Giáo trình : Kỹ thuật xung part 8 pptx

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 93

Điện trở R = R1//R2 làm giảm dòng điện off set để hoạt động gần với Op-
amp lý tưởng, nhằm mục đích làm cho mạch hoạt động ổn đònh hơn.
Ta có
rr
Av
RR
R
vv =
+
=
+
21
1

Và v
-
= -v
v

Khi v
v
>v
+
thì v
r
= -V
Do đó
AV

RR
R
Vv −=
+
−=
+
21
1
. Đây là ngưỡng kích mức thấp.
Khi v
v
< v
+
thì v
r
= +V, do đó AV
RR
R
Vv =
+
+=
+
21
1
. Ngưỡng kích mức cao.
Dạng sóng vào – ra

Hình 6.5
Quan hệ vào – ra
Khi v

v
> AV thì v
r
= -V
Khi v
v
< -AV thì v
r
= +V







Hình 6.6

0
V
ra
V
V
-AV

+AV

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 94

Nhận xét.
Hai trạng thái của Schmitt Trigger tương ứng với mức điện thế bão hòa
dương +V và bão hòa âm –V của ngõ ra bộ khuếch đại thuật toán. Dạng
sóng ngõ vào được sửa thành xung chữ nhật.
Dạng Mạch 2





Hình 6.7
Ta có v
-
= v
v
12
Re
12 12
ra f
RR
vvv
RR RR
+
=+
++

Khi v
v
> v
+

thì v
ra
= -V
Do đó
12
Re
12 12
f
RR
vV V
RR RR
+
=− +
++
= -AV+B : ngưỡng kích mức thấp.
Khi v
v
< v
+
thì v
r
= +V
Do đó
12
Re
12 12
f
RR
vV V
R

RRR
+
=+
++
= AV + B
Quan hệ vào – ra
Khi v
v
> -AV + B ⇒ v
r
= -V
Khi v
v
< AV + B ⇒ v
r
= +V

Hình 6.8


R
Vref
R1
+
-
Vv
R2
Vra
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 95

c. Dạng Mạch Dùng cổng logic







Hình 6.9.

Ký hiệu và đặc tuyến của cổng NOT Schmitt trigger (74HC14)






Hình 6.10
d. Schmitt Trigger chính xác








Hình 6.11. Schmitt trigger chính xác

R1
Vin
Q
D
/
Q
R
V
TH+

S
V
in

+
-
Q

R
V
TH-

+
-
/Q
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 96

2. Mạch FlipFlop

a. Dạng Mạch Dùng OpAmp
Xét mạch sau :








Hình 6.12
Điện trở hồi tiếp R1 có trò số khá nhỏ so với điện trở R. Mạch F/F dùng Op-
amp như trên gồm hai Op-amp làm việc như hai mạch khuếch đại so sánh.
Op-amp ở trạng thái bào hòa dương nếu v
+
> v
-
⇒ v
0
= V
CC
Op-amp ở trạng thái bào hòa âm nếu v
+
< v
-
⇒ v
0
= 0
Giả thuyết mạch có trạng thái ban đầu là v

r1
= V
CC
, v
r2
= 0.
Ngõ vào âm của Op-amp 1 được hồi tiếp từ v
r2
= 0(v) về qua điện trở R
1
,
nên vẫn có v
+
> v
-
, do đó v
r1
= V
CC
, ổn đònh như trạng thái ban đầu.
Đây là trạng thái ổn đònh thứ nhất của mạch F/F. Op-amp 1 ở trạng thái bão
hòa dương và Op-amp 2 ở trạng thái bão hòa âm. Để chuyển trạng thái của
F/F , cho công tắc S chuyển sang vò trí 2. Lúc đó ở Op-amp 2 có v
-
= 0, v
+
= v
-

nên Op-amp 2 chuyển sang bão hòa dương, v

r2
= +V
CC
. Điện áp này hồi tiếp
về ngõ vào âm của Op-amp 1 qua điện trở R
1
(R
1
<< R) sẽ làm đổi trạng thái
của nó từ bão hòa dương sang bão hòa âm (do lúc này có v
+
< v
-
).
b. Mạch FlipFlop Cơ Bản
Sơ đồ nguyên lý :

Hình 6.13



Rb2
0
Rc1
Vra2
Vcc
Rc2
T1
-Vbb
0

R2
Vra1
T2
Rb1
Vcc
R1
1
2
Vcc
OpAmp1
R1
Vra1
+
-
R
+
-
OpAmp2
R1
R
Vcc
Vra2
0
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 97

Mạch này là ghép hai mạch đảo dùng hai Transitor theo kiểu đối xứng.
Trong sơ đồ dùng 2 nguồn điện áp DC: Nguồn V
CC
để cấp I

B
và I
C
cho
Transitor dẫn bão hòa và nguồn -V
BB
để phân cực ngược cho cực B của
Transitor ngưng dẫn.
Giải thích nguyên lý hoạt động
Giả thiết 2 Transitor T
1
và T
2
cùng thông số và cùng loại. Các điện trở phân
cực R
C1
= R
C2
, R
1
= R
2
, R
B1
= R
B2
. Nhưng thực tế hai Transitor không thể cân
bằng một cách tuyệt đối nên sẽ có một Transitor chạy mạnh hơn và một
Transitor chạy yếu hơn khi ta cung cấp nguồn.
Giả sử T

1
hoạt động mạnh hơn T
2
, dòng I
C1
mạnh làm V
C1
giảm, tức V
B2
giảm, nên T
2
hoạt động yếu hơn. Do đó I
C2
giảm, dẫn đến V
C2
tăng, tức V
B1

tăng, làm T
1
hoạt động mạnh hơn và cuối cùng T
1
sẽ tiến đến trạng thái bão
hòa còn T
2
tiến đến ngưng dẫn. Khi đó : v
r1
= V
CE1bh
= 0 , v

r2
= V
CC
. Đây là
trạng thái thứ hai của Flip-Flop.
Mạch Flip-Flop sẽ ở một trong hai trạng thái trên nên được gọi là mạch
lưỡng ổn. Tuy nhiên phải chọn các điện trở và nguồn điện thích hợp thì mới
đạt được nguyên lý trên.
3. Mạch đa hài dùng Transistor

Đây là một loại mạch có một trạng thái bền vững và một trạng thái không
bền. Khi có xung kích khởi, mạch chuyển sang trạng thái không bền và sau
một khoảng thời gian nhất đònh, mạch tự động trở về trạng thái bền ban đầu.
Thời gian mạch tồn tại ở trạng thái không bền phụ thuộc vào độ rộng xung
kích khởi và phụ thuộc vào các linh kiện trong mạch.
a. Mạch đơn ổn dùng Transistor
Sơ đồ mạch điện cơ bản :


Hình 6.14






Vra2
R2
0
C

R
Vcc Vcc
Vv
R
C
R3
T2
R1
Vra1
Rc1 Rc2
T1
-Vbb
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 98

Đây là dạng hai mạch ngắt dẫn ghép với nhau. Cực B của T
1
ghép DC với
cực thu của T
2
. Cực B của T
2
ghép AC với cực thu của T
1
(qua tụ C).
Mạch được thiết kế sao cho ở chế độ T
1
tắt và T
2
dẫn bão hòa. Nguồn V

BB

phân cực nghòch mối nối BE của T
1
, do đó T
1
tắt khi chưa có tác động bên
ngoài. Còn T
2
dẫn bão hòa nhờ cực B của nó được cấp điện thế dương từ
nguồn V
CC
.
Ta thấy T
2
dẫn bảo hòa vì các giá trò R
1
và R
C2
được chọn để thỏa mãn điều
kiện β I
B
> I
Cbh

Do vậy ở trạng thái bền thì V
r
= V
CE2bh
= 0

Do ghép trực tiếp với T
2
qua R
3
nên v
B1
= V
CE2bh
< V
BE1

Khi T
2
dẫn bão hòa thì tụ C nạp điện qua R
C1
và qua mối nối BE2, giá trò
gần đạt đến là v
C
= V
CC
- V
BE2
≈ V
CC

Hình 6.15
Khi kích một xung dương vào v
v
cực nền của T
1
, làm T
1
đổi trạng thái tự tắt
sang dẫn bão hòa. Lúc này thì tụ C phóng điện qua mối nối CE của T
1
, sự
phóng điện này làm phân cực nghòch mối nối BE của T
2
, do đó T
2
tắt. Dòng
cực thu của T
2
là I
C2
giảm xuống bằng 0. Toàn bộ dòng qua R
C2
sẽ chạy hết
vào cực nền của T
1
để duy trì trạng thái bão hòa của T
1
. Đây là trạng thái
không bền của mạch.
Thật vậy, ngay sau khi tụ C xả điện xong thì nó được nạp điện lại qua R

1
và
CE
1
. Với thời hằng là R
1
C. Điện thế cực nền của T
2
lúc này tăng dần do cực
dương của tụ C đặt vào nó và khi đạt giá trò lớn hơn V
γ
thì T
2
bắt đầu dẫn
lại. Trong lúc này, cùng với sự tăng của dòng I
C2
(do dòng I
B2
tăng dần), điện
áp v
r
giảm xuống gần bằng không, tức điện thế tại cực nền của T
1
bằng
không, làm T
1
tắt. Như vậy mạch đã trở về trạng thái ban đầu với T
1
tắt và
T

2
bão hòa v
r
= V
CE2bh
. Trong khoảng thời gian ngắn, tụ C sẽ nạp trở lại từ
nguồn V
CC
thông

qua R
1
và mối nối BE của T
2
đang dẫn để có điện áp xấp
xỉ bằng Vcc . Mạch chờ đợi xung kích mới.


C
Vbe2
Vcc
Rc1
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 99

b. Mạch bất ổn dùng Transistor
Dạng mạch

Hình 6.16
Mạch được hình thành bởi hai Transistor T
1
và T
2
. Các điện trở R
C1
và R
C2

và các tụ C
1
và C
2

Nguyên lý hoạt động
Thông thường mạch đa hài phi ổn là mạch đối xứng nên hai Transistor có
cùng họ và thông số. Các linh kiện điện trở R
B1
= R
B2
, R
C1
= R
C2

và C
1
= C
2
.
Tuy hai Transistor cùng loại, các linh kiện cùng trò số, nhưng không thể
giống nhau một cách tuyệt đối. Điều này làm cho hai Transistor trong mạch
dẫn điện không bằng nhau. Khi cung cấp điện sẽ có một Transistor dẫn
mạnh hơn và một Transistor dẫn yếu hơn. Nhờ tác dụng của mạch hồi tiếp
dương từ cực C
2
về B
1
, từ cực C
1
về cực B
2
, làm cho Transistor nào dẫn
mạnh hơn sẽ tiến dần đến bão hòa, còn Transistor dẫn điện yếu hơn sẽ tiến
dần đến ngưng dẫn.
Giả thuyết T
2
dẫn điện mạnh hơn tụ, C
1
được nạp điện thông qua R
C1
và mối
nối BE của T
2
, làm cho dòng I

B2
tăng cao nên T
2
tiến đến bão hòa. Khi T
2

tiến đến bão hòa, dòng I
C2
tăng cao và v
CE2
≈ V
CEsat
≈ 0,2 (V), tụ C
2
(giả
thuyết lúc đầu đã nạp đầy) xả điện qua mối nối CE
2
. Khi tụ C
2
xả, điện áp
âm trên tụ C
2
đưa vào cực B
1
, làm T
1
ngưng dẫn
Như vậy, giả thuyết lúc đầu là T
1
đang tắt, T

2
đang dẫn bão hòa , và tụ C
2
đã
nạp điện đầy. Lúc này tụ C
2
bắt đầu phóng điện qua mối nối CE
2
đến cực E
của T
1
, làm mối nối BE
1
bò phân cực nghòch, do đó T
1
tắt.
Do vậy, tụ C
1
được nạp điện thông qua R
C1
và mối nối BE
2

Sau khi phóng điện xong, tụ C
2
lại được nạp điện theo chiều ngược lại thông
qua R
B1
và mối nối CE
2

, lúc này điện áp tại cực B của T
1
là V
B1
= V
C2
+
Rc2
RB2RB1
Rc1
Vcc
T2
Vra1
C1
C2
Vcc
Vra2
T1
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 100

V
BE2
= V
C2
. (V
C2
điện áp tên tụ C
2
) . Khi tụ nạp C

2
đến giá trò lớn hơn V
BE1

thì T
1
bắt đầu dẫn, khi T
1
đạt đến dẫn bão hòa lúc này tụ C
1
phóng điện qua
mối nối CE
1
đến cực E của T
2
, làm mối nối BE
2
phân cực nghòch, T
2
tắt.
Quá trình lập lại từ đầu và cứ tiếp tục như thế.
Dạng sóng tại các chân.

Hình 6.17
Tính Chu Kỳ Xung
T = T
1
+ T
2
. T

1
là thời gian tụ C
2
xả điện qua mối nối CE
2
, làm cực B của T
1

tăng từ - V
CC
lên đến V
BE1
. Và có khuynh hướng tăng lên đến +V
CC
, nên
điện áp tức thời của tụ C
2
(lấy mức -V
CC
làm gốc) là:
v
c
(t) = 2V
CC
. e
-T 1/ τ f
, với τ
f
= R
B2

. C
2
Tại thời điểm T
1
, tụ C
2
xả điện từ -V
CC
lên 0(v) (bỏ qua V
BE
) là
V
CC
= 2V
CC
. e
-T 1/ τ f
,

⇒ e
-T 1/ τ f
= 2 ⇒ 2
1
In
T
f
=
τ

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6

Nguyễn Trọng Hải Trang 101

⇒T
1
= τ
f
. ln2 = 0,69 R
B2
.C
2

Tương tự ta cũng tính được T
2
được tính theo công thức sau:
T
2
= 0,69 R
B1
.C
1

⇒ T = 0,69 (R
B2
C
2
+R
B1
C
1
)

Trong mạch đa hài bất ổn đối xứng ta có
R
B1
= R
B2
= R
B
và C
1
= C
2
= C
Chu kỳ dao động
T = 2 x 0,69 .R
B
.C = 1,4 R
B
.C
4. Mạch đa hài dùng OpAmp

a. Mạch đơn ổn dùng OpAmp
Sơ đồ mạch điện

Hình 6.18
R
1
, R
2
: Tạo ngưỡng điện áp để so sánh
R, C: Tạo mạch RC nhằm thực hiện quá trình nạp và xả của tụ
Diode D tạo mạch ghim điện áp, ngắn mạch tụ C khi mạch ở trạng thái bền.

Nguyên lý hoạt động
Ở chế xác lập (trạng thái bền), v(t) = -V (bão hòa âm), lúc này
VA
RR
R
Vv .
21
1
−=
+
−=
+

v
-
= v
c
(t) = -V
γ
(do Diode D dẫn), khi đó ta có dạng mạch như sau:

+
-
R2
Vv
Vra

CD
R1
R
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 102






Hình 6.19
Mà AV > V
γ
⇒ -AV < - V
γ ,
tức v
+
âm hơn v
-
,
Nên mạch có v
r
= -V. Đây là chế độ xác lập của mạch

Khi có xung gai dương v
v
kích thích vào chân dương của Op-amp. Lúc này
v
+
dương hơn v
- ,
nên v
r
= +V, do đó v
+
= AV, D bò phân cực nghòch nên nó bò
tắt. Đồng thời, lúc này tụ C được nạp điện qua điện trở R





Hình 6.20
Điện áp trên tụ C tăng dần cho đến khi v
c
(v
c
= v
-
) dương hơn v
+
(v
+
= AV),

thì v
r
= -V, mạch trở về chế độ xác lập.
Dạng sóng
Hình 6.21
AV
V
γ
Vra
R
-VC
Vra
R
C
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 103

Tính Độ Rộng Xung T
x

Thực hiện phép dời trục dạng sóng trên, ta có hình tương đương sau:

Hình 6.22
Phương trình nạp điện của tụ :
v
c
(t) = (V + V
γ
)(1 - c
-t / τ c

)
Tại thời điểm t = T
x
, ta có
v
c
(T
x
) = (V + V
γ
)(1 - e
-Tx/RC
) = (V
γ
+AV)
⇒
V
V
V
VA
V
V
VV
AVV
e
RCT
x
)1/().(1
/
γγ

γ
γ
++=
+
+
=−
−

Đặt k =
V
V
γ

⇒
k
A
e
k
Ak
e
RCTx
RCT
x
+
−
=⇒
+
+
=−
−

−
1
1
1
1
/
/

⇒
)
1
1
(
1
1
/
A
k
In
RC
T
A
k
e
x
RCTx
−
+
==⇒
−

+
=


A
k
InRCT
x
−
+
=
1
1
.






Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 104

b. Mạch bất ổn dùng OpAmp
Dạng mạch

Hình 6.23
Mạch điện này là sơ đồ mạch dao động tích thoát dùng Op-amp để cho ra tín
hiệu xung vuông.
Sơ đồ có hai mạch hồi tiếp từ ngõ ra về hai ngõ vào. Cầu phân áp RC hồi
tiếp về ngõ vào đảo, cầu phân áp R
1
và R
2
hồi tiếp về ngõ vào không đảo. R
1
và R
2
tạo ngưỡng so sánh điện áp, còn RC tạo nạp phóng.
Để giải thích nguyên lý hoạt động, ta giả sử tụ C chưa nạp điện.
Giải thích nguyên lý hoạt động
Ta có v
+
=
R
RR
vv
rr
1
12
+
=β

nếu v
+
> v
-
thì v
r
=
+
V

⇒ v
+
= +βV, Đây là ngưỡng xén trên
nếu v
+
< v
-
thì v
r
= -v

⇒ v
r
= -βV, Đây là ngưỡng xén dưới
Khi mới cung cấp điện, điện áp qua tụ C là v
c
= v
c
(0) = 0(V) và giả thuyết
Op-amp đang ở trạng thái bão hòa dương

+
V . Ngõ vào không đảo có điện áp
là
21
1
RR
R
Vv
cc
+
=
+

Trong khi đó, ngõ vào đảo có điện áp tăng dần từ 0(V). Điện áp tăng do tụ C
nạp qua R theo quy luật hàm số mũ với thời hằng là τ = RC. Và có giá trò là:
v
C
(t) = V(1 - e
-t / RC
)
Khi tụ nạp điện tăng dần cho đến khi

v
-
> v
+
thì ngõ ra chuyển sang trạng
thái bão hòa âm v
r
= -V. Lúc này, ngõ vào không đảo có mức điện áp là

v
+
=
21
1
RR
R
V
+
−

R2
Vra
C
+
-
R
R1
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 105

Điện áp ra giảm về -V, nên tụ sẽ xả. Khi tụ C xả điện áp đang có thì v
+
vẫn
còn điện áp âm nên ngõ ra vẫn là ở trạng thái bảo hòa âm. Điện áp trên tụ C
sẽ giảm cho đến khi v
-
âm hơn v
+
thì ngõ ra sẽ chuyển sang trạng thái bão

hòa dương, v
r
=
+
V. Quá trình này lập lại từ đầu và cứ tiếp diễn liên tục tuần
hoàn.

Dạng Sóng Vào Ra

Hình 6.24

Tìm chu kỳ dao động
Muốn tìm chu kỳ dao động, ta thực hiện phép dời trục: Trục trung dời đến
thời điểm t
o
và trục hoành dời đến mức -V, ta được dạng sóng sau: