điện tích có trên tụ tại lúc t = 0
với
( )
(

)
R
tU
=tI
vào
c
ta có
( ) ( )
U+dttU
RC
1
=tU
t
0
ravàora
∫
(3-43)
Thành ph
ầ
n U
rao
xác
đị
nh t
ừ

đ
i
ề
n ki

ệ
n ban
đầ
u c
ủ
a tích phân
U
rao
= U
ra
(t = 0) = Q
0
/ C
N
ế
u U
vào
(t) là m
ộ
t xung vuông có giá tr
ị
không
đổ
i trong kho
ả
ng 0
÷
t thì U
ra
(t)

là m
ộ
t
đ
i
ệ
n áp
đườ
ng th
ẳ
ng
U
ra
(t) = ( - U
vào
/RC). t + U
rao
(3-44)
Độ
chính xác c
ủ
a (3.44) là tùy thu
ộ
c vào gi
ả
thi
ế
t g
ầ
n

đ
úng U
o

≈
0 hay dòng
đ
i
ệ
n
đầ
u vào IC g
ầ
n b
ằ
ng 0, các vi m
ạ
ch ch
ấ
t l
ượ
ng cao
đả
m b
ả
o
đ
i
ề
u ki

ệ
n này khá
t
ố
t.

223

b –
Phân tích hoạt

động của mạch
3.28b. Khi có xung
đ
i
ề
u khi
ể
n c
ự
c tính d
ươ
ng, T
m
ở
bão hòa, thông m
ạ
ch phóng
đ
i

ệ
n cho t
ụ
C trong kho
ả
ng th
ờ
i gian t
o
(t
o
< t
nghỉ
v
ớ
i
t
nghỉ
= t
vào
là th
ờ
i gian có xung
đ
i
ề
u khi
ể
n).

Trong kho
ả
ng t
q
(không có xung
đ
i
ề
u khi
ể
n) IC làm vi
ệ
c
ở
ch
ế

độ
khu
ế
ch
đạ
i tuy
ế
n
tính, n
ế
u U
o
= 0 thì

U
p
= U
N
= U
c
(3-45)
Ta xác
đị
nh quy lu
ậ
t bi
ế
n
đổ
i c
ủ
a U
c
(t), t
ừ

đ
ó tìm
đ
i
ề
u ki
ệ
n

để
có quan h
ệ
là tuy
ế
n
tính nh
ư
sau:
Ph
ươ
ng trình dòng
đ
i
ệ
n t
ạ
i nút N v
ớ
i m
ạ
ch h
ồ
i ti
ế
p âm:
2
raN
1
N0

R
UU
=
R
UE

suy ra
1
2
0
1
21
cra
R
R
E
R
RR
UU −
+
= (3-46)
Ph
ươ
ng trình dòng t
ạ
i núi P v
ớ
i m
ạ
ch h

ồ
i ti
ế
p d
ươ
ng:
4
racc
3
c
R
UU
+
dt
dU
C=
R
UE
(3-47)
T
ừ
hai h
ệ
th
ứ
c (346) và (3-47) rút ra ph
ươ
ng trình c
ủ
a U

c
(t)

RR
RE
R
E
C
1
=
RR
R
R
1
C
U
=
dt
dU
41
20
341
2
3
cc
(3-48)
Tính ch
ấ
t bi
ế

n
đổ
i c
ủ
a U
c
(t) ph
ụ
thu
ộ
c vào h
ệ
s
ố
c
ủ
a s
ố
h
ạ
ng th
ứ
hai v
ế
trái c
ủ
a (3-
48). N
ế
u R

3
> R
1
R
4
/R
2

đườ
ng U
c
(t) có d
ạ
ng
đườ
ng cong l
ồ
i. N
ế
u R3<R
1
R
4
/R
2
R
2

đườ
ng U

c
(t) có d
ạ
ng
đườ
ng cong lõm.
Khi R
1
/R
2
=R
3
/R4 (3-49)
thì U
c
ph
ụ
thu
ộ
c b
ậ
c nh
ấ
t vào t. Khi
đ
ó có:
t
RR
R
E

R
E
C
1
=U
41
2
0
3
c
(3-50)
N
ế
u ch
ọ
n R
1
= R
3
và R
2
= R
4
ta có bi
ể
u th
ứ
c thu g
ọ
n

( )
tEE
CR
1
=U
0
3
c
(3-51)
T
ừ

đ
ó:

224

N
ế
u E > E
o
có U
ra
là
đ
i
ệ
n áp t
ă
ng

đườ
ng th
ằ
ng.
N
ế
u E < E
o
có U
ra
gi
ả
m
đườ
ng th
ẳ
ng.
N
ế
u ch
ọ
n E
o
= 0 ta nh
ậ
n
đượ
c xung tam giác c
ự
c tính d

ươ
ng, còn ch
ọ
n E
o
là 1
ngu
ồ
n
đ
i
ề
u ch
ỉ
nh
đượ
c thì U
ra
có d
ạ
ng có hai c
ự
c tính v
ớ
i biên
độ
g
ầ
n b
ằ

ng 2E
c

Trên th
ụ
c t
ế
, th
ườ
ng ch
ọ
n E = Ec và E
o
l
ấ
y t
ừ
E
c
qua chia áp. Biên
độ
c
ự
c
đạ
i
trên t
ụ
C xác
đị

nh b
ở
i:
U
cmax
= (E - E
o
)t
q
/ R
3
C (3-52)
Ng
ườ
i ta có th
ể
t
ạ
o ra
đồ
ng th
ờ
i m
ộ
t xung vuông và m
ộ
t xung tam giác nh
ờ

ghép n

ố
i ti
ế
p m
ộ
t b
ộ
tích phân sau m
ộ
t trig
ơ
Smit (h. 3.30). B
ộ
tích phân IC
2
l
ấ
y tích
phân
đ
i
ệ
n áp ra
ổ
n
đị
nh trên l
ố
i ra (U
ra1

) c
ủ
a trig
ơ
Smit. Khi U
ra2

đạ
t ng
ưỡ
ng t
ắ
t c
ủ
a
trig
ơ
thì
đ
i
ệ
n áp ra c
ủ
a nó
đổ
i d
ấ
u
độ
t bi

ế
n do
đ
ó U
ra2

đổ
i h
ướ
ng quét ng
ượ
c l
ạ
i. Quá
trình l
ạ
i ti
ế
p di
ễ
n cho t
ớ
i khi
đạ
t t
ớ
i ng
ưỡ
ng l
ậ

t th
ứ
hai c
ủ
a trig
ơ
Smit và s
ơ

đồ
quay v
ề

tr
ạ
ng thái
đầ
u. T
ầ
n s
ố
c
ủ
a dao
độ
ng thay
đổ
i nh
ờ
R ho

ặ
c C. Biên
độ
U
ra2
ch
ỉ
ph
ụ

thu
ộ
c ng
ưỡ
ng l
ậ
t c
ủ
a trig
ơ
Smit,
đượ
c xác
đị
nh b
ở
i:
U
ra2
= U

max
R
1
/R
2
(3-53)
(v
ớ
i U
max
là giá tr
ị

đ
i
ệ
n áp ra bão hòa c
ủ
a IC
1
). Chu kì dao
độ
ng xác
đị
nh b
ở
i
T= 4RCR
1
/R

2
(3-54)

Hình 3.30: Sơ đồ tạo đồng thời xung vuông (Ura1) và xung tam giác (Ura2)