Tìm hiểu máy phát hàm sử dụng vi mạch

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kĩ thuật, đặc biệt là ngành
điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Nhìn vào thực tế cho ta
thấy, năm 1972 chiếc vô tuyến đầu tiên ra đời chỉ là đen trắng. Nhưng đến
nay với sự ra đời của những màn hình siêu phẳng, đẹp về hình dáng bề ngoài
lẫn chất lượng hình ảnh. Vậy nhờ đâu mà các nhà sản xuất có thể cho ra
những sản phẩm có thể coi ngày một hoàn thiện như vậy?
Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập
trình phát triển đã đem đến các kĩ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm
so với việc sử dụng các mạch điều khiển được lắp ráp từ các linh kiện rời như
kích thước mạch nhỏ, gọn, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy và công suất tiêu
thụ thấp…
Ngày nay, lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các
thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người
như máy giặt, đồng hồ điện tử… nhằm giúp cho đời sống ngày càng hiện đại
và tiện lợi hơn.
Vì tính chất phổ biến và quan trọng của việc tạo xung cùng với việc
xuất phát từ thực tế tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Tìm hiểu máy phát hàm sử dụng vi mạch”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nâng cao hiểu biết về kĩ thuật điện tử nói chung và mạch tạo xung nói
riêng.
Nâng cao kiến thức về máy phát hàm.
3. Nhiệm vụ
Tổng quan về kĩ thuật điện tử.
Nghiên cứu về lý thuyết mạch tạo xung.
1


Nghiên cứu một số mạch tạo xung thông dụng.

Thực hành thử nghiệm một máy phát hàm sử dụng vi mạch.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
5. Dự kiến kết quả
Tìm hiểu được tổng quan về máy phát hàm.
6. Cấu trúc
Chúng tôi cấu trúc luận văn gồm 3 chương:
CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC CƠ SỞ
Khái niệm chung về mạch tạo xung, tín hiệu xung;
Mạch tạo xung tam giác (Xung răng cưa);
Mạch tạo xung vuông.
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Khái quát về máy phát hàm thông dụng;
Sơ đồ khối, sơ đồ cấu trúc máy phát hàm;
Trên cơ sở tổng quan tài liệu nghiên cứu sẽ lựa chọn những nội dung nghiên
cứu phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài.
CHƯƠNG 3: MẠCH ỨNG DỤNG
Cấu tạo của ICL 8038, IC 555;
Mạch phát xung dùng IC 8038, IC 555;
Một số mạch điện tử có khả năng tạo xung phát hàm;
Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm với máy phát hàm sử dụng ICL 8038.


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. KIẾN THỨC CƠ SỞ
1.1. Khái niệm chung về mạch tạo xung, tín hiệu xung
1.1.1. Mạch tạo xung
Mạch tạo xung là mạch điện mắc phối hợp giữa các linh kiện điện tử để
biến đổi năng lượng của dòng điện một chiều thành năng lượng dao động điện
có dạng xung và tần số theo yêu cầu.

Đây là mạch điện rất cơ bản, được dùng nhiều trong các thiết bị đo
lường, điều khiển, tự động hóa, trong kĩ thuật xung – số, trong máy tính điện
tử… Nó có thể dùng Transitor rời rạc hoặc dùng IC.
1.1.2. Tín hiệu xung
Tín hiệu xung là loại tín hiệu rời rạc theo thời gian. Các tham số cơ bản
của tín hiệu xung: biên độ xung, độ rộng xung, sườn xung, độ sụt đỉnh xung,
chu kỳ xung, tần số lặp lại, hệ số lấp đầy.
1.2. Một số mạch tạo xung
1.2.1. Mạch tạo xung vuông
- Mạch trigơ Smit tín hiệu hình sin đưa vào cửa đảo, mạch hồi tiếp dương
đưa về cửa thuận qua bộ phân áp R1, R2. Tuỳ Theo mức điện áp vào so
sánh với điện áp hồi tiếp mà mạch chuyển đổi trạng thái đầu ra để tạo ra
dãy xung vuông. Tần số xung ra bằng tần số tín hiệu vào.
- Mạch đa hài đợi: Khi có nguồn mạch ở trạng thái ổn định bão hoà âm do có
điốt D. Khi có xung đầu vào mạch chuyển sang trạng thái không ổn định
(bão hoà dương) một thời gian rồi tự trở về trạng thái ổn định chờ xung vào
tiếp. Có một xung vào đầu ra nhận được một xung ra, tần số xung ra bằng tần
số xung vào.
- Mạch đa hài tự dao động: Mạch đa hài tự dao động dùng Transitor. Mạch
có hai Transitor mắc cực phát chung và hai tụ điện C. Khi có nguồn hai


Transitor thay nhau thông bão hoà, tắt; hai tụ thay nhau nạp phóng cho đầu ra
dãy xung vuông trên trục thời gian. Khi mạch đối xứng, xung ra có biên độ
bằng EC, tần số xung ra f = 1/1,4RB.C. Mạch đa hài tự dao động dùng bộ
khuếch đại thuật toán. Mạch có phần tử nạp phóng RC, mạch hồi tiếp dương
lấy điện áp về so sánh qua R1, R2. Khi mạch làm việc tại các thời điểm điện
áp trên tụ C (UC) lớn hơn hay bé hơn điện áp hồi tiếp (U1 lấy trên R1) thì đầu
ra mạch chuyển đổi trạng thái tạo ra dãy xung vuông. Dãy xung vuông biến
đổi xung quanh trục thời gian có biên độ là Ur max. Khi chọn R1 = R2 tần số

dao động của mạch f = 1/2,2RC. Khi thay đổi một trong hai thông số RC của
mạch đa hài tự dao động thì tần số xung ra thay đổi theo.
- Mạch dao động nghẹt: Máy phát dao động nghẹt (Blocking generator) là một
bộ khuếch đại đơn đẩy kéo, có hồi tiếp dương mạch qua một biến áp xung,
-3

-6

nhờ đó tạo ra các xung có độ rộng 10 s đến 10 s và có biên độ lớn. Mạch
phát dao động nghẹt có thể làm việc ở chế độ tự dao động, đồng bộ, đợi hay
chế độ phân tần. Mạch gồm Transitor và biến áp ghép chặt để tạo hồi tiếp
dương sâu. Mạch tự làm việc cho ra dãy xung vuông hẹp, có độ rỗng lớn.
1.2.2. Mạch tạo xung răng cưa (tạo xung tam giác)
Mạch tạo xung răng cưa: Loại mạch này dùng để tạo xung răng cưa
điều khiển tia điện tử quét trong máy hiện sóng hoặc dùng trong các mạch
điện tử khác. Xung răng cưa có các tham số: biên độ xung, thời gian quét
thuận tqt, thời gian quét ngược (yêu cầu tqt >> tqn), hệ số phi tuyến ε và hiệu
suất sử dụng điện áp η. Có một số mạch tạo xung răng cưa dùng mạch tích
phân RC, dùng mạch có nguồn dòng, dùng mạch có tầng khuếch đại hồi tiếp.
Khi phân tích cần chú ý các mạch cho xung đầu ra có biên độ lớn, méo phi
tuyến nhỏ và hiệu suất cao.
Mạch phát điện răng cưa thuộc loại máy phát dao động tích thoát. Các
xung dao động có dạng răng cưa. Mạch phát xung răng cưa được ứng dụng
nhiều trong các mạch quét của máy thu hình, dao động ký, rađa… Để thực


hiện nó, có thể dùng nhiều cách khác nhau, ở đây là lấy ví dụ tạo xung răng
cưa bằng Transitor và vi mạch điện tử.
1.2.2.1. Mạch tạo xung răng cưa dùng Transitor
Trên cơ sở sơ đồ ở hình 1.1 là mạch tạo xung răng cưa dùng Transitor

n – p – n hoạt động ở chế độ đợi.
Chọn các điện trở phân cực để Transitor T ở trạng thái cấm khi chưa có
xung kích thích đồng bộ. Lúc này dòng một chiều đi qua Rc để nạp điện cho
tụ C trong khoảng thời gian t1. Khi có xung đồng bộ, Transitor T thông, tụ
điện phóng điện trong khoảng thời gian t2.

Hình 1.1. Mạch tạo xung răng cưa.
1.2.2.2. Mạch tạo xung răng cưa bằng vi mạch khuếch đại thuật toán
Mạch này được xây dựng trên cơ sở mạch tích phân đảo, trong đó mạch
hồi tiếp có tụ điện C. Giả thiết U0 = 0, điện áp ra có dạng:
Ura=

Q(t)

=

1
€

[∫ Ic(t)dt + Q0].

€

Trong đó: Q0 là diện tích có trên tụ điện tại t = 0.
Với Ic(t) =
U

va
o

(t)

, ta có:

R

Ura(t) =


∫ Uvao(t)dt + Ura.
R€

1

Thành phần Ura0 được xác định từ điều kiện ban đầu của tích phân:


Ura0 = Ura(t = 0) = Q0/C.
Như vậy, ta đã hình thành được xung răng cưa, khi tín hiệu vào là xung
chữ nhật.

Hình 1.2. Tạo xung răng cưa bằng vi mạch.
Người ta có thể tạo ra đồng thời xung vuông và xung tam giác nhờ
ghép nối tiếp một bộ tích phân sau một mạch trigơ Schmidt. Mạch trigơ tạo ra
các xung vuông, còn mạch tích phân tạo ra xung tam giác. Hai mạch này mắc
nối tiếp với nhau tạo thành vòng hồi tiếp kín kích thích lẫn nhau làm lật các
trạng thái để tạo xung.
1.2.3. Dao động thư giản
Xem mạch gồm hai cổng NAND TTL N1 và N2

với tụ C1, C2 trên

đường hồi tiếp chéo và điện trở R1, R2, R3 ở ngõ vào (Hình1.3). Ngõ vào còn
lại của mỗi cổng NAND được bỏ không hay nối lên VCC. Ba điện trở R1, R2,
R3 được chọn sao cho hai cổng được phân cực ở vùng tuyến tính giữa hai
ngưỡng logic thấp và cao của cổng (ở cổng TTL ngưỡng thấp là khoảng 0,9V;
ngưỡng cao là khoảng 1,6V) để sự nạp, xả của hai tụ sẽ khiến ngõ vào của hai
cổng chuyển mạch giữa logic 0 và 1.
Dưới đây là sơ đồ mạch dao động loại thư giản (Hình 1.3).


Hình 1.3. Dao động loại thư giản.
(Với các trị số linh kiện ghi ở hình vẽ, tần số dao động xấp xỉ 2,8Hz)
Giả sử ngõ vào của N1 xuống dưới ngưỡng thấp khiến ngõ ra Q = 1, và
tụ qua C2 khiến ngõ vào của N2 lên 1 làm ngõ ra Q = 0. Tụ C2 xả điện qua R2
và R3 xuống đất khiến điện thế tại ngõ vào của N2 sụt dần đến lúc nào đó sẽ
xuống dưới ngưỡng thấp tức có logic 0 làm ngõ ra Q = 1 và qua tụ C1 khiến
ngõ vào của N1 lên 1 dẫn đến ngõ ra Q = 0. Lúc bấy giờ C1 xả điện qua R1 và
R3 khiến điện thế tại ngõ vào của N1 sụt dần đến lúc nào đó sẽ xuống dưới
ngưỡng thấp tức logic 0 làm ngõ ra Q = 1, v.v... Sự nạp xả như trên xả ra liên
tiếp và tuần hoàn tạo hai dạng sóng ra đảo pha nhau.
Khi C1 = C2 = C và R1 = R2 = R thì dạng sóng ra đối xứng và có tần số
là:
1

f = (2R  R ).C
3
Các điện trở R1, R2, R3 phải nhỏ (dưới 1K) còn tụ C1, C2 từ vài chục
pF đến khoảng 1000F. Khi dùng cổng CMOS các điện trở có thể đến 100K
hoặc hơn nên mạch có thể dao động ở tần số thấp hơn. Thường hai ngõ ra

phải được đệm (ví dụ dùng hai cổng NAND còn lại của 7400 để làm cổng
đệm). Thật ra mạch dao động loại thư giản như ở hình 1.3 rất ít được dùng.


1.2.4. Dao động thư giản dùng cổng nảy Schmitt.
Các cổng nảy Schmitt như 7414 có thể được dùng như mạch dao động
(Hình 1.4). Giả sử ngõ vào của cổng vừa xuống thấp (logic 0) khiến ngõ ra Q
vừa lên cao (logic 1) thì tụ C nạp qua điện trở R từ ngõ ra. Khi C nạp đến
ngưỡng logic cao thì ngõ vào lên cao khiến ngõ ra xuống thấp làm tụ xả điện
vào ngõ ra. Khi C xả xuống đến ngưỡng thấp logic ở ngõ r đảo lại.
Vì tụ nạp và xả qua cùng điện trở R nên dạng sóng vuông ra đối xứng.
Do ngưỡng logic khác nhau nên tần số dao động của cổng TTL và CMOS
khác nhau. Tần số dao động còn bị ảnh hưởng bởi điện trở ngõ ra của cổng và
các yếu tố về nhiệt độ, v.v.v... Nên công thức ghi ở hình vẽ chỉ là xấp xỉ. Để
ý là không được dùng điện trở trên giới hạn cho vì mạch sẽ không dao
động.Cổng NAND 7413 cũng có thể dùng cho mạch dao động.

Hình 1.4. Dao động thư giản dùng cổng nảy Schmitt.
1.2.5. Dao động thư giản dùng cổng đảo
Hai cổng đảo TTL hay CMOS có thể tạo nên mạch dao động theo cách
thư giản. Hình1.5 là một ví dụ, tụ C và điện trở R xác định tần số dao động.
Điện trở RS để giảm thiểu ảnh hưởng của sự thay đổi điện thế cấp điện VCC
lên tần số, RS có trị số từ 0 đến lớn hơn R. Khi RS khá lớn so với R chu kỳ và
tần số dao động cho bởi: T  2,2RC.


Hình 1.5. Dao động thư giản dùng cổng đảo CMOS 74HC04 và các dạng
sóng.
Khi dùng công thức trên, điện trở R phải lớn hơn 50K, tụ C phải lớn
hơn 1000pF. Về nguyên lý mạch dao động với khoảng rộng của điện trở R (từ

vài trăm  đến vài M) và tụ C (từ 100pF đến hàng F), điện trở RS không
được quá lớn vì có thể khiến mạch dao động chập chờn.
Có thể dùng cổng NAND thay cổng đảo.
Ví dụ:
Đối với CD4011: RS= 0, R = 220K, C = 1F, tần số là khoảng 3Hz.
1.2.6. Dao động dịchh chuyển pha

Hình 1.6. Dao động dịch chuyển pha (7404).
Ở hình 1.6 ba cổng đảo được mắc nối tiếp và đường hồi tiếp tạo nên
dao động. Nguyên lý hoạt động như sau: Giả sử ngõ vào của cổng đầu tiên I1


vừa có chuyển tiếp thấp lên cao (0 lên 1), thì sau trì hoãn truyền tD ngõ ra của
nó tức ngõ vào cửa cổng thứ hai I2 sẽ chuyển tiếp cao xuống thấp. Do đó, sau
trì hoãn truyền tD nửa ngõ ra của I2 tức ngõ vào của I3 sẽ chuyển tiếp thấp lên
cao và tương tự như vậy, sau trì hoãn truyền tD thứ 3 ngõ ra Q của I3 sẽ
chuyển tiếp cao xuống thấp, ngõ ra này tiếp tục ở thấp.
Do có sự hồi tiếp nên ngõ vào của I1 cũng có sự chuyển tiếp cao xuống
thấp. Sau 3tD ngõ ra Q sẽ lên cao, tiếp tục như vậy sau 3tD nửa ngõ ra Q lại
xuống thấp. Như vậy chu kỳ dao động là 6tD, giả sử các cổng đảo có thời gian
trì hoãn truyền như nhau mà đối với mạch logic TTL điển hình là 10ns. Tần
số dao động là: f = 1
6t
D

Với tD = 10ns, tần số là khoảng 16 MHz. Với các loạt cổng khác nhau
sẽ có được tần số từ 10 đến vài chục MHz.
Ở dao động sin sự dịch chuyển pha qua các mạch RC kết hợp với hồi
tiếp tạo sự dao động. Ở mạch hình 1.6 không có các RC để tạo lệch pha
nhưng về nguyên lý mạch có thể xem như là loại dịch chuyển pha.

11


Hình 1.7. Dao động có tần số kiểm soát được.
Mạch dao động ở hình 1.6 có điểm không thuận lợi đó là tần số phụ
thuộc vào cổng được dùng. Phải có cách để cho tần số của mạch tùy thuộc
vào linh kiện mắc thêm bên ngoài mà thường là tụ tinh thể thạch anh. Hình
1.7a, b là hai mạch như vậy.
1.2.7. Dao động tinh thể thạch anh
Ở các mạch ở trước tần số dao động do tụ điện và điện trở mắc thêm
bên ngoài quyết định, nên không có độ chính xác và ổn định cao. Để khắc
phục, một phần tử có độ chính xác và độ ổn định cao được dùng đó là tinh thể
thạch anh (Quartz Crystal), lúc bấy giờ ta có mạch dao động (hay mạch tạo
đồng hồ) tinh thể (hay thạch anh) hoặc mạch dao động kiểm soát bởi tinh thể
(thạch anh). Một lát mỏng được cắt từ khối tinh thể thạch anh theo một chiều
hướng phù hợp để khi được kích thích sẽ rung động (dao động) ở một tần số
chính xác mà rất ổn định theo nhiệt độ và thời gian.

Hình 1.8. Dao động dùng tinh thể thạch anh.
Hình 1.8 là hai mạch dao động thạch anh tiêu biểu, một dùng cổng TTL
và một dùng cổng CMOS. Điện trở R tùy thuộc vào loại mạch và loại logic.
Với mạch dùng cổng TTL trị số của R là vài trăm  đến khoảng 1,5K; với


mạch dùng cổng CMOS trị số của R là khoảng 100K đến 1M. Thay vì
cổng NOT có thể dùng cổng NAND (mắc như cổng NOT), ví dụ: 7400,
74HC00, CD4011...
1.2.8. Một số mạch tạo xung khác
- Mạch tạo tín hiệu tổng hợp giới thiệu sơ đồ khối của mạch tạo các tín hiệu

xung vuông, xung tam giác và tín hiệu sin đồng thời. Nó được dùng phổ biến
trong bộ tạo sóng dùng ở phòng thí nghiệm.
- Mạch tạo dao động điều khiển ở điện áp (VCO). Giới thiệu mạch đa hài tự
dao động có tần số tín hiệu ra được điều khiển bằng điện áp. Quan hệ tần số
với điện áp điều khiển theo quy luật tuyến tính.
- Mạch hạn chế: Mạch hạn chế có thể dùng điốt hoặc Transitor. Mạch dùng
Transitor ngoài tác dụng hạn chế còn có tác dụng khuếch đại tín hiệu lớn
lên. Xét mạch hạn chế dùng điốt lý tưởng (Điốt tắt điện trở bằng vô cùng,
điốt thông điện trở bằng không). Mạch hạn chế một phía là mạch cắt xén một
phía biên độ của tín hiệu, mạch hạn chế hai phía cắt xén hai phía biên độ của
tín hiệu. Mức hạn chế trong mạch hạn chế phải thoả mãn điều kiện về biên độ
tín hiệu vào. Mạch hạn chế hai phía có mạch hạn chế hai phía song song,
mạch hạn chế hai phía nối tiếp.



CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
2.1. Khái niệm máy phát hàm
Loại máy phát mà cùng lúc có thể cho nhiều dạng tín hiệu ở các đầu ra
khác nhau như tín hiệu hình tam giác, tín hiệu xung vuông… được gọi là máy
phát hàm. Loại máy phát này gần đây được sử dụng rộng rãi nhờ tính đa chức
năng của nó.
Máy phát hàm hay máy phát xung là bộ nguồn tạo ra các tín hiệu chuẩn
về biên độ, tần số và dạng sóng dùng trong thử nghiệm và đo lường. Các máy
tạo sóng trong phòng thí nghiệm có các dạng sau:
- Máy tạo sóng sin tần thấp LF (Low frequency);
- Máy tạo sóng sin tần số vô tuyến RF (Radio frequency);
- Máy tạo hàm;
- Máy phát xung;
- Máy phát tần số quét, máy phát các tín hiệu thử nghiệm.

Các máy tạo tín hiệu RF thường có dải tần số từ 0 kHz đến 100 kHz,
với mức điện áp có thể điều chỉnh từ 0 - 10V. Các máy tạo hàm cũng thường
là máy phát RF với 3 dạng sóng đặc trưng là sóng vuông, sóng tam giác và
sóng hình sin.
Ví dụ: Máy phát xung – tạo hàm DDS SFG – 2100/2000 Series


Dựa trên công nghệ tổng hợp số trực tiếp (DDS) và thiết kế FPGA duy
nhất, máy tạo hàm

SFG-2000/2100 series có công năng vượt trội hơn hẳn

những máy tạo hàm thông thường với mức giá cạnh tranh. Tần số ra ổn định,
độ méo thấp và độ phân giải tần số cao là những điểm đáng chú ý nhất ở dòng
sản phẩm này. Với đặc tính:
- Công nghệ DDS và thiết kế sử dụng chip FPGA;
- Dải tần: 0.1 Hz ~ 4/7/10/20MHz;
- Độ chính xác cao (tần số): ±20ppm;
- Độ phân giải tần số: 100mHz.
2.2. Sơ đồ khối máy phát hàm

Hình 2.1. Sơ đồ khối máy phát hàm.
Trong đó:
I là bộ tích phân;
R là phần tử rơle;
F là bộ biến đổi “xung tam giác – hình sin”.
Quan sát trên sơ đồ ta thấy: Mạch kín I - R tạo nên một hệ tự dao động
sinh ra hai loại tín hiệu có dạng xung tam giác và xung vuông. Bộ biến đổi
“xung tam giác – hình sin” (F) đưa ra loại tín hiệu có dạng hình sin.

2.2.1. Sơ đồ cấu trúc của máy phát hàm

Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc máy phát hàm.
Hệ kín bao gồm: một mạch tích phân I (một mạch khuếch đại thuật
toán và hai phần tử RICI), phần tử rơle R (mạch khuếch đại thuật toán gồm 1
khâu hồi tiếp dương R1 R2) tạo thành một hệ tự dao động và cho ra hai dạng
tín hiệu: tín hiệu tam giác (U1) và tín hiệu xung vuông (U2).
2.2.2. Đặc tuyến truyền đạt của phần tử rơle

Hình 2.3. Đặc tuyến truyền đạt của phần tử rơle.
Hàm truyền đạt của phần tử rơle U2 = f1(U1).
Yêu cầu đối với phần tử rơle trong máy phát hàm có dải tần số rộng (từ
dưới 1Hz đến 10MHz) là có tốc độ chuyển mạch phải rất nhanh. Để thực hiện


nó, có thể dùng mạch so sánh (Comparator). Nhưng các vi mạch so sánh hiện
nay thường có thời gian chuyển mạch tương đối lớn (0,03 ÷ 4)µs nên chỉ sử
dụng chúng ở tần số không vượt quá 100kHz. Vì vậy, trong máy phát hàm
phần tử rơle thường được xây dựng trên cơ sở mạch rời rạc dùng các
Transitor cao tần (Transitor xung). Thời gian chuyển mạch không quá 20 đến
30ns.
2.2.3. Đặc tính truyền đạt của bộ biến đổi “xung tam giác – hình sin”

Hình 2.4. Đặc tính truyền đạt của bộ biến đổi “xung tam giác - hình sin”.
Hàm truyền đạt của bộ biến đổi “xung tam giác – hình sin” là:
U3 = f2 (U1) và có dạng như Hình 2.4.
Để nhận được tín hiệu hình sin lý tưởng, khi đầu vào có dạng xung tam
giác, đặc tính truyền đạt của phần tử này phải có dạng 1/4 chu kì hình sin tức
là U3 = asin U1 (a là hằng số). Để thực hiện hàm này, có hai phương pháp

chính là:
- Phương pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính.
- Phương pháp xấp xỉ từng đoạn không tuyến tính.


2.2.3.1. Phương pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính
Phương pháp xấp xỉ bằng những đoạn tuyến tính là chia khoảng hình
sin thành 4n phần nhỏ và thay thế mỗi phần tử bằng một đoạn thẳng có độ
nghiêng khác nhau. Số n càng lớn thì độ chính xác càng cao và hệ số méo
hình sin càng nhỏ.
Trên sơ đồ hình 2.5 ta thực hiện phương pháp này với n = 6. Các điôt
D1 ÷ D10 ở trạng thái khóa bởi các điện áp |±U1| < … < |±U5| < Uvm ở đây
Uvm là biên độ xung tam giác ở lối vào. Khi Uv tăng dần và giảm dần ở nửa
chu kỳ dương thì các D1 … D9 mở dần, sau đó khóa dần.
Còn ở nửa chu kì âm thì nhóm D2 … D10 cũng mở dần và khóa dần, tạo
thành từng đoạn tín hiệu có độ dốc khác nhau. Độ dốc của từng đoạn được
xác định bởi điện dẫn tác động lên từng khoảng thời gian tương ứng. Khi số
thứ tự từng khoảng tăng dần, thì độ dốc giảm dần. Độ dốc của từng đoạn được
xác định bởi:
tgαn=

1
RO

− [R1 + R2 + ⋯
+
1

1

1
Rm

], αn là góc nghiêng của đoạn thứ n.

Hình 2.5. Mạch biến đổi xung tam giác – hình sin dùng phương pháp xấp xỉ
từng đoạn tuyến tính.
Tập hợp các đoạn nhỏ có góc nghiêng khác nhau cho ta dạng tín hiệu


hình sin.
2.2.3.2. Phương pháp xấp xỉ từng đoạn không tuyến tính
Theo cách này, ta chia hình sin ra nhiều đoạn và thay mỗi đoạn bằng
một hàm phi tuyến (ví dụ đường đặc trưng Vôn – Ampe của điôt có dạng hàm
bậc hai, hoặc varistor có dạng đa thức y = ∑ ai xni ). Kiểu xấp xỉ từng đoạn
không tuyến tính có độ chính xác cao hơn, nhưng khó thực hiện hơn.
Ở tần số fmax = 1MHz người ta thường sử dụng FET để thực hiện sự
biến đổi này. Tuy nhiên, các đặc trưng của FET phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ,
nên cần có biện pháp ổn định nhiệt tốt.
2.2.4. Phương pháp tạo tín hiệu hình sin theo phương pháp số
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc xấp xỉ hóa từng đoạn kết hợp với
lấy mẫu đều theo thời gian. Phương pháp này bị hạn chế ở tần số cao, nên
chưa phổ biến. Sơ đồ khố mô phỏng phương pháp số được thấy trên hình 2.6.
Tx

RC

DFC

DAC

Hình 2.6. Nguyên tắc tạo tín hiệu hình sin bằng phương pháp số.
Trong đó:
- Tx là bộ tạo xung nhịp;
- RC là bộ đếm thuận nghịch dùng để mở theo thời gian giá trị tức
thời của đối số;
- DFC (Digital – Frequency Converter) là bộ biến đổi số - hàm dùng
để tạo tín hiệu hình sin (dạng số);
- DAC (Digital – Analog Converter) là bộ biến đổi số - tương tự. Số
lượng mẫu càng lớn thì hình sin có độ chính xác càng cao.
Trong loại DAC chế tạo phương pháp này có 2 dạng:
+ Dạng mạch với điện trở có trọng số khác nhau.
+ Dạng mạch với điện trở hình thang.


2.2.5. Các dạng tín hiệu ra
Có 3 dạng tín hiệu ra:
+ Tín hiệu xung vuông ra;
+ Tín hiệu xung răng cưa (xung tam giác) ra;
+ Tín hiệu xung hình sin ra.
Dưới đây là đồ thị biểu diễn 3 dạng tín hiệu ra (Quan sát hình 2.7).

Hình 2.7. Các dạng tín hiệu ra.
Nguyên tắc làm việc của cả hệ thống này có thể giải thích: Nếu tín hiệu
vào có dạng tuyến tính đi xuống (Hình 2.7) cho đến khi đạt tới mức -U1 sẽ
làm lật mạch rơle thành +U2 cần chú ý |U2| > |U1|. Từ thời điểm này tại đầu
ra của mạch tích phân tín hiệu có dạng tuyến tính đi lên cho đến khi đạt tới
giá trị U1 làm cho rơơle chuyển về trạng thái ban đầu (-U2). Quá trình cứ
tiếp tục như vậy và ở đầu ra của rơle có dạng xung vuông độ lớn ±U2 và
đầu ra của mạch tích phân có dạng xung tam giác biên độ U1 (Hình 2.7). Các

tín hiệu này cùng tần số và các khoảng cách xung (độ dầy, độ rỗng…).
21


Một số tín hiệu ra được điều chế:

U
t

Sóng mang

U
t

Tín hiệu

U
t

Tín hiệu
điều chế

Điều chế biên độ

Tín hiệu
Sóng mang

Tín hiệu điều chế

CHƯƠNG 3. MẠCH ỨNG DỤNG
* MỘT SỐ MẠCH ỨNG DỤNG
3.1. IC 8038

3.1.1. Giới thiệu IC 8038 Sơ
đồ nguyên lý:


Các chân của ICL 8038:
Gồm 14 chân:
Pin Number

Description

1

SWA - Sine Wave Adjust

2

SWO - Sine Wave Output

3

TO - Triangle Wave Output

4

DCFA1 - Duty Cycle Frequency Adjust

5

DCFA2 - Duty Cycle Frequency Adjust

6

V+ - Positive Supply

7

FM BIAS - Frequency Modulation Bias

8

FM SWEEP - FM Sweep Input

9

SQ OUT - Square Wave Output

10

TC - Timing Capacitor

11

V- - V-/Ground

12

SW AJ - Sine Wave Adjust

13

NC - Not Connected

14

NC - Not Connected

ICL 8038 là một dạng sóng IC máy phát điện nguyên khối có thể tạo ra
các dạng sóng sin, vuông và tam giác có độ méo rất ít. Tần số có thể được lập
trình từ 0.001Hz đến 300 KHz bằng cách sử dụng tụ điện và điện trở thời gian
bên ngoài. Tần số điều chế và quét có thể đạt được bằng cách sử dụng một
điện áp bên ngoài. Các tính năng khác của ICL 8038 là tuyến tính cao, đầu ra


trình độ cao, đồng thời các dạng sóng sin, vuông, đầu ra sóng tam giác, bên
ngoài phần count thấp, ổn định nhiệt độ cao.
3.1.2. Nguyên lý hoạt động của ICL 8038
Các hoạt động của ICL8038 là như sau: Các tụ điện thời gian bên ngoài
(C2 trong sơ đồ mạch) được nạp và phóng bằng cách sử dụng hai nguồn nội
bộ hiện hành. Nguồn hiện tại đầu tiên là tất cả về thời gian và nguồn hiện tại
thứ hai được bật ON và OFF bằng cách sử dụng một flip - flop. Giả sử mã
nguồn hiện tại thứ hai là OFF và nguồn hiện tại đầu tiên là ON, sau đó tụ điện
C2 sẽ được tính phí với một hiện tại liên tục (i) và điện áp trên tụ điện C2
tăng tuyến tính với thời gian. Khi điện áp đạt đến 2/3 nguồn cung cấp điện áp,
kiểm soát flip - flop được kích hoạt và nguồn đầu tiên hiện nay được kích
hoạt. Nguồn hiện tại này mang gấp đôi hiện nay (2i) C2 tụ điện được phóng
với một dòng điện (i) hiện tại và điện áp trên nó giảm xuống tuyến tính với

thời gian. Khi điện áp này đạt đến 1/3 nguồn cung cấp điện áp, flip - flop
được resetted với điều kiện ban đầu và chu kỳ được lặp đi lặp lại một lần nữa.
3.1.3. Một số mạch ứng dụng sử dụng ICL 8038

Hình 3.1. Mạch thay đổi tần số âm thanh sử dụng mạch ICL 8038.