Chương 6 Mạch dao động xung (Môn Kỹ Thuật Xung)

1
Chương 6: Mạch dao động
xung
Dao động đa hài đơn ổn Transitor
Dao động đa hài đơn ổn IC555
Dao động đa hài phi ổn Transitor
Dao động đa hài phi ổn IC555
2
Trạng thái Ngắt – Bảo hòa
Transitor
I. Trạng thái ngắt
I. Trạng thái ngắt
Vi=0; i
Vi=0; i
b
b
=0; i
=0; i
c
c
=0 => V
=0 => V
out
out
=V
=V
cc
cc
II. Trạng thái bảo hòa:
II. Trạng thái bảo hòa:
Vi đủ lớn

Vi đủ lớn
Theo đk sau:
Theo đk sau:
Vì
Vì
β
β
i
i
b
b
=I
=I
c
c
=> để Transitor bảo hòa
=> để Transitor bảo hòa
β
β
i
i
b
b
>I
>I
csat
csat
I
I
c

c
= i
= i
csat
csat
= (V
= (V
cc
cc
-V
-V
cesat
cesat
)/R
)/R
c
c
(với V
(với V
cesat
cesat
<<)
<<)
V
V
out
out
≈
≈
0

0
3
Mạch dao động đa hài
•
Mạch dao động
Mạch dao động
đa hài đơn ổn:
đa hài đơn ổn:
Mạch có 2 trạng thái:
Mạch có 2 trạng thái:
1 trạng thái ổn định, và 1 trạng thái không ổn định
1 trạng thái ổn định, và 1 trạng thái không ổn định
(trạng thái tạo xung)
(trạng thái tạo xung)
•
Mạch dao động
Mạch dao động
đa hài phi ổn
đa hài phi ổn
: Cả hai trạng thái đều
: Cả hai trạng thái đều
không ổn định (mạch tự dao động)
không ổn định (mạch tự dao động)
4
Mạch dao động đa hài đơn ổn
Transitor
•
Trạng thái ổn định (bền):
Trạng thái ổn định (bền):
+

+
T2 phân cực thuận BE
T2 phân cực thuận BE
T2 dẫn BH; V
T2 dẫn BH; V
ra2
ra2
≈0
≈0
+
+
T1 Phân cực nghịch BE
T1 Phân cực nghịch BE
T1 nên T1 ngưng; Tụ C nạp qua
T1 nên T1 ngưng; Tụ C nạp qua
Rc1 => V
Rc1 => V
tụ
tụ
->Vcc; V
->Vcc; V
ra1
ra1
≈Vcc
≈Vcc
•
Trạng thái bất ổn:
Trạng thái bất ổn:
Khi có xung kích dương vào chân B
Khi có xung kích dương vào chân B

Transitor 1
Transitor 1
+
+
T1 -> dẫn bảo hòa; tụ C xả qua T1
T1 -> dẫn bảo hòa; tụ C xả qua T1
(Rce1) -> phân cực nghịch BE T2
(Rce1) -> phân cực nghịch BE T2
nên T2 ngưng -> toàn bộ dòng qua
nên T2 ngưng -> toàn bộ dòng qua
Rc2 chạy hết vào cực nền T1 để duy
Rc2 chạy hết vào cực nền T1 để duy
trì trạng thái dẫn T1 (trạng thái
trì trạng thái dẫn T1 (trạng thái
không bền)
không bền)
5
Mạch dao động đa hài đơn ổn
* Trạng thái ổn định:
* Trạng thái ổn định:
+
+
Sau khi tụ xả xong; tụ nạp qua R1;
Sau khi tụ xả xong; tụ nạp qua R1;
V
V
B2
B2
tăng; T2 dẫn ; i
tăng; T2 dẫn ; i

b
b
tăng -> i
tăng -> i
c
c
tăng
tăng
-> i
-> i
b1
b1
-> V
-> V
B1
B1
giảm ->T1 ngưng-> V
giảm ->T1 ngưng-> V
ra2
ra2
=0;
=0;
V
V
ra1
ra1
=Vcc
=Vcc
-> Mạch trở về trạng thái ban đầu
-> Mạch trở về trạng thái ban đầu

(trạng thái ổn định)
(trạng thái ổn định)
Tụ C sẽ nạp lại qua Rc1, chờ xung
Tụ C sẽ nạp lại qua Rc1, chờ xung
kích mới
kích mới
Vra1
Vra1
Vra2
Vra2
6
Mạch dao động đa hài phi ổn
•
R
R
B1
B1
=R
=R
B2
B2
; R
; R
C1
C1
=R
=R
C2
C2
; C

; C
1
1
=C
=C
2
2
•
Hai transitor cùng loại, nhưng không
Hai transitor cùng loại, nhưng không
giống nhau tuyệt đối -> dẫn điện không
giống nhau tuyệt đối -> dẫn điện không
giống nhau. Khi cấp điện sẽ có 1 transitor
giống nhau. Khi cấp điện sẽ có 1 transitor
dẫn mạnh, một dẫn yếu.
dẫn mạnh, một dẫn yếu.
•
Chu trình thứ nhất:
Chu trình thứ nhất:
T2 dẫn mạnh -> C1 nạp qua R
T2 dẫn mạnh -> C1 nạp qua R
C1
C1
-> i
-> i
B2
B2
tăng -> T2 bảo hòa-> i
tăng -> T2 bảo hòa-> i
C2

C2
tăng-> V
tăng-> V
CE2
CE2


giảm
giảm
≈ 0,2v-> C2 (giả sử đã nạp đầy ở chu trình trước) xả qua T2->
≈ 0,2v-> C2 (giả sử đã nạp đầy ở chu trình trước) xả qua T2->
T1 dẫn yếu-> i
T1 dẫn yếu-> i
C1
C1
giảm->V
giảm->V
C1
C1
tăng-> tụ C1 nạp qua re
tăng-> tụ C1 nạp qua re
2
2
duy trì dòng i
duy trì dòng i
B2
B2


(T2 bh, T1 ngưng)

(T2 bh, T1 ngưng)
Hết chu trình 1 tụ
Hết chu trình 1 tụ
C1 nạp đầy,
C1 nạp đầy,
C2 xả
C2 xả
xong sẽ bắt đầu nạp qua R
xong sẽ bắt đầu nạp qua R
C2
C2
(chu trình
(chu trình
2) (
2) (
V
V
ra1
ra1
=Vcc
=Vcc
;
;
V
V
ra2
ra2
=0
=0
)

)
7
Mạch dao động đa hài phi ổn
•
R
R
B1
B1
=R
=R
B2
B2
; R
; R
C1
C1
=R
=R
C2
C2
; C
; C
1
1
=C
=C
2
2
•
Hai transitor cùng loại, nhưng không

Hai transitor cùng loại, nhưng không
giống nhau tuyệt đối -> dẫn điện không
giống nhau tuyệt đối -> dẫn điện không
giống nhau. Khi cấp điện sẽ có 1 transitor
giống nhau. Khi cấp điện sẽ có 1 transitor
dẫn mạnh, một dẫn yếu.
dẫn mạnh, một dẫn yếu.
•
Chu trình thứ hai:
Chu trình thứ hai:
(T1 dẫn mạnh): C2 nạp qua R
(T1 dẫn mạnh): C2 nạp qua R
C2
C2
-> i
-> i
B1
B1
tăng-> T1 bảo hòa-> i
tăng-> T1 bảo hòa-> i
C1
C1
tăng-> V
tăng-> V
CE1
CE1


giảm
giảm

≈ 0,2v
≈ 0,2v
-> C1 xả qua T1-> T2 dẫn yếu-> i
-> C1 xả qua T1-> T2 dẫn yếu-> i
C2
C2
giảm-> V
giảm-> V
C2
C2
tăng-> tụ C2
tăng-> tụ C2
nạp qua re
nạp qua re
1
1
duy trì dòng i
duy trì dòng i
B1
B1
(T1 bh, T2 ngưng)
(T1 bh, T2 ngưng)
Hết chu trình 2 tụ
Hết chu trình 2 tụ
C1 xả
C1 xả
xong, C2 nạp đầy, sẽ được nạp qua RC1 đễ bắt
xong, C2 nạp đầy, sẽ được nạp qua RC1 đễ bắt
đầu lại chu trình 1 (
đầu lại chu trình 1 (

V
V
ra1
ra1
=0
=0
;
;
V
V
ra2
ra2
=Vcc
=Vcc
)
)
8
Mạch dao động đa hài phi ổn
Chu kỳ: T=T
1
+T
2
ζ
1
=R
B1
C
2
ζ
2

=R
B2
C
1
T
1
= ζ
1
ln2
T
2
= ζ
2
ln2
Với mạch dao động phi ổn đối
xứng T=2*R
B
*C
9
Mạch dao động đa hài IC555
IC định thời 555:
IC 555 trong thực tế
10
Mạch dao động đa hài IC555
IC định thời 555:
Chân 1 (Mass)
Chân 2 (Trigger) : Khi điện áp <1/3Vcc => S=1 -> Q =
1 -> chân 3 =1
Chân 3 (Output) : Có 2 mức 0, 1; Mức 1 ≈Vcc; mức 0
≈ 0,35-0,75v

Chân 4 (Reset) : Khi Reset ≈ 0; ngõ ra (3) xuống mức
0; Khi reset =Vcc ngõ ra phụ thuộc vào chân 2 và
chân 6. Để tạo dao động nối chân 4 lên nguồn.
Chân 5 (Control Voltage) : bên trong là 2/3Vcc, dùng
thay đổi mức áp tham chiếu trong IC 555. Thường nối
chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ ≥0.01uF
để lọc nhiễu nguồn tham chiếu.
Chân 6 (Threshhold) : Khi điện áp chân 6 >2/3Vcc =>
R=1 -> Q=0
Chân 7 (Discharge) : Cực thu của Transitor, được
điều khiển bởi ngõ ra (3) khi ngõ ra xuống thấp thì
Transitor dẫn và ngược lại. Chân 7 tự nạp xả điện cho
RC khi IC dùng làm mạch dao động (điều khiển nạp
xả)
Chân 8 (Vcc) : cấp nguồn từ 5-15V
11
Mạch dao động đa hài phi ổn IC555
Chân 4 (Reset) : nối với nguồn cho phép IC hoat
động
Chân 5 (Control Voltage) : nối với tụ điện ≥0.01uF để
lọc nhiễu nguồn tham chiếu.
Chân 2 (Trigger) và chân 6 (Threshhold) : Nối chung
để đưa điện thế nạp ở tụ C vào so sánh với điện thế
tham chiếu
12
Mạch dao động đa hài phi ổn IC555
Vc S R
Qđ
Out
3

Trans Tụ C
Vc=0 (mới cấp nguồn)
Vc < 1/3Vcc
Vcc/3 <Vc < 2/3Vcc
Vc > 2/3 Vcc
Vcc/3 < Vc< 2/3Vcc
Vc < 1/3 Vcc
Vcc/3 < Vc < 2/3Vcc
Vc > 2/3Vcc
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1

0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
Ngưng
Ngưng
Ngưng
Bảo hòa
Bảo hòa
Ngưng
Ngưng
Bảo hòa
Nạp qua R
1
R
2
; Vc↑
Nạp qua R
1
R
2
; Vc↑
Nạp qua R

1
R
2
; Vc↑
Phóng qua R
2
; Vc↓
Phóng qua R
2
; Vc↓
Nạp qua R
1
R
2
; Vc↑
Nạp qua R
1
R
2
; Vc↑
Phóng qua R
2
; Vc↓
13
Mạch dao động đa hài phi ổn IC555
ζn=(R
1
+R
2
)C

ζf=R
2
C

Chu kỳ: T=T
1
+T
2
T
1
: thời gian tụ nạp 1/3Vcc -> 2/3Vcc
T
2
: thời gian tụ xả 2/3Vcc -> 1/3Vcc

14
Mạch dao động đa hài phi ổn IC555
CC
t
CCCC
t
CCCCC
VeVVeVVV
nn
3/1)1(3/23/1)1)(3/1( +−=+−−=
−−
ττ
T
1
: Dời góc tọa độ đến thời điểm tụ bắt đầu nạp. Lúc này Transitor trong IC

555 ngưng, tụ nạp qua R
1
, R
2
theo hàm mũ tăng, đồng thời giữa 2 đầu tụ tồn tại
một điện thế 1/3Vcc (tức nạp từ 1/3Vcc -> Vcc)
Khi t=T
1
: Vc=2/3Vcc
CC
T
CCCC
VeVV
n
3/1)1(3/23/2
1
+−=
−
τ
2
1
11
1
+−=
−
n
T
e
τ
2

1
1
=
−
n
T
e
τ
2ln
1 n
T
τ
=
2ln)(
211
CRRT +=
15
Mạch dao động đa hài phi ổn IC555
f
t
CCC
eVV
τ
−
= 3/2
f
T
CCCC
eVV
τ

2
3/23/1
−
=
T
2
: Dời góc tọa độ đến thời điểm tụ bắt đầu phóng. Lúc này Transitor trong IC
555 dẫn bảo hòa, tụ phóng qua R
2
theo hàm mũ giảm:
Khi t=T
2
: Vc=1/3Vcc
f
T
e
τ
2
21
−
=
2
1
2
=
−
f
T
e
τ

2ln
2 f
T
τ
=
2ln
22
CRT =
2ln)(
fn
T
ττ
+=
f
T
CCCC
eVV
τ
2
3/23/1
−
=
16
Mạch dao động đa hài phi ổn IC555
2ln)(
fn
T
ττ
+=
Mạch trên không thể tạo được xung chữ nhật cân xứng, muốn

mạch cân xứng cần ζ
n
= ζ
f
=>mắc thêm 1 diod //R
2
và chọn R
1
=R
2
.
17
Mạch dao động đa hài phi ổn IC555
dạng cân xứng
Vc S R Qđ
Out
3
Trans
T
Out 2
7
Tụ C
Vc=0
Vc < 1/3Vcc
Vcc/3 <Vc < 2/3Vcc
Vc > 2/3 Vcc
Vcc/3 < Vc< 2/3Vcc
Vc < 1/3 Vcc
Vcc/3 < Vc < 2/3Vcc
Vc > 2/3Vcc

1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1

1
0
Ngưng
Ngưng
Ngưng
Bảo hòa
Bảo hòa
Ngưng
Ngưng
Bảo hòa
1
1
1
0
0
1
1
0
Nạp qua R; Vc↑
Nạp qua R; Vc↑
Nạp qua R; Vc↑
Phóng qua R; Vc↓
Phóng qua R; Vc↓
Nạp qua R; Vc↑
Nạp qua R; Vc↑
Phóng qua R; Vc↓
18
Mạch dao động đa hài đơn ổn IC555
Vc S R
Qđ

Out
3
Trans Tụ C
Cấp điện (1)
(2)
Vc < 2/3Vcc
Vc > 2/3Vcc
Vc < 2/3 Vcc
Thường trực
Xung (-) vào
Dứt xung (-) vào
Vc > 2/3Vcc
Vc < 2/3Vcc
Thường trực
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0

0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
Bảo hòa
Ngưng

Ngưng
Bảo hòa
Bảo hòa
Bảo hòa
Ngưng
Ngưng
Bảo hòa
Bảo hòa
Bảo hòa
Vc=0 (thường trực)
Nạp; Vc↑ (xảy ra 1 quá trình quá độ)
Nạp; Vc↑
Phóng; Vc↓
Vc > 0
Vc=0
Nạp; Vc↑
Nạp; Vc↑
Phóng; Vc↓
Vc > 0
Vc=0
19
)1(
τ
t
CCC
eVV
−
−=
Dời góc tọa độ đến thời điểm tụ bắt đầu nạp. Độ rộng xung tính từ thởi điểm tụ
nạp điện qua R để Vc tăng từ 0 -> 2/3Vcc

Khi t=T: Vc=2/3Vcc
)1(3/2
τ
T
CCCC
eVV
−
−=
τ
T
e
−
=
3
1
3ln3ln CRT
t
==
τ
Mạch dao động đa hài đơn ổn IC555
20
Mạch dao động đa hài phi ổn bằng
cổng logic