chương 9 mạch tạo xung tam giác dùng tranzito

220
Chương 9: 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
nh
ấ
t
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
đ
i
ề
u
khiển đưa tới
cực bazơ, T khóa, tụ C được nạp từ nguồn +E qua R làm điện áp

trên t
ụ
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
h
ệ
221
số phi
t
uy
ế
n
222
C
C
i
−
i(t )
U
ε
=

0 q
=
m
với i(0) = E/R (3-40)
và
i(t
q
i
0
)
=
E
-
U
m
R
E
là các dòng nạp lúc đầu và
cu
ố
i
Khi hết xung điểu khiển T mở lại, C phóng điện nhanh qua
T; U
ra
= U
c
≈ 0
m
ạ
ch

về lại trạng thái ban
đầ
u.
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
gi
ả
n
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
đ
ị
nh
nạp cho tụ trong
thời gian có xung vuông cực tính âm điều khiển làm khóa T
1
.

V
ớ
i
điều kiện gần đúng dòng cực colectơ T
1
không đổi thì:
U (t)
=
1
t
q
I
I
dt =
c2
t
là quan hệ bậc nhất (3-41)
c
∫
c2
0
Mạch (b) cho phép tận dụng toàn bộ E tạo xung tam giác với
biên độ nhận
đ
ượ
c
là U
m
≈
E. Tuy vậy, khi có tải R

t
nối song
song trực tiếp với C thì có phân dòng qua R
t
và U
m
giảm và do
đó sai số
ε
tăng. Để sử dụng tốt cần có biện pháp nâng cao R
t
hay giảm ảnh hưởng của R
t
đối với mạch ra của sơ
đồ
.
c. Với mạch (c) T
1
là phần tử khóa thường mở nhờ R
B
và
ch
ỉ
khóa khi có xung vuông cực tính dương điều khiển. T
2
là phần
tử khuếch đại đệm chế độ đóng mở (k < 1). Ban đầu (U
v
= 0)
T

1
mở nhờ R
b
, điôt D thông qua R có dòng I
o
≈ E/(R + R
d
) với
U
c
= U
CE1bh
≈ 0. Qua T
2
ta nhận được U
ra
≈ 0. Tụ C
o
được
nạp tới điện áp U
N
- U
E2
≈ E
v
ớ
i
cực tính như hình 3.27. Trong
thời gian có xung vào T
1

b
ị
khóa, C được nạp qua D và R làm
điện thế tại M (cũng là điện thế cực bazơ T
2
) âm dần T
2
mở
mạnh, gia số
∆
U
c
qua T
2
và qua C
o
(có điện dung lớn) gần như
223
được đưa toàn bộ về điểm N bù thêm với giá
tr
ị
sẵn có tại N
(đang giảm theo quy luật dòng nạp) giữ ổn
đ
ị
nh
dòng trên R
nạp cho C. Chú ý khi dòng hồi tiếp qua C
o
về N có

tr
ị
số bằng
E/R thì không còn dòng qua D dẫn tới cân bằng động, nguồn E
dường như cắt khỏi mạch và C được nạp
nh
ờ
điện thế E đã được
nạp trước trên C
o
.
Sơ đồ (c) có ưu điểm là biên độ U
m
đạt xấp
x
ỉ
giá
tr
ị
nguồn
E trong khi sai
s
ố
giảm đi (1 - k) lần (với k là hệ số truyền đạt
của T
2
mắc chung emitơ) và ảnh
h
ưở
ng

của R
t
mắc tại cực
emitơ của T
2
thông qua tầng đệm phân cách T
2
tới U
c
(t) rất
y
ế
u
.
Các sơ đồ 3.27 a b c có thể sử dụng với xung điều khiển cực
tính ngược lại khi chuyển mạch T
1
được thiết kế ở dạng thường
khóa (không có R
B
)
3.6.3. Mạch tạo xung tam giác dùng vi mạch
thuật toán
Hình 3.28 a và b đưa ra hai sơ đồ tạo xung tam giác dùng IC
thuật toán.
224
t
0
Hình 3.28: Các mạch tạo xung tam giác
dùng IC tuyền ttnh a) Dạng mạch tích phân

đơn
gi
ả
n
b) Dùng mạch phức tạp có điều
ch
ỉ
nh
hướng quét và cực
tính
a - Mạch 3.28 a xây dựng trên cơ sở khuếch đại có đảo trong
đó thay điện trở R
ht
bằng tụ C, khi đó điện áp ra được mô tả bởi (giả thiết U
o
= 0)
U
(
t
)
=
Q
(
t
)
=
1
t
I
(

t
)
dt +
Q
(3-42)
ra
∫
c
0
C C
0
với Q
o
là điện tích có trên tụ tại lúc t = 0
với
I
(
t
)
=
U
vào
(
t
)
ta cóU
(
t
)
=

1
U
(
t
)
dt +
U
(3-43)
c
R
ra
RC
∫
vào ra
Thành phần U
rao
xác
đ
ị
nh
từ điền kiện ban đầu của tích phân
U
rao
= U
ra
(t = 0) = Q
0
/ C
225
Nếu U

vào
(t) là một xung vuông có giá
tr
ị
không đổi trong khoảng 0
÷
t thì U
ra
(t)
là một điện áp đường t
h
ẳ
ng
U
ra
(t) = ( - U
vào
/RC). t + U
rao
(3-44)
Độ chính xác của (3.44) là tùy thuộc vào giả thiết gần
đúng U
o
≈
0 hay dòng điện đầu vào IC gần bằng 0, các vi mạch
chất lượng cao đảm bảo điều kiện này khá t
ố
t.
226
R

0
R
b – Phân tích hoạt động của mạch 3.28b. Khi có xung điều
khiển cực tính dương, T mở bão hòa, thông mạch phóng điện
cho tụ C trong khoảng thời gian t
o
(t
o
< t
ngh
ỉ
v
ớ
i
t
ngh
ỉ
= t
vào
là thời gian có xung điều
khi
ể
n)
.
Trong khoảng t
q
(không có xung điều khiển) IC làm việc ở chế
độ khuếch đại t
uy
ế

n
tính, nếu U
o
= 0 thì
U
p
= U
N
= U
c
(3-45)
Ta xác
đ
ị
nh
quy luật biến đổi của U
c
(t), từ đó tìm điều kiện để
có quan hệ là t
uy
ế
n
tính như sau:
Phương trình dòng điện tại nút N với mạch hồi tiếp âm:
E
0
U
N
=
U

N
U
ra
suy
ra
R
1
U
=
U
R
2
R
1
+
R
2
−
E
R
2
(3-46)
ra c
1
1
Phương trình dòng tại núi P với mạch hồi tiếp
d
ươ
ng
:

E U
c
R
3
dU U
= C
c
+
c
dt
U
r
a
R
4
(3-47)
Từ hai hệ thức (346) và (3-47) rút ra phương trình của U
c
(t)
dU U 1 R 1 E E R
c
=

c
2
=
0
2
(3-48)
dt C

R
3
R
1
R
4
C
R
3
R
1
R
4
Tính chất biến đổi của U
c
(t) phụ thuộc vào hệ số của số hạng thứ
hai vế trái của (3-
48). Nếu R
3
> R
1
R
4
/R
2
đường U
c
(t) có dạng đường cong lồi.
Nếu R3<R
1

R
4
/R
2
R
2
đường U
c
(t) có dạng đường cong lõm.
Khi R
1
/R
2
=R
3
/R4 (3-49)
227
3
0
0
thì U
c
phụ thuộc bậc nhất vào t. Khi đó có:
1 E
U
c
=
C
R
E

R
2
t
R
1
R
4
(3-50)
Nếu chọn R
1
= R
3
và R
2
= R
4
ta có biểu thức thu
g
ọ
n
Từ
đ
ó
:
U
c
=
1
(

E
R
3
C
E
)
t
(3-51)
228
Nếu E > E
o
có U
ra
là điện áp tăng
đường t
h
ằ
ng
. Nếu E < E
o
có U
ra
giảm đường t
h
ẳ
ng
.
Nếu chọn E
o
= 0 ta nhận được xung tam giác cực tính

dương, còn chọn E
o
là 1 nguồn điều
ch
ỉ
nh
được thì U
ra
có dạng
có hai cực tính với biên độ gần bằng 2E
c
Trên thục tế, thường chọn E = Ec và E
o
lấy từ E
c
qua chia
áp. Biên độ cực
đ
ạ
i
trên tụ C xác
đ
ị
nh b
ở
i
:
U
cmax
= (E - E

o
)t
q
/ R
3
C (3-52)
Người ta có thể tạo ra đồng thời một xung vuông và một
xung tam giác
nh
ờ
ghép nối tiếp một bộ tích phân sau một trigơ
Smit (h. 3.30). Bộ tích phân IC
2
lấy tích phân điện áp ra ổn
đ
ị
nh
trên lối ra (U
ra1
) của trigơ Smit. Khi U
ra2
đạt ngưỡng tắt
c
ủ
a
trigơ thì điện áp ra của nó đổi dấu đột biến do đó U
ra2
đổi hướng
quét ngược lại. Quá trình lại tiếp diễn cho tới khi đạt tới ngưỡng
lật thứ hai của trigơ Smit và sơ đồ quay

v
ề
trạng thái đầu. Tần
số của dao động thay đổi nhờ R hoặc C. Biên độ U
ra2
ch
ỉ
ph
ụ
thuộc ngưỡng lật của trigơ Smit, được xác
đ
ị
nh b
ở
i
:
U
ra2
= U
max
R
1
/R
2
(3-
53) (với U
max
là giá
tr
ị

điện áp ra bão hòa của IC
1
). Chu kì
dao động xác
đ
ị
nh b
ở
i
T= 4RCR
1
/R
2
(3-54)
229
Hình 3.30: Sơ đồ tạo đồng thời xung vuông (Ura1) và xung tam
giác (Ura2)
230