MẠCH DAO ĐỘNG, NGUYÊN LÝ, CÁC LOẠI MẠCH DAO ĐỘNG pptx

Introduction

oscillators

Mạch dao động là mạch biến đổi
năng lượng DC-AC


Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong
các thiết bị điện tử, như mạch dao động nội trong
khối RF Radio, trong bộ kênh Ti vi mầu, Mạch dao
động tạo xung dòng , xung mành trong Ti vi , tạo
sóng hình sin cho IC Vi xử lý hoạt động v v... Một
cách đơn giản, mạch dao động là mạch tạo ra tín
hiệu, có khả năng chuyển đổi năng lượng từ DC
sang
AC. quát, người ta thường chia ra làm 2 loại
Tổng
+ Dao động sin được dùng để tạo ra tín hiệu chuẩn
mạch dao động: Dao động điều hòa (harmonic
trong đo lường kiểm tra điều khiển, chuyển đổi tần số.
oscillators) tạo ra các sóng sin và dao động tích
+ Dao (relaxation
động tích thoát
dùng trong
chuyển
thoát
oscillators)
thường
tạomạch,
ra cácđiều

tín
khiển.không sin như răng cưa, tam giác, vuông
hiệu
(sawtooth, triangular, square).


CÁC TÍNH CHẤT CỦA
MẠCH DAO ĐỘNG
Có nhiều loại mạch dao động tạo ra các dạng sóng
tín hiệu khác nhau như: sóng sin, sóng vuông, sóng
tam giác, ...
Trong đó mạch dao động tạo sóng sin được sử dụng
để tạo tín hiệu chuẩn trong đo lường, kiểm tra, điều
khiển, chuyển đổi tần số, …
Các mạch dao động tạo tín hiệu sóng vuông, dốc,
xung thì thường được dùng trong chuyển mạch, điều
khiển, …
Để đánh giá chất lượng của một dao động phụ thuộc
vào sự ổn đònh của tần số ngõ ra.


Introduction
 Earlier we looked at feedback in general terms
in particular we concentrated on negative
feedback

 In this chapter we will consider positive feedback
this is used in both analogue and digital circuits
it is used in the production of oscillators
positive feedback can occur unintentionally

within circuits when it has implications for stability


I. CẤU TRÚC MẠCH DAO ĐỘNG :
MẠCH KHUẾCH ĐẠI CĨ HỒI TIẾP DƯƠNG
TRONG MẠCH KHUẾCH ĐẠI CĨ CÁC PHẦN TỬ
v1
TÍCH CỰC
RC, LC

Ưu và khuyết điểm của hồi tiếp dương:
Ưu điểm: do hồi tiếp dương có tín hiệu hồi tiếp cùng
pha với tín hiệu ngõ vào nên làm tăng tín hiệu ngõ vào
của mạch khuếch đại dẫn đến độ lợi của mạch khuếch
đại tăng.
Khuyết điểm: độ lợi của mạch không ổn đònh.
Chính vì những ưu khuyết điểm trên mà mạch hồi tiếp dương
chủ yếu sử dụng trong các mạch dao động.


• HỒI TIẾP DƯƠNG




→

• Tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín
hiệu nguồn (00 hoặc 3600)
• Độ lợi của mạch khuếch đại tăng

• Độ lợi của mạch không ổn định
• Chủ yếu dùng trong mạch dao động


VO
VO
Af 


Vi
V  V fb
 Nếu hệ số

thì

V
A

V fb VO 1   A
1
VO V

A  1

Af  
Vo

hay

VO

Vs

Vo  0


khi

Vs  0

 Vậy khi điều kiện A  1 được thỏa thì khi không có tín
hiệu vào mạch vẫn có tín hiệu ở ngõ ra, lúc đó ta nói mạch
dao động.


Sơ đồ khối của mạch khuếch đại có hồi tiếp dương

vi

+
+v

vε

vo

A

Frequen
fb

cy
selective
network,
vi: Tín hiệu ngõ vào.
β

A: Hệ số khuếch đại vòng hở. A  V O
V
vfb: Tín hiệu hồi tiếp.
V
β: Hệ số hồi tiếp.
  fb
VO
Vo: Tín hiệu ngõ ra.
VO 

AF: Độ lợi vòng kín khi có hồi tiếp. A f

V

i

V

V



O

V  V

fb

o

V
V V
1
V V
fb
o

o



A
1  A


Nguyên tắc hoạt động chung của các mạch
dao động tạo sóng sin: Khối A đóng vai trò
khuếch đại để duy trì dao động, khối β là
khối chọn lọc tần số dao động.
 Khi vừa mới cấp điện do sự biến thiên điện áp trong
các phần tử trong mạch do đó nó sinh ra điện áp tạp âm
với phổ tần liên tục, nếu là hồi tiếp âm thì các tạp âm
này sẽ bò triệt tiêu, và nếu là hồi tiếp dương thì tại tần
số tín hiệu được chọn lọc sẽ cùng pha với tín hiệu ngõ

vào, làm tăng biên độ ngõ vào và ngõ ra xuất hiện tín
hiệu dao động.


Nhận xét:
Nếu Aβ = 1 thì Af → ∞, hay V o   Mà Vo≠ 0 nên Vi = 0

V

i

→ Vẫn có tín hiệu ra khi không có tín hiệu vào
A

vo

β
Nếu βAv >> 1 (đúng điều kiện pha) thì mạch dao
động đạt ổn định nhanh nhưng dạng sóng méo nhiều
(thiên về vuông)


vo

A
Aβ < 1
β

βAv < 1 Mạch dao động tắt dần
A

vo

Aβ > 1
β
βAv > 1 và gần bằng 1 thì mạch dao động và đạt đến
độ ổn định chậm nhưng dạng sóng ra ít méo


Dao động tắt dần

Dao động điều hòa chậm

Dao động điều hòa


4.0V

G=3

0V

-4.0V
0s

0.2ms

0.4ms

0.6ms

0.8ms

1.0ms

V(R5:2)
Time

20V

G = 2.9

0V

-20V
0s

100us
V(R5:2)

200us

300us

400us

500us

600us

Time

4.0V

G = 3.05
0V

-4.0V
0s

0.2ms

0.4ms

0.6ms

V(R5:2)
Time

0.8ms

1.0ms


Barkhausen criterions
Điều kiện mạch dao động tạo sóng sin, tiêu chuẩn
Barkhausen:
+ Cân bằng về biên độ: A β = 1
+ Cân bằng về pha: arg tín hiệu hồi tiếp có độ lệch
pha bằng 00 hay 3600

Nguyên tắc hoạt động chung:
Hệ số A: Khuếch đại duy trì dao động.
Hệ số β: Chọn lọc tần số dao động.
Khi vừa cấp điện, điện áp các phần tử trong mạch biến
thiên vì thế sinh ra điện áp tạp âm với phổ tần liên tục. Do
mạch là hồi tiếp dương nên tại tần số tín hiệu được chọn
sẽ cùng pha với tín hiệu ngõ vào, tăng biên độ ngõ vào,
ngõ ra xuất hiện dao động


Các loại mạch dao động

Mach dao
dộng tạo
sóng sin

Mạch dao
động tạo
xung vuông


Các mạch dao động tạo sóng Sin
Mạch dao động RC
Mạch dao động
dịch pha

Mạch dao động cầu
Wien

Mạch dao động LC
Mạch dao động Mạch dao động Mạch dao động
3 điểm điện cảm 3 điểm điện dung
Clapp


Mạch dao động RC

a. Mạch dao động dịch pha

A
C
R

C
R

C
R

A là mạch khuếch đại đảo, 3 bộ lọc thông cao RC
dịch pha 1800, bộ lọc RC dịch pha từ 00 → 900,
do vậy từng bộ lọc RC trong mạch sẽ dịch pha đi
600.


 RC or phase-shift oscillator
 one way of producing a phase shift of 180 is to use
an RC ladder network

vo
1

vi
29
 this gives a phase shift of 180 when
 at this frequency the gain of the network is

f 

1
2CR 6


Xác định A và β
Vfb

C

C

C

Vo

X  R  I R










0 I 2R X R  I I 


V
R

R

I3

o



 I1

c

2



R

I2



2

I1

C

0  I 2R  X


3

1

 R I



C



Với:

XC 

j

1
C

V

 I3R

R  X I  R I  V
 RI  2 R  X  I  R I  0
 RI  2R  X I  0


C

Tiến hành giải:

fb



1

2



O



1

C





2



2

C

3

3



2

3


R X
R V
 R 2R  X 0

0
0
R
0
R X
R
 R 2R  X
R
0
R
2R  X
C

O

C



I

3



C

C

C

R  X 2R  X 0  R  R 0 V  R 2R  X
0
0
0 0
R
R

I
R
R
R
2R  X
R
R X  R
0 2R  X
2R  X
C

C



C

O

3

C

C

C

C

2

I 3 

RV
R  X 2R  X C   R   R  R 2R  X 
O

2

C

2

C


2

RV
R  X 4R  4RX  X  R   R 2R  X 
RV


I 
R  X 3R  4RX  X  2R  R X
RV

I
R  5RX  6R X  X 

I 3 

O
2

2

C

C

2

2

C

C

2

O

2

3

2

C

C

3

2

C

C

2

O

3

2

3

2

C

C

Thay

I3 

3

C

V
R

fb

3

RV
V
R  5RX  6R X  X 
V
R
   
V R 5RX  6R X

fb

O

2

3

2

3

C

C

C

3

fb

3

o

2

C

2

 XC

C
3




1

 

2

1

5

 

1 5

X 6 X
R
R
C
2

C

1 j
RC 

2

X
R
1





6


3
C
3

1
RC





3



1
RC 

Mạch dao động tại tần số có hồi tiếp dương: 

   arctg

1
6
RC

1
RC  
180
1

1 5
RC 


3

0

2

 180

0


1

6
RC

1

0
RC 
3

Vậy tần số dao động của mạch là:

1

RC 6


hay

f



1
2RC 6

Với điều kiện Aβ = 1 và tần số f ta có được:

→A = -29





1
29


a. Maùch dao ủoọng duứng JFET; b. Maùch dao ủoọng duứng BJT.


RF  29 RI

RI  R