Chương 2: Các mạch tạo dao động

22
CHỈÅNG 2
CẠC MẢCH TẢO DAO ÂÄÜNG
Chỉång ny nhàòm trçnh by cạc váún âãư vãư tảo dao âäüng, âiãưu kiãûn v âàûc âiãøm mảch
tảo dao âäüng, äøn âënh biãn âäü v táưn säú dao âäüng, phỉång phạp tênh toạn cạc mảch dao
âäüng 3 âiãøm âiãûn cm, 3 âiãøm âiãûn dung, mảch clapp, mảch dao âäüng ghẹp biãún ạp, mảch
dao âäüng thảch anh, mảch dao âäüng RC...
2.1. Cạc váún âãư chung vãư tảo dao âäüng
Mảch dao âäüng cọ thãø tảo ra cạc dảng dao âäüng :
- hçnh Sine (âiãưu ha) - xung chỉỵ nháût.
- xung tam giạc. - xung ràng cỉa...
Åí âáy ta xẹt tảo dao âäüng hçnh Sine (âiãưu ho) vç âáy l dảng dao âäüng cå bn.
Cạc mảch dao âäüng hçnh Sine thỉåìng âỉåüc dng trong cạc hãû thäúng thäng tin, trong
cạc mạy âo, mạy kiãøm tra, trong cạc thiãút bë y tãú ... Cạc pháưn tỉí têch cỉûc dng âãø tảo dao
âäüng nhỉ ân âiãûn tỉí, transistor lỉåỵng cỉûc, FET, KÂTT, hồûc nhỉ diode tunel, diode gun.
- Ân dng khi cáưn cäng sút ra låïn, táưn säú tỉì tháúp âãún ráút cao.
- KÂTT khi táưn säú u cáưu tháúp v trung bçnh.
- Transistor khi táưn säú u cáưu cao.
• Tham säú cå bn ca mảch dao âäüng
- Táưn säú dao âäüng.
- Biãn âäü âiãûn ạp ra.
- Âäü äøn âënh táư
n säú dao âäüng (nàòm trong khong 10
- 2
÷ 10
- 6
)
- Cäng sút ra.
- Hiãûu sút ca mảch.
• Ngun tàõc cå bn âãø tảo mảch âiãưu ha

- Tảo dao âäüng bàòng häưi tiãúp dỉång.
- Tảo dao âäüng bàòng phỉång phạp täøng håüp mảch.

23
Chổồng naỡy khaớo saùt maỷch dao õọỹng theo nguyón từc maỷch dao õọỹng bũng họửi tióỳp
dổồng.
2.2. ióửu kióỷn dao õọỹng vaỡ õỷc õióứm cuớa maỷch dao õọỹng
2.2.1. ióửu kióỷn õóứ maỷch dao õọỹng






(A): Khọỳi khuóỳch õaỷi coù hóỷ sọỳ khuóỳch õaỷi :
K
= K.e
j

k

(B): Khọỳi họửi tióỳp coù hóỷ sọỳ truyóửn õaỷt :
K
ht
= K.e
j

ht

X

r
=
K
ht
. X
r

Maỡ X
r
=
K
. X
v

X
r
=
K
.
K
ht
.X
v

Maỷch chố dao õọỹng khi X
v
= X
r
, nghộa laỡ luùc õoù ta coù thóứ nọỳi õióứm a vaỡ a vaỡ tờn hióỷu
lỏỳy ra tổỡ maỷch họửi tióỳp õổồỹc õổa trồớ laỷi õỏửu vaỡo (Maỷch

õióỷn khọng coù tờn hióỷu vaỡo maỡ coù
tờn hióỷu ra).
Vỏỷy õióửu kióỷn õóứ maỷch dao õọỹng laỡ :
X
r
= X
v

K
.
K
ht
= 1
Hay laỡ : K K
ht
. e
j (

k +

ht)
= 1 (*)
Trong õoù :
K : module hóỷ sọỳ khuóỳch õaỷi
k
: goùc pha cuớa bọỹ khuóỳch õaỷi
K
ht
: module hóỷ sọỳ họửi tióỳp

ht
: goùc pha cuớa maỷch họửi tióỳp
Tổỡ (*)



=+=
=
)2(n2
)1(1K.K
htk
ht

Vồùi n = 0, 1, 2, ...
K (A)
_
K
ht
(B)
_
X
r
X
V

X

r

a

a


Hỗnh 2.1. Sồ õọử khọỳi thọứng quaùt cuớa maỷch dao õọỹng

24
: tọứng dởch pha cuớa bọỹ khuóỳh õaỷi vaỡ cuớa maỷch họửi tióỳp, bióứu thở sổỷ dởch pha giổợa
X
r
vaỡ X
v
.
Bióứu thổùc (1) : õióửu kióỷn cỏn bũng bión õọỹ, cho bióỳt maỷch chố coù thóứ dao õọỹng khi hóỷ
sọỳ khuóỳch õaỷi cuớa bọỹ khuóỳch õaỷi buỡ õổồỹc tọứn hao do maỷch họửi tióỳp gỏy ra.
Bióứu thổùc (2) : õióửu kióỷn cỏn bũng pha cho thỏỳy dao õọỹng chố coù thóứ phaùt sinh khi tờn
hióỷu họửi tióỳp vóử õọửng pha vồùi tờn hióỷu vaỡo.
2.2.2. ỷc õióứm cuớa maỷch dao õọỹng
1. Maỷch dao õọỹng cuợng laỡ mọỹt maỷch khuóỳch õaỷi, nhổng laỡ maỷch khuóỳch õaỷi tổỷ õióửu
khióứn bũng họửi tióỳp dổồng tổỡ õỏửu ra vóử õỏửu vaỡo. Nng lổồỹng tổỷ dao õọỹng lỏỳy tổỡ nguọửn
cung cỏỳp mọỹt chióửu.
2. Maỷch phaới thoớa maợn õióửu kióỷn cỏn bũng bión õọỹ vaỡ pha.
3. Maỷ
ch phaới chổùa ờt nhỏỳt mọỹt phỏửn tổớ tờch cổỷc laỡm nhióỷm vuỷ bióỳn õọứi nng lổồỹng
mọỹt chióửu thaỡnh xoay chióửu.
4. Maỷch phaới chổùa mọỹt phỏửn tổớ phi tuyóỳn hay mọỹt khỏu õióửu chốnh õóứ õaớm baớo cho
bión õọỹ dao õọỹng khọng õọứi ồớ traỷng thaùi xaùc lỏỷp.
2.3. ỉn õởnh bión õọỹ dao õọỹng vaỡ tỏửn sọỳ dao õọỹng
2.3.1. ỉn õởnh bión õọỹ dao õọỹng
Khi mồùi õoùng maỷch, nóỳu õióửu kióỷn cỏn bũng pha õổồỹc thoớa maợn taỷi mọỹt tỏửn sọỳ naỡo

õoù, õọửng thồỡi KK
ht
> 1 thỗ maỷch phaùt sinh dao õọỹng ồớ tỏửn sọỳ õoù. Ta noùi maỷch ồớ traỷng thaùi
quaù õọỹ. ớ traỷng thaùi xaùc lỏỷp bión õọỹ dao õọỹng khọng õọứi ổùng vồùi K.K
ht
= 1.
óứ õaớm baớo bión õọỹ ồớ traỷng thaùi xaùc lỏỷp, coù thóứ thổỷc hióỷn caùc bióỷn phaùp sau õỏy :
- Haỷn chóỳ bión õọỹ õióỷn aùp ra bũng caùch choỹn trở sọỳ õióỷn aùp nguọửn cung cỏỳp mọỹt
chióửu thờch hồỹp.
- Dởch chuyóứn õióứm laỡm vióỷc trón õỷc tuyóỳn phi tuyóỳn cuớa phỏửn tổớ tờch cổỷc nhồỡ thay
õọứi õióỷn aùp phỏn cổỷc õỷt lón cổỷc õióửu khióứn cuớa phỏửn tổớ khuóỳch õaỷi.
- Duỡng maỷch họửi tióỳp phi tuyóỳn hoỷc duỡng phỏửn tổớ hióỷu chốnh. Vờ duỷ õióỷn trồớ nhióỷt,
õióỷn trồớ thọng cuớa diode.
Tuỡy thuọỹc vaỡo maỷch õióỷn cuỷ thóứ coù thóứ aùp duỷng mọỹt trong caùc bióỷn phaùp trón.

25
2.3.2. ỉn õởnh tỏửn sọỳ dao õọỹng
Vỏỳn õóử ọứn õởnh tỏn sọỳ dao õọỹng lión quan chỷt cheợ õóỳn õióửu kióỷn cỏn bũng pha. Khi
dởch pha giổợa õióỷn aùp họửi tióỳp õổa vóử vaỡ õióỷn aùp ban õỏửu thay õọứi seợ dỏựn õóỳn thay õọứi cuớa
tỏửn sọỳ dao õọỹng.
ióửu kióỷn cỏn bũng pha : =
K
+
ht
= 2n
Cho n = 0
K
+
ht
= 0

K
,
ht
: phuỷ thuọỹc vaỡo tham sọỳ m, n cuớa caùc phỏn tổớ cuớa maỷch khuóỳch õaỷi vaỡ maỷch
họửi tióỳp vaỡ phuỷ thuọỹc .

K
(m, ) +
ht
(n, ) = 0 (**)
Vi phỏn toaỡn phỏửn vaỡ bióỳn õọứi (**) ta nhỏỷn õổồỹc bióứu thổùc :
d = -


+




+


ht
K
ht
K
dn
n
dm

m
(3)
Tổỡ bióứu thổùc (3) ta suy ra caùc bióỷn phaùp nỏng cao õọỹ ọứn õởnh tỏửn sọỳ :
1. Thổỷc hióỷn caùc bióỷn phaùp nhũm giaớm sổỷ thay õọứi tham sọỳ cuớa maỷch họửi tióỳp (dn) vaỡ
maỷch khuóỳch õaỷi (dm).
- Duỡng nguọửn ọứn aùp.
- Duỡng caùc phỏửn tổớ coù hóỷ sọỳ nhióỷt nhoớ.
- Giaớm aớnh hổồớng cuớa taới õóỳn maỷch dao õọỹng bũng caùch mừc thóm tỏửng õóỷm ồớ õỏửu
ra cuớa tỏửng dao õọỹng.
- Duỡng caùc linh kióỷn coù sai sọỳ nhoớ.
- Duỡng caùc phỏửn tổớ ọứn õởnh nhióỷt.
2. Duỡng caùc bióỷn phaùp nhũm giaớm tọỳc õọỹ thay õọứi goùc pha theo tham sọỳ cuớa maỷch,
nghộa laỡ giaớm
m
K


vaỡ
m
ht


bũng caùch choỹn maỷch dao õọỹng thờch hồỹp.
3. Thổỷc hióỷn caùc bióỷn phaùp laỡm tng tọỳc õọỹ thay õọứi goùc pha theo tỏửn sọỳ, tổùc laỡ bũng


K
,

ht
xung quanh tỏửn sọỳ dao õọỹng bũng caùch sổớ duỷng caùc phỏửn tổớ coù phỏứm chỏỳt cao,
vờ duỷ thaỷch anh.

26
2.4. Caùc phaùp tờnh toaùn maỷch dao õọỹng
2..4.1. Caùc maỷch tổồng õổồng cuớa maỷch dao õọỹng duỡng transistor






z
1
= r
1
+ jx
1
jx
1
(r
1
0)
z
2
= r
2
+ jx
2

jx
2
(r
2
0)
z
3
= r
3
+ jx
3
jx
3
(r
3
0)
ióửu kióỷn dao õọỹng :
x
1
+ x
2
+ x
3
= 0
x
1
, x
2
cuỡng dỏỳu
x

1
, x
2
khaùc dỏỳu
|x
3
| > |x
2
|
* Nóỳu z
1
, z
2
: C z
3
: L
Ta coù maỷch dao õọỹng ba õióứm õióỷn dung (Colpits)







* Nóỳu z
1
, z
2
: L z
3

: C
Ta coù maỷch dao õọỹng ba õióứm õióỷn caớm (Hartley)
+
Z3
Z2
Z1
+
_
Hỗnh 2.2. Sồ õọử maỷch taỷo dao õọỹng duỡng Transitor
L3
C2
C1
Hỗnh 2.3. Maỷch dao õọỹng ba õióứm
õióỷn dung (Colpits)
L1
L2
C2
Hỗnh 2.4. Maỷch dao õọỹng ba õióứm
õióỷn caớm (Hartley)

27
Thọng thổồỡng duỡng ba maỷch õióỷn õọỹng ba õióứm õióỷn dung vỗ sổỷ ọứn õởnh tọỳt hồn
nhổng ba õióứm õióỷn caớm dóự thổỷc hióỷn.
* Maỷch bióỳn thóứ :

2.4.2.Phổồng phaùp tờnh toaùn.
Coù nhióửu phổồng phaùp, nhổng ồớ õỏy ta xeùt phổồng phaùp thọng duỷng nhỏỳt, õoù laỡ tờnh
toaùn maỷch dao õọỹng theo phổồng phaùp bọỹ khuóỳch õaỷi coù họửi tióỳp.
Xem õióửu kióỷn pha õaợ baớo õaớm (do kóỳt cỏỳu maỷch õaớm nhióỷm).
Ta chố cỏửn cn cổù vaỡo maỷch õióỷn cuỷ thóứ õóứ xaùc õởnh hóỷ sọỳ khuóỳch õaỷi K vaỡ hóỷ sọỳ họửi
tióỳp K
ht
. Sau õoù dổỷa vaỡo õióửu kióỷn cỏn bũng bión õọỹ K.K
ht
= 1 õóứ suy ra caùc thọng sọỳ cỏửn
thióỳt cuớa maỷch, vờ duỷ :
Tờnh õióửu kióỷn tổỷ dao õọỹng cuớa maỷch ba õióứm õióỷn dung duỡng BJT









R
E
, C
E
: thaỡnh phỏửn ọứn õởnh nhióỷt
R
1
, R
2

: phỏn cổỷc
L2 L1C
Hỗnh 2.5. Maỷch dao õọỹng gheùp bióỳn aùp
C3
C2
C1
L
Hỗnh 2.6. Maỷch dao õọỹng Clapp
C
B
E
Lc
C2
C1
Vcc
Ct
R2
R1
CeRe
L
I
V
td

Hỗnh 2.7. Sồ õọử maỷch dao õọỹng ba õióứm õióỷn dung duỡng Transitor

28
L
C
: cuọỹc caớn cao tỏửn õóứ giaớm aớnh hổồớng tỏửn sọỳ dao õọỹng vóử nguọửn

C
t
: tuỷ lión laỷc cao tỏửn (thoaùt cao tỏửn)
+ Bổồùc 1 : Tờnh hóỷ sọỳ khuóỳch õaỷi k :
K = - S.Z
c
= -
11
21
h
h
Z
c
S : họự dỏựn BJT
Z
c
: trồớ khaùng giổợa Colectồ vaỡ õỏỳt : noù laỡ mọỹt phỏửn trồớ khaùng cuớa khung cọỹng hổồớng.
Z
c
= P
2
.Rt // Z
Vpa

Z
Vpa
: trồớ khaùng vaỡo phaớn aớnh sang nhaùnh Colectồ-emitồ.
Nóỳu R
1
// R

2
>> h
11
ta coù :
Z
Vpa
=
2
11
2
v
n
h
n
Z
=

Trong õoù : n laỡ hóỷ sọỳ phaớn aớnh. 0<n << 1
n = -
2
1
12CE
BE
C
C
Cj
I
:
Cj
I

V
V
==

&
&

0<n << 1 C
1
<< C
2

Rtd laỡ trồớ khaùng cuớa khung cọỹng hổồớng taỷi tỏửn sọỳ cọỹng hổồớng.
Rtd =
r
C
L

L : õióỷn caớm cuớa khung cọỹng hổồớng
C : õióỷn dung cuớa khung cọỹng hổồớng
r : õióỷn trồớ tọứn hao cuớa khung cọỹng hổồớng
P : hóỷ sọỳ gheùp cuớa Transistor vồùi khung cọỹng hổồớng
P =
I
CC
CC
j
Cj
I
CC

CC
j
I
:
Cj
I
V
V
21
21
1
21
21
1td
CE
+
ì=
+
=




&
&

=
n1
1
1

C
C
1
CC
C
C)CC(
CC
2
1
21
2
121
21
+
=
+
=
+
=
+


29
Z
c
=
2
11
2
2

11
2
VPa
2
VPa
2
n
h
)n1(
Rtd
n
h
.
)n1(
Rtd
ZRtdP
Z.Rtd.P
+
+
+
=
+

Z
c
=
2
11
2
11

)n1(hRtdn
h.Rtd
++

K = -
2
11
2
11
11
21
)n1(hRtdn
h.Rtd
.
h
h
++

K =
2
11
2
21
)n1(hRtdn
h.Rtd
++

+ Bổồùc 2 : Xaùc õởnh hóỷ sọỳ họửi tióỳp :
K
ht

=
2
1
12CE
BE
C
C
Cj
I
:
Cj
I
V
V
==

&
&
= - n
+ Bổồùc 3 : Tờnh tờch K.K
ht
:
K.K
ht
= n .
2
11
2
21
)n1(hRtdn

h.Rtd
++

+ Bổồùc 4 : Xaùc õởnh õióửu kióỷn dao õọỹng cuớa maỷch :
K.K
ht
1
(1 + n)
2
+ n
2

11
21
11
h
h
h
Rtd

Rtd. n 0
Dỏỳu = ổùng vồùi trổồỡng hồỹp dao õọỹng xaùc lỏỷp.
Dỏỳu < ổùng vồùi trổồỡng hồỹp quaù õọỹ luùc õoùng maỷch.
+ Bổồùc 5 : Xaùc õởnh hóỷ sọỳ họửi tióỳp cỏửn thióỳt õóứ maỷch tổỷ dao õọỹng õổồỹc.
Thổồỡng n << 1 nón bióứu thổùc trón coù thóứ vióỳt :
n
2
.
11
21

11
h2
h
n2
h
Rtd

Rtd + 1 0 (*)
n
2
- 2n
Rtd
h
2
h
1121
+
0
Giaới phổồng trỗnh bỏỷc hai naỡy ta nhỏỷn õổồỹc :

30
n
1,2
=
Rtd
h
2
h
2
h

11
2
2121
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
±

(*) ≤ 0 khi n
2
≤ n ≤ n
1

Lục âọ mảch cọ dao âäüng hçnh sine (åí trảng thại xạc láûp) tải n
1
hồûc n
2

Vç Rtd >> ⇒
2
2111
2
21
2
h
Rtd

h
2
h
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
≅−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛

⇒ n
1
= h
21
> ⇒ loải b n
1
vç âiãưu kiãûn n|<<1
+ Bỉåïc 6 : Xạc âënh trë säú linh kiãûn màõc trong mảch qua hãû säú häưi tiãúp n v qua táưn
säú dao âäüng ca mảch.
Tỉì giạ trë n = n
2
vỉìa tçm âỉåüc ta cọ :

⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
+
==
==
21
21
CHdd
2
2
1
CC
CC
L2
1
ff
n
C
C
n
⇒ tçm âỉåüc L, C
1
, C

2

2.5. Mảch âiãûn cạc bäü dao âäüng LC
2.5.1. Váún âãư äøn âënh biãn âäü
2.5.1.1. Chãú âäü dao âäüng mãưm v dao âäüng cỉïng
Âãø äøn âënh biãn âäü trong cạc mảch dao âäüng LC, thỉåìng dng phỉång phạp di
chuøn âiãøm lm viãûc ca pháưn tỉí têch cỉûc. Âiãûn tråí R
E
trong mảch âiãûn tênh toạn åí trãn
lm nhiãûm vủ âọ.
Khi måïi âọng mảch, nhåì cọ phán ạp R
1
, R
2
nãn tiãúp giạp BE ca Transistor âỉåüc
âënh thiãn v lm viãûc våïi gọc càõt θ = 180
o
tỉång ỉïng våïi chãú âäü dao âäüng mãưm. Häù dáùn
S ca Transistor tải âiãøm lm viãûc ban âáưu khạ låïn, do âọ KK
ht
> 1 v mảch åí vo chãú âäü
quạ âäü. Biãn âäü dao âäüng tàng dáưn lm cho hả ạp trãn R
E
tàng dáưn âãún phán cỉûc BE gim,
mảch chuøn sang chãú âäü C ỉïng våïi gọc càõt θ < 90
o
. Tỉång ỉïng våïi chãú âäü dao âäüng
cỉïng. Âäưng thåìi häù dáùn trung bçnh gim lm cho hãû säú khúch âải K = -
11
21

h
h
gim v têch
KK
ht
tiãún tåïi bàòng 1 åí chãú âäü xạc láûp.