Giáo trình kỹ thuật xung - Chương 2 pps

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 20
CHƯƠNG 2
MẠCH BIẾN ĐỔI DẠNG XUNG
2.1. MẠCH XÉN
Chức năng: Giới hạn biên độ tín hiệu.
Phân loại theo chức năng có 3 loại:
- Mạch xén trên (xén dương).
- Mạch xén dưới (xén âm).
- Mạch xén hai mức(xén dương và xén âm)
Phân loại theo cấu trúc có 2 loại:
- Mạch xén nối tiếp: phần tử xén mắc nối tiếp với tải
- Mạch xén song song: phần tử xén mắc song song với tải
2.1.1. Mạch xén dùng Diode
Đn: là một dạng mạch sửa dạng sóng rất ph
ổ biến trong thực tế.
Giả sử các diode lý tưởng:
V
γ
= 0 : điện áp bắt đầu dẫn
Is = 0 : dòng rỉ khi phân cực nghịch
rf = 0 : điện trở thuận
rs = ∞ : điện trở nghịch
a. Mạch xén trên :
Xén phần tín hiệu lớn hơn giá trị VN.
D
Vi
-
R
-

++
Vo
-
R
Vi
D
-
Vn
Vo
+
+
Vn



Vi > VN : D dẫn
⇒ V
0
= VN
Vi ≤ VN : D tắt
⇒ V
0
= Vi

Vi ≥ VN : D tắt
⇒ V
0
= VN
Vi < VN : D dẫn
⇒ V

0
= Vi

 Đặc tuyến hàm truyền đạt: Biểu diễn sự phụ thuộc giữa tín hiệu ngõ vào
và tín hiệu ngõ ra.





Hình 2.1a. Mạch xén song
song
Hình 2.1b. Mạch xén nối tiếp
VN

vi

vo

VN


Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 21
 Dạng tín hiệu ra khi tín hiệu vào là tín hiệu sin:

b. Mạch xén dưới :
Xén phần tín hiệu nhỏ hơn giá trị VN.
+
-
+
Vn
-
Vn
Vo Vi
+
D
D
Vi
R
Vo
R
-
+
-

Hình 2.2a. Xén dưới song song Hình 2.2 b.Xén dưới nối tiếp

• Vi ≥ VN : D tắt
⇒ V

0
= Vi
• Vi < VN : D dẫn
⇒ V
0
= VN

•
Vi > VN : D dẫn
⇒ V
0
= Vi
• Vi ≤VN : D tắt
⇒ V
0
= VN



 Đặc tuyến hàm truyền đạt: Biểu diễn sự phụ thuộc giữa tín hiệu ngõ vào
và tín hiệu ngõ ra.

VN

t

v

vo

vi

VN

vi

vo

VN


Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 22
 Dạng tín hiệu ra khi tín hiệu vào là tín hiệu sin:

c. Mạch xén 2 mức:
Kết hợp mạch xén trên và xén dưới.
 Xén 2 mức nối tiếp.
 Xén 2 mức song song.
 Xén 2 mức nối tiếp và song song.










• Vi < VN
1
<

VN
2
: D
1
dẫn, D
2
tắt ⇒ V
0
= VN

1

• VN
1
< Vi < VN
2
: D
1
tắt, D
2
tắt ⇒ V
0
= Vi
• Vi >VN
2
>VN
1
: D
1
tắt, D
2
dẫn ⇒ V
0
= VN
2



 Đặc tuyến hàm truyền đạt:

t

v

VN

vi

vo
vo

vi

VN
1
D1

R
D2
VN
2

VN
1

<
VN
2

Hình 2.3. Mạch song song
VN
1
vi

vo

VN
1
VN
2
VN
2

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 23
 Dạng tín hiệu ngõ ra khi tín hiệu ngõ vào có dạng hình sin:

Ví dụ
: Cho mạch xén như hình vẽ.








R
1
= 100KΩ V
1
= 25V
R
2
= 200KΩ V
2
= 100V

Các diode D
1
và D
2

là diode lý tưởng.
Điện áp ngõ vào vi biến thiên từ 0V đến 150V.
Hãy xác định và vẽ hàm truyền đạt.

Giải
:
• vi = 0 : D
1

off
, D
2

on

Suy ra: vo = VA

12
12
RR
VV
i
+
−
=

VA = V
1
+ VR
1

= V
1
+ i.R
1

= V
1
+
1
12
12
R.
RR
VV
+
−

= 25 +
100.
200100
25100
+
−

= 50 (V).

•
V
2

> vi > VA

: D
1 on
, D
2 on

vo = VA = v
i


• vi ≥ V
2
: D
1

on

Suy ra VA = vi , do đó D
2

off

v

VN
2
t

VN

1
Vi

Vo
D1

D2

R1 R2
vi

vo

V
1
V
2
A


Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 24
Dòng iR
2
= 0 ⇒ vo = V
2
=100 (V).

• Đặc tuyến hàm truyền đạt:

2.1.2. Mạch xén 2 mức dùng diode zenner:
Để giới hạn biên độ xung người ta còn dùng diode zener thay cho diode D và nguồn
chuẩn VR. Điện áp VZ do hiệu ứng zener sẽ là điện áp giới hạn biên độ xung.
Giả sử các diode zenner lý tưởng:
V
γ
= 0 : điện áp bắt đầu dẫn
Is = 0 : dòng rỉ khi phân cực nghịch
rf = 0 : điện trở thuận
Vz : điện áp ổn định củ Z khi phân cực nghịch

a. Giới hạn xung dương

• Vi < 0

: Z phân cực thuận, Z dẫn giống Diode ⇒ V
0
= 0
•
Vi ≥ 0

: Z phân cực nghịch
+ Vi < VZ : Z tắt ⇒ V
0
= Vi
+ Vi > VZ : Z dẫn ổn áp ⇒ V
0
= VZ
b. Giới hạn xung âm









50

vi

vo

50

100

100

D
1 off

D
2 on
D
1 on

D
2 on
D
1 on

D
2 off
Z
R
VoVi
Hình 2.4. Mạch giới hạn xung dương
+
VZ

-

Hình 2.5. Mạch giới hạn xung âm
Z
R
VoVi
-
VZ


+


Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 25


•
Vi < 0

: Z phân cực nghịch
+ Vi > - VZ : Z tắt ⇒ V
0
= Vi
+ Vi <- VZ : Z dẫn ổn áp ⇒ V
0
= - VZ
•

Vi > 0

: Z phân cực thuận, Z dẫn giống Diode ⇒ V
0
= 0


c. Giới hạn xung âm dương










• Vi <-VZ
1
< 0

: Z
1
phân cực nghịch, Z
1
dẫn ổn áp
Z
2
phân cực thuận, Z

2
dẫn bình thường
⇒ V
0
= - VZ
1

•
-VZ
1
< Vi < 0

: Z
1
phân cực nghịch, Z
1
tắt
⇒ V
0
= Vi

• VZ
2
> Vi >0

: Z
1
phân cực thuận, Z
1
dẫn bình thường

Z
2
phân cực nghịch, Z
2
tắt
⇒ V
0
= Vi
•
Vi >VZ
2
>0

: Z
1
phân cực thuận, Z
1
dẫn bình thường
Z
2
phân cực nghịch, Z
2
dẫn ổn áp
⇒ V
0
= VZ
2

 Đặc tuyến hàm truyền đạt:

Hình 2.5. Mạch giới hạn xung âm dương
Z1
R
Z2
VoVi
VZ
1
–
+
VZ
2
+
-

VZ
2
VZ
2

-VZ
1
-VZ
1
vo

vi


Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 26
2.2 MẠCH GHIM (MẠCH KẸP)
ĐN: Mạch ghim là mạch cố định đỉnh trên hay đỉnh dưới của tín hiệu ở một giá trị
điện áp nhất định.
Mach ghim không làm thay đổi biên độ đỉnh đỉnh của tín hiệu .
Có hai loại mạch ghim đỉnh trên và mạch ghim đỉnh dưới.
2.2.1.Mạch ghim đỉnh trên ở 0 V











VD:

•
t = (0÷1): Vi

=Vm , D dẫn ⇒ Vo = 0
Đồng thời tụ C nạp nhanh Vc = Vm
•
t = (1÷2): Vi

=-Vm , D tắt ⇒ tụ C không xả được ⇒ Vc = Vm = const ⇒ điện

áp ra: Vo = Vi

- VC

= -Vm –Vm =- 2Vm
•
t = (2÷3): Vi tăng biên độ, Vi

=1,5Vm , D dẫn ⇒ Vo = 0 (Mạch vẫn còn
khả năng ghim áp khi Vi tăng)
Đồng thời tụ C nạp tiếp Vc = 1,5Vm
Vi
t

Vm

1,5Vm

Vm

-Vm

-1,5Vm

0

1

2

3

4

5

Vo
t

Vm

-2,5Vm

-0,5Vm

-2Vm

-3Vm

0

1

2

3

4

5

C
Vi
R >>
-
+
D
Vo
+
-
Hình 2.6. Mạch ghim đỉnh trên ở 0V

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 27
• t = (3÷4): Vi

=-1,5 Vm , D tắt ⇒ tụ C không xả được ⇒ Vc = 1,5Vm = const
⇒ điện áp ra: Vo = Vi

- VC

= -1,5Vm –1,5Vm =- 3Vm
•
t = (4÷5): Vi giảm biên độ, Vi

=Vm , D tắt ⇒ tụ C không xả được ⇒ Vc =
1,5Vm = const
⇒ điện áp ra: Vo = Vi

- VC

= Vm –1,5Vm =-0,5Vm
(Mạch mất khả năng ghim áp khi Vi giảm) .

* Như vậy mạch sẽ mất khả năng ghim đỉnh trên ở mức 0V khi biên độ điện áp
giảm. Để khắc phục tình trạng này ta mắc điện trở R rất lớn song song với Diode,
tụ C sẽ xả bớt điện tích qua R sau một vài chu kỳ mạch sẽ hồi phục lại khả năng
ghim
* Chú ý : Khi phân tích mạch ghim ta bắt đầu tại bán kỳ mà tụ C nạp đ
iện.
2.2.2. Mạch ghim đỉnh trên ở VN

Vn
-
C
Vo
R >>
+
D
-
Vi
+

Hình 2.5. Mạch ghim đỉnh trên ở Vn

2.2.3. Mạch ghim đỉnh dưới ở VN

+
R >>
Vi

-
D
Vo
+
-
C
Vn

Hình 2.5. Mạch ghim đỉnh dưới ở Vn

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 28
2.3. MẠCH SO SÁNH:

• Nguyên lý:







vi

< VN

: vo = -Vcc.
vi

> VN

: vo = Vcc.

Mạch so sánh dùng khuyếch đại thuật toán (op_amp):
Khuyếch đại thuật toán ở chế độ xung tồn tại chủ yếu ở trạng thái bão hòa.






V
+
> V
-
: Vo = +Vc
c
: bão hòa dương.
V
+
<

V
-
: Vo = -Vc
c
: bão hòa âm.

2.3.1. Mạch so sánh không đảo
Điện áp Vi vào ngõ không đảo V

+

VR vào ngõ đảo V
-












vi

So
sánh
VN

+
vo

-
-Vcc
VO
V
-

V
+
+
+Vcc
-Vcc
o
VV
i
VN

+
+Vcc

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 29
 Đặc tuyến hàm truyền đạt:









•
Vi < VN (hayV
+

<

V
-
) thì V
0
= -VCC
•
Vi > VN

(hayV
+
> V
-
) thì V
0
= +VCC.

2.3.2. Mạch so sánh không đảo
Điện áp Vi vào ngõ đảo V
-

VR vào ngõ không đảo V
+

 Đặc tuyến hàm truyền đạt:










•
VI

< VN

(hayV
+
> V
-
) thì V
0
= +VCC

•
Vi > VN (hayV
+
<

V
-
) thì V
0
= -VCC

* Chú ý: Nếu op-amp được cung cấp nguồn đơn thì khi bão hoà âm Vo = 0
-Vcc
o
VV
i
VN

+
+Vcc
+VC
C
-
V
CC
Vi

VN

V

0
+V
CC
-V
CC
V
i
V
N
V
0

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 30
Ví dụ:










v
+
= vi
v
-

= 0
Khi vi > 0
⇒ V
+
> V
-
⇒ vo = +Vcc.
Khi vi < 0
⇒ V
+
<

V
-
⇒ vo = -Vcc.



t


-Vcc

+Vcc

vo

vi

v

-Vcc
o
VV
i
+
+Vcc