Tài liệu kỹ thuật điện. chương 8 docx

Chơng 8: Kỹ thuật xung
8.1. Khái niệm:
Xung điện là 1 dạng điện áp hoặc dòng điện mà thời gian tồn tại của
nó rất nhỏ, có thể so sánh đợc với quá trình quá độ của mạch điện mà nó
tác dụng.
Một số dạng xung thờng gặp:
Xung vuông: ( xung chữ nhật)
Hình 8.1. Tín hiệu xung vuông
Xung hình thang
Hình 8 2. Tín hiệu xung hình thang
Xung tam giác ( xung răng ca )
Hình 8.3. Tín hiệu xung tam giác
Xung hàm mũ
Hình 8.4. Tín hiệu xung vuông
v
t
t
v
v
t
v
t
Các tham số cơ bản của xung
Xét 1 xung vuông thực tế
Hình 8.5. Tín hiệu xung vuông thực tế
Trong đó:
V
m
: biên độ xung ( giá trị cực đại của tín hiệu xung )
0-t
1

: thời gian trễ của tín hiệu xung, đó là khoảng thời gian cần thiết
để tín hiệu tăng từ 0 0,1 V
m
t
1
- t
2
: thời gian lên hay còn gọi là độ dài sờn trớc của xung, đó là
khoảng thời gian cần thiết để tín hiệu tăng từ 0,1 V
m
0,9 V
m
t
2
- t
3
: thời gian tồn tại đỉnh xung.
t
3
- t
4
: thời gian giảm hay còn gọi là độ dài sờn sau của xung.
t
5
= t
1
+t
2
+t
3

+t
4
: thời gian tồn tại của xung
Đối với dãy xung tuần hoàn ta có thêm các thông số sau:
Hình 8.6. Tín hiệu xung vuông tuần hoàn
Chu kỳ xung T=t
x
+t
ng
Độ rộng xung t
x
t
ng
: thời gian nghỉ của xung
Tần số xung f=1/T
Trong kỹ thuật xung số, ngời ta thờng dù ng phơng pháp số đối với
tín hiệu xung khi biên độ xung V
m
> mức ngỡng V
H
thì xung đó ở trạng
t
4
t
3
t
1
v
0.9V
m

0.9V
m
0.1V
m
t
t
2
t
ng
v
t
T
t
x
thái mức 1 hay mức cao. Khi V
m
< mức ngỡng V
L
thì xung ở trạng thái
mức thấp hay mức 0.
Khi V
l
<V
m
<V
H
xung ở trạng thái cấm.
8.2. Các chế độ làm việc của BJT
Tuỳ theo điện áp phân cực, BJT có thể làm việc ở trạng thái ngng dẫn, khuếch
đại hay dẫn bão hoà.

Chế độ ngng dẫn: tiếp xuc J
E
và J
C
đều phân cực ngợc
Chế độ khuếch đại: J
E
phân cực thuận, J
C
phân cực ngợc
Chế độ bão hoà: J
E
và J
E
đều phân cực thuận
Để đóng ngắt các mạch điện tử, ngời ta thờng dùng BJT.
Ta xét mắc mạch sau:
Hình 8.7.Mạch tạo tín hiệu xung vuông
Khi điện áp v
i
âm hoặc nhỏ hơn điện áp ngỡng, BJT sẽ rơi vào trạng thái
ngng dẫn (hoặc tắt). Dòng I
C
có giá trị rất bé, I
C
=I
Cbo
Khi ngõ vào v
i
dơng , BJT dẫn, tuỳ theo giá trị của dòng ngõ vào I

B
, BJT
có thể dẫn khuếch đại hoặc bão hoà.
Khi BJT dẫn bão hoà, điện áp trên cực C và E rất nhỏ V
CES
=0.2V, dòng I
C
lúc đó có giá trị là I
CS
=(V
CC
-V
CES
)/R
C
. Vậy điều kiện để BJT hoạt độn g ở chế độ
bão hoà thì dòng I
B
>I
CS
/
Nếu v
i
< điện áp ngỡng thì BJT tắt, v
0
=V
CC
Nếu (v
i
- V

BE
)/R
b
> I
CS
/, BJT dẫn bão hoà, ngợc lại BJT dẫn khuếch đại.
9.3. Các mạch tạo xung cơ bản.
8.3.1. Maỷch khọng traỷng thaùi bóửn (astable)
Maỷch coỡn õổồỹc goỹi laỡ maỷch dao õọỹng õa haỡi duỡng õóứ taỷo xung vuọng
8.3.1.1 Sồ õọử maỷch vaỡ daỷng soùng :
VCC
Rc
Rb
v
0
Rc2
Rc2
VCC
C2
C1
Q1
Rc1
Q2
Rb2
Rb1
Vo2
Vo1
Hỗnh 8.8. Sồ õọử maỷch vaỡ daỷng soùng cuớa maỷch khọng traỷng thaùi bóửn
8.3.1.1 Nguyón lyù laỡm vióỷc :

Traỷng thaùi khọng bóửn ban õỏửu : 0 t t
1
Q
1
từt , Q
2
dỏựn baợo hoỡa V
01
= Vcc
V
02
= V
ces
= 0.2
V
0
Vb/Q
2
= V
bes
= 0.8
V
0
Tuỷ C
2
naỷp õióỷn tổỡ Vcc R
c1
J
E
/Q

2
õóứ õaỷt õóỳn giaù trở Vcc . Tuỷ C
1
xaớ vaỡ
naỷp õióỷn theo chióửu ngổồỹ c laỷi tổỡ Vcc R
b1
BJT Q
2
dỏựn baợo hoỡa. Quùa trỗnh
naỷp õióỷn cuớa tuỷ C
1
laỡm V
b1
tng Vc
1
tng cho õóỳn khi Vc
1
= Vb
1
V
J
E
/Q
1
phỏn cổỷc thuỏỷn Q
1
dỏựn i
c1
tng v
01

giaớm thọng qua C
2
laỡm V
b2
t
t
t
t
v
02
v
b1
v
b2
v
01
t
1
t
2
T
2
T
1
giaớm J
E
/Q
2
phỏn cổỷc yóỳu hồn Q
2

dỏựn khuóỳch õaỷi i
c2
giaớm v
02
tng
thọng qua C
1
Vb
1
caỡng tng Q
1
nhanh choùng dỏựn baợo hoỡa V
01
0 , do tờnh
chỏỳt õióỷn aùp trón tuỷ C
2
khọng õọỹt bióỳn nón noù õỷt toaỡn bọỹ õióỷn aùp ỏm lón cổỷc
B/Q
2
laỡm Q
2
nhanh choùng từt maỷch chuyóứn sang traỷng thaùi khọng bóửn thổù hai.
Traỷng thaùi khọng bóửn thổù 2 :
Q
1
dỏựn baợo hoỡa , Q
2
từt V
01
= 0 ,Vb

1
= V
bes
= 0.8 0
V
02
= Vcc
Tuỷ C
1
xaớ vaỡ naỷp õióỷn theo chióửu ngổồỹc laỷi tổỡ Vcc Rc
2
J
E
/Q
1
õóứ õaỷt
õóỳn giaù trở Vcc - i
c02
.Rc
2
vồùi chióửu cổỷc tờnh nhổ hỗnh veợ. Trong khi õoù tuỷ C
2
cuợng
naỷp tổỡ Vcc R
b2
Q
1
dỏựn baợo hoỡa vồùi chióửu cổỷc tờnh nhổ hỗnh veợ õóứ tióỳn õóỳn
Vcc Tuỷ C
2

caỡng naỷp Vc
2
tng cho õóỳn khi Vc
2
= Vb
2
V Q
2
õỏựn i
b2
tng i
c2
tng V
02
giaớm thọng qua C
1
laỡm Vb
1
giaớm Q
1
dỏựn khuóỳch õaỷi
i
c1
giaớm V
01
tng thọng qua C
2
Vb
2
tng Q

2
dỏựn baợo hoỡa V
02
0. do
tờnh chỏỳt õióỷn aùp trón tuỷ C
1
khọng õọỹt bióỳn õỷt toaỡn bọỹ õióỷn aùp ỏm vaỡo cổỷc
B/Q
1
Q
1
nhanh choùng từt maỷch chuyóứn vóử traỷng thaùi khọng bóửn ban õỏửu
ổùng vồùi Q
1
từt , Q
2
dỏựn baợo hoỡa. Quaù trỗnh cổù tióỳp tuỷc nhổ vỏỷy , trong maỷch luọn
luọn tổỷ õọỹng chuyóứn traỷng thaùi maỡ khọng cỏửn xung kờch khồới tổỡ bón ngoaỡi vaỡo.
Do õoù maỷch seợ luọn luọn taỷo õọỹ daỡi xung ra.

Chu kyỡ dao õọỹng : T = T
1
+ T
2
. Xaùc õởnh T
1
: Q
1
từt , Q
2

dỏựn baợo hoỡa
Vc
1
(t) = [ Vc
1
() - Vc
1
(0) ](1 - exp (- t/
1
)) + Vc
1
(0)
Vc
1
() = Vcc ; Vc
1
(0) = - Vcc
Khi t = T
1
Vc
1
(T
1
) = V 0
T
1
=
1
ln
V

2V
cc
cc
;
1
= R
b1
. C
1
. Xaùc õởnh T
2
: Q
1
dỏựn baợo hoỡa , Q
2
từt
Tổồng tổỷ ta coù :
T
2
=
2
ln2
T = T
1
+ T
1
= (
1
+
2

). Ln 2
= 0,7 ( C
1
.R
b1
+ C
2.
R
b2
)
Choỹn C
1
= C
2
= C T = 0,7 C ( R
b1
+ R
b2
)
óứ T khọng õọứi nhổng T
1
,T
2
thay õọứi õổồỹc duỡng bióỳn trồớ õóứ thay õọứi.
Nóỳu R
b1
= R
b2
= R
b

T = 1,4 C R
b
.
8.3.2 Maỷch monostable duỡng BJT :
8.3.2.1 Sồ õọử maỷch vaỡ daỷng soùng :
Hỗnh 8.9. Sồ õọử maỷch vaỡ daỷng soùng cuớa maỷch mọỹt traỷng thaùi bóửn
8.3.2.2 Nguyón lyù laỡm vióỷc :
* 0 t < t
0
: Traỷng thaùi bóửn : Q
1
từt ,Q
2
dỏựn baợo hoỡa
V
0
= V
ces
= 0.2
v
0 ; V
b
/Q
2
= V
bes
= 0.8
v
0.
Tuỷ C

1
naỷp tổỡ Vcc qua Rc
1
vaỡ tióỳp xuùc J
E
cuớa BJT Q
2
õang dỏựn baợo hoỡa vồùi
chióửu cổỷc tờnh nhổ hỗnh veợ õóứ õaỷt õóỳn giaù trở Vc
2
Vcc
* traỷng thaùi khọng bóửn :
t = t
0
: Maỷch õổồỹc kờch khồới bồới xung V i coù cổỷc tờnh dổồng coù giaù trở õuớ lồùn
õổa vaỡo cổỷc nóửn cuớa BJT Q
1
V
b
/Q
1
> V. J
E
phỏn cổỷc thuỏỷn Q
1
dỏựn i
b1
tng i
C1
tng V

c
/Q
1
giaớm V
b
/Q
2
giaớm Q
2
tổỡ dỏựn baợo hoỡa chuyóứn sang
dỏựn khuóỳch õaỷi doỡng i
c2
giaớm
V
c
/Q
2
= V
0
tng thọng qua R
1
laỡm cho V
b
/Q
1
tng Q
1
dỏựn baợo hoỡa
V
c

/Q
1
0
v
, do tờnh chỏỳt õióỷn aùp trón tuỷ C
2
khọng õọỹt bióỳn, luùc naỡy toaỡn bọỹ õióỷn
aùp ỏm õỷt vaỡo cổỷc B/ Q
2
laỡm cho Q
2
nhanh choùng từt. Maỷch chuyóứn sang traỷng
thaùi khọng bóửn Q
1
dỏựn baợo hoỡa Q
2
từt. traỷng thaùi khọng bóửn naỡy tuỷ C
2
xaớ vaỡ naỷp
õióỷn theo chióửu ngổồỹc laỷi tổỡ Vcc R
b2
Q
1
dỏựn baợo hoỡa tióỳn õóỳn giaù trở V
c
=
Vcc Quùa trỗnh naỷp õióỷn cho C
2
laỡm cho V
b

/Q
2
thay õọứi, tuỷ C
2
caỡng naỷp V
b
/Q
2
caỡng tng lón (bồùt ỏm hồn) vaỡ tng cho õóỳn khi V
c2
= V
b
/Q
2
V. Tióỳp xuùc J
E
cuaớ Q
2
phỏn cổỷc thỏỷn trồớ laỷi Q
2
dỏựn doỡng i
b2
tng i
c2
tng V
c
/Q
2
giaớm
t

T
0
t
Vcc
VO
VCC
-Vbb
Q2
R1
Q1
C1
Rb2
Rb1
RC1
RC2
V i
v
i
t
0
v
o
thọng qua R
1
laỡm cho V
b
/Q
1
giaớm Q
1

tổỡ dỏựn baợo hoỡa sang dỏựn khuóỳch õaỷi
i
b1
gốam i
c1
giaớm V
c
/Q
1
tng thọng qua C
2
V
b
/Q
2
tng thuùc õỏứy
BJT Q
2
nhanh choùng dỏựn baợo hoỡa V
c
/Q
2
0 Q
1
từt. Maỷch chuyóứn sang giai
õoaỷn phuỷc họửi, kóỳt thuùc traỷng thaùi khọng bóửn.
8.3.2.3.Tờnh õọỹ daỡi xung ra T
0
:
Thồỡi gian maỷch tọửn taỷi ồớ traỷng thaùi khọng bóửn maỷch taỷo õọỹ daỡi xung ra ,

sau õoù maỷch tổỷ õọỹng trồớ vóử traỷng thaùi bóửn ban õỏửu.
T
0
phuỷ thuọỹc vaỡo trở sọỳ linh kióỷn trong maỷch :
Vc
1
(t) = [ Vc
1
() - Vc
1
(0) ].(1 - exp (-(t - t
0
)/)) + Vc
1
(0).
Vc
1
(0) = - Vcc ; Vc
1
() = Vcc
Vc
1
(t) = (2.Vcc ).(1 - exp (-(t - t
0
)/ )) -Vcc
Khi t = t
0
+ T
0
Vc

1
(t
0
+ T
0
) = V 0.
Thay vaỡo ta coù :
T
0
= . ln
Vcc
2.Vcc
=0.7 vồùi = C
2.
R
b2
8.3.3. Maỷch hai trạng thái bền duỡng BJT(bistable) :
8.3.3.1 Sồ õọử maỷch vaỡ daỷng soùng :
Hỗnh 8.10. Sồ õọử maỷch vaỡ daỷng soùng cuớa maỷch hai traỷng thaùi bóửn
v
i1
v
i2
t
t
v
i1
v
i2
t

t
t
1
t
2
v
01
v
02
Q1
R2
R1
Rc1
Q2
Rb2
Rb1
1
Rc2
v
cc
v
02
v
01
8.3.3.2. Nguyê n lý hoạt động
Ngổồỡi ta choỹn 2 thaỡnh phỏửn õọỳi xổùng nhau, nhổng trong thổỷc tóỳ, 2 BJT coù
caùc thọng sọỳ khaùc nhau. Khi õoùng õióỷn aùp nguọửn, BJT naỡy dỏựn maỷnh thỗ BJT kia
õỏựn yóỳu hồn. Nhổng maỷch laỡ họửi tióỳp dổồng kheùp kờn nón laỡm cho BJ T dỏựn maỷnh
trồớ thaỡnh dỏựn baợo hoỡa, coỡn BJT kia seợ dỏửn dỏửn từt hún. ( Khi BJT laỡm vióỷc ồớ chóỳ
õọỹ ngổng dỏựn hay dỏựn baợo hoỡa thỗ ờt chởu aớnh hổồớng cuớa nhióựu so vồùi khi BJT laỡm

vióỷc ồớ chóỳ õọỹ khuóỳch õaỷi).
0< t < t
1
: Traỷng thaùi bóửn ban õỏửu : Q
1
từt, Q
2
dỏựn baợo hoỡa.
t
1
t < t
2
:
Taỷi t = t
1
: v
b
/Q
1
> õióỷn aùp ngổồợng, dỏựn õóỳn tióỳp xuùc J
E
cuớa BJT Q
1
õổồỹc phỏn
cổỷc thuỏỷn, BJT Q
1
dỏựn i
b1
tng i
c1

tng v
c
/Q
1
giaớm, thọng qua R
2
dỏựn õóỳn
v
b
/Q
2
giaớm tióỳp xuùc J
E
/Q
2
phỏn cổỷc yóỳu hồn Q
2
ra khoới chóỳ õọỹ baợo hoỡa vaỡ õi
vaỡo dỏựn khuóỳch õaỷi : luùc naỡy doỡng i
c2
giaớm v
c
/Q
2
tng lón thọng qua R
1
laỡm
cho v
b
/Q

1
tng theo Q
1
nhanh choùng dỏựn baợo hoỡa v
c
/Q
1
0
v
Q
2
từt.
Nhổ vỏỷy maỷch chuyóứn sang traỷng thaùi bóửn thổù hai ổùng vồùi Q
1
dỏựn baợo hoỡa, Q
2
từt.
Maỷch seợ luọn luọn ồớ traỷng thaùi bóửn naỡy nóỳu khọng coù xung kờch khồới.
t
2
t < t
3
:
t = t
2
: Maỷch õổồỹc kờch khồới bồới xung cổỷc tờnh dổồng vồùi bión õọỹ õuớ
lồùn õổa vaỡo cổỷc nóửn Q
2
. Taỷi thồỡi õióứm naỡy, V
b

/Q
2
> V

Q
2
dỏựn i
b2
tng i
c2
tng V
c
/Q
2
giaớm thọng qua R
1
laỡm cho V
b
/Q
1
giaớm Q
1
phỏn cổỷc yóỳu, tổỡ dỏựn
baợo hoỡa chuyóứn sang dỏựn khóỳch õaỷi i
c1
giaớm V
c
/Q
1
tng thọng qua R

2
laỡm
cho V
b
/Q
2
tng Q
2
dỏựn baợo hoỡa V
c
/Q
2
0 Q
1
từt. Maỷch chuyóứn vóử traỷng
thaùi bóửn ban õỏửu.