Chương 5 Các mạch dao động

6/10/2015

Chương 5
Các mạch dao động
TS. Nguyễn Hữu Khánh Nhân

7/7/2012

402002 - Các mạch dao động

1

7/7/2012

402002 - Các mạch dao động

2

1


6/10/2015

7/7/2012

402002 - Các mạch dao động

3

NỘI DUNG

5.1 Nguyên lý dao động
5.2 Dao động tần số thấp dùng Transistor và
OP-AMP
5.3 Các dạng mạch dao động LC
5.4 Dao động thạch anh

7/7/2012

402002 - Các mạch dao động

4

2


6/10/2015

5.1 Ngun lý dao động
 Bộ tạo dao động ở tần số thấp, trung bình: dùng bộ
khuếch đại thuật toán + RC hoặc dùng Transistor + RC.
 Bộ tạo dao động ở tần số cao: 0,3f  f0  3fβ dùng
Transistor + LC hoặc dùng Transistor + thạch anh.
 Bộ tạo dao động ở tần số siêu cao: dùng Diode Tunel,
Diode Gunn.
 Các tham số cơ bản của mạch dao động: tần số dao động,
biên độ điện áp ra, độ ổn đònh tần số, công suất ra, hiệu
suất.
 Dao động điều hòa (harmonic oscillators) tạo ra các sóng sin
 Dao động tích thốt (relaxation oscillators) thường tạo ra các tín
hiệu khơng sin như răng cưa, tam giác, vng (sawtooth,

triangular, square).
7/7/2012

402002 - Các mạch dao động

5

5.1 Ngun lý dao động

- Nếu pha của vf lệch 1800 so
với vS ta có hồi tiếp âm.
- Nếu pha của vf cùng pha với vS
(hay lệch 3600 ) ta có hồi tiếp
dương.
(0 hay 3600 )

3


6/10/2015

5.2 Dao động tần số thấp dùng
Transistor và OPAMP
 Dao

động dịch pha dùng OP-AMP

Hệ thống hồi tiếp
gồm ba mắc R-C,
mỗi mắc có độ lệch

pha tối đa 600 nên
để độ lệch pha là
1800 phải dùng ba
mắc R-C.

7/7/2012

402002 - Các mạch dao động

7

5.2 Dao động tần số thấp dùng
Transistor và OPAMP
 Dao

động dịch pha dùng OP-AMP

Tính tần số và
biên độ dao
động
+ β = v2/v1 của hệ
thống hồi tiếp.
+ Rút gọn thành
dạng a + jb
+ Cho b = 0 để xác
định tần số dao
động f0
+ Thay f0 vào
phương trình của
bước 1 để xác

định giá trị của β
tại f0.
7/7/2012

402002 - Các mạch dao động

8

4


6/10/2015

5.2 Dao động tần số thấp dùng
Transistor và OPAMP
 Dao

7/7/2012

động dịch pha dùng OP-AMP

402002 - Các mạch dao động

9

5.2 Dao động tần số thấp dùng
Transistor và OPAMP
 Dao

động dịch pha dùng OP-AMP

&

7/7/2012

10

5


6/10/2015

5.2 Dao động tần số thấp dùng
Transistor và OPAMP
 Dao

động dịch pha dùng TRANSISTOR

5.2 Dao động tần số thấp dùng
Transistor và OPAMP
 Dao

động dịch pha – bài tập

BT1: Mạch doa động dịch pha dùng transistro có R1 = R2 = R3 =
1MΩ and C1= C2 = C3 = 68 pF. Xác định tần số dao động của
mạch?
BT2: Thiết kế mạch dao động dịch pha dùng OP-AMP có tần số dao
động 800 KHz. Biết các tụ điện có giá trị 5pF.

6


6/10/2015

5.2 Dao động tần số thấp dùng
Transistor và OPAMP
 Dao

động cầu Wien dùng OP-AMP
Mạch thường dùng op-amp ráp theo
kiểu khuếch đại không đảo nên hệ
thống hồi tiếp phải có độ lệch pha 00

5.2 Dao động tần số thấp dùng
Transistor và OPAMP
 Dao

động cầu Wien dùng OP-AMP

7


6/10/2015

5.2 Dao động tần số thấp dùng
Transistor và OPAMP
 Dao

động cầu Wien dùng TRANSISTOR

Ổn định
biên độ
ngõ ra

Tạo dịch pha 1800

5.2 Dao động tần số thấp dùng
Transistor và OPAMP
 Dao

động cầu Wien dùng – bài tập

BT1: Mạch doa động cầu Wien dùng transistro có R1 = R2 =
220KΩ and C1= C2 = 250 pF. Xác định tần số dao động của mạch?
BT2: Thiết kế mạch dao động cầu Wien dùng OP-AMP có tần số dao
động 1 MHz. Biết các tụ điện có giá trị 10pF.

8


6/10/2015

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC
 Dao

động cộng hưởng nối tiếp

Z = R + jXL - jXC.
- Vậy tại tần số cộng

hưởng tổng trở của
mạch có trị số cực tiểu.
- Khi tần số f < f0 tổng
trở có tính dung kháng.
- Khi tần số f > f0 tổng
trở có tính cảm kháng.
7/7/2012

402002 - Các mạch dao động

17

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC
 Dao

động cộng hưởng nối tiếp

f2 và f1 là tần số cộng hưởng

7/7/2012

402002 - Các mạch dao động

18

9


6/10/2015

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC
 Dao

động cộng hưởng song song

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC
 Tổng

quát dao động LC

10


6/10/2015

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC
 Tổng

quát dao động LC

Z2

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC
 Tổng

quát dao động LC

11


6/10/2015

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC
 Tổng

quát dao động LC

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC cách ly tín hiệu dao động
 Mạch

dao động Colpits

với nguồn cấp điện

Cách ly điện áp
phan cực

12


6/10/2015

5.3 Các mạch dao động SIN tần

cao dùng LC cách ly tín hiệu dao động
 Mạch

với nguồn cấp điện

dao động Colpits
Cách ly điện áp
phan cực

Mạch dao động 3 điểm điện dung

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC
 Mạch

dao động Colpits – Bài tập

BT1: Xác định tần số dao động và hệ số KĐ vòng hở cho mạch sau:

BT2: Xác định giá trị tụ C1 và C2 cho mạch dao động Colpits, biết L
= 1mH, f = 1MHz và Avo = 0.25?

13


6/10/2015

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC
 Mạch

dao động Clapp

Cuộn cảm trong mạch dao động colpitts đổi thành mạch LC nối
tiếp

V0

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC
 Mạch

dao động Hartley

Giống như dao động colpitts nhưng vị trí của cuộn dây và tụ hoán đổi
nhau.

L = L1 + L2 + 2M với M là hổ cảm.

14


6/10/2015

5.3 Các mạch dao động SIN tần
cao dùng LC
 Mạch

dao động Hartley – Bài tập

BT1: Xác định tần số dao động và hệ số KĐ vòng hở cho mạch sau
với hỗ cảm M = 20µH

BT2: Xác định giá trị L1 và L2 cho mạch dao động Hartley, biết C
= 1µF, f = 1MHz và Avo = 0.2?

5.4 Dao động thạch anh

7/7/2012

Điện tử 3

30

15


6/10/2015

5.4 Dao động thạch anh

7/7/2012

Điện tử 3

31

5.4 Dao động thạch anh

Với

7/7/2012

Điện tử 3

0 

p  q
2

32

16


6/10/2015

5.4 Dao động thạch anh

C0
7/7/2012

Điện tử 3

33

5.4 Dao động thạch anh
Ví dụ: mạch tương đương của 1 thạch anh có giá trị Lq=
1mH, rq = 1000Ω, Cq = 0.01pF và Cp =20pF. Tính tần số
cộng hưởng nối tiếp và song song của thạch anh?

17


6/10/2015

5.4 Dao động thạch anh

Để mạch dao động theo kiểu 3 điểm C kiểu Colpits, thạch anh
phải tương đương như cuộn cảm, nghóa là: q < 0 < p


Với  p   q 1 


7/7/2012

Cq 

2C p 

402002 - Các mạch dao động

35

5.4 Dao động thạch anh

Tính toan tương tự như mạch
dao động 3 điểm C kiểu
Colpits

7/7/2012

402002 - Các mạch dao động

36

18


6/10/2015

5.4 Dao động thạch anh
Thiết kế mạch dao động như
hình vẽ sao cho: f0 = 10MHz,
thạch anh có Cp = 10pF và Cq
= 0.1pF. Hệ số hồi tiếp
β=0.01

5.4 Dao động thạch anh

Ngoài ra
A v .  1
Av 

1
C
 2

C1

C2
1

C1 0.01

19


6/10/2015

5.4 Dao động thạch anh
Trong loại mạch này thạch anh đóng vai trò mạch hồi tiếp. Chỉ
đúng tại tần số cộng hưởng nối tiếp của thạch anh thì Zq  0 khi
đó B  B’ và mạch sẽ hoạt động như 3 điểm C kiểu Colpits hoặc
Clapp

20