Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Phần 1: Kỹ thuật xung

Phần 1: Kỹ thuật xung

Tải bản đầy đủ - 0trang

Chương 1:

KHÁI NIỆM CHUNG

1. Tín hiệu xung và tham số:

1.1. Định nghĩa

Các tín hiệu điện áp hay dòng điện biến đổi theo thời gian được chia thành 2

loại cơ bản là tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc (gián đoạn).

Tín hiệu liên tục còn gọi là tín hiệu tuyến tính hay tương tự. Tín hiệu rời rạc

gọi là tín hiệu xung hay số

Tiêu biểu cho tín hiệu liên tục là tín hiệu sin, như hình 1, với tín hiệu sin ta có

thể tính được biên độ của tín hiệu tại từng thời điểm khác nhau.

V

Vp

+



+

-



-Vp



+



+



+



-



-



-



-



t



Hình 1.1: Tín hiệu hình sin

Ngược lại tiêu biểu cho tín hiệu rời rạc là tín hiệu vng, dạng tín hiệu như

hình 2, biên độ của tín hiệu chỉ có 2 giá trị mức cao V H và mức thấp VL, thời gian

chuyển mức tín hiệu từ mức cao sang mức thấp và ngược là rất ngắn coi như bằng 0

V



V



VH



VH



VL

t

a)



t

VL

b)



Hình 1.2: a, xung vuông điện áp > 0. b, xung vuông điện áp đều nhau

Tín hiệu xung khơng chỉ có tín hiệu xung vng mà còn có mốt số dạng tín hiệu

khác như xung tam giác, răng cưa, xung nhọn, xung nấc thang có chu kỳ tuần hồn

theo thời gian với chu kỳ lặp lại T.



2



u



u



t



t

B. Xung nhọn (vi phân)



A: xung tam giác

u



u



t



C. Xung răng cư a

(hàm mũ - tích phân)



t

D. xung nấc thang



Hình 1.3: Các dạng tín hiệu xung:

Trong nhiều trường hợp xung tam giác có thể coi là xung răng cưa

Các dạng xung cơ bản trên rất khác nhau về dạng sóng, nhưng có điểm chung là

thời gian tồn tại xung rất nhắt, sự biến thiên biên độ từ tấp lên cao (xung nhọn) và từ

cao xuống thấp (nấc thang, tam giác) xảy ra rất nhanh

Định nghĩa: Tín hiệu xung điện áp hay xung dòng điên là những tín hiệu có thời gian

tồn tại rất ngắn, có thể so sánh với quá trình quá độ trong mạch điện mà chúng tác

dụng.

1.2. Các tham số cơ bản của tín hiệu xung:

Tín hiệu xung vng như hình 1 là một tín hiệu xung vng lý tưởng, thực tế

khó có 1 xung vng nào có biên độ tăng và giảm thẳng đứng như vậy:

u



u



Um

0.9Um



tx



Um

0



t ng



Um



T

A, xung vuông lý tưởng



0.1Um

0

t



Δu



t tr





tx



ts



t



B, xung vuông thự c tế



Hình 1.4 Dạng xung



3



Xung vng thực tế với các đoạn đặc trưng như: sườn trước, đỉnh, sườn sau.

Các tham số cơ bản là biên độ Um, độ rộng xung tx, độ rộng sườn trước ttr và sau ts,

độ sụt đỉnh ∆u

-



Biên độ xung Um xác định bằng giá trị lớn nhất của điện áp tín hiệu xung có

được trong thời gian tồn tại của nó.



-



Độ rộng sườn trước ttr, sườn sau ts là xác định bởi khoảng thời gian tăng và

thời gian giảm của biên độ xung trong khoảng giá trị 0.1Um đến 0.9Um .



-



Độ rộng xung Tx xác định bằng khoảng thời gian có xung với biên độ trên mức

0.1Um (hoặc 0.5Um).



-



Độ sụt đỉnh xung ∆u thể hiện mức giảm biên độ xung tương tứng từ 0.9Um

đến Um.

Với dãy xung tuần hồn ta có các tham số đặc trưng như sau:



-



Chu kỳ lặp lại xung T là khoảng thời gian giữa các điểm tương ứng của 2

xung kế tiếp, hay là thời gian tương ứng với mức điện áp cao tx và mức điện

áp thấp tng

T = tx + tng (1)



-



Tần số xung là số lần xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian.

F=



1

T



(2)



-



Thời gian nghỉ tng là khoảng thời gian trống giữa 2 xung liên tiếp có điện nhỏ

hơn 0.1Um (hoặc 0.5Um).



-



Hệ số lấp đầy γ là tỷ số giữa độ rộng xung tx và chu kỳ xung T

γ=



tx

T



(3)



Do T = tx + tng vậy ta luôn có γ < 1

-



Độ rỗng của xung Q là tỷ số giữa chu kỳ xung T và độ rộng xung tx.

Q=



T

tx



(4)



* Trong kỹ thuật xung - số người ta sử dụng phương pháp số đối với tín hiệu

xung với quy ước chỉ có 2 trạng thái phân biệt



4



- Trạng thái có xung (tx) với biên độ lớn hơn một ngưỡng UH gọi là trạng thái

cao hay mức “1”, mức UH thường chọn cỡ từ 1/2Vcc đến Vcc.

- Trạng thái không có xung (tng) với biên độ nhỏ hơn 1 ngưỡng UL gọi là trạng

thái thấp hay mức “0”, UL được chọn tùy theo phần tử khóa (tranzito hay IC)

- Các mức điện áp ra trong dải UL < U < UH được gọi là trạng thái cấm

2. Các dạng điện áp đơn giản và phản ứng của mạch điện RC – RL đối với

dạng xung.

Trong lý thuyết về mạch lọc người ta chia mạch lọc thành 2 loại là mạch lọc

thụ động và mạch lọc tích cực, các mạch lọc thụ động dùng các phần tử cơ bản R-LC còn được chia thành một số loại

Theo linh kiện có mạch lọc RC, RL, LC

Theo tần số chọn lọc có: mạch lọc thông thấp, mạch lọc thông cao, mạch lọc

thông dải và mạch lọc chặn dải tùy theo các sắp xếp của từng loại linh kiện trong

mạch mà ta sẽ được các mạch lọc tương ứng.

2.1. Khái niệm

- Để xác định điện áp đầu ra của mạch điện tuyến tính ura(t) khi đầu vào tác

dụng một điện áp uvào(t) có dạng phức tạp ta có thể áp dụng nguyên lý xếp chồng để

xác định điện áp lối ra phụ thuộc vào điện áp lối vào.

- Khi tín hiệu lối vào phức tạp ta phân tích thành dạng tín hiệu đơn giản lối vào

rồi từ đó ta tính kết quả tại đầu ra của từng thành phần tín hiệu đơn giản ura(1)(t),

ura(2)(t), … cuối cùng ta thực hiện lấy tổng tín hiệu ra tại ta được tín hiệu ra ura(t)

- Những dạng xung cơ bản là dạng xung hình chữ nhật, hình thang, hình tam

giác, hình chng, dạng e mũ.

- Tín hiệu vào có thể là tổng của tín hiệu điện áp hay dòng điện của dạng xung

dưới đây

a.

u

E

t0



t



Là dạng tín hiệu xung vuông đột biến



5



 E khi t >= t 0

khi t < t 0



U(t) = E.1(t0) = 

0



Trong đó hàm 1(t) là hàm xung đơn vị hay hàm đóng mạch tại thời điểm t = t 0 (t0

1 khi t >= t 0



> 0) ta có 1(t0) = 1(t – t0) = 0 khi t < t

0







b.



u



α = arctg (k )

t0



t



Dạng điện áp biến đổi theo quy luật đường thẳng

k (t − t 0 ) khi t >= t 0

khi t < t 0

 0



U(t) = k(t – t0).1(t0) = 



Với hệ số góc α = arctg (k )

c.

u

E

t0



t



Dạng điện áp biến đổi theo quy luật hàm số mũ

U(t) = E[1 – exp(-α(t – t0)].1(t0)

 E[1 − exp(−α (t − t 0 ))] khi t >= t 0

0

khi t >= t 0





=



d. Ví dụ: một số trường hợp thay đổi dạng xung phức tạp thành dạng xung đơn

giản

* Dạng xung vuông

t1 <= t <= t 2

t < t1 or t > t 2



1 khi

U(t) = 

 khi



U(t) = u (t) + u (t) với

1



2



1 khi t >= t1

khi t < t1



U1(t) = 1(t0) = 

0



Tx



u

1

t1



t2



u

1



U (t)

t1



-1



t

1



t2



t

U2(t)



6



− 1 khi t >= t 2

khi t < t 2



U2(t) = -1(t0) = 

0



u



1



2



3



t1



t2



u



4



u(t) = u (t) + u (t) + u (t) + u (t)



t



t3 t4



U1(t)

a1



α 1= arctg (k )



k (t − t1 ) t >= t1

Trong đó u1(t) = 

t < t1

 0



t1



t2



a1



U4(t)

t3 t4



a1



a2



a2

t

U3(t)



U2(t)



α 1= arctg (k )



− k (t − t 2 ) t >= t 2

U2(t) = 

0

t < t2



h(t − t 3 ) t >= t 3

U2(t) = 

t < t3

 0



a2



a1



* Dạng xung hình thang



α 2 = arctg (h)



− h(t − t 4 ) t >= t 4

U2(t) = 

0

t < t4





α 2 = arctg (h)



* Dạng hàm mũ

U(t) = u1(t) + u2(t) với



u



 E (1 − exp(−α (t − t1 )))1(t ) khi t >= t1

0

khi t < t1





t1



U1(t) = 



t2



t



u

t2



− E (1 − exp(−α (t − t 2 )))1(t ) khi t >= t 2

U (t) = 

0

khi t < t 2





t



t1



2



0



 E (1 − exp(−α (t − t )))

1

Ta có u(t) = 

 E exp(−α (t − t1 ))



0





t < t1

t1 <= t <= t 2

t 2 <= t <= t 3

t >= t 3



* Dạng răng cưa.

k (t − t1 )





u(t) =  E exp(− β (t − t 2 ))



0



t1 <= t <= t 2

t 2 <= t <= t 3

t 3 <= t



u

a

u



t2



t1



U(t) = u1(t) + u2(t) + u2(t) trong đó:

U1(t) = k(t – t1)

U2(t) = -k(t – t2)



a

t1



t >= t1



t



t3



u1(t)



t2



t3



a



t

u3(t)



t >= t2



u2(t)



7



U3(t) = -E(1 – exp(-β(t – t2))) t >= t2

2.2. Mạch lọc RC:

Cơ bản có mạch lọc thơng thấp và mạch lọc thông cao

V0



R

V0



Vi

2



Vi



fC

B. Đáp ứ ng tần số



A. Mạch lọc thơng thấp



f



Hình 1.5: Mạch lọc RC và đáp ứng xung của mạch lọc

- Tần số cắt của mạch lọc là FC =

V0 =



Vi

2



1

2π RC



(5) tương ứng với điện áp



V0 là biên độ điện áp lối ra, Vi là biên độ điện áp lối vào



- Điện áp lối ra của mạch lọc thông thấp là v0 (t ) =



1

vi (t )dt (6)

RC ∫



- Điện áp lối ra của mạch lọc thông cao là v0 (t ) = RC



dvi (t )

dt



(7)



- Trong đó v0(t), vi(t) là điện áp tín hiệu lối ra và lối vào tại thời điểm t

2.3. Mạch RL

Người ta có thể dùng điện trở R kết hợp với cuộn cảm L để tạo thành các

mạch lọc thay cho tụ C, do tích chất của L và C ngược nhau ZL = jω L , ZC =



1

do

jω C



đó khi dùng mạch lọc thơng thấp, thơng cao RL thì cách mắc ngược lại với mạch RC



8



L



R

V0



Vi



V0



Vi



R



L



B. Mạch l ọc thông cao



A. Mạch lọc thơng thấp



Hình 1.6: Mạch lọc thơng thấp, thông cao dùng RL

Đáp ứng tần số như mạch lọc RC. Tần số cắt của mạch lọc là FC =

Điện áp lối ra của mạch lọc thông thấp là v0 (t ) =

Điện áp lối ra của mạch lọc thông cao là v0 (t ) =



R

vi (t )dt

L∫



R

2π L



(8)



(9)



L dvi (t )

R dt



(10)



3. Phản ứng của mạch lọc RC đối với các xung đơn

3.1. Điện áp lấy ra trên điện trở (mạch vi phân)

C



V0

Vi



R



i



Hình 1.7: Mạch RC điện áp lấy ra trên R

Tín hiệu lối vào là vi(t) tuần hồn với chu kỳ T, tần số góc là ω = 2π T , tín hiệu

lối ra là v0(t)

Trở kháng của mạch là Z = R 2 + 



2



1 

 1 

 = R 1+ 



 ωC 

 ω RC 



Khi đó đặt FC =



2



(11)



1

là tần số cắt của mạch

2π RC



9



Dòng điện trong mạch là i (t ) =



vi (t )

Z



(12)



vi (t )



vR (t ) = R.i (t ) =



 1 

1+ 



 ω RC 



2



Điện áp lối ra biến thiên sau khoảng thời gian ∆t là từ t0 đến t1 là

∆v0 (t ) =



dvi (t )

2

(13)

 1  dt

1+ 



 ω RC 

1



Khi đó ta có lối vào là tín hiệu xung vng thì lối ra là tín hiệu xung vi phân

v0



vi



v0



t



t



A. Tín hiệu vào



B. Tín hiệu ra



t



Các tín hiệu ra v ớ i RC thay đổi



HHình 1.8: Đáp ứng xung lối vào và ra của mạch RC lối ra trên R

Tín hiệu lối vào là Sin thì tín hiệu lối ra là sin sớm pha 900

vi (t ) = Asin(ω t) thì tín hiệu lối ra là

v0 (t ) = ω



1

 1 

1+ 



 ω RC 



2



Acos(ωt ) = ω



1

 1 

1+ 



 ω RC 



2



A sin(ωt + 900 )



3.2. Tín hiệu lấy ra trên tụ điện:

R

V0

Vi



10



Hình 1.9: Mạch RC lối ra trên C

Tín hiệu lối vào là vi(t) tuần hồn với chu kỳ T, tần số góc là ω = 2π T , tín hiệu

lối ra là v0(t)

Trở kháng của mạch là Z = R 2 + 



2



1 

 1 

 = R 1+ 



 ωC 

 ω RC 



Khi đó đặt FC =



2



1

là tần số cắt của mạch

2π RC



Dòng điện trong mạch là i (t ) =



Điện áp lối ra trên tụ là



vC (t ) =



vi (t )

Z

q (t ) 1

= i (t )dt =

C

C



1

 1 

RC 1 + 



 ω RC 



2



vi (t )dt



Điện áp lối ra thay đổi khoảng thời gian ∆t là

vC (t ) =



1

 1 

RC 1 + 



 ω RC 



2



∫ v (t )dt



Vi



i



V0



V0



A. xung lối vào



t



t

B. xung lối ra khi tích RC thay đổi



t



Hình 1.10: Đáp ứng xung lối ra của mạch RC lối ra trên C

vi (t ) = Asin(ω t) thì tín hiệu lối ra là



v0 (t ) =



1

 1 

ω RC 1 + 



 ω RC 



2



A sin(ωt − 900 )



4. Chế độ khóa của tranzito

4.1. Các yêu cầu cơ bản:

Tranzito làm việc ở chế độ khóa hoạt động như một khóa điện tử đóng mở

mạch với tốc độ nhanh (từ 10-9 đến 10-6 s) do đó nó có nhiều đặc điểm khác so với

chế độ khuếch đại như đã khảo sát trước đó ở phần nguyên lý kỹ thuật điện tử

- Yêu cầu cơ bản với tranzito làm việc ở chế độ khóa là điện áp đầu ra có 2

trạng thái khác biệt là:

11



* Ura >= UH khi Uvào <= UL

* Ura =< UL khi Uvào >= UH

Chế độ khóa của tranzito được xác định bằng chế độ điện áp hay dòng điện

một chiều cung cấp từ ngồi qua 1 mạch phụ trợ (điện trở làm khóa thường đóng hay

mở). Việc chuyển trạng thái của khóa thường được thực hiện nhờ một tín hiệu xung

có cực tính thích hợp tác động tới đầu vào. Tùy trường hợp mà tranzitor có thể

chuyển trạng thái tuần hồn nhờ một mạch hồi tiếp dương phản hồi từ đầu ra tới

đầu vào của mạch khi đó khơng cần xung điều khiển như mạch dao động đa hài

dùng tranzitor ta sẽ khảo sát bài sau:

Xét mạch điện như xau

+ECC

IC



ura



RB

uv



IB



RC



uCE

uBE



Rt



Hình 1.11: Mạch khóa đảo dùng tranzitor

Khi làm việc lựa chọn giá trị UL, UH, RB, RC cho phù hợp để mạch làm việc ở

chế độ khóa

Trạng thái đóng:

Khi lối vào uV = 0 (tương ứng uV < UL) nên UB = 0, tranzitor không phân cực nên

nhưng dẫn tức tranzitor ở trạng thái đóng (cấm) khi đó dòng IB = 0 và IC = 0

Điện áp lối ra trên cực C của tranzitor khi khơng có trở tải Rt là

ura = +ECC, hay ura = ECC – ICRC = ECC

Khi có trở tải Rt được mác thêm vào mạch (hoặc lối ra được đưa tới lối vào của

mạch tiếp theo với trở tải lối vào Rt) thì điện áp lối ra (Ecc = Vcc)

Rt

VCC

Ura = VCC. Rt + RC , chọn RC = Rt khi đó ura = 2 hay ura = ECC/2



12



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Phần 1: Kỹ thuật xung

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×