Giáo trình : Kỹ thuật xung part 6 potx

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 67
Các dạng méo có thể gặp như sau
Trường hợp a


Hình 4.27a
Trường hợp b


Hình 4.27b
Chứng minh
Xét trường hợp a, mạch tương đương của diode D khi D là Diode thực tế.
Phân cực thuận



Phân cực nghòch



Với giả sử R
ng
∞→ hay R
ng
>> R (điều này phù hợp với thực tế nhất là khi
diode là loại Si)
Khi V
v
<

V
DC
+ V
γ
, diode phân cực nghòch, D tắt
⇒ V
r
= V
v
hay 1=
v
r
v
v

Khi V
v
≥

V
DC
+ V
γ
, D

phân cực thuận ⇒ D dẫn, lúc này
I
V
I
o

Δ
I
Δ
V
r
d
=
I
V
Δ
Δ

∞→
Δ
Δ
=
ng
ng
ng
I
V
R
AK
Io
Rng
Vdc
Vr
R
Vv

Vv
R
Vdc
Vr
r
d
V
γ
A K
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 68
V
ra
= V
DC
+ V
γ
+ V
r d
(*)
Ta có , V
r d
= i. r
d

mà i =
d
DC
d
v

d
DCv
rR
VV
rR
v
rR
VVv
+
+−
+
=
+
+−
1
).(
1
.
)(
γ
γ

Phương trình (*) ⇒
)().(.
rDC
d
d
DC
d
d

vra
VV
rR
r
VV
rR
r
vv ++
+
+−
+
=
γ

⇒
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
−++
+
=
d
d
DC

d
d
vra
rR
r
VV
rR
r
vv 1).(.
γ

⇒
d
DC
d
d
vra
rR
R
VV
rR
r
vv
+
++
+
= ).(.
γ

• Nếu r

d
<< R (thì dụ r
d
= 5
Ω
, R = 1M) thì
1→
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
d
rR
R
thì quan hệ giữa
điện áp ra và điện áp vào là:
rDCvra
VV
R
vv ++=
1
.
, nếu R lớn thì 0
1
→

R
, do đó V
R
= V
DC
+ V
γ

• Nếu r
d
có thể so sánh với R (VD r
d
= 5
Ω
, R=10
Ω
) thì quan hệ vào - ra
d
DC
d
d
vr
rR
R
VV
rR
r
vv
+
++

+
= ).(.
γ
= V'
r
Độ dốc là
d
d
rR
r
+


Hình 4.28
V'
r

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 69
3. Ảnh Hưởng Của Điện Dung Liên Cực C
d

Giữa hai cực của Diode tồn tại một điện dung liên cực. Điện dung này cũng
làm dạng sóng ra bò méo.
Chúng ta khảo sát sự ảnh hưởng của tụ C
d
đến dạng sóng ngõ ra.
Xét dạng mạch sau

Hình 4.29
Giải thích hoạt động
Khi V
v
= 5(v) thì D phân cực thuận, D dẫn, do đó tụ C
d
và C
2
được nạp với
thời hằng nạp là τ
1
= r
d
(C
d
+ C
2
).
Khi v
v
= - 5(v) thì D ngưng dẫn ⇒ tụ C
2
xả qua R với thời hằng là τ
2
= RC
2
,
mà τ
1
< τ

2
(vì R >> r
d
), thời gian xả hết lâu hơn so với thời gian nạp đầy.
IV. MẠCH XÉN Ở 2 MỨC ĐỘC LẬP

Mạch này là dạng mạch ghép hai mạch xén song song với nhau. Để thực
hiện mạch này, ta có thể dùng hai ngưỡng xén V
B1
, V
B2
và kết hợp với hai
Diode, hoặc có thể dùng hai Diode Zener. Nhiệm vụ của mạch này là loại
bỏ bớt cả hai thành phần trên và dưới của tín hiệu ngõ vào.
Khảo sát một số dạng mạch xén ở hai mức độc lập cơ bản như sau:



Trường hợp không kể
quá trình quá độ và ảnh
hưởng của C
2
, C
d
.
Trường hợp ảnh
hưởng của C
2
, C
d

C2
Cd
Rt
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 70
1. Dạng mạch dùng diode





Hình 4.30
Tín hiệu vào là dạng sin có v
i
= 9 sin ωt, và giả thuyết là V
γ
= 0, r
d
= 0
(Diode lý tưởng)

Hình 4.31
2. Dạng mạch dùng diode zener





Hình 4.32

V
B2
=4V
V
B1
=3V

10k R1
Vr
Vv

D1D25k
V
γ1
V
γ2
D2
D1
VrVv
R
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 71

Hình 4.33

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 4
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 72
Hình 2
R1
1K
R2
Vin

Vout
Bài tập
1. Vẽ đặc tuyến vào-ra và dạng sóng ra của mạch sau





2. Cho mạch sau với
18sin
in
Vt
ω

= ,
0,7 , 8
Z
VVVV
γ
=
=

Vẽ đặc tuyến vào ra (V
in
-V
out
) và dạng sóng V
in
, V
out

ứng với
a). R
2
= 0
b). R
2
= 0.5K
c). R
2
= 2.2K
3.
Cho mạch sau với tV
in

ω
sin10= ,
VVVV
Z
3,7,0
=
=
γ
,r
D
=0.
Vẽ đặc tuyến vào-ra và dạng sóng V
in
(t)

, V
OUT
(t) ứng với
a). R
2
= 0
b). R
2
= 220

4.
Cho mạch sau với tV
in
ω
sin10= ,

VVVV
Z
3,6,0
=
=
γ

Vẽ đặc tuyến vào ra (V
in
-V
out
) và dạng sóng V
in
(t)

,
V
OUT
(t) ứng với
a). r
D
= 0
b). r
D
= 0,5K; R=1K
5.
Cho mạch sau. Vẽ các dạng sóng điện áp ngõ ra V
r
(t) khi điện áp ngõ vào
V

in
(t) là điện áp khu vực, dạng sin, tần số 50Hz, 220V hiệu dụng, biết các Diode
bán dẫn và ổn áp đều có Vγ =0,6V ; V
Z
= 6V
a). r
D
= 0
b). r
D
= 0,5K


+16V
-16V
1 2
R
Vr
Vv
Si
4V
C
B
A
1,2K
Vin
Vout
R
2
R

1

H
ình 2

Vin Vout
R

Hình 2
Hình 2A
Hình 2B
V
rA
(t)
10K
Vin(t)
DZ
Vin(t)
10K
V
rB
(t)
DZ
D
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 73
CHƯƠNG 5.
MẠCH KẸP
I. KHÁI NIỆM
Mạch kẹp hay còn gọi là mạch ghim điện áp, mạch dòch mức DC của tín

hiệu AC đạt đến một mức xác đònh, mà không bò biến dạng sóng. Mạch kẹp
được dựa trên cơ sở như một mạch phục hồi thành phần điện áp DC. Nó
dùng để ổn đònh nền hoặc đỉnh của tín hiệu xung ở một mức xác đònh nào đó
bằng hoặc khác không.
Như vậy mạch sẽ kẹp tín hiệu ở những mức DC khác nhau
Dạng sóng điện áp có thể bò dòch một mức, do nguồn điện áp không phụ
thuộc được cộng vào. Mạch kẹp vận hành dòch mức, nhưng nguồn cộng vào
không lớn hơn dạng sóng độc lập. Lượng dòch phụ thuộc vào dạng sóng hiện
thời.
Mạch kẹp cần có:
Tụ C đóng vai trò phần tử tích năng lượng
Diode D đóng vai trò khóa
Điện trở R
Nguồn DC tạo mức DC
Hai loại mạch kẹp chính: Mạch kẹp Diode và Transistor. Dạng này ghim
mức biên độ dương hoặc mức biên độ âm, và cho phép ngõ ra mở rộng chỉ
theo một hướng từ mức chuẩn. Mạch kẹp khóa (đồng bộ) duy trì ngõ ra tại
một số mức cố đònh cho đến khi được cung cấp xung đồng bộ và lúc đó ngõ
ra mới được cho phép liên hệ với dạng sóng ngõ vào.
Điều kiện mạch kẹp: Giá trò R và C phải được chọn để hằng số thời gian τ
= RC đủ lớn để sụt áp qua tụ không quá lớn
Trong phần lý thuyết này ta xem tụ nạp đầy sau 3τ
n
và tụ xả hết sau 3τ
x
Nguyên lý làm việc của các mạch ghim điện áp dựa trên việc ứng dụng hiện
tượng thiên áp, bằng cách làm cho các hằng số thời gian phóng và nạp của
tụ trong mạch khác hẳn nhau.

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5

GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 74
II. MẠCH KẸP DÙNG DIODE LÝ TƯỞNG
Loại mạch kẹp đơn giản sử dụng một Diode kết hợp với mạch RC. Tụ C
đóng vai trò là phần tử tích - phóng năng lượng điện trường, Diode D đóng
vai trò là khóa điện tử , còn nguồn DC tạo mức chuẩn.
Các giá trò R và C phải chọn thích hợp, để hằng số thời gian τ = RC đủ lớn
nhằm làm sụt áp qua tụ C không quá lớn hoặc tụ C không được xả điện
nhanh.
Tụ nạp đầy và phóng điện hết trong thời gian 3τ đến 5τ, ở đây các Diode
được xem là lý tưởng.
1. Mạch Ghim Đỉnh Trên Của Tín Hiệu Ở Mức Không

Dạng mạch
Xét tín hiệu vào là chuỗi xung có biên độ max là ±V
m



Hình 5.1
Đây là mạch kẹp đỉnh trên của tín hiệu ở mức điện áp là 0
v
. Điện trở R có
giá trò lớn, với nhiệm vụ là nhằm khắc phục nhược điểm: Khi biên độ tín
hiệu vào giảm thì mất khả năng ghim đỉnh trên của tín hiệu vào ở mức
không.
Giải thích nguyên lý hoạt động
Vv
C
R
D

Vra
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 75
Thời điểm từ 0 đến t
1
, thời điểm tồn tại xung dương đầu tiên, v
v
= V
m
, Diode
D dẫn, tụ C được nạp điện qua Diode (không qua R, vì điện trở thuận của D
rất nhỏ), cực âm của tụ tại điểm A, tụ nạp với hằng số thời gian là:
τ
n
= CR
d
= 0
⇒ V
C
= +V
m
(tụ nạp đầy tức thời)
lúc này V
r
= V
v
- V
c
= 0
Thời điểm từ t

1
đến t
2
, thời điểm mà ngõ vào tồn tại xung âm, V
V
= -V
m
,
Diode bò phân cực nghòch, D ngưng dẫn, lúc này tụ C phóng điện qua R, có
dạng mạch tương đương như hình vẽ.






Thời hằng phóng điện là τ
f
= CR , thời gian này rất lớn so với khoảng thời
gian từ t
1
đến t
2 ,
do vậy tụ C chưa kòp xả mà vẫn còn tích lại một lượng điện
áp là V
c
= V
m
.
Do vậy, v

r
= v
v
- v
c
= -V
m
-V
m
= - 2V
m .
2. Mạch Ghim Đỉnh Trên Của Tín Hiệu Ở Mức Điện p Bất Kỳ
Dạng mạch

Hình 5.3

Vc = V
VraR R
V
VV Vra
Vdc
D
Vv VraR
C
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 76
Tín hiệu vào là dạng xung có tần số f = 1 Hz và biên độ max là ±V
m
. Giả sử
cho C = 0,1 μ F, V

DC
= 5
v
, R = 1000 k Ω , V
m
= 10(v)
Ta có f = 1KHz ⇒ T =
)(1
1
ms
f
=
Bán kỳ có thời gian là
)(5.0
2
ms
T
=
Giải thích nguyên lý hoạt động:
Thời điểm từ 0 đến t
1
, ngõ vào tồn tại xung dương V
v
= V
m
=10
v
>V
DC
,

Diode D dẫn điện, tụ C được nạp điện qua Diode D với hằng số thời gian
τ = r
d
.C ≈ 0
Tacó V
DC
+ V
γ
+ V
C
= V
V

giá trò điện áp mà tụ nạp đầy là:
V
c
= V
v
- V
γ
- V
DC
= 10 – 5 = 5(v)
Do đó V
ra
= V
DC
- V
γ
= 5(v)

Thời điểm từ t
1
đến t
2
thì

ngõ vào tồn tại xung âm, V
v
= -V
m
= -10
v
, Diode D
ngưng dẫn, tụ C phóng điện qua R, với thời hằng phóng điện
τ
f
= CR = 0,1.10
-6
.10
6
= 0,1(s ) = 10 (ms).
Vậy sau 5τ thì tụ phóng hết, tức sau 5.10 = 50 (ms), thời gian này lớn gấp 20
lần thời gian từ t
1
đến t
2
(0,5ms), do vậy v
c
vẫn giữ mức điện áp là 5
v

V
r
= V
v
- V
c
= -10 - 5 = -15v .
Nếu đảo cực tính của nguồn V
DC
thì đỉnh trên ghim ở mức điện áp là -5(v).
3. Mạch Ghim Đỉnh Dưới Của Tín Hiệu Ở Mức Không

Dạng mạch






Hình 5.4a

D
Vra
C
RVv
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 77

Hình 5.4b

Mạch này có chức năng cố đònh đỉnh dưới của tín hiệu ở mức 0(v).
Giải thích nguyên lý hoạt động
Thời điểm từ 0 đến t
1
, tồn tại xung dương, V
v
= + V
m
, Diode ngưng dẫn, tụ C
được nạp qua R với hằng số thời gian là τ
n
= RC, vì R rất lớn nên τ
n
rất lớn,
do đóτ
n
>> so với khoảng thời gian từ 0 đến t
1
. Do vậy tụ C gần như không
được nạp v
c
= 0, do đó V
ra
= V
v
= + V
m
.
Thời điểm t
1

đến t
2,
ngõ vào tồn tại xung âm, V
v
= -V
m ,
Diode dẫn điện, tụ C
được nạp qua Diode, thời hằng nạp là τ
n
= r
d
. C ≈ 0, v
c
= V
m
(tụ nạp đầy tức
thời), lúc này V
ra
= V
v
+ V
c
= -V
m
+V
m
= 0.
Thời điểm từ t
2
đến t

3,
ngõ vào tồn tại xung dương tiếp theo V
v
= +V
m
, Diode
ngưng dẫn, tụ C xả qua R với hằng số thời gian là τ
f
= C.R. τ
f
rất lớn so với
bán kỳ từ t
2
đến t
3
, do vậy tụ C vẫn giữ nguyên mức điện áp là V
m
. Mạch
tương đương của trường hợp này như sau:





Hình 5.5
Ta có V
ra
= V
V
+ V

C
= V
m
+ V
m
= 2V
m

V VraR
Vc=Vm
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 78
Nhận xét
Thời điểm từ 0 đến t
1
dạng sóng ra có xung dương không ổn đònh so với
chuỗi xung ra. Do vậy, xung này không xét đến mà chỉ xét các xung ổn đònh
từ thời điểm t
1
trở đi.
4. Mạch Ghim Đỉnh Dưới Của Tín Hiệu Ở Mức Điện áp Bất Kỳ

Dạng mạch 1

Hình 5.6
Nguồn V
DC
tạo mức ghim dưới của tín hiệu vào,V
DC
= 1/2 V

m

Giải thích nguyên lý hoạt động
Thời điểm từ 0 đến t
1
, ngõ vào tồn tại xung dương, V
v
= +V
m ,
V
DC
< Vm,
Diode D ngưng dẫn, tụ C được nạp qua R với hằng số thời gian τ
n
= RC, do τ
n
rất lớn so với khoảng thời gian từ 0 đến t
1
, nên tụ C gần như không được
nạp, v
c
= 0, như vậy V
ra
= V
V
= + V
m .

Thời điểm từ t
1

đến t
2
ngõ vào tồn tại xung âm, V
v
= -V
m ,
D dẫn, tụ C được
nạp qua D, cực dương của tụ tại điểm A, thời hằng nạp là τ
n
= r
d
. C ≈ 0, tụ C
nạp đầy tức thời
Ta có V
c
+ V
v
= V
DC
- V
γ

tụ nạp đầy đến giá trò là
v
c
= V
DC
- v
v
= V

DC
+ V
m
Do đó V
ra
= V
DC
+ V
γ
= V
DC

C
Vdc
D
1 2
R VraVv
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 5
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 79
Thời điểm từ t
2
đến t
3
ngõ vào tồn tại xung dương tiếp theo, V
v
= + V
m
,
Diode ngưng dẫn, tụ C phóng điện qua R với hằng số thời gian τ
f

= CR. τ
f

rất lớn so với bán kỳ từ t
2
đến t
3
do vậy tụ C vẫn cố đònh mức điện áp v
c
=
V
DC
+ V
m
trong khoảng thời gian này. Mạch tương đương của trường hợp này
là:





Hình 5.7
Ta có v
r
= v
v
+ v
c
= V
m

+ V
DC
+ V
m
= 2 V
m
+ V
DC

Thời điểm từ 0 đến t
1
ta không xét (cách giải thích như phần II .3)
Dạng mạch 2


Hình 5.8
V
z2
= 1/2V
m

V
γ1
= 1/10 V
m

V
z2
+ V
γ 1

= (1/2 + 1/10)V
m
= 3/5V
m




Vc=Vm + Vdc
V RVra
D1
D2
VraVv
R
C