Thế nào là tín hiệu dạng xung
|
bài giảng kỹ thuật xung
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (882.67 KB, 57 trang ) Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Mạch RLC v +Vp + + t 0 Vp Hình 1.1. Tín hiệu hình sin Hình 1.2. Tín hiệu xung vuông Các dạng khác của tín hiệu xung như: xung tam giác, xung nhọn, xung răng cưa, xung nấc thang, … được biểu diễn như ở hình 1.3. v v t 0 t 0 a) Xung tam giác Bài giảng Kỹ thuật xung b) Xung nhọn 1 Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung v v t t 0 0 d) Xung nấc thang c) Xung răng cưa Hình 1.3. Các dạng tín hiệu xung Các dạng xung cơ bản trên rất khác nhau về dạng sóng, nhưng có điểm chung là thời gian tồn tại xung rất ngắn hay sự biến thiên biên độ từ thấp lên cao hay từ cao xuống thấp xảy ra rất nhanh. 1.2. Các xung thường gặp: 1.2.1. Hàm bước đơn vị: (Unit-step Function) 0 khi t < 0 u (t ) = 1 khi t ≥ 0 1.2.2. Xung chữ nhật (regtangular pulse) 0 khi t < t 1 , t ≥ t 2 p (t ) = 1 khi t 1 ≤ t < t 2 Có thể xem xung vuông p(t) như là tổng của 2 xung vuông x1 và x2 như sau: p(t) = x1(t) + x2(t) với x1(t) = u(t - t1) x2(t) = - u(t - t2) 1.2.3. Xung đơn vị (Unit-Impulse Function) Còn gọi là xung δ(t) hay phân bố Dirac, được định nghĩa như sau: δ (t ) = 0 ε δ(λ ).dλ ∫ − ε t≠0 ∀ε > 0 Xung dirac δ(t) có thể được khảo sát như là đạo hàm của u(t). 2 Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Mạch RLC ~ δ (t ) ~ u (t ) 1 ∆ ∆ ∆ Rõ ràng bước nhảy đơn vị u(t) là giới hạn của ~ u (t ) khi ∆ → 0. Từ đó có thể xác định xung ~ d~ u (t ) ~ dirac gần đúng δ (t ) là đạo hàm của bước nhảy đơn vị gần đúng ~ u (t ) , tức là δ (t ) = dt t ∫ δ(τ)dτ Và u(t) có thể được biểu diễn dưới dạng tích phân: u (t ) = −∞ ∞ Một kết quả quan trọng ∫ x(t ).δ(t − t )dt = x(t ) 0 0 −∞ 1.2.4. Hàm dốc (Ramp Function) t r (t ) = 0 t≥0 = t.u (t ) t<0 Cần phân biệt hàm dốc và hàm x(t) = t 1.2.5. Hàm mũ (Exponential Function) a. Hàm mũ giảm: v(t ) = a.e − t τ τ là thời hằng. b. Hàm mũ tăng: t − τ v(t ) = a.1 − e τ là thời hằng. 1.3. Các thông số của tín hiệu xung Khi khảo sát tín hiệu xung, ta xét các thông số cơ bản sau: Bài giảng Kỹ thuật xung 3 Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung 1.3.1. Chu kỳ xung - Tần số xung Độ rộng của xung là thời gian ứng với mức điện áp cao gọi là ton (hay tx). Thời gian không có xung ứng với mức điện áp thấp gọi là toff (hay thời gian nghỉ tng). Chu kỳ xung là: T = ton + toff Tần số xung là số lần xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian được tính theo công thức: 1 f= T Hình 1.4. Chu kỳ xung 1.3.2. Độ rỗng và hệ số đầy của xung Trong một chu kỳ của xung, thời gian có xung (ton) thường rất ngắn so với chu kỳ T. Người ta định nghĩa, độ rỗng của xung là tỉ số giữa chu kỳ T và độ rộng xung ton: Ta có: Độ rỗng Q = T t on Nghịch đảo của độ rỗng Q được gọi là hệ số đầy của xung. Ta có: Hệ số đầy η = t on T 1.3.3. Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau: Trong thực tế, các xung vuông không có dạng lý tưởng mà có dạng như hình 1.5. Khi tăng điện áp sẽ có thời gian trễ tr gọi là độ rộng sườn trước,ngược lại, khi giảm điện áp cũng sẽ có thời gian trễ tf gọi là độ rộng sườn sau. v Vm 0,9Vm 0,1Vm 0 ∆V t tr tp tf ton Hình 1.5. Dạng xung thực tế 4 Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Mạch RLC Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau là thời gian biên độ xung tăng hay giảm trong khoảng 0,1Vm đến 0,9Vm Thời gian xung có biên độ từ 0,9Vm đến Vm ứng với đoạn đỉnh của xung gọi là tp. Độ rộng xung thực tế là: ton = tr + tp + tf Độ sụt đỉnh xung ∆V là độ giảm biên độ ở phần đỉnh xung. 1.4. Trạng thái ngưng và dẫn của Transistor: 1.4.1. Trạng thái ngưng: Một Transistor có thể làm việc như một khóa điện tử để đóng và ngắt mạch điện. Trạng thái đóng và ngắt mạch của transistor tùy thuộc vào mức điện áp phân cực cho cực Base của nó. +VCC RC RB V0 = +VCC Vi = 0V Hình 1.6. Transistor ngưng dẫn Trong hình 1.6, transistor có điện áp Vi = 0V nên VB = 0V, transistor không được phân cực nên ngưng dẫn. Trạng thái này transistor có IB = 0 và IC = 0. Điện áp ngõ ra ở cực C của transistor là V0 = VC = VCC - IC.RC (với IC = 0) Suy ra V0 = VCC Như vậy, ngõ vào VI có mức thấp, ngõ ra V0 có mức cao. 1.4.2. Trạng thái dẫn bão hòa: Để transistor chuyển từ trạng thái ngắt sang trạng thái dẫn bão hòa thì ngõ vào phải được cấp một điện áp đủ lớn sao cho điện áp ra VB lớn hơn một mức ngưỡng để transistor được phân cực bão hòa. Điện áp này được gọi là VBesat có trị số tùy thuộc chất bán dẫn chế tạo transistor. +VCC IC RC RB Vi IB V0 Hình 1.7. Transistor bão hòa VBEsat ≈ 0,7V ÷ 0,8V (đối với transistor Silicium) VBEsat ≈ 0,2V ÷ 0,3V (đối với transistor Germanium) Trong mạch điện hình 1.7, điện trở RC được coi là điện trở tải để xác định dòng điện IC qua transistor. Như đã biết, khi transistor chạy ở trạng thái bão hòa thì cực C có điện áp ra là: Bài giảng Kỹ thuật xung 5 Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung VC = VCEsat ≈ 0,1V ÷ 0,2V Như vậy, dòng IC được tính theo công thức VCC − VCEsat RC I Csat = Khi đó dòng điện tải IC, phải tính dòng điện cần thiết cung cấp cho cực B để chọn trị số điện trở RB thích hợp. Thông thường ta có: IB = IC (β: độ khuếch đại dòng điện) β Trường hợp cần cho transistor chạy bão hòa sâu thì dòng điện IB được tính: I B = k. IC (k là hệ số bão hòa sâu, k ≈ 2 ÷ 5) β Điện trở RB được chọn theo công thức: RB = Vi − VBEsat IB 1.5. Hai trạng thái bão hòa của Op-Amp Hình 1.8. Mạch khuếch đại so sánh Sơ đồ hình 1.8 là mạch khuếch đại so sánh cơ bản dùng hai nguồn đối xứng ±VCC. Điện áp đặt vào ngõ không đảo (ngõ +) gọi là Vi+ và điện áp đặt vào ngõ đảo (ngõ -) gọi là Vi-. Tùy thuộc điện áp ở hai ngõ này so với nhau mà Op-Amp sẽ chạy ở một trong hai trạng thái sau: - Nếu Vi+ > Vi- thì V0 = +VCC, gọi là trạng thái bão hòa dương - Nếu Vi+ < Vi- thì V0 = -VCC, gọi là trạng thái bão hòa âm. Trong thực tế, mạch khuếch đại so sánh sẽ nhận một điện áp ở ngõ vào là Vi để so sánh với điện áp chuẩn là VR. Tùy thuộc theo yêu cầu của mỗi mạch mà ta cho điện áp ngõ vào Vi vào ngõ đảo hay ngõ không đảo và điện áp chuẩn vào ngõ còn lại. 6 Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Mạch RLC 1.5.1. Điện áp Vi vào ngõ đảo, VR vào ngõ không đảo Hình 1.9. Theo sơ đồ mạch so sánh hình 1.9a có điện áp ngõ vào Vi đưa đến ngõ đảo để so sánh với điện áp chuẩn VR ở ngõ không đảo. Hàm truyền đạt của mạch biểu diễn như hình 1.9b. Nếu Vi < VR hay (Vi+ > Vi-) thì V0 = +VCC, và ngược lại, nếu Vi > VR (hay Vi+ < Vi-) thì V0 = -VCC 1.5.2. Điện áp Vi vào ngõ không đảo, VR vào ngõ đảo Hình 1.10. Mạch so sánh hình 1.10a có cách cho điện áp vào Vi ngược lại với mạch so sánh hình 1.9a, nên có hàm truyền ngược lại và được biểu diễn như hình 1.10b. Theo đó, Nếu Vi < VR hay (Vi+ < Vi-) thì V0 = -VCC, và ngược lại, nếu Vi > VR (hay Vi+ > Vi-) thì V0 = +VCC Hai trạng thái ngưng và dẫn bão hòa của transistor hay hai trạng thái bão hòa dương và bão hòa âm của Op-Amp được dùng để cho ra hai mức cao và mức thấp, tạo ra các tín hiệu xung điện. 1.6. Mạch RC: a. Mạch thông cao: (thượng thông) C - Mạch này dùng để xén bớt tín hiệu theo độ rộng. vi Hàm truyền đạt: K (p ) = Bài giảng Kỹ thuật xung R R R+ 1 v0 = pC - Ngăn cách giữa các tầng thiết bị điện tử (phụ thuộc vào giá trị R và C). 1 1 1+ pRC 7 Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Đặt τ = RC ⇒ K (p ) = p p+ • 1 τ Phản ứng với hàm vi(t) = a.1(t) a v i (p ) = p t − a p a . = ⇒ v 0 (t ) = a.e τ . p p+1 p+ p τ τ t < 0: vi = 0, i = 0, vC = 0 → v0 = 0. v 0 (p ) = v i (t ).K (p ) = t = 0: vi = a, vC = 0 do vi = vC + v0 → v0 = a. t > 0: tụ C nạp điện qua R bằng dòng v − vC i= i R v0 → 0 khi xác lập vC → a τ = RC: thời hằng của mạch - đặc trưng tốc độ xảy ra quá trình quá độ. Độ rộng xung quy ước: t0 = (2.3 ÷ 3)τ. • Phản ứng với xung vuông: Phân tích xung vuông thành tổng 2 đột biến: − t v i (t ) = a.1(t ) − a.1(t − t 0 ) ⇒ v 0 (t ) = a.e τ .1(t ) − a.e − (t −t0 ) τ .1(t − t 0 ) Trường hợp τ << t0: thời hằng nhỏ hơn độ rộng xung. 8 - Khi t < 0: vC = v0 = 0 do vi = 0 (i = 0). Khi 0 ≤ t < t0: tụ C nạp qua R bằng nguồn vi = a và đạt giá trị xác lập v0 = 0. - vC = a. Khi t ≥ t0: vi = 0, tụ C phóng điện qua R, vC → 0, v0 → 0. Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Mạch RLC Trường hợp τ >> t0: quá trình xảy ra tương tự, với điểm khác là trong khoảng 0 ÷ t0 mạch vẫn chưa đạt giá trị xác lập. • Phản ứng với vi(t) = kt.1(t): k v i (p ) = 2 p v 0 (p ) = v i (p ).K (p ) p k . 2 p p+ 1 τ t − τ = k.τ1 − e t − ⇒ v 0 (t ) = k.τ.1 − e τ = Chức năng vi phân tín hiệu: q v i = v C + v 0 = + v 0 với q là điện tích trên C. C dv i i dv 0 dq với i = = + dt C dt dt dv i v 0 dv 0 . Chọn τ = RC rất nhỏ so với thời gian tồn tại của xung, sao cho: = + dt RC dt v0 dv dv >> 0 ⇒ v 0 ≅ RC. i RC dt dt Vậy mạch thượng thông với RC rất nhỏ → mạch vi phân. b. Mạch hạ thông: 1 Hàm truyền đạt: • K (p ) = pC R+ 1 pC Phản ứng với hàm đột biến vi(t) = a.1(t) Bài giảng Kỹ thuật xung 9 Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung v R (t ) = a.e − t τ a vi t − v C (t ) = v i − v R = a.1 − e τ .1(t ) a t τ t vC 0 • Phản ứng với xung vuông: v i = a.1(t ) − a.1(t − t 0 ) vC = vi − vR (t − t 0 ) t − − = a.1 − e τ .1(t ) − a 1 − e τ .1(t − t 0 ) τ << t 0 τ >> t 0 Quy ước: sườn xung là khoảng thời gian biên độ thay đổi từ 0.1a ÷ 0.9a. t1 ≈ 0.1RC vC ≈ 0.1a t2 ≈ 2.3RC vC ≈ 0.9a Độ rộng sườn trước ts = t1 - t2 = 2.2RC Tần số cắt trên: 1 = 2πf H RC 2. 2 0.35 ⇒ ts = ≈ 2πf H fH ωH = vC 0.1a 0 0.9a a t t1 t2 Thời hằng càng nhỏ thì tín hiệu càng ít bị méo dạng. Chức năng tích phân tín hiệu: 10 Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Mạch RLC vi = vR + v0 = vR + vC dq + v0 dt dv = RC. 0 + v 0 dt = R. Chọn τ = RC rất lớn sao cho RC. dv 0 >> v 0 dt ⇒ v0 = 1 v i dt RC ∫ Mạch hạ thông với τ = RC rất lớn → mạch tích phân. c. Phản ứng của mạch RC với dãy xung vuông: C vi vC R vR Nếu t nhỏ hơn độ rộng xung T thì phản ứng của mạch giống như đối với xung đơn, trường hợp t >> T thì phản ứng của mạch giống như hình vẽ. Quá trình: + Khi có xung, tụ C nạp qua R, vC tăng, vR giảm. + Khi không có xung, tụ C phóng điện qua R → vR đổi dấu, vC giảm, vR tăng. Ở những chu kỳ đầu, điện tích nạp của tụ lớn hơn điện tích xả → điện áp trung bình trên tụ C tăng dần. Ở những chu kỳ sau, điện tích nạp bằng với điện tích xả → đạt trạng thái cân bằng động, khi đó điện áp trung bình của C không tăng. Thời gian đạt trạng thái cân bằng động được qui ước: t cb ≈ 3τ Số lượng xung tối thiểu để đạt cân bằng động: Bài giảng Kỹ thuật xung n= 3τ T 11 Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Ví dụ: Cho vi = 5.1(t), C = 470pF và R = 1K. Xác định và vẽ đồ thị vR, vC cho các trường hợp: a. E = 0, R1 = ∞. b. E = 1V, R1 = ∞. c. E = 1V, R1 = 2K. Giải: a. E = 0, R1 = ∞. v R (t ) = 5.e − t τ C t − v C (t ) = 5.1 − e τ τ = RC = 10 3.470.10 −12 = 0.47µs vC vi R vR b. E = 1V, R1 = ∞. • Xét tác dụng của vi (E = 0): v R (t ) = 5.e − t τ t − τ v C (t ) = 5.1 − e • Xét tác dụng của E (vi = 0): vR = 0 vC = -E = -1V • Xếp chồng kết quả: v R (t ) = 5.e − t τ t − v C (t ) = 51 − e τ − 1 12 Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Mạch RLC c. E = 1V, R1 = 2K: 4 − • Xét tác dụng của nguồn E: R 1 v R = −E. =− V R1 + R 3 R1 2 =− V v C = −E. R1 + R 3 • Xét tác dụng của vi: v R (t ) = 5.e − 2 3 2 3 4 − 1 3 1 3 t τ' t − v C (t ) = 51 − e τ ' 1.2 với τ' = (R // R 1 ).C = .10 3.470.10 −12 = 0.313µs 1+ 2 • Xếp chồng kết quả: v R (t ) = 5.e − t τ' .1(t ) − 1 v C (t ) = 5.1 − e t − τ' 3 .1(t ) − 2 3 1.7. Mạch chia thế • • • Chức năng: lấy 1 phần tín hiệu vào của vi. Yêu cầu: v0 phải tuần hoàn giống vi. Điều kiện lý tưởng: v0 = vi . Bài giảng Kỹ thuật xung R2 R1 + R1 13 Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Do tác dụng của các điện dung ký sinh C2, v0 bị méo dạng so với vi. Để khắc phục, thường mắc thêm tụ C1 song song với R1 để bổ chính. Tùy thuộc vào trị số của tụ C1 mà tác dụng bổ chính sẽ khác nhau. Đặt Z1 và Z2 sao cho: 1 1 = + pC1 Z1 R 1 1 1 = + pC 2 Z2 R 2 Hàm truyền đạt: K (p ) = 1 + τ1 p Z2 R2 = . Z1 + Z 2 R 1 + R 2 1 + τ 2 p Trong đó: τ1 = R 1C1 τ 2 = (C1 + C 2 ) R 1 .R 2 R1 + R 2 Cho v i (t ) = a.1(t ) ⇒ v i (p ) = a p v 0 (p ) = v i (p ).K(p ) 1 τ − τ2 . + 1 p 1 + τ2 p τ − τ 2 − t τ2 R2 ⇒ v 0 (t ) = a . .1 + 1 .e τ2 R1 + R 2 = a. R2 R1 + R 2 R2 = a. R1 + R 2 t R 1C1 − R 2 C 2 − τ2 .e . 1+ ( ) R C C + 2 1 2 C1 C1 + C 2 • Nếu t = 0: v 0 = a. • Nếu t = 8 (xác lập): v 0 = a. R2 R1 + R 2 Giả thuyết vi là nguồn lý tưởng. • Tại t < 0: vi = 0, vC1 = 0 → v0 = 0. • Tại t = 0: vi = a. Các tụ C1, C2 ngắn mạch. R1, R2 làm dòng nạp → ∞, điện áp trên các tụ là phân thế giữa C1 và C2 : v 0 = a. 14 C1 C1 + C 2 • 0 ≤ t < ∞: quá trình phân bố lại điện tích trong đó các tụ C1, C2 nạp hay xả. • t = ∞: mạch xác lập (không còn sự thay đổi điện tích), dòng qua các tụ bằng 0, điện áp vi phân bố giữa các điện trở. Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung Mạch RLC v 0 = a. R2 R1 + R 2 a. Bổ chính thiếu: C1 R2 < C1 + C 2 R 1 + R 2 b. Bổ chính đủ: C1 R2 = C1 + C 2 R1 + R2 c. Bổ chính lố: C1 R2 > C1 + C 2 R 1 + R 2 Trong thực tế nguồn vi không lý tưởng (nội trở khác 0) → bổ chính lố không xảy ra, bổ chính đủ khó đạt. Bài giảng Kỹ thuật xung 15 Chương 1 Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung 1.8. Mạch RL Mạch hạ thông R K (p ) = R + Lp • Mạch thượng thông Lp K (p ) = R + Lp Phản ứng với hàm vi = a.1(t): −t v R = a.1 − e τ −t ; v L = a.e τ L (thời hằng) với τ = R - Phản ứng của mạch RL thượng thông giống với mạch RC thượng thông. - Phản ứng của mạch RL hạ thông giống như với mạch RC hạ thông. Khi đòi hỏi t lớn thường không sử dụng mạch RL do: o Kích thước cuộn cảm lớn. o Giữa các vòng dây tồn tại điện dung ký sinh → tự kích dao động. 1.9. Mạch RLC (SV tự tìm hiểu) 16 Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 2 Khóa điện tử và các mạch biến đổi dạng xung KHÓA ĐI N T CHƯƠNG 2: VÀ CÁC M CH BI N Đ I D NG XUNG 2.1. Khóa BJT tải R: Chế độ khóa: Transistor tồn tại chủ yếu ở hai trạng thái tắt và bão hòa, trạng thái khuếch đại là trạng thái trung gian khi khóa chuyển từ tắt sang bão hòa hoặc ngược lại. VCC Tắt K Rc iC Rb vi ib Bão hòa K v0 Chế độ tắt: 2 tiếp xúc PN phân cực ngược. ic = icbo (dòng rò) ib = -icbo ie = 0 Chế độ khuếch đại: tiếp xúc JE (BE) phân cực thuận, tiếp xúc JC (CB) phân cực nghịch. Quan hệ dòng: ic = β.ib = α.ie và ie = ic + ib Đặc tuyến tĩnh của các mắc CE Chế độ bão hòa: hai tiếp xúc JE, JC phân cực thuận. Quan hệ dòng: ic ≤ β.ib và ie = ic + ib E1 t vi • E2 0 Giả sử tín hiệu vào có dạng như sau: t < 0: vi < 0, transistor tắt. iC = icbo; iB = -icbo v0 = VCC - iC.RC ≈ VCC Tổng trở ra: R0 ≈ RC Điều kiện để transistor tắt: vbe < vγ IC,sat iC t t1 t2 t3 t4 t5 vi + icbo.Rb < vγ • 0 ≤ t < t1: vi = E1 > 0 Giả thuyết mức E1 đủ làm cho transistor bão hòa. Trong khoảng thời gian này dòng iC = 0. 0 ÷ t1: thời gian trễ, 3 yếu tố tạo nên trễ là: 16 Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 2 Khóa điện tử và các mạch biến đổi dạng xung + Thời gian cần thiết để các điện dung rào thế xả điện tích và nạp lại điện tích cho tiếp xúc JE của điện áp VBE = Vγ. + Thời gian để các hạt dẫn đi từ cực E qua miền B đến cực C. + Thời gian để dòng iC tăng từ 0.1IC,sat đến 0.9IC,sat (dòng bão hòa). • t1 ÷ t2: sườn lên, transistor dẫn ở chế độ khuếch đại. ic = βib + icbo v0 = VCC - iC.RC Theo sự tăng của dòng ib thì iC sẽ tăng lên và v0 sẽ giảm xuống. Khi v0 = vce,sat → transistor chuyển sang trạng thái bão hòa. • t2 ÷ t3: Transistor dẫn ở chế độ bão hòa. vi = E1 v0 = vce,sat = (0.1 ÷ 0.2)V ic = ic,max = IC,sat: dòng bão hòa i C = I C ,Sat = VCC − Vce,sat RC ≈ VCC RC Dòng iC có giới hạn, dòng ib tiếp tục tăng → xảy ra hiện tượng tích lũy điện tích dư trong miền nền. Do hai tiếp xúc JE và JC đều phân cực thuận nên điện thế các cực xem như bằng nhau. Điều kiện để transistor bão hòa: ic ≤ β.ib Ngưỡng bão hòa: i bn = I C,sat β Điều kiện bão hòa: ib ≥ ibn. Nếu ib > ibn (hoặc β.ibn > ic) → xảy ra hiện tượng tích lũy điện tích dư. Hệ số bão hòa S = ib ≥ 1 (thường S = 1.2 ÷ 2). S rất lớn → bão hòa sâu. i bn Tổng trở ra R0 ≈ tổng trở ra của BJT. Khi bão hòa (JE, JC đều phân cực thuận) → điện thế của 3 cực xấp xỉ bằng nhau. • t3 ÷ t4: Transistor dẫn bão hòa, xảy ra sự xả điện tích dư đã tích lũy trước đó trong miền nền và khi xả hết thì transistor dẫn khuếch đại. • t4 ÷ t5: do vi < 0 nên dòng iC giảm về 0 → thời gian phục hồi khả năng ngắt của transistor. Để tăng tốc độ chuyển đổi của khóa người ta thường mắc thêm tụ C. Bài giảng Kỹ thuật xung 17 Chương 2 Khóa điện tử và các mạch biến đổi dạng xung 2.2. Khóa BJT tải L: Giả thuyết biên độ của vi đủ làm BJT bão hòa, các quá trình quá độ kết thúc trước khi vi đổi trạng thái. • BJT. t < t1: vi > 0, transistor bão hòa, cuộn L ngắn mạch R0. Dòng iC đi từ VCC qua L, RC và i C = I C ,sat = VCC − VCE ,sat RC ≈ VCC RC Tín hiệu ngõ ra: v0 = VCC. • t1 ≤ t < t2: vi = 0 → transistor tắt. Tại t = t1 iL = IC,sat ic = icbo ≈ 0 Cuộn dây L xả điện tích qua R với dòng: i L = I C,sat .e −( t − t1 ) τ ,τ = L R v 0 = VCC + R 0 .i L = VCC + R 0 .I C,sat .e − ( t − t1 ) τ Khi xác lập v0 = VCC. • t2 ≤ t < t3: vi > 0, transistor bão hòa. Tại t = t2 iL = 0 Dòng bão hòa iC đi từ VCC qua R0, RC và BJT: i C = I' C ,sat = VCC − VCE ,sat R0 + RC ≈ VCC R0 + RC Cuộn L nạp điện → iL tăng lên, iR giảm xuống. i R = I' C ,sat .e 18 − (t −t 2 ) τ' , τ' = L R 0 // R C Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 2 Khóa điện tử và các mạch biến đổi dạng xung v 0 = VCC − R 0 .i R = VCC − I' C,sat .R 0 .e Khi xác lập − (t −t 2 ) τ' v0 = VCC. Gai dương điện áp lớn hơn rất nhiều so với VCC có thể đánh thủng BJT. Vì vậy trong nhiều trường hợp người ta thường mắc song song với cuộn L một diode để triệt gai dương. 2.3. Khóa BJT tải C: • t < t1: vi > 0 transistor bão hòa v0 = VCE,sat ≈ 0 vCs = v0 ≈ 0 tụ CS hầu như không nạp. • t1 ≤ t < t2: vi = 0, transistor tắt ic = icbo ≈ 0 −( t − t1 ) τ Tụ CS nạp qua RC: v 0 = VCC .1 − e • , τ = R C .C S t2 ≤ t < t3: vi > 0 transistor dẫn. t = t2 transistor khuếch đại do ảnh hưởng của điện áp trên CS làm tiếp xúc JC ngược. Khi đó: ic = β.ib. Tụ CS xả điện qua transistor đang dẫn → v0 giảm. ⇒ i RC = VCC − v 0 tăng lên. RC i C = i CS + i R C = C S . dv 0 VCC − v 0 + = β.i b dt RC khi xác lập CS xả hết → v0 ≈ 0. Khi đó: i R C = VCC . RC Transistor đi vào trạng thái bão hòa. Bài giảng Kỹ thuật xung 19 Chương 2 Khóa điện tử và các mạch biến đổi dạng xung 2.4. Mạch xén: Chức năng: giới hạn biên độ tín hiệu. Các mạch xén dùng diode: • Mạch nối tiếp: tải nối tiếp diode. • Mạch song song: tải song song với diode. Giả thiết diode lý tưởng. Vγ = 0 rf =0 (điện trở thuận) IS = 0 (dòng rò, dòng ngược) rr = ∞ (điện trở ngược) Mạch xén trên: • Mạch nối tiếp: vi ≤ VN, diode dẫn, v0 = vi vi > VN , diode tắt, v0 = VN • Mạch song song: vi < VN, diode tắt, v0 = vi. vi ≥ VN, diode dẫn, v0 = VN 20 Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 2 Khóa điện tử và các mạch biến đổi dạng xung Mạch xén dưới: Mạch nối tiếp • Nếu vi < VN Mạch song song • Nếu vi ≤ VN → Diode tắt → Diode dẫn → v0 = VN → v0 = VN • • Nếu vi ≥ VN Nếu vi > VN → Diode dẫn → Diode tắt → v0 = vi → v0 = vi Mạch xén 2 mức: Bài giảng Kỹ thuật xung 21 Chương 2 Khóa điện tử và các mạch biến đổi dạng xung Xén ở 2 mức về bản chất là ghép xén trên với xén dưới. Đối với các diode thực tế, thông số của diode khác lý tưởng thì tín hiệu ra càng bị méo dạng. Ví dụ: mạch xén trên dùng diode bán dẫn với các thông số: Vγ ≠ 0, rf ≠ 0, IS ≈ 0, rr → ∞ Giải: - Khi vi < VN + Vγ → diode tắt. I R v0 ≈ vi - Khi vi ≥ VN + Vγ → diode dẫn. rf R v0 = vi + VN R + rf R + rf vi D v0 VN V Vγ rf R + rf rf (v i − VN ) R + rf VN + Vγ 22 Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM Chương 2 Khóa điện tử và các mạch biến đổi dạng xung I Ví dụ: Mạch xén hai mức dùng Zener. - Vùng thuận: hoạt động như mọi diode bán dẫn. - Vùng nghịch: • IZ < Imin → Diode tắt. • Imin < IZ < Imax: vùng dẫn nghịch. • IZ > Imax → Diode bị đánh thủng. V VZ Imin Pmax Imax VZ1 VZ2 Vùng 1: vi < 0 và v i > VZ 2 → D1 dẫn thuận, D2 dẫn nghịch. Vùng 2: vi < 0 và v i < VZ2 → D2, D1 tắt. Vùng 3: vi > 0 và v i < VZ1 → D1, D2 tắt. Vùng 4: vi > 0 và v i > VZ1 → D1 dẫn nghịch, D2 dẫn thuận. 2.5. Mạch ghim điện áp: Bài giảng Kỹ thuật xung 23 Chương 2 Khóa điện tử và các mạch biến đổi dạng xung Chức năng: cố định đỉnh trên hay đỉnh dưới ở một mức điện thế nào đó. Mạch trên là mạch cố định đỉnh trên mức 0V. • t1 ÷ t2: vi > vC = 0, diode dẫn → tụ C nạp tới Vim. • t2 ÷ t3: vi giảm, do C không phóng điện được nên: (do diode lý tưởng) v0 = vi - vC = vi - V1m Đỉnh trên ghim ở mức 0V (tụ nạp, diode dẫn → điện áp ra bằng 0). • t3 ÷ t4: vi > vC = V1m → vi tăng biên độ lên V2m nên diode dẫn, tụ nạp bổ sung đến mức V2m, v0 = 0V. • t > t4: v0 = vi - V2m. Nếu vi không thay đổi biên độ thì mạch vẫn duy trì khả năng ghim đỉnh trên mức 0. Nếu vi giảm biên độ bằng V3m < V2m thì mạch mất khả năng ghim đỉnh trên mức 0V. Để khắc phục nhược điểm trên, người ta mắc thêm điện trở R có giá trị rất lớn song song với diode. Khi diode tắt, tụ C phóng điện qua R, sau vài chu kỳ mạch phục hồi khả năng ghim ở mức 0V. Khi có R tụ C phải nạp bổ sung ở mỗi chu kỳ nên tín hiệu ngõ ra bị xén đầu (nhược điểm khi có thêm R). Chú ý: + Khi đảo chiều nguồn E thì ta có mạch ghim đỉnh trên tại E. + Khi đảo chiều diode, mạch trở thành mạch ghim đỉnh dưới (giải thích hoạt động tương tự như mạch ghim đỉnh trên). 24 Trường Đại học Giao thông vận tải TPHCM |
