Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử 2

Nội dung text: Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử 2

1. 1 CHÆÅNG 1 CAÏC MAÛCH TÊNH TOAÏN, ÂIÃÖU KHIÃØN VAÌ TAÛO HAÌM DUÌNG KHUÃÚCH ÂAÛI THUÁÛT TOAÏN Chæång naìy nhàòm giåïi thiãûu viãûc æïng duûng maûch khuãúch âaûi thuáût toaïn (KÂTT) trong caïc maûch khuãúch âaûi, tênh toaïn, âiãöu khiãøn, taûo haìm. Khaío saït caïc maûch cäüng, træì, nhán chia, khai càn, maûch khuãúch âaûi loga vaì âäúi loga, maûch vi, têch phán, PD,PID, maûch chènh læu chênh xaïc, maûch so saïnh tæång tæû 1.1 Khaïi niãûm chung Hiãûn nay, caïc bäü khuãúch âaûi thuáût toaïn (KÂTT) âoïng vai troì quan troüng vaì âæåüc æïng duûng räüng raîi trong kyî thuáût khuãúch âaûi, tênh toaïn, âiãöu khiãøn, taûo haìm, taûo tên hiãûu hçnh sine vaì xung, sæí duûng trong äøn aïp vaì caïc bäü loüc têch cæûc Trong kyî thuáût maûch tæång tæû, caïc maûch tênh toaïn vaì âiãöu khiãøn âæåüc xáy dæûng chuí yãúu dæûa trãn bäü KÂTT. Khi thay âäøi caïc linh kiãûn màõc trong maûch häöi tiãúp ta seî coï âæåüc caïc maûch tênh toaïn vaì âiãöu khiãøn khaïc nhau. Coï 2 daûng maûch tênh toaïn vaì âiãöu khiãøn : tuyãún tênh vaì phi tuyãún. Tuyãún tênh : coï trong maûch häöi tiãúp caïc linh kiãûn coï haìm truyãön âaût tuyãún tênh. Phi tuyãún : coï trong maûch häöi tiãúp caïc linh kiãûn coï haìm truyãön phi tuyãún tênh. Vãö màût kyî thuáût, âãø taûo haìm phi tuyãún coï thãø dæûa vaìo mäüt trong caïc nguyãn tàõc sau âáy : 1. Quan hãû phi tuyãún Volt - Ampe cuía màût gheïp pn cuía diode hoàûc BJT khi phán cæûc thuáûn (maûch khuãúch âaûi loga) 2. Quan hãû phi tuyãún giæîa âäü däúc cuía âàûc tuyãún BJT læåîng cæûc vaì doìng Emitå (maûch nhán tæång tæû). 3. Laìm gáön âuïng âàûc tuyãún phi tuyãún bàòng nhæîng âoaûn thàóng gáúp khuïc (caïc maûch taûo haìm duìng diode). 4. Thay âäøi cæûc tênh cuía âiãûn aïp âàût vaìo phán tæí têch cæûc laìm cho doìng âiãûn ra thay âäøi (khoaï diode, khoaï transistor).
2. 2 1.2 Caïc maûch tênh toaïn vaì âiãöu khiãøn 1.2.1 Maûch cäüng âaío R1 vin1 R RN 2 vin2 v inn vout Rn Hçnh 1.1. Så âäö maûch cäüng âaío Aïp duûng quy tàõc doìng âiãûn nuït cho N ta coï : v v v v in1 + in2 + + inn + out = 0 R1 R 2 R n R N ⎛ R R R ⎞ ⎜ N N N ⎟ ⇒ vout = −⎜ vin1 + vin2 + + vinn ⎟ ⎝ R1 R1 R n ⎠ 1.2.2 Maûch khuãúch âaûi âaío våïi tråí khaïng vaìo låïn R N R 1 vin vout R2 v R3 3 Hçnh 1.2. Så âäö maûch khuãúch âaûi âaío våïi tråí khaïng vaìo låïn Viãút phæång trçnh doìng âiãûn cho nuït N: v v in + 3 = 0 R1 R N R 3 Maì v3 = vout (âiãöu kiãûn RN ≥ R3) R 2 + R 3 R N R 2 ⇒ −vout = (1+ )vin R1 R 3 R R ⇒ hãû säú khuãúch âaûi cuía maûch : K’ = N (1+ 2 ) R 1 R 3
3. 3 Træåìng håüp yãu cáöu hãû säú khuãúch âaûi låïn thç phaíi choün R1 nhoí. Luïc âoï tråí khaïng vaìo cuía maûch ZV = R1 nhoí. Coï thãø khàõc phuûc nhæåüc âiãøm âoï bàòng caïch choün R1 = RN R låïn. Do âoï K’ chè coìn phuû thuäüc vaìo 2 , coï thãø tàng tyí säú naìy tuìy yï maì váùn khäng R 3 aính hæåíng âãún tråí khaïng vaìo ZV = R1 = RN cuía maûch. Våïi caïc cáúu taûo nhæ váûy coï thãø tàng thãm säú âáöu vaìo âãø thæûc hiãûn caïc maûch cäüng hoàûc maûch træì coï tråí khaïng vaìo låïn. 1.2.3 Maûch træì RN R1 vin1 vout vin2 R2 Rp Hçnh 1.3. Så âäö maûch træì Âiãûn aïp åí cæía vaìo thuáûn : R v = v P P in 2 R R + P P a Âiãûn aïp åí cæía vaìo âaío : R v = ()v − v N + v N in1 out R out R + N N a Vç vd = vp - vN = 0 ⇒ vp = vN R R ⇒ v . P = N ( v -v ) + v in2 R R in1 out out R + P R + N P a N a ⇒ vout = a (vin2-vin1) (Nãúu RN = RP) 1.2.4 Maûch træì våïi tråí khaïng vaìo låïn Vín2 vout V in1 R KR R/n Hçnh 1.4.a. Så âäö maûch træì coï mäüt ngoî vaìo tråí khaïng låïn
4. 4 Viãút phæång trçnh doìng âiãûn nuït cho nuït N1 vaì N2 ta coï : v − v v v − v in1 N − N + out N = 0 Maì v = v R R KR N in2 n v − v ⇒ v -v = nv + out in 2 = 0 in1 in2 in2 K ⇒ Kvin1 - (n + 1) Kvin2 + vout - vin2 = 0 ⇒ vout = vin2 + K(n + 1) vin2 -Kvin1 ⇒ vout = (1 + K + nK) vin2 -Kvin1 Hãû säú cuía Vin2 luän luän låïn hån hãû säú cuía Vin1 ⇒ maûch khäng taûo âæåüc âiãûn aïp ra coï daûng : K (Vin2 -Vin1). Tråí khaïng vaìo cuía cæía P låïn (Zv = rd), nãn khäng yãu cáöu nguäön vin2 coï cäng suáút låïn. v3 vin1 R3 N1 R3 R1 R1 N2 R2 vout vin2 Hçnh 1.4.b. Så âäö maûch træì coï hai ngoî vaìo tråí khaïng âãöu låïn Hçnh 1.4.b trçnh baìy maûch âiãûn coï tråí khaïng vaìo cuía caí hai cæía (cæía vin1 vaì vin2) âãöu låïn. Viãút phæång trçnh doìng âiãûn nuït cho N1 vaì N2 ta coï : ⎧v3 − vin1 vin 2 − vin1 − vin1 ⎪ + + = 0 ⎪ R 3 R1 R 2 ⎨ v − v v − v v − v ⎪ 3 in 2 + out in 2 + in1 in 2 = 0 ⎪ ⎩ R 3 R 2 R1 R1 + 2R 3 Suy ra: vout = (1 + R2 )(vin2 -vin1) R1R 3
5. 5 Ta tháúy tråí khaïng vaìo cuía caí hai cæía âãöu låïn vaì bàòng rd cuía KÂTT. Coï thãø thay R1 + 2R 3 âäøi âæåüc hãû säú khuãúch âaûi K’ = 1 + R2 khi thay âäøi R1. R1R 3 K = Kmin khi R1 = ∞ R 2 Luïc âoï: vout = (1 + )(vin2 -vin1) R 3 Vç R2 ≠ 0, R3 ≠ ∞ nãn K’ > 1 1.2.5 Maûch taûo âiãûn aïp ra coï cæûc tênh thay âäøi R1 R1 vin1 vout R2 qR2 Hçnh 1.5. Så âäö maûch taûo âiãûn aïp ra coï cæûc tênh thay âäøi v − v v + v Ta coï : v = in1 out + v = in1 out N 2 out 2 vP = q vin1 v + v Vç : v = v ⇒ in1 out = qv P N 2 in1 ⇒ vout = (2q - 1)vin1 Khi thay âäøi tiãúp âiãøm trãn chiãút aïp R2 ta coï hãû säú cuía vout luïc dæång, luïc ám. Khi q = 1/2 ⇒ vout = 0 màûc duì vin1 ≠ 0 Khi q > 1/2 ⇒ vout vaì vin1 cuìng pha Khi q < 1/2 ⇒ vout vaì vin1 ngæåüc pha 1.2.6 Maûch têch phán âaío iC R i1 vin1 vout Hçnh 1.6.a. Så âäö maûch têch phán âaío
6. 6 Phæång trçnh doìng âiãûn nuït taûi N: v dv i + i = 0 hay in1 +C out = 0 1 c R dt t 1 1 Suy ra vout =− vin1(t).dt=− vin1(t)dt+vout(t =0) RC∫ RC∫ 0 ⇒ âiãûn aïp ra tè lãû våïi têch phán âiãûn aïp vaìo. Thæåìng choün hàòng säú thåìi gian τ = RC = 1s vout (t = 0) laì âiãöu kiãûn âáöu, khäng phuû thuäüc vaìo âiãûn aïp vaìo vin1. Nãúu vin1 laì âiãûn aïp xoay chiãöu hçnh sin: vin1 = Vin1 sinωt thç: 1 Vin1 vout = − Vin1.sinωt.dt = .cosωt = Vout cosωt RC∫ ωRC ⇒ biãn âäü âiãûn aïp ra tyí lãû nghëch våïi táön säú. Âàûc tuyãún biãn âäü - táön säú cuía maûch têch phán : V out = f (ω) coï âäü däúc - 20dB/decade. Vin1 Maûch âæåüc goüi laì maûch têch phán trong mäüt phaûm vi táön säú naìo âoï nãúu trong phaûm vi táön säú âoï âàûc tuyãún biãn - táön cuía noï giaím våïi âäü däúc 20dB/decade. Âãø giaím aính hæåíng cuía doìng ténh It vaì âiãûn aïp lãûch khäng coï thãø gáy sai säú âaïng kãø cho maûch têch phán, åí cæía thuáûn cuía bäü KÂTT ngæåìi ta màõc thãm mäüt âiãûn tråí thay âäøi âæåüc R1 vaì näúi xuäúng masse. C R vin1 vout R1 Hçnh 1.6.b. Maûch têch phán âaío coï biãún tråí R1 buì doìng lãûch khäng. Âiãöu chènh R1 sao cho R1 ≅ R thç giaím âæåüc taïc duûng cuía doìng âiãûn lãûch khäng Io = IP - IN vaì âiãûn aïp lãûch khäng vo = vP - vN (khi vout = 0)
7. 7 1.2.7 Maûch têch phán täøng R C 1 vin1 vin2 R 2 vinn vout Rn RP Hçnh 1.7. Så âäö maûch têch phán täøng Duìng phæång phaïp xãúp chäöng vaì viãút phæång trçnh doìng âiãûn nuït âäúi våïi nuït N ta tçm âæåüc: 1 ⎛ v v v ⎞ v = − ⎜ in1 + in2 + + inn ⎟dt out ∫ ⎜ ⎟ C ⎝ R1 R 2 R n ⎠ 1.2.8 Maûch têch phán hiãûu CN R1 vin1 vout vin2 R2 CP Hçnh 1.8. Så âäö maûch têch phán hiãûu Viãút phæång trçnh âäúi våïi nuït N : vin1 − v N d(vout − v N ) + C N . = 0 (1) R1 dt vin2 − v P dv P Âäúi våïi nuït P : − CP . = 0 (2) R 2 dt Biãún âäøi vaì cho vN = vP, R1CN = R2CP = RC dv dv (1) ⇒ v - v = - R C . out + R C . N in1 N 1 N dt 1 N dt dv (2) ⇒ v - v = R C . P in2 P 2 P dt dv Suy ra: v - v = RC out in2 in1 dt
8. 8 1 ⇒ v = (v − v )dt out RC ∫ in2 in1 1.2.9. Maûch vi phán RN C1 vin1 vout Hçnh 1.9. Så âäö maûch vi phán dvin1 vout Ta coï : i = C1 = dt R N dv ⇒ v = - R C in1 out N 1 dt giaí thiãút: vin1 = Vin1 sinωt ⇒ vout = -RNC1ωVin1cosωt = -Voutcosωt Vout Hãû säú khuãúch âaûi cuía maûch: K’ = = ωRNC1 Vin1 K’ tàng theo táön säú vaì âäö thë bode coï âäü däúc 20dB/decade. Váûy : Maûch âæåüc goüi laì maûch vi phán trong mäüt phaûm vi táön säú naìo âoï nãúu trong phaûm vi táön säú âoï âàûc tuyãún biãn - táön cuía noï tàng våïi âäü däúc 20dB/decade. 1.2.10 Maûch PI (Proportional Integrated) v1 C RN i1 iN vin N vout R1 Hçnh 1.10.a. Så âäö maûch PI Maûch thæåìng âæåüc sæí duûng trong caïc maûch âiãöu khiãøn. Maûch coï âiãûn aïp ra âæåüc biãøu diãùn theo daûng: v = Av + B v dt out in ∫ in AÏp duûng phæång trçnh cán bàòng doìng taûi N: i1 + iN = 0 ⇒ iN = -i1 = - vin/R1 (1)
9. 9 1 Màût khaïc: v = v + v = i dt + R i (2) out c 1 C ∫ in N N 1 Thay (1) vaìo (2) ⇒ v = - R /R v - v dt out N 1 in ∫ in R1C Giaí sæí vin = Vincosωt R N Vin ⇒ vout = − Vin cosωt − sinωt = Vout cos(ωt + Φ) R1 ωR1C ⇒ Âàûc tuyãún biãn táön: 2 ⎛ ω ⎞ ⎜ ⎟ +1 2 2 2 ⎜ ⎟ ' Vout 1 2 1 1 ω R NC +1 1 ⎝ ωo ⎠ K = = R N + 2 2 = 2 2 = 2 2 Vin R1 ω C R1 ω C R1 ω C 1 ' 1 1 Âàût: ωo = Khi ω > ωo ⇒ K ≈ ⇒ Maûch mang tênh cháút khuãúch âaûi nhiãöu hån (tæång æïng R1 våïi khu væûc P). Khu væûc trung gian laì khu væûc chuyãøn tiãúp. 1.2.11 Maûch PID (Proportional Integrated Differential) R v C R N 1 iN Vin Vout R1 N Hçnh 1.11.a. Så âäö maûch PID
10. 10 PID cuîng laì maûch hay âæåüc sæí duûng trong kyî thuáût âiãöu khiãøn âãø måí räüng phaûm vi táön säú âiãöu khiãøn cuía maûch vaì trong nhiãöu træåìng håüp tàng tênh äøn âënh cuía hãû thäúng âiãöu khiãøn trong mäüt daíi táön säú räüng. dv Âiãûn aïp ra coï daûng: v = Av + B v dt + C in out in ∫ in dt vin dvin Tæì phæång trçnh doìng âiãûn nuït taûi N: + C1 + i N = 0 (1) R1 dt 1 Vaì phæång trçnh âiãûn aïp ra trãn nhaïnh ra: v = i R + i dt (2) out N N ∫ N C N Thay (1) vaìo (2): ⎛ v dv ⎞ 1 ⎛ v dv ⎞ v = −⎜ in + C in ⎟R + ⎜ in + C in ⎟dt out ⎜ 1 ⎟ N ∫⎜ 1 ⎟ ⎝ R1 dt ⎠ C N ⎝ R1 dt ⎠ ⎛ R C ⎞ 1 dv Suy ra: v = −⎜ N + 1 ⎟v − v dt − R C in (*) out ⎜ ⎟ in ∫ in N 1 ⎝ R1 C N ⎠ R N C N dt 1 * ÅÍ táön säú tháúp ω > ωN = thç thaình pháön vi phán trong (*) chiãúm æu thãú. R1C1 ⎛ R C ⎞ ⎜ N 1 ⎟ • Trong daíi: ωN < ω < ω1 thç thaình pháön khuãúch âaûi ⎜ + ⎟vin chiãúm æu thãú. ⎝ R1 CN ⎠ Do âoï âàûc tuyãún biãn táön cuía maûch coï daûng nhæ hçnh veî: log K I D I: têch phán P: tè lãû P D: vi phán ωN ω1 logω Hçnh 1.11.b. Âàûc tênh biãn táön maûch PID 1.3 Caïc maûch khuãúch âaûi vaì tênh toaïn phi tuyãún liãn tuûc 1.3.1 Maûch khuãúch âaûi Loga D R vin vout Hçnh 1.12.a. Så âäö maûch khuãúch âaûi Loga duìng Diode
11. 11 Âãø taûo maûch khuãúch âaûi loga, màõc diode hoàûc BJI åí maûch häöi tiãúp cuía bäü KÂTT. Maûch âiãûn duìng diode (1.12.a.) coï thãø laìm viãûc täút våïi doìng âiãûn I nàòm trong khoaíng nA → mA Doìng âiãûn qua diode vaì âiãûn aïp âàût lãn diode coï quan hãû : ⎛ vD ⎞ iD = Io exp ⎜ ⎟ ⎝ vT ⎠ Trong âoï : iD, vD : doìng âiãûn qua diode vaì âiãûp aïp âàût lãn diode. Io: doìng âiãûn ban âáöu, coï trë säú bàòng doìng qua diode æïng våïi âiãûn aïp ngæåüc cho pheïp. vT : âiãûn aïp nhiãût. Åí nhiãût âäü bçnh thæåìng thç vT= 26mV iD vin ⇒ vout ≅ - vD = - vT ln = - vT ln Io RIo R vout vin Hçnh 1.12.b. Så âä ö maûch khuãúch âaûi Loga duìng BJT Maûch (1.12.b.) laìm viãûc täút våïi doìng âiãûn trong khoaíng pA → mA Doìng Colectå iC phuû thuäüc vaìo âiãûn aïp Bazå - emitå theo quan hãû : vBE vT iC = ANiE = ANIEbh( e −1) Våïi AN: hãû säú khuãúch âaûi doìng âiãûn khi màõc Bazå chung (BC) IEbh: laì doìng âiãûn emitå åí traûng thaïi baîo hoìa. vBE v BE Khi e vT −1>> 0 ⇔ e vT >> 1 vBE vT Ta coï: iC = AN IEbh e Maì vout = - vBE vaì iC=vin/R iC vin ⇒ vout = - vT ln = −vT.ln ANIEbh ANIEbhR
12. 12 Maûch chè laìm viãûc våïi âiãûn aïp vaìo dæång (do mäúi näúi p-n) Muäún laìm viãûc våïi âiãûn aïp ám → thay BJT npn bàòng BJT pnp. 1.3.2 Maûch khuãúch âaûi âäúi Loga R D vin vout Hçnh 1.13.a. Så âäö maûch khuãúch âaûi âäúi Loga duìng Diode VD VT vout = - IDR = - RIo e Vin VT Vç: vD = vin nãn vout = - RIo e R vin vout Hçnh 1.13.b. Så âäö maûch khuãúch âaûi âäúi Loga duìng Transitor v BE −vin vT vT iC = ANIEbh e = ANIEbh e ( Do vBE =-vin) −vin vT ⇒ vout = iCR = RANIEbh e 1.3.3 Maûch nhán duìng nguyãn tàõc khuãúch âaûi loga vaì âäúi loga vx K1ln(vx/K2) ln 2 2 2 K1ln(vxvy/K2 ) ln(vxvy/K2 ) vZ = K3vxvy/K2 Täøng KÂaûi exp 1/K1 v y ln K1ln(vy/K2) Hçnh 1.14. Maûch nhán duìng nguyãn tàõc khuãúch âaûi Loga vaì âäúi Loga
13. 13 Caïc maûch khuãúch âaûi loga vaì âäúi loga coï thãø duìng maûch nhæ âaî xeït åí muûc trãn. Coi maûch täøng coï thãø duìng mäüt khuãúch âaûi täøng KÂTT. Maûch nhán naìy coï sai säú khoaíng 0,25% âãún 1% so våïi giaï trë cæûc âaûi cuía tên hiãûu vaìo. Maûch chè laìm viãûc âæåüc våïi caïc tên hiãûu vX, vY > 0 (do tênh cháút haìm loga). Maûch nhán 4200 laì mäüt trong nhæîng maûch tiãu biãøu âæåüc chãú taûo theo nguyãn tàõc naìy. 1.3.4 Maûch luyî thæìa báûc hai Âáúu hai âáöu vaìo cuía maûch nhán våïi nhau ta seî coï maûch luîy thæìa: vx vZ K Hçnh 1.15. Så âäö maûch luîy thæìa báûc hai 2 Luïc naìy vX = vY ⇒ vZ = K. vX Giaí sæí âiãûn aïp vaìo coï daûng sin: vX = Vcosωt KV 2 Thç âiãûn aïp ra: v = K(Vcosωt)2 = (1 + cos2ωt) out 2 KV 2 = (1 + cos2ωt) 2 ⇒ coï thãø duìng maûch luîy thæìa báûc hai âãø nhán táön säú. 1.3.5 Maûch chia theo nguyãn tàõc nhán âaío a. Maûch chia thuáûn Kv v x y Maûch nhán vx K>0 vy = vZ/Kvx vZ Hçnh 1.16. Så âäö maûch chia tháûn Ta coï taûi cæía thuáûn : vN = KvXvY vP = vZ maì vP = vN ⇒ vZ = KvXvY vZ ⇒ vin = vY = KvX
14. 14 b. Maûch chia âaío Kvxvy vx K>0 R R vZ vy Hçnh 1.17. Så âäö maûch chia âaío K.vX vZ vZ PTCB doìng taûi N : + = 0 ⇒ vY = − = 0 R R KvX Trong caïc biãøu thæïc trãn vZ coï thãø láúy dáúu tuìy yï, coìn vX luän luän dæång. Nãúu vX 0 chè âuïng våïi maûch nhán thuáûn (K > 0) vX < 0 chè âuïng våïi maûch nhán âäøi dáúu (K < 0) 1.3.6 Chia maûch duìng khuãúch âaûi loga vaì âäúi loga vZ K1ln(vZ/K2) ln ln(v /v ) K1ln(vZ /vx) Z x Vy = K3vZ/vx Hiãûu Kâaûi exp 1/K1 vx ln K1ln(vx/K2) Hçnh 1.18. Maûch chia tæång tæû duìng nguyãn tàõc khuãúch âaûi Loga vaì âäúi Loga vz vx vz A = K1 ln − K1 ln = K1 ln K2 K2 vx v ln z v x vz vz vY = K3. e = K3 = K vx vx Âiãöu kiãûn : vZ, vX, vY : chè láúy giaï trë dæång 1.3.7 Maûch khai càn
15. 15 Maûch khai càn âæåüc thæûc hiãûn bàòng caïch màõc vaìo maûch häöi tiãúp cuía bäü KÂTT mäüt maûch luîy thæìa. 2 Kvx K R R vZ vx= vy Hçnh 1.19.a. Maûch khai càn âaío v Kv2 v = 0; v = Z + x (duìng phæång phaïp xãúp chäöng) P N 2 2 v Kv2 Do : v = v = 0 ⇒ Z + x = 0 P N 2 2 − v ⇒ v2 = v2 = v2 = Z X Y out K 1 ⇒ v = (−v ) våïi v 0. Trong træåìng håüp ngæåüc laûi thç maûch seî coï häöi tiãúp dæång laìm maûch bë keût. Âãø ngàn ngæìa ngæåìi ta màõc thãm diode (mäùi maûch mäüt diode) åí âáöu ra cuía bäü KÂTT nhæ hçnh veî.
16. 16 1.4 Caïc maûch phi tuyãún khäng liãn tuûc 1.4.1 Nguyãn tàõc thæûc hiãûn caïc maûch phi tuyãún khäng liãn tuûc vaì caïc pháön tæí cå baín cuía noï Caïc pháön tæí cå baín duìng âãø taûo haìm phi tuyãún khäng liãn tuûc laì caïc bäü so saïnh tæång tæû vaì diode lyï tæåíng. Diode lyï tæåíng âæåüc cáúu taûo bàòng caïch màõc vaìo maûch häöi tiãúp cuía bäü KÂTT mäüt diode thæûc. Ta so saïnh nguyãn lyï laìm viãûc vaì sai säú trong træåìng håüp duìng diode thæûc vaì diode lyï tæåíng. vD vin R ~ vout Hçnh 1.20.a. Maûch phi tuyãún khäng liãn tuûc duìng diode thæûc vout = vin - vD - Khi vin < vng thç maûch khäng laìm viãûc, vout = 0 - Khi vin < vng thç vout ≠ 0 ⇒ maûch âiãûn duìng diode thæûc coï âiãûn aïp ngæåîng vng nãn khäng thãø laìm viãûc våïi âiãûn aïp vaìo beï âæåüc. vD R vout Vin ~ Hçnh 1.20.b. Maûch phi tuyãún khäng liãn tuûc duìng diode lyï tæåíng vo = Kovd = Ko (vin -vout) vD + vout = Ko (vin -vout) våïi Ko ≥ 1 vD ⇒vout ≈ vin - Ko vng ⇒ âiãûn aïp ngæåîng: v’ng = Ko
17. 17 4 5 Våïi Ko cåî 10 ÷ 10 vaì Vng ≈ 0,6V thç maûch âiãûn naìy coï thãø chènh læu âæåüc âiãûn aïp cåî mV. 1.4.2 Maûch chènh læu chênh xaïc Âæåüc duìng chuí yãúu trong caïc bäü nguäön cung cáúp, trong caïc maïy âo. Phán loaûi maûch chènh læu: - Maûch chènh læu næía soïng. - Maûch chènh læu toaìn soïng : gäöm chènh læu cán bàòng vaì chènh læu cáöu. 1.4.2.1 Maûch chènh læu næía soïng R D1 v vout 0 vout R vin vin Hçnh 1.24. Maûch chènh læu næía soïng Khi vin 0 thç vo > 0 ⇒ D1 måí ⇒ vout = vo v Màût khaïc : v = out = v ⇒ v = 2 v N 2 in out in 1.4.2.2 Maûh chènh læu toaìn soïng duìng så âäö cáöu: (chènh læu giaï trë trung bçnh säú hoüc) vin Khi vin > 0 ⇒ iin = chaûy qua R1, diode D1, âiãûn tråí taíi (duûng cuû âo), diode D3 R1 räöi âãún âáöu ra bäü KÂTT vaì vãö âáút. Khi vin < 0 ⇒ iin chaûy tæì âáöu ra bäü KÂTT, qua D2, qua duûng cuû âo, qua diode D4, qua R1 räöi tråí vãö âáöu vaìo. Do âoï doìng âiãûn qua duûng cuû âo bàòng: v i = in out R
18. 18 D1 D2 D4 D3 v out R1 v in Hçnh 1.25. Maûch chènh læu toaìn soïng duìng så âäö cáöu vout = vt (trãn cå cáúu âo) = vin (láúy N laìm mäúc). 1.4.2.3 Maûch chènh læu giaï trë hiãûu duûng Khi màõc thãm vaìo cæía âaío maûch näúi tiãúp R2, C2 thç ta coï mäüt maûch chènh læu giaï trë hiãûu duûng. D D1 1 C2 R2 D4 D3 Vout R1 Vin Hçnh 1.26. Maûch chènh læu giaï trë hiãûu duûng 1 T Ta âaî biãút: ISh = ∫ Isin ωt dt T 0 T 2I 2 2I ISh = ∫sin ωt dt = T 0 π T 1 2 1 I Ihd = ∫(Isin ωt) dt = I T / 2 = T 0 T 2 π ⇒ so våïi trë trung bçnh säú hoüc thç trë hiãûu duûng låïn gáúp láön. 2 2
19. 19 1 π π Ihd = I = ISh 2 2 Sh 2 2 Luïc âo âiãûn aïp mäüt chiãöu thç R2, C2 khäng coï taïc duûng. Luïc âo âiãûn aïp xoay chiãöu thç R2, C2 tham gia vaìo âiãûn tråí R1 dæåïi daûng R1 // R2. Âãø âäöng häö chè giaï trë hiãûu duûng thç ta phaíi coï : R1R 2 2 2 2 2 = R1 ⇒ R 2 = R1 R1 + R 2 π π − 2 2 Tuû C2 phaíi choün sao cho tråí khaïng cuía noï âäúi våïi thaình pháön xoay chiãöu khäng âaïng kãø, nãúu khäng haû aïp trãn noï seî gáy ra sai säú âo. Giaí thiãút sai säú âo cho pheïp laì 1% æïng våïi táön säú vaìo tháúp nháút fmin bàòng caïch tênh toaïn tråí khaïng Z cuía R1 // (R2 + 1/jωC2) ta coï thãø tçm âæåüc giaï trë C2. 0,32 C2 = 2πf min R 1 1.4.2.4 Maûch chènh læu giaï trë âènh D v v C in vout A1 C A K 2 i C v vout vin t Hçnh 1.27. Maûch chènh læu giaï trë âènh vaì daûng soïng ra Khi vin > 0 vaì vin > vc thç diode thäng vaì doìng ra cuía bäü KÂTT A1 naûp âiãûn cho tuû C cho tåïi khi bàòng âiãûn aïp cæûc âaûi cuía tên hiãûu vaìo (âiãûn aïp âènh): vc ≈ Vinmax. Nãúu sau âoï vin giaím thç D ngàõt, tuû C phoïng âiãûn qua âiãûn tråí ngæåüc cuía diode vaì taûo doìng taíi it. Nãúu âiãûn tråí ngæåüc cuía diode vaì âiãûn tråí vaìo A1 låïn ⇒ âiãûn aïp trãn tuû C laì âiãûn aïp âènh coï giaï trë äøn âënh. Nãúu âäøi chiãöu diode D thç âiãûn aïp trãn tuû C laì âiãûn aïp âènh ám A2 laì maûch làûp âiãûn aïp laìm táöng âãûm âãø tàng tråí khaïng taíi cho maûch chènh læu.
20. 20 Khoïa K taûo âæåìng xaî cho tuû khi cáön âo giaï trë måïi. 1.4.2.5 Maûch so saïnh tæång tæû Maûch so saïnh tæång tæû coï nhiãûm vuû so saïnh mäüt âiãûn aïp vaìo vin våïi mäüt âiãûn aïp chuáøn Vch. Tên hiãûu vaìo daûng tæång tæû seî âæåüc biãún thaình tên hiãûu ra dæåïi daûng maî nhë phán. Nghéa laì âáöu ra hoàûc åí mæïc tháúp (L) hoàûc åí mæïc cao (H). Noï laì maûch gheïp näúi giæîa ANALOG vaì DIGITAL. Âàûc âiãøm: Phán biãût giæîa bäü KÂTT thäng thæåìng våïi bäü so saïnh chuyãn duûng (maì thæûc cháút cuîng laì mäüt bäü KÂTT). - Bäü so saïnh coï täúc âäü âaïp æïng cao hån âãø thåìi gian xaïc láûp vaì phuûc häöi nhoí. - Laì KÂTT laìm viãûc åí traûng thaïi baîo hoìa nãn mæïc ra tháúp (L) vaì mæïc ra cao (H) cuía noï laì mæïc dæång vaì mæïc ám cuía nguäön. Caïc mæïc naìy phaíi tæång æïng våïi mæïc logic. vout VRH vP vin vout vN vP -vN Hçnh 1.28. Maûch so saïnh vaì âàûc tuyãún vaìo ra 1.4.2.5.1 Âàûc tuyãún truyãön âaût ténh cuía bäü so saïnh vP - vN > 0 ⇒ vout = vRH : âiãûn aïp ra æïng våïi mæïc cao. vP - vN < 0 ⇒ vout = vRL : âiãûn aïp ra æïng våïi mæïc tháúp. 1.4.2.5.2 Âàûc tuyãún truyãön âaût thæûc vout CHÆA BUÌ LÃÛCH v out KHÄNG vP - vN COÏ BUÌ LÃÛCH KHÄNG ∆v vout v0 Hçnh 1.29. Âàûc tuyãún truyãön âaût thæûc
21. 21 ∆v: âàûc træng cho bäü nhaûy cuía bäü so saïnh vo: âiãûn aïp lãûch khäng. 1.4.2.5.3 Âàûc tênh âäüng cuía bäü so saïnh vin = vP -vN 1 t vin = 20mV vout vin = 1mV t tc Hçnh 1.30. Âàûc tênh âäüng cuía bäü so saïnh tc ≈ 10ns : goüi laì thåìi gian chãút. Sæåìn däúc cuía âàûc tuyãún ra tyí lãû thuáûn våïi biãn âäü vin. Bäü so saïnh yãu cáöu phaíi coï âäü nhaûy cao : âaïp æïng nhanh. tc nhoí vaì phaíi coï âäü däúc låïn : vuìng khuãúch âaûi beï. 1.4.2.5.4 Bäü so saïnh khäng coï trãù R1 vin R2 v in V V vout ch ch vout Vo + Vo (a) (b) Hçnh 1.31. Bäü so saïnh khäng trãùø Hçnh a) vin = vch + Vo vin − VO Vch − VO Hçnh b) + = IN R1 R 2 R1 R1 ⇒ vin = - Vch + V0 ( 1 + ) + IN.R1 R 2 R 2 R1 R1 ⇒ vin = - Vch + V0 ( 1 + ) + IN.R1 R 2 R 2
22. 22 CHÆÅNG 2 CAÏC MAÛCH TAÛO DAO ÂÄÜNG Chæång naìy nhàòm trçnh baìy caïc váún âãö vãö taûo dao âäüng, âiãöu kiãûn vaì âàûc âiãøm maûch taûo dao âäüng, äøn âënh biãn âäü vaì táön säú dao âäüng, phæång phaïp tênh toaïn caïc maûch dao âäüng 3 âiãøm âiãûn caím, 3 âiãøm âiãûn dung, maûch clapp, maûch dao âäüng gheïp biãún aïp, maûch dao âäüng thaûch anh, maûch dao âäüng RC 2.1. Caïc váún âãö chung vãö taûo dao âäüng Maûch dao âäüng coï thãø taûo ra caïc daûng dao âäüng : - hçnh Sine (âiãöu hoìa) - xung chæî nháût. - xung tam giaïc. - xung ràng cæa Åí âáy ta xeït taûo dao âäüng hçnh Sine (âiãöu hoaì) vç âáy laì daûng dao âäüng cå baín. Caïc maûch dao âäüng hçnh Sine thæåìng âæåüc duìng trong caïc hãû thäúng thäng tin, trong caïc maïy âo, maïy kiãøm tra, trong caïc thiãút bë y tãú Caïc pháön tæí têch cæûc duìng âãø taûo dao âäüng nhæ âeìn âiãûn tæí, transistor læåîng cæûc, FET, KÂTT, hoàûc nhæ diode tunel, diode gun. - Âeìn duìng khi cáön cäng suáút ra låïn, táön säú tæì tháúp âãún ráút cao. - KÂTT khi táön säú yãu cáöu tháúp vaì trung bçnh. - Transistor khi táön säú yãu cáöu cao. • Tham säú cå baín cuía maûch dao âäüng - Táön säú dao âäüng. - Biãn âäü âiãûn aïp ra. - Âäü äøn âënh tánö säú dao âäüng (nàòm trong khoaíng 10- 2 ÷ 10- 6) - Cäng suáút ra. - Hiãûu suáút cuía maûch. • Nguyãn tàõc cå baín âãø taûo maûch âiãöu hoìa - Taûo dao âäüng bàòng häöi tiãúp dæång. - Taûo dao âäüng bàòng phæång phaïp täøng håüp maûch.
23. 23 Chæång naìy khaío saït maûch dao âäüng theo nguyãn tàõc maûch dao âäüng bàòng häöi tiãúp dæång. 2.2. Âiãöu kiãûn dao âäüng vaì âàûc âiãøm cuía maûch dao âäüng 2.2.1. Âiãöu kiãûn âãø maûch dao âäüng X _ X a V K (A) r ’ a X’ r _ Kht(B) Hçnh 2.1. Så âäö khäúi thäøng quaït cuía maûch dao âäüng (A): Khäúi khuãúch âaûi coï hãû säú khuãúch âaûi : K = K.ejϕ k jϕ ht (B): Khäúi häöi tiãúp coï hãû säú truyãön âaût : K ht = K.e X’r = K ht . Xr Maì Xr = K . Xv ⇒ X’r = K . K ht.Xv Maûch chè dao âäüng khi Xv = X’r, nghéa laì luïc âoï ta coï thãø näúi âiãøm a vaì a’ vaì tên hiãûu láúy ra tæì maûch häöi tiãúp âæåüc âæa tråí laûi âáöu vaìo (Maûch âiãûn khäng coï tên hiãûu vaìo maì coï tên hiãûu ra). Váûy âiãöu kiãûn âãø maûch dao âäüng laì : X’r = Xv ⇒ K . K ht = 1 j (ϕk + ϕht) Hay laì : K Kht . e = 1 (*) Trong âoï : K : module hãû säú khuãúch âaûi ϕk : goïc pha cuía bäü khuãúch âaûi Kht : module hãû säú häöi tiãúp ϕht : goïc pha cuía maûch häöi tiãúp ⎧K.K ht = 1 (1) Tæì (*) ⇒ ⎨ ⎩ϕ = ϕk + ϕht = 2πn (2) Våïi n = 0, ±1, ±2,
24. 24 ϕ : täøng dëch pha cuía bäü khuãúh âaûi vaì cuía maûch häöi tiãúp, biãøu thë sæû dëch pha giæîa X’r vaì Xv. Biãøu thæïc (1) : âiãöu kiãûn cán bàòng biãn âäü, cho biãút maûch chè coï thãø dao âäüng khi hãû säú khuãúch âaûi cuía bäü khuãúch âaûi buì âæåüc täøn hao do maûch häöi tiãúp gáy ra. Biãøu thæïc (2) : âiãöu kiãûn cán bàòng pha cho tháúy dao âäüng chè coï thãø phaït sinh khi tên hiãûu häöi tiãúp vãö âäöng pha våïi tên hiãûu vaìo. 2.2.2. Âàûc âiãøm cuía maûch dao âäüng 1. Maûch dao âäüng cuîng laì mäüt maûch khuãúch âaûi, nhæng laì maûch khuãúch âaûi tæû âiãöu khiãøn bàòng häöi tiãúp dæång tæì âáöu ra vãö âáöu vaìo. Nàng læåüng tæû dao âäüng láúy tæì nguäön cung cáúp mäüt chiãöu. 2. Maûch phaíi thoía maîn âiãöu kiãûn cán bàòng biãn âäü vaì pha. 3. Maûch phaíi chæïa êt nháút mäüt pháön tæí têch cæûc laìm nhiãûm vuû biãún âäøi nàng læåüng mäüt chiãöu thaình xoay chiãöu. 4. Maûch phaíi chæïa mäüt pháön tæí phi tuyãún hay mäüt kháu âiãöu chènh âãø âaím baío cho biãn âäü dao âäüng khäng âäøi åí traûng thaïi xaïc láûp. 2.3. ÄØn âënh biãn âäü dao âäüng vaì táön säú dao âäüng 2.3.1. ÄØn âënh biãn âäü dao âäüng Khi måïi âoïng maûch, nãúu âiãöu kiãûn cán bàòng pha âæåüc thoía maîn taûi mäüt táön säú naìo âoï, âäöng thåìi KKht > 1 thç maûch phaït sinh dao âäüng åí táön säú âoï. Ta noïi maûch åí traûng thaïi quaï âäü. Åí traûng thaïi xaïc láûp biãn âäü dao âäüng khäng âäøi æïng våïi K.Kht = 1. Âãø âaím baío biãn âäü åí traûng thaïi xaïc láûp, coï thãø thæûc hiãûn caïc biãûn phaïp sau âáy : - Haûn chãú biãn âäü âiãûn aïp ra bàòng caïch choün trë säú âiãûn aïp nguäön cung cáúp mäüt chiãöu thêch håüp. - Dëch chuyãøn âiãøm laìm viãûc trãn âàûc tuyãún phi tuyãún cuía pháön tæí têch cæûc nhåì thay âäøi âiãûn aïp phán cæûc âàût lãn cæûc âiãöu khiãøn cuía pháön tæí khuãúch âaûi. - Duìng maûch häöi tiãúp phi tuyãún hoàûc duìng pháön tæí hiãûu chènh. Vê duû âiãûn tråí nhiãût, âiãûn tråí thäng cuía diode. Tuìy thuäüc vaìo maûch âiãûn cuû thãø coï thãø aïp duûng mäüt trong caïc biãûn phaïp trãn.
25. 25 2.3.2. ÄØn âënh táön säú dao âäüng Váún âãö äøn âënh tán säú dao âäüng liãn quan chàût cheî âãún âiãöu kiãûn cán bàòng pha. Khi dëch pha giæîa âiãûn aïp häöi tiãúp âæa vãö vaì âiãûn aïp ban âáöu thay âäøi seî dáùn âãún thay âäøi cuía táön säú dao âäüng. Âiãöu kiãûn cán bàòng pha : ϕ = ϕK + ϕht = 2πn Cho n = 0 ⇒ ϕK + ϕht = 0 ϕK, ϕht : phuû thuäüc vaìo tham säú m, n cuía caïc phán tæí cuía maûch khuãúch âaûi vaì maûch häöi tiãúp vaì phuû thuäüc ω. ϕK (m, ω) + ϕht (n, ω) = 0 ( ) Vi phán toaìn pháön vaì biãún âäøi ( ) ta nháûn âæåüc biãøu thæïc : ∂ϕ ∂ϕ K dm + ht dn dω = - ∂m ∂n (3) ∂ϕ ∂ϕ K + ht ∂ω ∂ω Tæì biãøu thæïc (3) ta suy ra caïc biãûn phaïp náng cao âäü äøn âënh táön säú : 1. Thæûc hiãûn caïc biãûn phaïp nhàòm giaím sæû thay âäøi tham säú cuía maûch häöi tiãúp (dn) vaì maûch khuãúch âaûi (dm). - Duìng nguäön äøn aïp. - Duìng caïc pháön tæí coï hãû säú nhiãût nhoí. - Giaím aính hæåíng cuía taíi âãún maûch dao âäüng bàòng caïch màõc thãm táöng âãûm åí âáöu ra cuía táöng dao âäüng. - Duìng caïc linh kiãûn coï sai säú nhoí. - Duìng caïc pháön tæí äøn âënh nhiãût. 2. Duìng caïc biãûn phaïp nhàòm giaím täúc âäü thay âäøi goïc pha theo tham säú cuía maûch, ∂ϕ ∂ϕ nghéa laì giaím K vaì ht bàòng caïch choün maûch dao âäüng thêch håüp. ∂m ∂m 3. Thæûc hiãûn caïc biãûn phaïp laìm tàng täúc âäü thay âäøi goïc pha theo táön säú, tæïc laì bàòng ∂ϕ ∂ϕ K , ht xung quanh táön säú dao âäüng bàòng caïch sæí duûng caïc pháön tæí coï pháøm cháút cao, ∂ω ∂ω vê duû thaûch anh.
26. 26 2.4. Caïc phaïp tênh toaïn maûch dao âäüng 2 4.1. Caïc maûch tæång âæång cuía maûch dao âäüng duìng transistor Z3 + _ Z1 Z2 + Hçnh 2.2. Så âäö maûch taûo dao âäüng duìng Transitor z1 = r1 + jx1 ≅ jx1 (r1 ≅ 0) z2 = r2 + jx2 ≅ jx2 (r2 ≅ 0) z3 = r3 + jx3 ≅ jx3 (r3 ≅ 0) Âiãöu kiãûn dao âäüng : x1 + x2 + x3 = 0 x1, x2 cuìng dáúu x1, x2 khaïc dáúu |x3| > |x2| * Nãúu z1, z2 : C ⇒ z3 : L Ta coï maûch dao âäüng ba âiãøm âiãûn dung (Colpits) L3 C2 L1 C1 C2 L2 Hçnh 2.3. Maûch dao âäüng ba âiãøm Hçnh 2.4. Maûch dao âäüng ba âiãøm âiãûn dung (Colpits) âiãûn caím (Hartley) * Nãúu z1, z2 : L ⇒ z3 : C Ta coï maûch dao âäüng ba âiãøm âiãûn caím (Hartley)
27. 27 Thäng thæåìng duìng ba maûch âiãûn âäüng ba âiãøm âiãûn dung vç sæû äøn âënh täút hån nhæng ba âiãøm âiãûn caím dãù thæûc hiãûn. * Maûch biãún thãø : L C L2 L1 C3 C1 C2 Hçnh 2.5. Maûch dao âäüng gheïp biãún aïp Hçnh 2.6. Maûch dao âäüng Clapp 2.4.2.Phæång phaïp tênh toaïn. Coï nhiãöu phæång phaïp, nhæng åí âáy ta xeït phæång phaïp thäng duûng nháút, âoï laì tênh toaïn maûch dao âäüng theo phæång phaïp bäü khuãúch âaûi coï häöi tiãúp. Xem âiãöu kiãûn pha âaî baío âaím (do kãút cáúu maûch âaím nhiãûm). Ta chè cáön càn cæï vaìo maûch âiãûn cuû thãø âãø xaïc âënh hãû säú khuãúch âaûi K vaì hãû säú häöi tiãúp Kht. Sau âoï dæûa vaìo âiãöu kiãûn cán bàòng biãn âäü K.Kht = 1 âãø suy ra caïc thäng säú cáön thiãút cuía maûch, vê duû : Tênh âiãöu kiãûn tæû dao âäüng cuía maûch ba âiãøm âiãûn dung duìng BJT Lc Vcc C R1 Ct C1 E I L Vtd R2 C2 Re Ce B Hçnh 2.7. Så âäö maûch dao âäüng ba âiãøm âiãûn dung duìng Transitor RE, CE : thaình pháön äøn âënh nhiãût R1, R2 : phán cæûc
28. 28 LC : cuäüc caín cao táön âãø giaím aính hæåíng táön säú dao âäüng vãö nguäön Ct : tuû liãn laûc cao táön (thoaït cao táön) + Bæåïc 1 : Tênh hãû säú khuãúch âaûi k : h 21 K = - S.Zc = - Zc S : häù dáùn BJT h 11 Zc : tråí khaïng giæîa Colectå vaì âáút : noï laì mäüt pháön tråí khaïng cuía khung cäüng hæåíng. 2 Zc = P .Rt // ZVpa ZVpa : tråí khaïng vaìo phaín aính sang nhaïnh Colectå-emitå. Nãúu R1 // R2 >> h11 ta coï : Z h Z = v = 11 Vpa n 2 n 2 Trong âoï : n laì hãû säú phaín aính. 0<n << 1 V& I I C n = - BE = : = 1 & VCE jωC2 jωC1 C2 0<n << 1 ⇒ C1 << C2 Rtd laì tråí khaïng cuía khung cäüng hæåíng taûi táön säú cäüng hæåíng. L Rtd = C r L : âiãûn caím cuía khung cäüng hæåíng C : âiãûn dung cuía khung cäüng hæåíng r : âiãûn tråí täøn hao cuía khung cäüng hæåíng P : hãû säú gheïp cuía Transistor våïi khung cäüng hæåíng C C jω 1 2 V& I I I C + C P = CE = : = × 1 2 V& jωC C C jωC I td 1 jω 1 2 1 C1 + C2 C C C 1 1 = 1 2 = 2 = = (C + C )C C + C C 1+ n 1 2 1 1 2 1 +1 C 2
29. 29 Rtd h . 11 P 2 .Rtd.Z (1+ n) 2 n 2 ⇒ Z = VPa = c P 2 Rtd + Z Rtd h VPa + 11 (1+ n)2 n 2 Rtd.h11 ⇒ Zc = 2 2 n Rtd + h11 (1+ n) h 21 Rtd.h11 ⇒ K = - . 2 2 h11 n Rtd + h11 (1+ n) Rtd.h 21 ⇒ K = 2 2 n Rtd + h11 (1+ n) + Bæåïc 2 : Xaïc âënh hãû säú häöi tiãúp : V& I I C K = BE = − : = − 1 = - n ht & VCE jωC2 jωC1 C2 + Bæåïc 3 : Tênh têch K.Kht : Rtd.h 21 K.Kht = n . 2 2 n Rtd + h11 (1+ n) + Bæåïc 4 : Xaïc âënh âiãöu kiãûn dao âäüng cuía maûch : K.Kht ≥ 1 Rtd h ⇒ (1 + n)2 + n2 − 21 Rtd. n ≤ 0 h11 h11 Dáúu “ = ” æïng våïi træåìng håüp dao âäüng xaïc láûp. Dáúu “ < ” æïng våïi træåìng håüp quaï âäü luïc âoïng maûch. + Bæåïc 5 : Xaïc âënh hãû säú häöi tiãúp cáön thiãút âãø maûch tæû dao âäüng âæåüc. Thæåìng n << 1 nãn biãøu thæïc trãn coï thãø viãút : Rtd h n2. − 2n 21 Rtd + 1 ≤ 0 (*) h11 2h11 h h ⇔ n2 - 2n 21 + 11 ≤ 0 2 Rtd Giaíi phæång trçnh báûc hai naìy ta nháûn âæåüc :
30. 30 2 h 21 ⎛ h 21 ⎞ h11 n1,2 = ± ⎜ ⎟ − 2 ⎝ 2 ⎠ Rtd (*) ≤ 0 khi n2 ≤ n ≤ n1 Luïc âoï maûch coï dao âäüng hçnh sine (åí traûng thaïi xaïc láûp) taûi n1 hoàûc n2 2 2 ⎛ h ⎞ h ⎛ h ⎞ Vç Rtd >> ⇒ ⎜ 21 ⎟ − 11 ≅ ⎜ 21 ⎟ ⎝ 2 ⎠ Rtd ⎝ 2 ⎠ ⇒ n1 = h21 > ⇒ loaûi boí n1 vç âiãöu kiãûn n| 1 vaì maûch åí vaìo chãú âäü quaï âäü. Biãn âäü dao âäüng tàng dáön laìm cho haû aïp trãn RE tàng dáön âãún phán cæûc BE giaím, maûch chuyãøn sang chãú âäü C æïng våïi goïc càõt θ < 90o. Tæång æïng våïi chãú âäü dao âäüng h cæïng. Âäöng thåìi häù dáùn trung bçnh giaím laìm cho hãû säú khuãúch âaûi K = - 21 giaím vaì têch h11 KKht tiãún tåïi bàòng 1 åí chãú âäü xaïc láûp.
31. 31 Trong maûch ta âaî duìng häöi tiãúp ám trãn RE âãø chuyãøn dëch laìm viãûc tæì khu væûc coï häù dáùn låïn sang khu væûc coï häù dáùn beï. IC Âiãøm laìm viãûc ténh VBE ωt Hçnh 2.8. Âàûc tuyãún VBE -IC cuía Transitor 2.5.2. Maûch âiãûn dao âäüng gheïp biãún aïp Vcc B R1 Cb C C M * C L1 L2 B Vht = VB E * R2 Re Ce E E Vcc Hçnh 2.9. Så âäö maûch taûo dao âäüng gheïp biãún aïp màõc E chung Âiãûn aïp naìy taûo nãn trong cuäün caím Colectå doìng I L V C SZ C V B I L = = − jωL jωL v jωMI M n = - BE = − = − ⇒ M < 0 VCE jωLI L Doìng I L caím æïng sang cuäün thæï cáúp :
32. 32 V ht = V B ≅ I L . jωM jωM M ≅ − .S.Z .V B = − .S.Z V B (1) jωL C L C. V V n < 1 vç n = - BC = − CB L’ < L VCE VCE Tæì (1) ta tháúy âãø V B vaì V ht âäöng pha thç M < 0 Nghéa laì cuäün så cáúp vaì cuäün thæï cáúp phaíi cuäún ngæåüc cæûc tênh. Âiãöu kiãûn biãn âäü : M K.K = 1; K = - n = ht ht L h K = - SZ ; Z = P2.R // Z ; Z = 11e C C td vpa vpa n 2 1 1 n 2 1 Trong âoï : = + + ZC R td h11e Z L h S = 21e h11e U B M Kht = + = = - n U C L ⎛ h ⎞ R .h n.h .R Láûp têch : K.K ≥ 1 = (-n) . ⎜− 21e ⎟. td 11e ≥ 1⇒ 21e td ≥ 0 ht ⎜ ⎟ 2 2 ⎝ h11e ⎠ n .R td + h11e n .R td + h11e V V P ≅ BE = CE = 1 Vtd VCE 2 h11e → n - n.h21e - ≤ 0 R td 2 h11e thay vaìo ta âæåüc : n - n.h21e + ≤ 0 R td Giaíi ra ta âæåüc kãút quaí :
33. 33 2 h 21e ⎛ h 21e ⎞ h11e n1,2 = ± ⎜ ⎟ 2 ⎝ 2 ⎠ R td Kãút quaí cuîng giäúng nhæ maûch åí pháön trãn âaî tênh toaïn Táön säú dao âäüng cuía maûch : 1 f = 2π LC Âãø taûo dao âäüng coï táön säú cao, duìng så âäö bazå chung vç âiãûn aïp vaìo vaì ra cuìng pha nãn âiãöu kiãûn cán bàòng pha thoía maîn khi M > 0 (2 cuäün dáy quáún cuìng cæûc tênh) Âiãöu kiãûn biãn âäü cuîng giäúng så âäö emitå chung nãúu thay h21e, h11e båíi h21b vaì h11b. V IjωM M n = EB = = ; 0 < n < 1 VCB IjωL L V P = CB = 1 Vtd M * * L C Zt Ce Re R2 R1 Vcc Hçnh 2.10. Så âäö maûch taûo dao âäüng gheïp biãún aïp màõc B chung 2.5.3.Maûch dao âäüng âiãûn caím (Hartley)
34. 34 Vcc R3 C1 R1 C C2 L1 V E E C tâ R2 Re Ce L2 B Hçnh 2.11. Så âäö maûch taûo dao âäüng Hartley màõc E chung Ur C L1 C1 E C Vtâ L2 Re C2 R2 R1 B Vcc Hçnh 2.12. Så âäö maûch taûo dao âäüng Hartley màõc B chung 1 Ta tháúy : X = X = ωL > o, X = X = ωL > o, X = X = − < o 1 BE 2 2 CE 1 3 CB ωc Thoía maîn âiãöu kiãûn cán bàòng vãö pha Âiãöu kiãûn cán bàòng biãn âäü : (tênh cho maûch hçnh 2.11) VBE − IjωL 2 L 2 Kht = + = = − = - n VCE IjωL1 L1 h 21e 2 h11e Vaì K = - SZC = - [P .Rtd // 2 ] h11e n V L Hãû säú phaín aính : n = - BE = 2 P : hãû säú gheïp giæîa transistor vaì maûch : VCE L1
35. 35 V V L V V 1 1 1 P = CE = CE = 1 ⇒ CE = CE = = = V V L + L V V +U V V 1+ n td CB 1 2 CB CE EB 1+ CE 1− CE VEB VEB (âiãöu kiãûn L1 vaì L2 gheïp loíng) Thæûc hiãûn tæång tæû nhæ caïc maûc træåïc ta tçm âæåüc báút phæång trçnh : 2 2 (1 + n) h11e + n Rtd - n Rtdh21e ≤ 0 1 Táön säú dao âäüng : fdd ≅ fCH = 2π (L1 + L 2 )C Nãúu gheïp chàût : LΣ = L1 + L2 + 2M • Maûch Clapp : Vcc Rc R1 C3 C1 Cr L E R2 Ce Cv Re C C2 Hçnh 2.13. Så âäö maûch taûo dao âäüng Clapp Âáy laì biãún daûng cuía maûch ba âiãøm âiãûn dung. Nhaïnh âiãûn cáön âæåüc thay båíi mäüt maûch cäüng hæåíng gäöm L, C näúi tiãúp maì trë säú cuía chuïng âæåüc choün sao cho maûch coï tråí 1 khaïng tæång âæång våïi mäüt âiãûn caím taûi f = fdâ, nghéa laì ω dd L > ω dd C Hãû säú gheïp giæîa transister vaì khung cäüng hæåíng: V I I C n = − BE = : = 1 VCE jωC 2 jωC 1 C 2 VBE K ht = = −n VCE V I I C P = CE = : = td Vtd jωC1 jωC td C1
36. 36 1 1 1 1 Trong âoï : = + + C td C1 C 2 C Thæåìng choün C C ≈ Ctd C C => P = td = << 1 C1 C1 Nghéa laì khung cäüng hæåíng gheïp ráút loíng våïi BJT nhàòm giaím aính hæåíng cuía caïc âiãûn dung phán bäú cuía phán tæí têch cæûc (BJT) (âiãûn dung ra, âiãûn dung vaìo) âãún táön säú dao âäüng cuía maûch. Táön säú dao âäüng cuía maûch : 1 1 f dd = f ch = ≈ 2π LCtd 2π LC Vç váûy C1, C2 vaì caïc âiãûn dung vaìo ra cuía transistor háöu nhæ khäng tham gia quyãút âënh táön säú dao âäüng cuía maûch . Do âoï såí âäö Clapp cho pheïp taûo dao âäüng coï táön säú äøn âënh hån caïc loaûi så âäö ba âiãøm khaïc. Theo âiãöu kiãûn cán bàòng biãn âäü ta xaïc âënh âæåüc B phæång trçnh: C n 2 R − = nh R + h ( 1 )2 ≤ 0 td 21e td 11e C 2 C R td h 11e . 2 2 h 2 2 n h R .C (−n).(− 21e ). C n = 21e td ≥ 1. h C2 R h C2 R n 2 + h .C2 11e td 11e . td 11e 1 C2 n 2 Tæì âoï tênh âæåüc : 2 2 h 21e ⎛ h 21e ⎞ h 11e ⎛ C1 ⎞ n 1,2 = ± ⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ 2 ⎝ 2 ⎠ R tâ ⎝ C ⎠ Laì hãû säú häöi tiãúp cáön thiãút âãø maûch coï dao âäüng xaïc láûp khi KKht = 1 2 n.h 21e 2 ⎛ C1 ⎞ → ≥ 0 ⇒ n .R td − n.h 21e .R td + h 11e ⎜ ⎟ ≥ 0 2 C 2 ⎝ C ⎠ n .R td + h 11e ( ) C1 2.5.4. Caïc maûch taûo dao âäüng duìng thaûch anh
37. 37 Tinh thãø thaûch anh (quartz crystal) laì loaüi âaï trong måì trong thiãn nhiãn coï cáúu taûo saïu màût vaì hai thaïp åí hai âáöu (hçnh 2.14) coï nhiãöu åí næåïc ta. Thaûch anh chênh laì dioxid silicium SiO2 cuìng cháút laìm låïp caïch âiãûn åí transitor MOSFET. ÅÍ tinh thãø thaûch anh coï caïc truûc mang tãn Z, X, Y. Truûc Z xuyãn qua hai âènh thaïp, truûc X qua hai caûch âäúi vaì thàóng goïc våïi truûc Z (coï 3 truûc X), truûc Y thàóng goïc våïi hai màût âäúi (coï 3 truûc Y). Tinh thãø thaûch anh duìng trong maûch dao âäüng laì mäüt laït moíng âæûåc càõt ra tæì tinh thãø. Tuìy theo màût càõt thàóng goïc våïi truûc naìo maì laït thaûch anh coï dàûc tênh khaïc nhau. Thæåìng truûc càõt laì AT (thàóng goïc våïi truûc Y, song song våïi truûc X vaì taûo våïi truûc Z mäüt goïc 35o15’). Laït thaûch anh coï diãûn têch màût khoaíng mäüt âãún vaìi cm2 âæåüc maìi moíng âãún vaìi mm sao cho hai màût tháût phàóng vaì tháût song song. Hai màût naìy âæåüc maû kim loaûi (vaìng hay baûc) vaì haìn våïi hai âiãûn cæûc laìm chán ra. Kãú âãún låïp thaûch anh âæåüc boüc trong mäüt låïp bäüt caïch âiãûn vaì âæåüc âoïng trong häüp thiãút kên coï hai chán loï ra, bãn trong coï thãø âæåüc huït haut khäng khê. Âàûc tênh cuía tinh thãø thaûch anh laì hiãu æïng aïp âiãûn (piezoelectric) theo âoï khi ta aïp hai màût cuía laït thaûch anh thç mäüt hiãûu âiãûn thãú xuáút hiãûn giæîa hai màût, coìn khi ta keïo daîn hai màût thç hiãûu âiãûn thãú coï chiãöu ngæåüc laûi. Ngæåüc laûi, dæåïi taïc dung cuía hiãûu thãú xoay chiãöu laït thaûch anh seî rung åí táön sä ú khäng âäøi vaì nhæ váûy taûo tên hiãûu xoay chiãöu åí táön säú khäng âäøi. Táön säú dao âäüng cuía thaûch anh tuyì thuäüc vaìo kêch thæåïc cuía noï (âàûc biãût laì chiãöu daìy) vaì màût càõt. Táön säú dao âäüng thay âäøi theo thåìi gian vaì nhiãût âäü mäi træåìng nhæng noïi chung ráút äøn âënh. AÍnh hæåíng quan troüng nháút lãn thaûch anh laì nhiãût âäü. Khi nhiãût âäü thay âäøi, kêch thæåïc cuía laït thaûch anh thay âäøi dáùn âãún táön säú dao âäüng thay âäøi theo, nhæng duì sao cuîng tram ngaìn láön äøn âënh hån caïc maûch khäng duìng thaûch anh. Do âoï trong nhæîng æïng dung cáön äøn âënh táön säú ráút cao ngæåìi ta phaíi äøn âënh nhiãût âäü thaûch anh. Caïc âäöng häö chè giåì (âeo tay, treo tæåìng) âãöu duìng dao âäüng thaûch anh. Z (truûc quang) âiãûn cæûc (chán ra) Y baûc (truûc cå) X (truûc âiãûn) thaûch anh Hçnh 2.14. Tinh thãø, cáúu taûo vaì hçnh daûng linh kiãûn thaûch anh
38. 38 2.5.4.1. Tênh cháút vaì maûch tæång âæång cuía thaûch anh A Lq, Cq, rq : phuû thuäüc kêch thæåïc A khäúi thaûch anh vaì caïch càõt khäúi L q thaûch anh. Cp Cq Cq: Âiãûn dung taûo båíi 2 maï gheïp rq våïi âáöu ra. B B Thäng thæåìng rq ráút nhoí coï thãø boí qua. Hçnh 2.15. Kyï hiãûu vaì maûch tæång Âæång cuía thaûch anh + Thaûch anh âæåüc cáúu taûo tæì SiO2, âæåüc sæí duûng khi yãu cáöu maûch dao âäüng coï táön säú äøn âënh cao vç hãû säú pháøm cháút Q cuía noï ráút låïn. + Thaûch anh coï tênh cháút aïp âiãûn : Âiãûn træåìng - sinh dao âäüng cå hoüc vaì dao âäüng cå hoüc - sinh ra âiãûn têch. Do âoï coï thãøduìng thaûch anh nhæ mäüt khung cäüng hæåíng. Boí qua rq (rq = 0) thç tråí khaïng tæång âæång cuía thaûch anh âæåüc xaïc âënh : ⎛ 1 ⎞ 1 ⎜ jωL + ⎟. ⎜ q jωc ⎟ jωc 2 ⎝ q ⎠ q ω Lq c −1 Zq = X q = j 2 (*) 1 1 ω(Cp + Cp − ω Lq .C p .Cq ) + jωLq + jωLq jωcq Goüi fdâ laì táön säú dao âäüng cuía 1 maûch Tæì (*) thaûch anh coï 2 táön säú cäüng hæåíng: - Táön säú cäüng hæåíng näúi tiãúp fq æïng våïi Zq = 0 1 f q = 2π Lq .Cq Nãúu fdâ fp ⇔ TA ⇔ C - Táön säú cäüng hæåíng song song : fp æïng våïi Zq = ∞
39. 39 1 Cq + Cq 1 Cq f = = = f q 1+ 2π Lq Cq Cp 2π LCtd Cp Cq C p Trong âoï : C td = Cq näúi tiãúp Cp Cq + Cp Khi Cp >> Cq => fp ≈ fq jXq Caïc thäng säú âàûc træng cuía T.A: fq : 1 KH3 ÷ 100MH3 r q ~ 0 Näúi tiãúp Song song Lq ⇒ R td = ráút låïn Cqrq fp f fq Lq C Cq q 4 5 Q = R td = =10 ÷10 ráút låïn Lq rq Âäü äøn âënh táön säú : Hçnh 2.16. Âàûc tênh âiãûn khaïng cuía thaûch anh ∆f ≈ 10 −6 ÷10 −8 f 0 Âãø thay âäøi táön säú cäüng hæåíng cuía thaûch anh trong mäüt phaûm vi heûp, ngæåìi ta màõc näúi tiãúp thaûch anh våïi mäüt tuû biãún âäøi Cs nhæ hçnh veî. CS q Hçnh 2.17 Táön säú cäüng hæåíng näúi tiãúp cuía noï : / Cq f q = f q 1+ Cq + Cs Læåüng thay âäøi táön säú do màõc thãm Cs vaìo: / ∆f f q − f q Cq 1 Cq = = 1+ −1 = f q f q C p + Cs 2 Cq + Cs
40. 40 2.5.4.2. Maûch âiãûn bäü taûo dao âäüng vuìng thaûch anh våïi táön säú cäüng hæåíng song song Vcc Rc C1 q R CS b Re Ce C2 Hçnh 2.18. Maûch bäü dao âäüng duìng thaûch anh våïi táön säú cäüng hæåíng song song Nhaïnh thaûch anh màõc näúi tiãúp våïi tuû Cs tæång âæång våïi 1 âiãûn caím âãø maûch coï thãø dao âäüng dæåïi daûng 3 âiãøm âiãûn dung. Luïc âoï phaíi choün thaûch anh sao cho: 1 fq < fdd < fp vaì < ωdd L td ωdd cs 2.5.4.3. Maûch âiãûn bäü taûo dao âäüng duìng thaûch anh våïi táön säú cäüng hæåíng näúi tiãúp Cs q q C1 L3 C R R 2 2 1 Re Ce Re C3 R1 R2 Vcc V cc Hçnh 2.19. Maûch dao âäüng duìng thaûch anh våïi Hçnh 2.20. Maûch dao âäüng thaûch anh våïi táön säú táön säú cäüng hæåíng näúi tiãúp, gheïp biãún aïp, EC cäüng hæåíng näúi tiãúp, ba âiãøm âiãûn dung, BC
41. 41 T T C1 1 q 2 Ck Lk R1 R2 Re Rc R3 R4 Re Vcc Hçnh 2.21. Maûch bäü dao âäüng duìng thaûch anh våïi táön säú cäüng hæåíng näúi tiãúp häöi tiãúp qua hai táöng khuãúch âaûi Trong 3 så âäö trãn, thaûch anh âæåüc màõc häöi tiãúp vaì âoïng vai troì nhæ 1 phán tæí gheïp coï tênh choün loüc âäúi våïi táön säú. Khi fdâ ~ fq (näúi tiãúp) thç tråí khaïng Xq = 0 - haû aïp trãn thaûch anh nhoí laìm âiãûn aïp häöi tiãúp vãö tàng lãn vaì maûch taûo ra dao âäüng våïi táön säú fdd ~ fq 2.5.5. Maûch âiãûn caïc bäü taûo dao âäüng RC Âàûc âiãøm chung cuía caïc bäü taûo dao âäüng RC: 1. Thæåìng duìng åí phaûm vi táön säú tháúp thay cho caïc bäü LC vç kêch thæåïc cuía bäü taûo dao âäüng LC åí táön säú tháúp quaï låïn. 2. Khäng coï cuäün caím, do âoï coï thãø chãú taûo noï dæåïi daûng vi maûch 3. Trong bäü dao âäüng RC - fdd tè lãû våïi 1/C, coìn trong bäü dao âäüng LC thç fdd tè lãû 1 våïi trong bäü dao âäüng RC dãù daìng thay âäøi fdd våïi bäü dao âäüng LC C 4. Yãu cáöu bäü dao âäüng RC laìm viãûc åí chãú âäü A âãø giaím meïo 5. Vç kháu häöi tiãúp (gäöm caïc phán tæí R,C) phuû thuäüc táön säú, nãn maûch seî taûo âæåüc dao âäüng taûi táön säú maì âiãöu kiãûn pha âæåüc thoía maîn Bäü dao âäüng RC duìng maûch di pha trong maûch häöi tiãúp: R1 C C C R2 Vr V1 R R R V2 I1 I2 I3 Hçnh 2.22. Maûch dao âäüng RC
42. 42 Hãû phæång trçnh : ⎛ 1 ⎞ & ⎜ + R⎟I1 − RI 2 = V1 ⎝ jωC ⎠ ⎛ 1 ⎞ − RI1 + ⎜ + 2R⎟I 2 − RI 3 = 0 ⎝ jωC ⎠ ⎛ 1 ⎞ − RI 2 + ⎜ + 2R⎟I 3 = 0 ⎝ jωC ⎠ & RI 3 = V2 Hãû säú truyãön âaût cuía maûch : V& 5 ⎡ 1 6 ⎤ K = 1 = 1− + j − & 2 ⎢ 3 ⎥ V2 (ωRC) ⎣(ωRC) ωRC ⎦ 1 * Pháön aío = 0 ⇒ ω = 6.RC 1 Thay ⇒ ω = vaìo pháön thæûc ta tênh âæåüc âiãöu kiãûn cán bàòng biãn âäü : 6.RC 5 K = 1− = 1− 30 = 29 (ωR.C) 2 R1 ⇒ K = = 29 ⇒ R1 = 29R2 R2 Maûch dao âäüng duìng maûch loüc T vaì T - keïp trong maûch häöi tiãúp : R C C 2 3 C C 1 2 1 V1 R R V2 C/2 2R V1 R V2 Hçnh 2.23. Maûch bäü dao âäüng duìng maûch loüc T vaì T keïp trong häöi tiãúp • Våïi maûch loüc T, viãút phæång trçnh doìng âiãûn cho nuït 1 vaì 2, tæì âoï xaïc âënh âæåüc hãû säú truyãön âaût:
43. 43 − − 2 U r a −1+ j2a 1 H ht = = trong do a = − a 2 −1+ j3a ωRC U v ⎪⎧ (a 2 −1) 2 + 4a 2 ⎨K ht = ⎪ (a 2 −1) 2 + 9a 2 ⎩ a(1− a 2 ) ϕ = arctg ht (a 2 −1) 2 + 6a 2 1 ϕ = 0 khi a = 1 tæïc ω = ht dd RC Thay a = 1 vaìo kht ta tçm âæåüc : 2 K = K = ht htmun 3 • Våïi maûch loüc T keïp: 2 V2 a −1 1 K ht = = 2 våïi a = V1 (a −1) + j4a ωRC Tæì âoï ta suy ra : 2 phæång trçnh Module vaì pha: a 2 −1 K ht = 2 2 2 (a −1) +16a − 4a 4a ϕ = arctg = arctg ht a 2 −1 1− a 2 1 π Khi a = 1 ⇒ ω = vaì ϕ = ± dd RC ht 2 Vaì Kht = Khtmun = 0 • Maûch taûo dao âäüng vuìng KÂTT coï maûch T trong maûch näúi tiãúp: Vr R R1 C C R R2 Hçnh 2.24. Maûch bäü dao âäüng duìng KÂTT ìcoï maûch loüc T trong maûch häöi tiãúp
44. 44 R1, R2 : Maûch häöi tiãúp dæång; T : Häöi tiãúp ám 2 Taûi ω : K (−) = dd ht 3 Vç Ko cuía KÂTT ráút låïn => K = K (−) vaì ht( + ) ht R 2 K = 2 = ⇒ R = 2R ht( + ) 2 1 R1 + R 2 3 Chênh laì âiãöu kiãûn cán bàòng biãn âäü cuía maûch.
45. 44 CHÆÅNG 3 ÂIÃÖU CHÃÚ 3.1. Âënh nghéa Âiãöu chãú laì quaï trçnh ghi tin tæïc vaìo 1 dao âäüng cao táön âãø chuyãøn âi xa nhåì biãún âäøi mäüt thäng säú naìo âoï (vê duû : biãn âäü, táön säú, goïc pha, âäü räüng xung ) Tin tæïc goüi laì tên hiãûu âiãöu chãú, dao âäüng cao táön goüi laì taíi tin. Dao âäüng cao táön mang tin tæïc goüi laì dao âäüng cao táön âaî âiãöu chãú. Coï 2 loaûi âiãöu chãú; âiãöu biãn vaì âiãöu táön (gäöm âiãöu táön vaì âiãöu pha). 3.2. Âiãöu biãn • Âiãöu biãn laì quaï trçnh laìm cho biãn âäü taíi tin biãún âäøi theo tin tæïc. Giaí sæí tin tæïc Vs vaì taíi tin Vt âãöu laì dao âäüng âiãöu hoìa: vS = VS cosωSt vaì vt = Vt cosωtt våïi ωt >> ωS Do âoï tên hiãûu âiãöu biãn: Vâb = (Vt + Vscosωst ) cosωtt = Vt (1 + mcosωst) cosωtt (1) m m → V = V .cosω t + V .cos(ω + ω )t + V cos(ω + ω )t db t t 2 t t s 2 t t s Vâb t Hçnh 3.1. Âäö thë thåìi gian tên hiãûu âiãöu biãn Vâb V t 1/2 mVt 1/2 mVt ωt - ωs ωt ωt + ωs ω Hçnh 3.2 Phäø tên hiãûu âiãöu biãn
46. 45 Phäø cuía tên hiãûu âiãöu biãn coï daûng nhæ hçnh 3.2. Khi tên hiãûu âiãöu chãú coï phäø biãún thiãn tæì ωS min ÷ωS max thç phäø cuía tên hiãûu âiãöu biãn coï daûng nhæ hçnh 3.3 V âb Vt ωt - ωsmax ωt - ωsmin ωt ωt + ωsmin ωt + ωsmax ω Hçnh 3.3 Phäø tên hiãûu âiãöu biãn • Quan hãû nàng læåüng trong âiãöu biãn: Cäng suáút taíi tin laì cäng suáút bçnh quán trong 1 chu kyì cuía taíi tin: 2 2 T 2 Vhd 1 1 2 2 Vt P~t = I hd R = = . Vt .sin ωdt = R R T ∫0 2R V 2 => P ~ t ~t 2 1 m.V 1 V 2 m2 Tæång tæû: P ~ ( t ) 2 = m2 . t = .P ~bt 2 2 4 2 4 ~t Cäng suáút cuía tên hiãûu âaî âiãöu chãú biãn laì cäng suáút bçnh quán trong mäüt chu kyì cuía tên hiãûu âiãöu chãú: m 2 P = P + 2P = P (1+ ) ~db ~t ~bt ~t 2 m caìng låïn thç P~âb caìng låïn 3P 1 Khi m = 1 → P = ~t vaì → P = P ~db 2 ~bt 4 ~t Tæì biãøu thæïc (1) suy ra: Vâbmax = Vt (1+m) 1 Do âoï P ~ (1 + m) 2 V 2 ~max 2 t • Caïc chè tiãu cå baín cuía dao âäüng âaî âiãöu biãn 3.2.1 Hãû säú meïo phi tuyãún
47. 46 2 2 I I (ωt ± 2ωs ) + I (ωt ± 3ωs ) + t K = A I(ωt ± ωs ) I (ωt ± nωS) (n ≥ 2 ): Biãn âäü doìng âiãûn æïng våïi haìi báûc cao cuía tên hiãûu âiãöu chãú. B I (ωt ± ωS) : Biãn âäü caïc thaình pháön biãn táön Trong âoï: It : biãn âäü tên hiãûu ra VS : giaï trë tæïc thåìi cuía tên hiãûu vaìo V A : giaï trë cæûc âaûi Hçnh 3.4. Âàûc tênh âiãöu chãú ténh B : taíi tin chæa âiãöu chãú Âæåìng âàûc tuyãún thæûc khäng thàóng taûo ra caïc haìi báûc cao khäng mong muäún. Trong âoï âaïng læu yï nháút laì caïc haìi (ωt ± 2ωS) coï thãø loüt vaìo caïc biãn táön maì khäng thãø loüc âæåüc. Âãø giaím K thç phaíi haûn chãú phaûm vi laìm viãûc cuía bäü âiãöu chãú trong âëa thàóng cuía âàûc tuyãún. Luïc âoï luäüc phaíi giaím hãû säú âiãöu chãú m. 3.2.2 Hãû säú meïo táön säú m Goüi : mo : hãû säú âiãöu chãú låïn nháút m : Hãû säú âiãöu chãú taûi táön säú âang xeït. Hãû säú meïo táön säú âæåüc xaïc âënh theo biãøu thæïc : m m m 0 M = o Hoàûc M = 20logM m dB Âãø âaïnh giaï âäü meïo táön säú naìy, ngæåìi ta càn Fs cæï vaìo âàûc tuyãún biãn âäü vaì táön säú: Hçnh 3.5. Âàûc tênh biãn âäü táön säú m = f(Fs) Vs = cte • Phæång phaïp tênh toaïn maûch âiãöu biãn : Hai nguyãn tàõc xáy dæûng maûch âiãöu biãn : - Duìng pháön tæí phi tuyãún cäng taíi tin vaì tên hiãûu âiãöu chãú trãn âàûc tuyãún cuía pháön tæí phi tuyãún âoï. - Duìng phán tæí tuyãún tênh coï tham säú âiãöu khiãøn âæåüc. Nhán taíi tin vaì tên hiãûu âiãöu chãú nhåì phán tæí tuyãún tênh âoï. 3.2.3 Âiãöu biãn duìng phán tæí phi tuyãún
48. 47 Pháön tæí phi tuyãún âæåüc duìng âãø âiãöu biãn coï thãø laì âeìn âiãûn tæí, baïn dáùn, caïc âeìn coï khê, cuäüc caím coï loîi sàõt hoàûc âiãûn tråí coï trë säú biãún âäøi theo âiãûn aïp âàût vaìo. Tuìy thuäüc vaìo âiãøm laìm viãûc âæåüc choün trãn âàûc tuyãún phi tuyãún, haìm säú âàûc træng cuía pháön tæí phi tuyãún coï thãø biãøu diãùn gáön âuïng theo chuäùi Taylo khi chãú âäü laìm viãûc cuía maûch laì chãú âäü A (θ = 180o) hoàûc phán têch theo chuäùi Fourrier khi chãú âäü laìm viãûc cuía maûch coï goïc càõt θ < 180o ( chãú âäü AB, B, C) D ♠ Træåìng håüp 1: ÂIÃÖU BIÃN ÅÍ CHÃÚ ÂÄÜ A θ = 180o Vt Rt Maûch laìm viãûc åí chãú âäü A nãúu thoía maîn âiãöu kiãûn: CS Vt + Vs < E o (*) + Khai triãøn doìng iD theo chuäùi Taylor: EO 2 3 iD = a1vD + a2vD + a3vD (1) Vs Våïi vD : âiãûn aïp trãn Diode D vaì trãn taíi Rt Hçnh 3.6. Maûch âiãöu chãú duìng Diode Våïi: vD = Eo + Vtcosωtt + Vscosωst iD iD ωS 2ωS 3ωS ωt - 3ωS ωt - 2ωS ωt - ωS vD t ωt ω + ω E t S 0 v ω + 2ω D t S ωt + 3ωS 2ωt - 2ωS 2ωt - ωS 2ωt 2ωt + ωS 2ωt + 2ωS t Hçnh 3.7. Âàûc tuyãún cuía diode vaì âäö thë Hçnh 3.8. Phäø tên hiãûu âiãöu biãn thåìi gian cuía tên hiãûu vaìo ra khi laìm viãûc åí chãú âäü A
49. 48 Thay uD vaìo biãøu thæïc (1) ta nháûn âæåüc : 2 iD = a1(E0 + Vtcosωtt + Vscosωst) + a2 (E0 + Vtcosωtt + Vscosωst) + 3 + a3( E0 + Vtcosωtt + Vscosωst ) + (2) Khai triãøn (2) vaì boí qua caïc säú haûng báûc cao n ≥ 4 seî coï kãút quaí maì phäø cuía noï âæåüc biãøu diãùn nhæ hçnh 3.8. Khi a3 = a 4 = a5 = a2n+1 = 0 (n = 1,2,3) nghéa laì âæåìng âàûc tênh cuía pháön tæí phi tuyãún laì 1 âæåìng cong báûc 2 thç tên hiãûu âiãöu biãn khäng bë meïo phi tuyãún. Âãø thoía maîn âiãöu kiãûn (*) maûch laìm viãûc chãú âäü A thç m phaíi nhoí vaì haûn chãú cäng suáút ra. Chênh vç váûy maì ngæåìi ta ráút êt khi duìng âiãöu biãn chãú âäü A. ♠ Træåìng håüp 2: ÂIÃÖU BIÃN CHÃÚ ÂÄÜ AB, B hoàûc C θ 0 S : Häùø dáùn cuía âàûc tuyãún Choün âiãøm laìm viãûc ban âáöu trong khu tàõt cuía Diode (chãú âäü C). iD iD E vD o ωt v D D Vt Rt CS + EO ωt Vs Hçnh 3.10. Âàûc tuyãún cuía diode vaì âäö thë cuía tên hiãûu vaìo ra khi laìm viãûc åí chãú âäü C Hçnh 3.9. Maûch âiãöu chãú duìng Diode
50. 49 Doìng qua diode laì 1 daîy xung hçnh sine, nãn coï thãø biãøu diãùn iD theo chuäùi Fourier nhæ sau : iD = I0 + i1 + i2 + in + = Io + I1cosωtt + I2cos2ωtt + I3cos3ωtt + + Incosnωtt (1) I0 : thaình pháön doìng âiãûn mäüt chiãöu. I1: biãn âäü thaình pháön doìng âiãûn cå baín âäúi våïi taíi tin I2, I3 In : biãn âäü thaình pháön doìng âiãûn báûc cao âäúi våïi taíi tin I0, I1 I3 In : âæåüc tênh toaïn theo biãøu thæïc cuía chuäùi Fourrier : 1 θ I 0 = iD .dωt t π ∫c 2 θ I1 = iD .cosωt t.dω t t π ∫c (2) 2 θ I n = iD cos nωt t.dω t t π ∫c Theo biãøu thæïc (*) ta coï thãø viãút : iD = S.vD = S( -E0 + VScosωst + Vtcosωtt ) (3) Khi ωtt = θ thç iD = 0 : 0 = S.vD = S( -E0 + VScosωst + Vtcosθ ) (4) Láúy (3) - (4) => iD = SVt ( cosωtt − cosθ ) 2 θ I1 = SVt ( cosωtt − cosθ ). cosωtt. dωtt π ∫o 2 θ ⎡1+ cos2ω t ⎤ = SV . t − cosθ. cosω t dω t ∫ t ⎢ t ⎥ t π 0 ⎣ 2 ⎦ θ (5) 2SV ⎛ 1 sin 2ω t θ ⎞ = t ⎜ θ + t − cosθ.sinω t ⎟ ⎜ t 0 ⎟ π ⎝ 2 4 0 ⎠ 2SV 1 1 SV 1 = t ( θ − sin 2θ ) = t (θ − sin 2θ ) π 2 4 π 2 SV 1 i = t (θ − sin 2θ )cosω t (6) 1 π 2 t − E +V .cosω t E −V .cosω t ÅÍ âáy θ âæåüc xaïc âënh tæì biãøu thæïc (4) : cosθ = o s s = o s s (7) Vt Vt Tæì biãøu thæïc (6) vaì (7) biãn âäü cuía thaình pháön doìng âiãûn cå baín biãún thiãn theo tên hiãûu âiãöu chãú (Vs).
51. 50 3.2.4 Âiãöu biãn duìng phán tæí tuyãún tênh coï tham säú thay âäøi Âáy laì quaï trçnh nhán tên hiãûu duìng bäü nhán tæång tæû E0 VS(t) = ~ K = 1 Vâb ~ Vt(t) Hçnh 3.11. Maûch âiãöu biãn duìng pháön tæí tuyãún tênh vâb = (Eo + VS.cosωst) . Vt.cosωtt V .V V .V v = E V .cosω t + t s cos (ω + ω ) t + t s cos (ω - ω ) t âb o t t 2 t s 2 t s • Caïc maûch âiãöu biãn cuû thãø : a. Âiãöu biãn cán bàòng duìng diode D1 i1 i = i - i 1 2 Cb vS vdB i C D2 2 b EO vt Hçnh 3.12. Maûch âiãöu chãú cán bàòng duìng diode Âiãûn aïp âàût lãn D1, D2 : ⎧v1 = VS cosωs t + Vt .cosωt t ⎨ (1) ⎩v 2 = −VS cosωs t + Vt .cosωt t Doìng âiãûn qua diode âæåüc biãøu diãùn theo chuäùi Taylo : 2 3 ⎪⎧i1 = ao + a1v1 + a2v1 + a3v1 + ⎨ 2 3 (2) ⎩⎪i2 = ao + a1v2 + a2v2 + a3v2 + Doìng âiãûn ra : i = i1 - i2 (3) Thay (1), (2) vaìo (3) vaì chè láúy 4 vãú âáöu ta nháûn âæåüc biãøu thæïc doìng âiãûn ra :
52. 51 i = A cos ωst + B cos 3ωst + C [cos (ωt + ωs) t + cos (ωt - ωs) t] + D [cos (2ωt + ωs) t + cos (2ωt - ωs) t] (4) ⎧ ⎛ V 2 ⎞ ⎜ 2 S ⎟ ⎪A = VS ⎜2a1 + 3a3Vt + a3 ⎟ ⎪ ⎝ 2 ⎠ Trong âoï : ⎨ ⎪ a V 2 V B = 3 S , C = 2a V .V , D = 3a .V . t ⎩⎪ 2 2 S t 3 S 2 ωt - ωs ωt + ωs ωt - 3ωs ωt + 3ωs 2ωt - ωs 2ωt + ωs ωs 3ωs ωt 2ωt Hçnh 3.13. Phäø tên hiãûu âiãöu biãn cán bàòng b. Maûch âiãöu biãn cán bàòng duìng 2BJT VCC vt VS vdb Hçnh 3.14. Maûch âiãöu biãn cán bàòng duìng 2 BJT Kãút quaí cuîng tæång tæû nhæ træåìng håüp trãn. c. Maûch âiãöu chãú voìng D1 D3 Cb vS D vdb 4 D Cb 2 D ~ Vt Hçnh 3.15. Maûch âiãöu chãú voìng
53. 52 Goüi : iI laì doìng âiãûn ra cuía maûch âiãöu chãú cán bàòng gäöm D1, D2 iII laì doìng âiãûn ra cuía maûch âiãöu chãú cán bàòng gäöm D3, D4 ωt - ωs ωt + ωs ωt Hçnh 3.16. Phäø tên hiãûu âiãöu chãú cán voìng Theo cäng thæïc (4) åí muûc trãn (âiãöu biãn cán bàòng duìng diode) ta coï âæåüc biãøu thæïc tênh iI : iI = A cosωst + B cos 3ωst + C [cos (ωt + ωs) t + cos (ωt - ωs) t] + D [cos (2ωt + ωs) t + cos (2ωt - ωs) t] (*) Ta coï : iII = iD3 - iD4 (1) Trong âoï : i = a + a v + a v 2 + a v 3 + D3 o 1 3 2 3 3 3 (2) 2 3 i D4 = a o + a 1 v 4 + a 2 v 4 + a 3 v 4 + Våïi v3, v4 laì âiãûn aïp âàût lãn D3, D4 vaì âæåüc xaïc âënh nhæ sau : v = −V cos ω t − V cos ω t 3 t t s s (3) v 4 = −V t cos ω t t + Vs cos ω s t Thay (3) vaìo (2) vaì sau âoï thay vaìo (1), âäöng thåìi láúy 4 vãú âáöu ta âæåüc kãút quaí : iII = - A cosωst - B cos 3ωst + C [cos (ωt + ωs) t + cos (ωt - ωs) t] - D [cos (2ωt + ωs) t + cos (2ωt - ωs) t] ⇒ idB = iI + iII = 2C [cos (ωt + ωs) t + cos (ωt - ωs) t] (4) Váûy : maûch âiãöu chãú voìng coï thãø khæí âæåüc caïc haìm báûc leí cuía ωs vaì caïc biãn táön cuía 2ωst, do âoï meïo phi tuyãún ráút nhoí. 3.3. Âiãöu chãú âån biãn 3.3.1. Khaïi niãûm Phäø tên hiãûu âaî âiãöu biãn gäöm taíi táön vaì hai daíi biãn táön, trong âoï chè coï caïc biãn táön mang tin tæïc. Vç hai daíi biãn táön mang tin tæïc nhæ nhau (vãö biãn âäü vaì táön säú) nãn chè cáön truyãön âi mäüt biãn táön laì âuí thäng tin vãö tin tæïc, coìn taíi táön thç âæåüc neïn træåïc khi truyãön âi. Quaï trçnh âoï goüi laì âiãöu chãú âån biãn. Æu âiãøm cuía âiãöu chãú dån biãn so våïi âiãöu chãú hai biãn : - Âäü räüng daíi táön giaím âi mäüt næía.
54. 53 - Cäng suáút phaït xaû yãu cáöu tháúp hån våïi cuìng mäüt cæû ly thäng tin. - Taûp ám âáöu thu giaím do daíi táön cuía tên hiãûu heûp hån, m Biãøu thæïc cuía âiãöu chãú âån biãn :V (t) = V . . cos (ω + ω ) t âb t 2 t s V m : hãû säú neïn taíi tin, m = s , m coï thãø nháûn giaï trë tæì 0 → ∞ Vt 3.3.2. Caïc phæång phaïp âiãöu chãú âån biãn 3.3.2.1. Âiãöu chãú theo phæång phaïp loüc f ± (f + f ) t2 t1 S vS(t) f ± f ft1 + fS ft2 + ft1 + fS t1 S LOÜC2 ÂCCB1 LOÜC1 ÂCCB1 ft1 ft2 Dao âäüng Dao âäüng Hçnh 3.17. Så âäö khäúi maûch âiãöu chãú theo phæång phaïp loüc Âàût : ∆fs = fs max - fs min ft1 : táön säú cuía taíi táön thæï nháút ft1 : táön säú cuía taíi táön thæï hai ∆f f − f x = s = s maî s min : hãû säú loüc cuía bäü loüc. f t f t Trong så âäö khäúi trãn âáy, træåïc tiãn ta duìng mäüt táön säú dao âäüng ft1 khaï nhoí so våïi daíi táön yãu cáöu ft2 âãø tiãún haình âiãöu chãú cán bàòng tên hiãûu vaìo Vs(t). Luïc âoï hãû säú loüc tàng lãn âãø coï thãø loüc boí âæåüc mäüt biãn táön dãù daìng. Trãn âáöu ra bäü loüc thæï nháút seî nháûn âæåüc mäüt tên hiãûu ccoï daíi phäø bàòng daíi phäø cuía tên hiãûu vaìo. ∆fs = fs max - fs min, nhæng dëch mäüt læåüng bàòng ft1 trãn thang táön säú, sau âoï âæa âãún bäü âiãöu chãú cán bàòng thæï hai maì trãn âáöu ra cuía noï laì tên hiãûu phäø gäöm hai biãn táön caïch nhau mäüt khoaíng ∆f ‘ = 2 (ft1 + fs min) sao cho viãûc loüc láúy mäüt daíi biãn táön nhåì bäü loüc thæï hai thæûc hiãûn mäüt caïch dãù daìng. 3.3.2.2. Âiãöu chãú âån biãn theo phæång phaïp quay pha Tên hiãûu ra cuía 2 bäü âiãöu chãú cán bàòng: 1 V = V cosω t cosω t = V [cos (ω + ω ) t + cos (ω - ω ) t] CB1 CB s t 2 CB t s t s 1 V = V sinω t sinω t = V [- cos (ω + ω ) t + cos (ω - ω ) t] CB2 CB s t 2 CB t s t s
55. 54 vCB2 v 0 Cáöu Diode S 0 MAÛCH 900 ÂCCB1 MAÛCH VDB ÂIÃÛN v CB2 TÄØNG 0 Cáöu Diode vt 0 HOÀÛC 900 ÂCCB2 HIÃÛU Hçnh 3.18. Så âäö maûch âiãöu chãú âån biãn theo phæång phaïp pha Hiãûu hai âiãûn aïp ta seî coï biãn táön trãn : ⇒ VDB = VCB1 - VCB2 = VCB cos (ωt + ωs) t Täøng hai âiãûn aïp ta seî coï biãn táön dæåïi : ⇒ VDB = VCB1 + VCB2 = VCB cos (ωt - ωs) t 3.4 Âiãöu táön vaì âiãöu pha 3.4.1. Quan hãû giæîa âiãöu táön vaì âiãöu pha dϕ ω = (1) dt Våïi taíi tin laì dao âäüng âiãöu hoìa : V(t) = Vt . cos (ωtt + ϕo) = Vt . cos ϕ (t) (2) Tæì (1) ruït ra : t ϕ (t) = ∫ ω(t).dt + ϕ(t) (3) o Thay (3) vaìo (2), ta âæåüc : t v(t) = Vt. cos [ ∫ ω(t).dt + ϕ(t) ] (4) o Giaí thiãút tên hiãûu âiãöu chãú laì tên hiãûu âån ám : vs = Vs cos ωtt (5) Khi âiãöu táön vaì âiãöu pha thç ω (t) vaì ϕ (t) âæåüc xaïc âënh theo caïc biãøu thæïc : ω (t) = ωt + Kât Vs cos ωtt (6)
56. 55 ϕ (t) = ϕo + Kâf Vs cos ωtt (7) ωt : táön säú trung tám cuía tên hiãûu âiãöu táön. Kât.Vs = ∆ωm : læåüng di táön cæûc âaûi Kâf.Vs = ∆ϕm : læåüng di pha cæûc âaûi ω(t) = ωt + ∆ωm cos ωtt (8) ϕ (t) = ϕo + ∆ϕm cos ωtt (9) Khi âiãöu táön thç goïc pha âáöu khäng âäøi, do âoï ϕ(t) = ϕo. Thay (8), (9) vaìo (4) vaì têch phán lãn, ta nháûn âæåüc : ∆ωm vât(t) = Vt . cos (ωtt + sin ωtt + ϕo) (10) ωs Tæång tæû thay ϕ (t) trong (9) vaìo (4) vaì cho ω = ωt = cte ta coï : vâf(t) = Vt.cos (ωtt + ∆ϕm cosωtt + ϕo) (11) Læåüng di pha âaût âæåüc khi âiãöu pha : ∆ϕ = ∆ϕm cosωtt Tæång tæû våïi læåüng di táön : d∆ϕ ∆ω = = ∆ϕ ω .sin ω t dt m s s Læåüng di táön cæûc âaûi âaût âæåüc khi âiãöu pha : ∆ωm = ωs. ∆ϕm = ωs.Kâf.Vs (12) Læåüng di táön cæûc âaûi âaût âæåüc khi âiãöu táön : ∆ωm = Kât.Vs (13) Tæì (12) vaì (13) ta tháúy ràòng : âiãøm khaïc nhau cå baín giæîa âiãöu táön vaì âiãöu pha laì: - Læåüng di táön khi âiãöu pha tè lãû våïi Vs vaì ωs - Læåüng di táön khi âiãöu táön tè lãû våïi Vs maì thäi. Tæì âoï ta coï thãø láûp âæåüc hai så âäö khäúi minh hoüa quaï trçnh âiãöu táön vaì âiãöu pha : Têch phán Âiãöu pha T/h âiãöu táön vS v S Âaûo haìm Âiãöu táön T/h âiãöu pha Hçnh 3.19. Så âäö khäúi quaï trçnh âiãöu pha va âiãöu táön
57. 56 3.4.2. Phäø cuía dao âäüng âaî âiãöu táön vaì âiãöu pha ∆ϕm Trong biãøu thæïc (10), cho ϕo = 0, âàût = Mf goüi laì hãû säú âiãöu táön, ta seî coï ωs biãøu thæïc âiãöu táön : vât = Vt cos [ωtt + Mf.sin ωtt] (14) Tæång tæû, ta coï biãøu thæïc cuía dao âäüng âaî âiãöu pha : vâf = Vt cos [ωtt + M. cos ωtt] (15) Trong âoï : M = ∆ϕm Thäng thæåìng tên hiãûu âiãöu chãú laì tên hiãûu báút kyì gäöm nhiãöu thaình pháön táön säú. Luïc âoï tên hiãûu âiãöu chãú táön säú vaì âiãöu chãú pha coï thãø biãøu diãùn täøng quaït theo biãøu m thæïc : Vdt = Vt cos [ωtt + ∑ ∆M i cos(ωSit + ϕi ) ] i=1 m Phäø cuía tên hiãûu âiãöu táön gäöm coï táút caí caïc thaình pháön táön säú täø håüp : ωt + ∑µ i ωSi i=1 Våïi µi laì mäüt säú nguyãn hæîu tè; - ∞ ≤ µi ≤ ∞ 3.4.3 Maûch âiãöu táön vaì âiãöu pha 3.4.3.1 Âiãöu táön duìng diode biãún dung CV C1 RFC R1 + L Rv V Cv C2 VV Hçnh 3.20. Maûch âiãöu táön duìng Diode biãún dung vaì âàûc tuyãún cuía CV L, Cv taûo thaình khung cäüng hæåíng dao âäüng cuía mäüt maûch dao âäüng C1 : tuû ngàn DC C2 : tuû thoaït cao táön âãø äøn âënh phán cæûc cho Cv RFC : cuäün caín cao táön R1 : trå í ngàn caïch giæîa maûch cäüng hæåíng vaì nguäön cung cáúp khi Rv thay âäøi → 1 VPC thay âäøi → CV thay âäøi theo laìm cho táön säú cäüng hæåíng riãng f = cuía 2π LCV khung cäüng hæåíng LCV thay âäøi, dáùn âãún quaï trçnh âiãöu táön.
58. 57 3.4.3.2 Âiãöu pha theo Amstrong →v âb1 ÂB1 vâb1 mVt2 V →v vS t2 Täøng vâb2 Di ÂB2 pha 900 mVt1 V → t1 vâb2 Hçnh 3.21. Maûch âiãöu pha theo Amstrong vaì âäö thë vectå cuía tên hiãûu Taíi tin tæì thaûch anh âæa âãún bäü âiãöu biãn 1 (ÂB1) vaì âiãöu biãn 2 (ÂB2) lãûch pha o 90 , coìn tên hiãûu âiãöu chãú vs âæa âãún hai maûch âiãöu biãn ngæåüc pha. Âiãûn aïp ra trãn hai bäü âiãöu pha : vâb1 = Vt1 (1 + m cos ωst) cos ωtt V cosω t − mV [cos(ω + ω )t + cos(ω + ω )t] =t1 t t1 t s t s 2 vâb2 = Vt2 (1 - m cos ωst) sinωtt V sin ω t − mV [sin(ω + ω )t + sin(ω + ω )t] = t 2 t t2 t s t s 2 → → → → → Âäö thë veïc tå cuía tên hiãûu V db1 vaì V db2 vaì veïc tå täøng cuía chuïng V = V db1 + V db2 laì mäüt dao âäüng âæåüc âiãöu chãú pha vaì biãn âäü. Âiãöu biãn åí âáy laì âiãöu biãn kyï sinh. Âãø haûn chãú âiãöu biãn kyï sinh → choün ∆ϕ nhoí (∆ϕ < 0,35) 3.4.3.3 Âiãöu táön duìng Transistor âiãûn khaïng Pháön tæí âiãûn khaïng : dung têch hoàûc caím tênh coï trë säú biãún thiãn theo âiãûn aïp âiãöu chãú âàût trãn noï âæåüc màõc song song våïi hãû dao âäüng cuía bäü dao âäüng laìm cho táön säú dao âäüng thay âäøi theo tên hiãûu âiãöu chãú. Phán tæí âiãûn khaïng âæåüc thæûc hiãûn nhåì mäüt maûch di pha trong maûch häöi tiãúp cuía BJT. Coï 4 caïch màõc phán tæí âiãûn khaïng nhæ hçnh veî.
59. 58 Caïch màõc Så âäö nguyãn lyï Tham säú tæång Âäö thë veïc tå Trë säú âiãûn khaïng maûch _ âæång _ VR I _ _ _ Maûch R _ V V I VC RC RC phán aïp Z = j.ω Ltd = S S RC C _ I Maûch R _ _ _ _ V I V R LS phán aïp V Z = - j. Ctd = L ωLS R RL L _ VR _ _ I _ VR I _ Maûch C _ _ V V VC 1 phán aïp Z = - j. C = RCS ω`RCS td CR R _ I Maûch L _ _ _ V L L phán aïp VL V _ Z = jω. Ltd = I RS RS LR R _ VR Våïi maûch phán aïp RC ta tênh âæåüc : V V Z = = (IC = S.VBE ⇒ IC luän luän cuìng phêa våïi VBE) I S.V BE 1 R + V j.ωC Z = = 1 1 j.ωC j.ωC S.V. 1 R + j.ωC
60. 59 1 1 Nãúu choün << R (håüp lyï vç tæång æïng våïi V ; R tæång æïng våïi V ) jωC jωC BE CB jωCR RC ⇒ ≅ = jX = jω td Våïi L = S L L td S Tham säú cuía âiãûn khaïng tæång âæång phuû thuäüc vaìo âäü häù dáùn S cuía BJT. ∆f Âiãöu táön duìng phán tæí âiãûn khaïng coï thãø âaût âæåüc læåüng di táön tæång âäúi laì f t khoaíng 2% • Så âäö bäü taûo dao âäüng âiãöu táön bàòng pháön tæí âiãûn khaïng phán aïp RC : Cb1 R T T Lc 1 2 Lk C Lgh ck Cb2 Cb3 R2 R3 Cb4 R1 VCC Hçnh 3.22. Så âäö maûch taûo dao däüng âiãöu táön pháön tæí âiãûn khaïng phán aïp RC T1 : BJT âiãûn khaïng; T2 : BJT dao âäüng
61. 60 CHÆÅNG 4 TAÏCH SOÏNG 4.1. Khaïi niãûm Taïch soïng laì quaï trçnh tçm laûi tên hiãûu âiãöu chãú. Tên hiãûu sau khi taïch soïng phaíi giäúng tên hiãûu âiãöu chãú ban âáöu. Thæûc tãú tên hiãûu âiãöu chãú vs sau khi qua âiãöu chãú vaì qua kãnh truyãön soïng âæa âãún bäü taïch soïng âaî bë meïo daûng thaình v’s. Do meïo phi tuyãún trong bäü taïch soïng nãn sau khi taïch soïng ta laûi nháûn âæåüc tên hiãûu v”s khaïc våïi v’s. do âoï v”s khaïc vs ban âáöu. Vç váûy chäúng meïo phi tuyãún laì mäüt trong nhæîng yãu cáöu cå baín cuía quaï trçnh taïch soïng. 4.2. Taïch soïng biãn âäü 4.2.1. Caïc tham säú cå baín 4.2.1.1. Hãû säú taïch soïng Tên hiãûu vaìo cuía bäü taïch soïng laì tên hiãûu âaî âiãöu biãn : vvTS = VvTS(t) . cos ωtt = VZt cos ωtt Trong âoï : VvTS(t) : biãún thiãn theo qui luáût cuía tin tæïc. Tên hiãûu ra bäü taïch soïng : VrTS(t) = KTS.VvTS(t) VrTS (t) Våïi: KTS = = hãû säú tè lãû vaì âæåüc goìi laì hãû säú taïch soïng VvTS (t) VrTS(t), VvTS(t) gäöm coï thaình pháön mäüt chiãöu vaì thaình pháön xoay chiãöu biãún thiãn cháûm theo thåìi gian: VrTS(t) = V’o + v’s VvTS(t) = V”o + v”s Chè cáön quan tám âãún thaình pháön biãún thiãn cháûm (mang tin tæïc) → hãû säú taïch soïng: " vs KTS = ' vs v’s vaì v”s laì âiãûn aïp vaìo vaì ra cuía bäü taïch soïng KTS caìng låïn thç hiãûu quaí taïch soïng caìng cao. Nãúu KTS = Cte thç v’’s tè lãû v’s vaì bäü taïch soïng khäng gáy meïo phi tuyãún, goüi laì bäü taïch soïng tuyãún tênh.
62. 61 4.2.1.2. Tråí khaïng vaìo cuía bäü taïch soïng VvTS ZvTS = IvTS Thäng thæåìng doìng vaì aïp lãûch pha → ZvTS laì mäüt säú phæïc. 4.2.1.3. Meïo phi tuyãún I 2 + I3 + Hãû säú meïo phi tuyãún : K = 2ZS 3ZS . 100% I ZS IZS, I2ZS, I3ZS biãn âäü thaình pháön cå baín vaì caïc haìi cuía tên hiãûu âiãöu chãú. Ta khäng quan tám âãún caïc doìng âiãûn cao táön (taíi táön vaì hai báûc cao cuía noï), vç trong maûch âiãûn bäü taïch soïng coï thãø dãù daìng loüc boí caïc thaình pháön naìy. 4.2.2. Maûch âiãûn bäü taïch soïng biãn âäü 4.2.2.1. Maûch taïch soïng biãn âäü bàòng maûch chènh læu D C C R D R a) Taïch soïng näúi tiãúp b) Taïch soïng song song Hçnh 4.1. Maûch têch soïng biãn âä bàòng maûch chènh læu Ta phán têch vaì tênh toaïn âäúi våïi så âäö taïch soïng näúi tiãúp. Khi tên hiãûu vaìo låïn thç âàûc tuyãún Volt - Ampe cuía diode : ⎧S VD VD ≥ 0 iD = ⎨ (1) ⎩0 VD < 0 iD = S.VD = S (Vâb - VC) (2) Våïi : Vâb = VT (1 + m cos ωSt) . cos ωtt = Vâb cos ωtt ⇒ iD = S (Vâb. cos ωtt - Vc) (3) Khi cos ωtt = θ thç iD = 0, thay vaìo biãøu thæïc (3) ta coï : 0 = S (Vâb. cos ωtt - Vc) (4) V ⇒ Goïc dáùn âiãûn cuía diode : cos θ = C (4’) Vdb 0
63. 62 i i D D Eo vD ωt vD ωt Hçnh 4.2. Âàûc tuyãún cuía diode vaì âäö thë cuía tên hiãûu vaìo ra khi laìm viãûc åí chãú âäü C Khai triãøn iD theo chuäùi Fourrier : iD = Io + I1 cos ωtt + I2 cos ωtt + + In cos ωtt (5) ⎧ 1 θ ⎪Io = i Ddωt t π ∫ ⎪ o ⎪ 2 θ Trong âoï : I = i cosω t dω t (6) ⎨ 1 ∫ D t t ⎪ π o ⎪ 2 θ ⎪I = i nω t dω t n ∫ D t t ⎩⎪ π o S.U Tênh bàòng caïch thay thãú dáön ta âæåüc :I = db (sin θ − θcosθ) (7) o π S.U I = db (θ − sin θcosθ) (8) 1 π Tæì doìng mäüt chiãöu Io ta tênh âæåüc âiãûn aïp ra trãn taíi : R.S V = R.I = V (sinθ - θ cosθ) (9) c o π db
64. 63 Thay (9) vaìo (4’), ta âæåüc : R.S cosθ = (sinθ - θ cosθ) (10) π π ⇒ tg θ - θ = (11) S.R Tæì (11) ta suy ra : Goïc âiãûn dáùn θ chè phuû thuäüc vaìo tham säú maûch âiãûn (S, R) maì khäng phuû thuäüc vaìo tên hiãûu vaìo. Do âoï taïch soïng tên hiãûu låïn laì taïch soïng khäng gáy meïo phi tuyãún. Chuï yï : phäø cuía doìng âiãûn iD gäöm coï caïc thaïnh pháön : mäüt chiãöu. ωt, ωs, ωt ± ωs, nωt ± ωs. Thäng thæåìng ωt >> ωs do âoï caïc thaình pháön ωt, ωt ± ωs, vaì nωt ± ωs âæåüc loaûi boí dãù daìng nhåì maûch loüc thäng tháúp. Chè coìn thaình pháön hæîu êch : iS = m.S.Vt. cosωt. Âãø traïnh meïo, træåïc khi taïch soïng cáön phaíi khuãúch âaûi âãø tên hiãûu âuí låïn âãø âaím baío chãú âäü taïch soïng tuyãún tênh. UC UC t Hçnh 4.3. Âäö thë theo thåìi gian cuía tên hiãûu træåïc vaì sau taïch soïng T = RC laì hàòng säú thåìi gian phoïng naûp cuía tuû âiãûn. Âãø âiãûn aïp ra taíi gáön våïi daûng âæåìng bao cuía âiãûn aïp cao táön åí âáöu vaìo, ta phaíi choün T = RC âuí låïn. Tuy nhiãn, nãúu choün C quaï låïn thç âiãûn aïp ra khäng biãún thiãn këp våïi biãn âäü âiãûn aïp vaìo gáy ra meïo tên hiãûu. 1 1 Täøng quaït ta choün : << RC << Trong hai så âäö trãn, så âäö taïch soïng näúi ωt ωs tiãúp coï âiãûn tråí vaìo låïn hån så âäö taïch soïng song song. Ngoaìi ra, trãn taíi cuía så âäö taïch soïng song song coìn coï âiãûn aïp cao táön, do âoï phaíi duìng bäü loüc âãø loüc noï. Vç nhæîng lyï do trãn nãn så âäö taïch soïng song song chè âæåüc duìng trong træåìng håüp cáön ngàn thaình pháön mäüt chiãöu tæì táöng træåïc âæa âãún.
65. 64 4.2.2.2 Taïch soïng biãn âäü duìng phán tæí tuyãún tênh tham säú vâb K vr vt Hçnh 4.4. Maûch têch soïng tên hiãûu duìng pháön tæí tuyãún tênh VdB = Vt (1 + m cosωst) . cosωtt vaì Vt = Vtcos (ωtt + ϕ) ⇒ Vr = VdB.Vt.K 2 KVt 2 ⎛1+ mcosωs t ⎞ ⇒ Vr = (1 + m cosωst) cosϕ + K. Vt ⎜ ⎟ .cos (2ωtt + ϕ) (1) 2 ⎝ 2 ⎠ Duìng maûch loüc thäng tháúp coï thãø taïch ra thaình pháön tæí hæîu êch : KV 2 V" = t (1 + m cosω t) . cosϕ) Nháûn xeït : S 2 s - Trong phäø âiãûn aïp ra khäng coï thaình pháön taíi táön - Muäún taïch âæåüc soïng ut phaíi coï táön säú bàòng táön säú taíi tin cuía t/h âaî âiãöu biãn - Biãn âäü âiãûn aïp âáöu ra phuû thuäüc vaìo goïc pha ϕ våïi ϕ laì goïc lãûch pha giæîa tên hiãûu cáön taïch soïng vaì taíi tin phuû. π - Khi ϕ = 0 ⇒ V" cæûc âaûi, khi ϕ = ± → V" = 0 S 2 S - Bäü taïch soïng væìa coï tênh choün loüc vãö biãn âäü, væìa coï choün loüc vãö pha goüi laì bäü taïch soïng biãn âäü pha - Âãø taïch soïng coï hiãûu quaí cáön phaíi âäöng bäü tên hiãûu vaìo vaìtaíi tin phuû vãö táön säú vaì goïc lãûch pha. Bäü taïch soïng naìy coìn coï tãn goüi laì bäü taïch soïng âäöng bäü. 4.2.3 Hiãûn tæåüng phaïch vaì hiãûn tæåüng cheìn eïp trong taïch soïng biãn âäü Âoï laì træåìng håüp trãn âáöu vaìo bäü taïch soïng biãn âäü coï hai dao âäüng cao táön: tên hiãûu vaì nhiãùu. 4.2.3.1 Hiãûn tæåüng phaïch → V2 Tên hiãûu : v1 = V1 cos ω1t ω2 Nhiãùu : v2 = V2 cos ω2t ∆ω → → → V = V1 + V2 = V(t) cos [ω1t + ϕ(t)] ’ → → → 0 V Xem V1 âæïng yãn thç V2 quay quanh 0’ våïi váûn täúc → → → ∆ω = ω2 - ω1. Vç V1 , V2 coï táön säú khäng cäú ϕ(t) V1 âënh nãn biãn âäü vectå täøng khäng cäú âënh. Aïp ω 1 duûng hãû thæïc læåüng trong tam giaïc thæåìng : 0
66. 65 2 2 V(t) = V1 + V2 + 2V1V2 cos ∆ωt V .sin ∆ω Hçnh 4.5. Så âä ö caïc vectå ϕ(t) = arctg . 2 t âiãûn aïp tên hiãûu V1 + V2 cos ∆ωt 2 V2 V2 VrTS = KTS.VvTS = KTS.V1 1+ 2 + 2 cos(∆ωt ) (*) V1 V1 Váûy âiãûn aïp biãún thiãn theo tên hiãûu ∆ω. Goüi laì hiãûn tæåüng phaïch. 4.2.3.2 Hiãûn tæåüng cheìn eïp Træåìng håüp hai dao âäüng cao táön taïc âäüng âäöng thåìi lã bäü taïch soïng coï biãn âäü chãnh lãûch nhau nhiãöu goüi laì hiãûn tæåüng cheìn eïp. Tên hiãûu låïn cheìn tên hiãûu beï, biãøu hiãûn tênh choün loüc theo biãn âäü cuía bäü taïch soïng. Chàóng haûn våïi biãøu thæïc (*) åí trãn ta tháúy khi biãn âäü tên hiãûu V1 >> so våïi biãn 2 V2 V2 âäü nhiãùu V2 thç læåüng 2 vaì 2. cos (∆ωt) nhoí, nghéa laì taïc duûng choün loüc cuat bäü V1 V1 taïch soïng biãn âäü ráút coï låüi. 4.3 Taïch soïng tên hiãûu âiãöu táön 4.3.1 Khaïi niãûm Taïch soïng tên hiãûu âiãöu táön laì quaï trçnh biãún âäøi lãûch táön säú tæïc thåìi cuía tên hiãûu thaình biãún thiãn âiãûn aïp åí âáöu ra. vS B ∆f A Hçnh 4.6. Âàûc tuyãún truyãön âaût cuía bäü taïch soïng Âàûc tuyãún truyãön âaût cuía bäü taïch soïng biãøu diãùn quan hãû giæaî âiãûn aïp ra vaì læåüng biãún thiãn cuía táön säú åí âáöu vaìo. Âãö haûn chãú meïo phi tuyãún, phaíi choün âiãøm laìm viãûc trong phaûm vi tæång âäúi thàóng cuía âàûc tuyãún truyãön âaût. (âoaûn AB). Hãû säú truyãön âaût cuía bäü taïch soïng laì âäü däúc låïn nháút trong khu væûc laìm viãûc cuía âàûc tuyãún truyãön âaût.
67. 66 dv S = s ∆f = 0 f d∆f Taïch soïng táön säú vaì taïch soïng pha thæåìng âæåüc thæûc hiãûn theo mäüt trong nhæîng nguyãn tàõc sau âáy : 1. Biãún tên hiãûu âiãöu táön hoàûc âiãöu pha thaình tên hiãûu âiãöu biãn räöi taïch soïng biãn âäü. 2. Biãún âiãöu táön thaình âiãöu räüng xung räöi taïch soïng nhåì maûch têch phán. 3. Laìm cho táön säú cuía tên hiãûu âiãöu táön baïm theo táön säú cuía mäüt bäü dao âäüng nhåì hãû thäúng voìng giæî pha PLL, âiãûn aïp sai säú chênh laì âiãûn aïp cáön taïch soïng. 4.3.2 Maûch âiãûn bäü taïch soïng táön säú 4.3.2.1 Maûch taïch soïng pha cán bàòng duìng diode (DISCRIMINATOR) Gäöm hai maûch taïch soïng biãn âäü duìng diode gheïp våïi nhau. D1 → V R C 1 ∆ϕ(t) → v -V1 df vS → R C v V D2 D1 2 vD2 vch Hçnh 4.7. Maûch soïng pha cán bàòng duìng diode vaì âäö thë vectoe tên hiãûu Biãøu thæïc cuía tên hiãûu âiãöu pha vaì mäüt dao âäüng chuáøn âæåüc biãøu diãùn : vdf = V1.cos [ω01t + ϕ(t) + ϕ01] = V1 . cosϕ1 (t) vch = V2.cos (ω02t + ϕ02) = V2 . cosϕ2 (t) Âiãûn aïp âàût trãn hai bäü taïch soïng biãn âäü : (diode D1, D2) vD1 = V1.cos [ω01t + ϕ(t) + ϕ01] + V2 cos (ω02t + ϕ02) = V1.cosϕ1 (t) vD2 = - V1.cos [ω01t + ϕ(t) + ϕ01] + V2 cos (ω02t + ϕ02) = V1 . cosϕ1 (t) Aïp duûng tênh cháút cuía hãû thæïc læåüng trong tam giaïc thæåìng ta tênh âæåüc âiãûn aïp ra trãn hai taíi R, C : 2 2 VR1(t) = vS1 = KTS . vD1 = KTS . V1 + V2 + 2V1V2 cos ∆ϕ(t)
68. 67 2 2 VR2(t) = vS2 = KTS . vD2 = KTS . V1 + V2 − 2V1V2 cos ∆ϕ(t) KTS : hãû säú truyãön âaût cuía bäü taïch soïng biãn âäü. VS KTS = mVt ∆ϕ(t) : hiãûu pha cuía hai âiãûn aïp vaìo : ∆ϕ(t) = (ω01- ω02)t + ϕ(t) + ϕ01 - ϕ02 Âiãûn aïp ra trãn bäü taïch soïng : vs = vS1 - vs2 2 2 2 2 = KTS [ V1 + V2 + 2V1V2 cos ∆ϕ(t) - V1 + V2 − 2V1V2 cos ∆ϕ(t) ] ⇒ vs : phuû thuäüc vaìo hiãûu pha cuía tên hiãûu âiãöu pha vaì tên hiãûu chuáøn. Træåìng håüp ω01= ω02 ; ϕ01 = ϕ02 ⇒ vs phuû thuäüc vaìo ϕ(t) + vs : âaût cæûc âaûi ⇔ ∆ϕ = 0,2π; 4π. + vs : âaût cæûc tiãøu ⇔ ∆ϕ = π; 3π; 5π π + v = 0 ⇔ ∆ϕ = (2n + 1) (våïi n = 0, 1, 2 ) s 2 4.3.2.2. Bäü taïch soïng táön säú duìng maûch lãûch cäüng hæåíng D 1 C1 R C vdt VS C2 R C D2 Hçnh 4.8. Bäü taïch soïng táön säú duìng bäü lãûch cäüng hæåíng Maûch cäüng hæåíng 1 : cäüng hæåíng åí táön säú ω1 Maûch cäüng hæåíng 2 : cäüng hæåíng åí táön säú ω2 Goüi ω0 = ωt laì táön säú trung tám. ω1 = ω2 + ∆ω0 ω2 = ω0 - ∆ω0
69. 68 Biãn âäü U1, U2 thay âäøi phuû thuäüc vaìo sæû sai lãûch táön säú ω1, ω2 so våïi táön säú cäüng hæåíng riãng cuía maûch 1 vaì 2, nghéa laì biãún thiãn theo âiãûn aïp vaìo : V1 = Km.Vdt .Z1; 1 K : hãû säú quy âäøi cho âuïng thæï nguyãn hai vãú, K = Ω V2 = Km.Vdt .Z2 M m : hãû säú gheïp biãún aïp : m = L Z1, Z2 : tråí khaïng cuía hai maûch cäüng hæåíng 1 vaì 2. R td1 R td1 Z1 = = 2 2 1+ (υ0 − υ) ⎛ 2Q(ω − ω2 ) ⎞ 1+ ⎜ ⎟ ⎝ ωo ⎠ R td 2 R td 2 Z2 = = 2 2 1+ (υ0 − υ) ⎛ 2Q(ω − ω2 ) ⎞ 1+ ⎜ ⎟ ⎝ ωo ⎠ Rtd1, Rtd2 : tråí khaïng cuía hai maûch cäüng hæåíng 1 vaì 2 taûi táön säú cäüng hæåíng ω1 vaì ω2. Q1, Q2 : hãû säú pháøm cháút. Choün hai maûch cäüng hæåíng nhæ nhau : ⇒ Rtd1 = Rtd2; Q1 = Q2 = Q ω0 − ω1,2 Do = 2Q : âäü lãûch táön tæång âäúi giæîa táön säú cäüng hæåíng ω0 riãng cuía maûch âiãûn âäüng vaì táön säú trung bçnh cuía tên hiãûu vaìo. ω − ω D = 2Q 0 0 : âäü lãûch táön säú tæång âäúi táön säú tên hiãûu vaìo ω0 vaì táön säú trung bçnh. Khi tên hiãûu ω vaìo thay âäøi thç υ thay âäøi ⇒ Z1, Z2 thay âäøi ⇒ V1, V2 thay âäøi. Nghéa laì quaï trçnh biãún âäøi âiãöu táön thaình tên hiãûu âiãöu biãn. Sau khi qua hai bäü taïch soïng (D, R) ⇒ ta nháûn âæåüc caïc âiãûn aïp ra :
70. 69 Rdt1 vS1 = KTS.V1 = KTS.m.Vdt . 2 1+ (υo − υ) Rdt 2 vS2 = KTS.V2 = KTS.m.Vdt . 2 1+ (υo + υ) Âiãûn aïp ra täøng : vS = vS1 - vS2 = KTS.m.Rtd.Vtd.Ψ (υo, υ) 1 khi υ = +υo ⇒ Ψ = 1 - 2 1+ 4υo 1 khi υ = -υo ⇒ Ψ = - 1 < 0 2 1+ 4υo 1 1 Trong âoï : Ψ (υo, υ) = - 2 2 1+ (υo − υ) 1+ (υo + υ) Ψ ⇒ Ψmax khi υ = -υo = +υo Âäü däúc cuía âàûc tuyãún truyãön âaût âæåüc xaïc âënh : dus dΨ(υ,υ ) S = ∆f = 0 = K .m.V .R . o υ = 0 f d∆f TS dt td dυ K .m.Rtd.Vtd 2υ S = TS : o (*) f f 3 o 2 2 (1+ υo ) Váûy Sf phuû thuäüc vaìo υo. Âaûo haìm (*) theo υo vaì xeït cæûc trë ta tháúy Sf = Sf max khi 1 υo = ± . Váûy muäún hãû säú truyãön âaût cæûc âaûi phaíi choün læåüng lãûch táön ∆ωo theo âiãöu 2 kiãûn sau âáy : ωo υo 1 ωo ∆ωo = = ± . 2Q 2 2 Q Nhæåüc âiãøm cuía maûch taïch soïng cäüng hæåíng : khoï âiãöu chènh cho hai maûch cäüng hæåíng hoaìn toaìn âäúi xæïng, nãn êt âæåüc duìng).
71. 70 CHÆÅNG 5 TRÄÜN TÁÖN 5.1 Âënh nghéa 5.1.1 Âënh nghéa Träün táön laì quaï trçnh taïc âäüng lãn hai tên hiãûu sao cho trãn âáöu ra cuía bäü träün nháûn âæåüc tên hiãûu täøng hoàûc hiãûu cuía hai tên hiãûu âoï. Goüi : fns : laì táön säú cuía tên hiãûu ngoaûi sai fth : laì táön säú cuía tên hiãûu cáön träün våïi fns ftg : laì táön säú trung gian láúy åí âáöu ra cuía bäü träün táön. 5.1.2 Nguyãn tàõc Khi tên hiãûu ngoaûi sai vaì tên hiãûu hæîu êch âæa vaìo pháön tæí phi tuyãún thç doìng âiãûn täøng håüp âæåüc khai triãøn theo chuäùi Taylo. 2 n i = ao + a1v + a2v + anv + Trong âoï : v = vns + vth Giaí sæí : vns = Vns cos ωnst vns = Vth cos ωtht a ⇒ i = a + a (V cos ω t + V cos ω t) + 2 (V 2 + V 2 ) + o 1 ns ns th th 2 ns th a + 2 ( V 2 cos 2ω t + ( V 2 cos2ω t) + a V V [cos(ω + ω )t+cos (ω - ω )t 2 ns ns th th 2 ns th ns th ns th Tên hiãûu ra gäöm coï thaình pháön mäüt chiãöu, thaình pháön cå baín : (ωns, ωth, ωns ± ωth, 2ωns, 2ωth. Ngoaìi ra coìn coï caïc thaình pháön báûc cao. ω = | ± rωns ± mωth | Khi m, n = 1 ⇒ ω = ωns ± ωth : bäü träün táön âån giaín m, n > 1 ⇒ bäü träün táön täø håüp. Thäng thæåìng ta choün bäü träün táön âån giaín.
72. 71 5.2 Maûch träün táön 5.2.1. Maûch träün táön duìng Diode Æu âiãøm : âæåüc æïng duûng räüng raîi åí moüi táön säú, âàûc biãût åí phaûm vi táön säú cao (trãn 16Hz). Nhæåüc âiãøm : laìm suy giaím tên hiãûu. vth vtg a) b) vth vtg vns vns v c) vth tg vns Hçnh 5.1. Maûch träün táön duìng diode a. Maûch träün táön âån. b. Maûch träün táön cán bàòng c. Maûch träün táön voìng.
73. 72 5.2.1.1. Så âäö träün táön âån : i S S v π/2 ωnst ωns Hçnh 5.2. Âàûc tuyãún cuía diode vaì daûng soïng tên hiãûu Theo âàûc tuyãún lyï tæåíng hoïa cuía diode ta viãút âæåüc quan hãû : ⎧s.v khi v ≥ 0 i = ⎨ ⎩0 khi v < 0 d i 1 Trong âoï : s = = = Gi d u R i Vç âiãûn aïp ngoaûi sai laì haìm tuáön hoaìn theo thåìi gian, nãn häù dáùn laì mäüt daîy xung vuäng goïc våïi âäü räüng phuû thuäüc vaìo goïc càõt θ. Våïi âiãøm âènh choün taûi gäúc toüa π âäü θ = . 2 Theo chuäùi Fourier ta tênh âæåüc biãn âäü hai báûc n cuía S : 2 θ 2sin nθ Sn = ∫S cos nωns t d (ωns t) = .S π o nπ π Thay θ = vaì giaí thiãút n = 1 ta tênh âæåüc häù dáùn träün táön : 2 1 S S = S = tt 2 n π Tæång tæû âiãûn dáùn träün táön âæåüc xaïc âënh : 1 θ Sθ π S Gitt = Gio = ∫ G i d (ωns t) = Våïi θ = thç Gitt = π o π 2 2 Chuï yï : âãø chäúng taûp ám ngoaûi sai, thæåìng duìng så âäö träün táön cán bàòng.
74. 73 5.2.1.2. Så âäö träün táön cáön bàòng : Âiãûn aïp tên hiãûu âàût lãn hai diode ngæåüc pha. Âiãûn aïp ngoaûi sai âàût lãn hai diode âäöng pha. VthD1 = Vth cos ωtht VthD2 = Vth (cos ωtht + π) VnsD1 = Vns D2 = vns Doìng âiãûn trung táön taûo ra âi qua caïc diode : itg1 = Itg2 cos (ωns - ωth) t itg2 = + Itg2 cos (ωns - ωth) t - π = Itg2 cos [(ωns - ωth) t - π] = Itg2 cos [π - (ωns - ωth)] = - Itg2 cos [ωns - ωth] t = Itg2 cos [ωns - ωth] t Trãn maûch cäüng hæåíng ra ta âæåüc : itg = itg1 - itg2 = 2 Itg.cos ωtgt 5.2.1.3. Maûch träün táön voìng Gäöm 2 maûch träün táön cán bàòng màõc näúi tiãúp. Trãn âáöu ra så âäö naìy chè coï caïc thaình pháön táön säú ωns ± ωth coìn caïc thaình pháön khaïc âãöu bë khæí do âoï dãù taïch âæåüc thaình pháön táön säú trung gian mong muäún. 5.2.2. Maûch träün táön duìng pháön tæí khuãúch âaûi 5.2.2.1. Maûch träün táön duìng BJT vth ~ v th ~ vns ~ vns ~ Hçnh 5.3. Maûch träün táön duìng BJT Hçnh 5.4. Maûch träün táön duìng BJT Màõc BC våïi V âàût vaìo emitå Màõc BC våïi V âàût vaìo bazå ns ns
75. 74 vth ~ vth ~ vns ~ vns ~ Hçnh 5.5. Maûch träün táön duìng BJT Hçnh 5.6. Maûch träün táön duìng BJT Màõc EC våïi Vns âàût vaìo bazå Màõc EC våïi Vns âàût vaìo emitå • Âàûc âiãøm cuía så âäö BC : - Phaûm vi táön säú cao vaì siãu cao vç táön säú giåïi haûn cuía noï cao. - Hãû säú truyãön âaût cuía bäü pháûn träün táön tháúp hån so våïi så âäö EC. • Caïc så âäö khaïc nhau åí caïch âàût âiãûn aïp ngoaûi sai vaìo BJT: Trãn cå såí så âäö nguyãn lyï, ngæåìi ta âaî thiãút kãú nhiãöu loaïiå âäö thæûc tãú khaïc nhau nhæ dæåïi âáy : A. Träün táön duìng BJT màõc theo BC -VCC C R1 R2 1 vth L1 L2 R4 C2 C3 C5 L5 L4 vtg C4 R3 vns Hçnh 5.7. Maûch träün táön duìng BJT âån màõc BC våïi Vns âàût vaìo bazå A) Maûch träün táön duìng BJT âån màõc theo BC våïi âiãûn aïp ngoaûi sai vns âàût vaìo bazå C1 , C3 : tuû liãn laûc; C2L2 : cäüng hæåíng Vth; C4 : näúi masse Vth. Âiãûn aïp uns gheïp loíng våïi bazå âãø traïnh aính hæåíng tæång häù giæîa maûch tên hiãûu vaì maûch ngoaûi sai.
76. 75 B. Träün táön duìng BJT âån màõc theo EC C2 R3 C3 vtg R2 C7 L5 L4 vth L1 L2 C1 R4 R1 C6 C4 C5 v -V ns CC Hçnh 5.8. Maûch träün táön duìng BJT âånmàõc EC våïi Vns âàût vaìo bazå B) Maûch âiãûn träün táön duìng BJT âån màõc EC våïi vns åí bazå. Âiãûn aïp vns âæåüc âàût vaìo bazå qua âiãûn tråí nhoí R3:10 - 50Ω, âiãûn tråí naìy coï taïc duûng náng cao âiãûn tråí màût gheïp rbb’ cuía BJT, do âoï náng cao âæåüc âäü tuyãún tênh cuía âàûc tuyãún BJT. C. Táöng träün táön tæû âäüng C4 L2‘ vtg vth C3 L1 ‘ L1 R3 L2 L4 C6 C1 C3 C5 R2 R1 L3 VCC Hçnh 5.9. Maûch träün táön tæû âäüng BJT væìa laìm nhiãûm vuû träün táön væìa taûo dao âäüng ngoaûi sai. Vns âæåüc taûo nhåì quaï trçnh häöi tiãúpdæång vãö E qua L2 vaì L3 Vth âæåüc âàût vaìo bazå cuía BJT qua biãún aïp vaìo C1, L1 taûo thaình khung cäüng hæåíng näúi tiãúp âäúi våïi táön säú trung gian. Nhåì âoï vtg bë ngàõn maûch åí âáöu vaìo, traïnh âæåüc hiãûn tæåüng träün táön ngæåüc.
77. 76 Âãø traïnh aính hæåíng tæång häù giæîa vth vaì vns, Ce L2 Re E ngæåìi ta kãút cáúu maûch dæåïi daûng så âäö cáöu, B . trong âoï : L3 Re,Ce laì pháön tæí kyï sinh cuía maûch vaìo BJT. Khi cáöu cán bàòng thç khäng coìn täön taûi sæû A liãn hãû giæîa vth vaì vns trãn L3 caím æïng sang L2 gáy aính hæåíng âãún vns D. Träün táön âáøy keïo T1 C vth V tg T a) 2 vns VCC C2 v tg R1 R2 b) C T1 T2 C 1 3 vth R3 R4 vns R5 Hçnh 5.10. Maûch träün táön âáøy keïo a. Så âäö nguyãn lyï b. Maûch träün táön âáøy keïo EC Æu âiãøm cuía maûch träün táön âáøy keïo so våïi så âäö âån : - Meïo phi tuyãún nhoí (hai báûc chàõn bë triãût tiãu) - Phäø tên hiãûu ra heûp. - Liãn hãû giæîa tên hiãûu vaì maûch ngoaûi sai êt. - Khaí nàng âiãöu chãú giao thoa tháúp. Vç nhæîng æu âiãøm âoï, nãn loaûi maûch naìy hay âæåüc duìng trong bäü träün táön maïy phaït. Trong så âäö âáøy keïo (A), do caïch màõc maûch nãn âiãûn aïp vaìo T1, T2 láön læåüt laì :
78. 77 ⎧v1 = v ns + v th ⎨ Doìng âiãûn ra : ic = ic1 - ic2 ⎩v 2 = v ns − v th 2 Våïi : ic1 = ao + a1 (vns + vth) + a2 (vns + vth) + 2 ic2 = ao + a1 (vns - vth) + a2 (vns - vth) + 3 ⇒ ic = 2a2vth + 4a2vth.vns + 2a3 v th + 6a3vth.vns + Thay vns = Vns.cosωnst , Vth = Vth.cosωtht vaì biãún âäøi ta tháúy trong doìng âiãûn ra coï caïc thaình pháön táön säú : ωth, 3ωth, ωns ±ωth vaì 2ωns ±ωth 5.2.2.2 Maûch träün táön duìng Transistor træåìng FET Æu âiãøm cuía träün táön duìng FET so våïi BJT: - Quan hãû giæîa doìng ra ID (doìng maïng) vaì âiãûn aïp vaìo (VGS) laì quan hãû báûc hai, nãn tên hiãûu ra cuía maûch träün táön giaím âæåüc caïc thaình pháön phäø vaì haûn chãú âæåüc hiãûn tæåüng âiãöu chãú giao thoa, giaím âæåüc taûp ám vaì tàng âæåüc daíi räüng cuía tên hiãûu vaìo. A. Träün táön duìng FET: Nguyãn lyï cuía viãûc träün táön duìng FET cuîng giäúng nhæ BJT C2 C4 vth C1 R1 R2 C3 R3 C5 Hçnh 5.11. Maûch träün táön duìng FET B. Träün táön duìng FET màõc âáøy keïo Vcc vtg C1 C2 vth R1 R2 vns R3 Hçnh 5.12. Maûch träün táön duìng FET âáøy keïo
79. 78 CHÆÅNG 6 CHUYÃØN ÂÄØI TÆÅNG TÆÛ - SÄÚ CHUYÃØN ÂÄØI SÄÚ - TÆÅNG TÆÛ 6.1. Cå såí lyï thuyãút Âãø phäúi gheïp giæîa nguäön tên hiãûu coï daûng tæång tæû våïi caïc hãû thäúng xæí lyï säú ngæåìi ta duìng caïc maûch chuyãøn âäøi ttæång tæû - säú (ADC : Analog-Digial Converter) vaì caïc maûch chuyãøn âäøi säú - tæång tæû (DAC : Digial- Analog Converter). V D Hçnh veî (6.1) biãøu diãùn quaï trçnh biãún âäøi tên hiãûu daûng tæång tæû sang daûng säú. 111 110 Tên hiãûu tæång tæû VA âæåüc chuyãøn thaình 101 daûng báûc thang âãöu. Våïi 1 phaûm vi cuía giaï trë V âæåüc biãøu diãùn båíi 1 giaï trë âaûi 100 A Q diãûn thêch håüp. 011 010 Chàóng haûn giaï trë VA âæåüc chuyãøn thaình daûng báûc thang 7 báûc vaì åí mäùi báûc, ta gaïn 001 ∆Q cho VA mäüt giaï trë råìi raûc. Vê duû khi VA 000 1 2 3 4 5 6 7 VA biãún thiãn trong mäüt khoaíng nhoí 3,5 → Hçnh 6.1. Biãøu diãùn quaï trçnh chuyãøn 4,5 ta gaïn cho noï mäüt giaï trë laì 100. âäøi tæång tæû sang säú Mäüt caïch täøng quaï, goüi tên hiãûu tæång tæû laì SA (VA), tên hiãûu säú laì SD (VD). SD âæåüc biãøu diãùn dæåïi daûng maî nhë phán nhæ sau : n-1 n-2 o SD = bn-1.2 + bn-2.2 + + bo.2 Trong âoï : bk = 0 hoàûc bk = 1 (våïi k = 0 → k = n - 1) vaì âæåüc goüi laì bit. + bn-1 : bit coï nghéa låïn nháút (MSB : Most significant bit). Mäùi biãún âäøi cuía MSB tæång æïng våïi sæû biãún âäøi næía daíi laìm viãûc. + bo : bit coï nghéa nhoí nháút (LSB : Least significant bit). Mäùi biãún cuía LSB tæång æïng våïi sæû biãún âäøi mäüt mæïc læåüng tæí. Mäüt mæïc læåüng tæí bàòng mäüt náúc cuía hçnh báûc thang Vê duû : våïi mäüt maûch biãún âäøi N bit våïi laì N säú haûng trong daîy maî nhë phán. (Trong vê duû trãn hçnh veî 6.1 : N = 3) thç mäùi náúc trãn hçnh báûc thang chiãúm mäüt giaï trë.
80. 79 V Q = V = AM LSB 2 N −1 VAM : laì giaï trë cæûc âaûi cho pheïp cuía âiãûn aïp tæång tæû. VLSB = Q : goüi laì mæïc læåüng tæí. Sai säú læåüng tæí hoïa âæåüc xaïc âënh nhæ sau : Q ∆V = Q 2 Khi chuyãøn âäøi AD phaíi thæûc hiãûn viãûc láúy máùu tên hiãûu tæång tæû. Âãø âaím baío khäi phuûc laûi tên hiãûu mäüt caïch trung thæûc, táön säú láúy máùu fM phaíi thoía maîn âiãöu kiãûn : fM ≥ 2 fth max ≅ 2B fth max : táön säú cæûc âaûi cuía tên hiãûu B : daíi táön säú cuía tên hiãûu. 6.2. Caïc tham säú cå baín 6.2.1. Giaíi biãún âäøi cuía âiãûn aïp tæång tæû åí âáöu vaìo laì khoaíng âiãûn aïp maì bäü chuyãøn âäøi AD coï thãø thæûc hiãûn chuyãøn âäøi âæåüc. 6.2.2. Âäü chênh xaïc cuía bäü chuyãøn âäøi AD gäöm âäü phán biãût, meïo phi tuyãún, sai säú khuãúch âaûi, sai säú lãûch khäng vaì sai säú âån âiãûu. Thæûc VD Lyï tæåíng 111 110 101 100 Meïo phi tuyãún 011 Sai säúkhuãúch âaûi 010 Sai säú âån âiãûu 001 Sai säú lãûch khäng 000 VA Hçnh 6.2. Âäü chênh xaïc cuía chuyãøn âäøi AD
81. 80 + Âäü phán biãût âæåüc âàûc træng båíi säú bit N. Giaí sæí mäüt ADC coï säú bit åí âáöu ra laì N → coï thãø phán biãût âæåüc 2N mæïc trong daíi âiãûn aïp vaìo cuía noï. Chàóng haûn N = 12 → coï 212 = 4096 mæïc. Âäü phán biãût cuía mäüt ADC âæåüc kyï hiãûu laì Q vaì âæåüc xaïc âënh theo biãøu thæïc : V Q = V = AM LSB 2 N −1 + Dæûa vaìo âæåìng âàûc tuyãún truyãön âaût lyï tæåíng vaì thæûc cuía ADC (hçnh 6.2) ta tháúy : - Âàûc tuyãún lyï tæåíng laì mäüt âæåìng báûc thang âãöu vaì coï âäü däúc trung bçnh laì 1. - Âàûc tuyãún thæûc laì mäüt âæåìng báûc thang khäng âãöu do aính hæåíng cuía sai säú khuãúch âaûi, cuía meïo phi tuyãún, vaì cuía sai säú âån âiãûu. 6.2.3. Täúc âäü chuyãøn âäøi Cho biãút kãút quaí chuyãøn âäøi trong 1s, âæåüc goüi laì táön säú chuyãøn âäøi fc. Mäüt ADC coï täúc âäü chuyãøn âäøi cao thç âäü chênh xaïc giaím vaì ngæåüc laûi. Nghéa laì yãu cáöu vãö âäü chênh xaïc vaì täúc âäü chuyãøn âäøi máu thuáùn våïi nhau. Tuìy theo yãu cáöu sæí duûng, phaíi tçm caïch dung hoìa caïc yãu cáöu âoï mäüt caïch håüp lyï nháút. 6.3. Nguyãn tàõc laìm viãûc cuía ADC Nguyãn tàõc laìm viãûc cuía ADC âæåüc minh hoüa theo så âäö : ADC Maûch láúy Læåüng VD máùu tæí hoïa Maî hoïa Hçnh 6.3 Âäö thë thåìi gian cuía âiãûn aïp vaìo vaì ra maûch láúy máùu
82. 81 Træåïc hãút tên hiãûu tæång tæû VA âæåüc âæa âãún maûch láúy máùu. Maûch naìy coï 2 nhiãûm vuû: - Láúy máùu tên hiãûu tæång tæû taûi nhæîng thåìi âiãøm khaïc nhau vaì caïch âãöu nhau (råìi raûc hoïa tên hiãûu vãö màût thåìi gian). - Giæî cho biãn âäü âiãûn aïp taûi caïc thåìi âiãøm láúy máùu khäng âäøi trong quaï trçnh chuyãøn âäøi tiãúp theo (tæïc laì trong quaï trçnh læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa). Tên hiãûu ra cuía maûch láúy máùu âæåüc âæa âãún maûch læåüng tæí hoïa âãø thæûc hiãûn laìm troìn våïi âäü chênh xaïc bàòng ± Q⁄ 2. Váûy quaï trçnh læåüng tæí hoïa thæûc cháút laì quaï trçnh laìm troìn säú. Læåüng tæí hoaï âæåüc thæûc hiãûn theo nguyãn tàõc so saïnh, tên hiãûu cáön chuyãøn âäøi âæåüc so saïnh våïi mäüt loaût caïc âån vë chuáøn Q. Sau maûch læåüng tæí hoïa laì maûch maî hoïa. Trong maûch maî hoïa, kãút quaí læåüng tæí hoïa âæåüc sàõp xãúp laûi theo mäüt tráût tæû nháút âënh phuû thuäüc vaìo loaûi maî yãu cáöu trãn âáöu ra bäü chuyãøn âäøi . Pheïp læåüng tæí hoïa vaì maî hoïa goüi chung laì pheïp biãún âäøi AD. 6.4. Caïc phæång phaïp chuyãøn âäøi tæång tæû -säú Phán loaûi : coï nhiãöu caïch phán loaûi ADC. Caïch phán loaûi hay duìng hån caí laì phán loaûi theo quaï trçnh chuyãøn âäøi vãö màût thåìi gian. Noï cho pheïp phaïn âoaïn mäüt caïch täøng quaït täúc âäü chuyãøn âäøi. Coï 3 phæång phaïp chuyãøn âäøi sau : + Chuyãøn âäøi song song : Tên hiãûu tæång tæû âæåüc so saïnh cuìng mäüt luïc våïi nhiãöu giaï trë chuáøn. Do âoï táút caí caïc bit âæåüc xaïc âënh âäöng thåìi vaì âæa âãún âáöu ra. + Chuyãøn âäøi näúi tiãúp theo maî âãúm : Quaï trçnh so saïnh âæåüc thæûc hiãûn tæìng bæåïc theo quy luáût maî âãúm. Kãút quaí chuyãøn âäøi âæåüc xaïc âënh bàòng caïch âãúm säú læåüng giaï trë chuáøn coï thãø chæïa âæåüc trong giaï trë tên hiãûu tæång tæû cáön chuyãøn âäøi. + Chuyãøn âäøi song song- näúi tiãúp kãút håüp : Qua mäùi bæåïc so saïnh coï thãø xaïc âënh âæåüc täúi thiãøu 2 bit âäöng thåìi. 6.4.1. Chuyãøn âäøi AD theo phæång phaïp song song
83. 82 + Vchuáøn - VA S1 + FF R U D - S 2 MAÎ + FF HOÏA R - Sm + FF R Xung nhëp Hçnh 6.4: Så âäö nguyãn lyï bäü chuyãøn âäøi AD theo phæång phaïp song song Tên hiãûu tæång tæû VA âæåüc âæa âäöng thåìi âãún caïc bäü so saïnh tæì S1 âãún Sm. åí âáöu vaìo thæï hai, âiãûn aïp chuáøn Uch âæa vaìo qua thang âiãûn tråí R (hçnh 12). Do âoï, âiãûn aïp chuáøn âàût vaìo caïc bäü so saïnh kãö nhau seî khaïc nhau mäüt læåüng khäng âäøi tæì S1 âãún Sm. âáöu ra cuía caïc bäü so saïnh coï âiãûn aïp vaìo låïn hån âiãûn aïp chuáøn láúy trãn thang âiãûn tråí coï mæïc logic 1, caïc âáöu coìn laûi åí mæïc logic 0. Táút caí caïc âáöu ra âæåüc näúi våïi mäüt âáöu vaìo cuía caïc cäøng AND. Âáöu kia cuía cäøng AND näúi våïi maûch taûo xung nhëp. Chè khi coï xung nhëp thç caïc xung trãn âáöu ra bäü so saïnh måïi âæåüc âæa vaìo maûch Flip-flop. Nhæ váûy cæï sau mäüt khoaíng thåìi gian bàòng mäüt chu kyì xung nhëp laûi coï mäüt tên hiãûu âæåüc biãún âäøi âæa âãún âáöu ra. Xung nhëp âaím baío cho quaï trçnh so saïnh kãút thuïc måïi âæa tên hiãûu vaìo bäü nhåï. Âãø âaím baío maûch hoaût âäüng äøn âënh, quaï trçnh maî hoïa å í bäü maî hoïa phaíi kãút thuïc træåïc khi coï mäüt chu kyì xung nhëp måïi. Maûch naìy coï æu âiãøm laì täúc däü chuyãøn âäøi nhanh (caïc bit taûo ra âäöng thåìi), sai säú biãún âäøi tháúp, coï thãø taûo ra daûng maî theo yï muäún. Tuy nhiãn, noï coï kãút cáúu phæïc taûp do
84. 83 coï säú linh kiãûn låïn. Nãn viãûc æïng duûng chè coï giåïi haûn våïi chuyãøn âäøi AD coï säú bit nhoí vaì täúc âäü cao. VA 1 2 3 4 5 6 7 Nhë phán 0 < VA < 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 < VA < 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 < VA < 3 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 3 < VA < 4 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 4 < VA < 5 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 5 < VA < 6 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 6 < VA < 7 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 7 = VA 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 • Æu âiãøm : Täúc âäü biãún âäøi nhanh, sai säú biãún âäøi tháúp vaì coï thãø taûo ra daûng maî theo yï muäún. • Nhæåüc âiãøm : - Kãút cáúu maûch phæïc taûp våïi säú linh kiãûn khaï låïn. - Phæång phaïp naìy chè duìng trong caïc ADC yãu cáöu säú bit N nhoí vaì täúc âäü chuyãøn âäøi cao. 6.4.2 Phæång phaïp chuyãøn âäøi näúi tiãúp theo maî nhë phán TÁÖNG 1 TÁÖNG 2 TÁÖNG 3 V Vch2 Vch3 A Træì =VAmax =VAmax Vch1 S /4 /8 =VAmax/2 S 1 0 22 21 20 Hçnh 6.5. Bäü chuyãøn âäøi AD näúi tiãúp theo maî nhë phán
85. 84 Mäùi táöng bao gäöm mäüt bäü so saïnh, mäüt khoïa âiãöu khiãøn vaì mäüt maûch træì. Mäüt âáöu vaìo cuía caïc bäü so saïnh laì mæïc âiãûn aïp ngæåîng. Mæïc âiãûn aïp ngæåîng låïn nháút V laì A max åí táöng âáöu tiãn vaì tæång âæång våïi bit låïn nháút. Åí nhæîng táöng sau, âiãûn aïp 2 V V ngæåîng seî laì : A max , A max tuìy theo säú táöng sæí duûng trong maûch. 4 8 Maûch chuyãøn âäøi theo phæång phaïp naìy coï säú táöng bàòng säú bit cáön xaïc âënh. Mäùi táöng cho ra mäüt bit. Giaí xæí tên hiãûu vaìo biãún thiãn trong phaûm vi 0 ÷ VA max. Tên hiãûu vaìo seî V V âæåüc so saïnh våïi âiãûn aïp chuáøn V = A max .Nãúu V > A max thç ngoî ra cuía bäü so saïnh ch1 2 A 2 (SS) seî cho ra mæïc logic 1 vaì luïc naìy khoïa K seî âæåüc näúi tåïi mæïc âiãûn aïp chuáøn Vch1 âãø V maûch træì tên hiãûu. Khäúi træì seî âæåüc thæûc hiãûn láúy V = A max (V - V ). Kãút quaí cuía A 2 A ch1 V pheïp træì seî âæåüc tiãúp tuûc âæa vaìo so saïnh åí táöng 2 våïi V = A max . Ngæåüc laûi nãúu V < ch2 4 A Vch1 thç khoïa K seî näúi tåïi mæïc âiãûn thãú 0 vaì nhåì váûy toaìn bäü tên hiãûu VA seî âæåüc so saïnh iãúp åí táöng sau. Åí âáy maûch thæûc hiãûn phæång phaïp biãún âäøi tuáön tæû nãn tiãún âäü biãún âäøi giaím âaíng kãø khi tàng säú táöng. Vç váûy åí phæång phaïp naìy, ngæåìi ta thæåìng giåïi haûn säú táöng laì 4. 6.4.3 Chuyãøn âäøi AD näúi tiãúp duìng voìng häöi tiãúp VA SS Nguäön dao CÄØNG âäüng Bäü âãúm DAC Kêch khåíi thuáûn nghëch Kãút quaí Hçnh 6.6. Så âäö chuyãøn âäøi AD näúi tiãúp duìng voìng häöi tiãúp
86. 85 x(t) VA ∆x < h VA Sai säú 2N -1 náúc ∆x ∆t Vht t t1 t2 ti t T biãún âäøi Hçnh 6.5. Âäö thë thåìi gian biãøu diãùn quaï trçnh AD Khi âæa xung kêch khåíi vaìo thç cäøng âæåüc måí vaì bäü âãúm hoaût âäüng âãúm xung tæì nguäön dao âäüng. Näüi dung cuía bäü âãúm seî âæåüc âæa âãún bäü biãún âäøi AD (ADC âãø biãún âäøi thaình âiãûn aïp häöi tiãúpVht. Vht luän luän âæåüc so saïnh våïi tên hiãûu vaìo VA. quaï trçnh biãún âäøi seî diãùn ra cho âãún khi tên hiãûu häöi tiãúp cán bàòng våïi tên hiãûu vaìo vaì laìm âäøi traûng thaïi bäü so saïnh. Bäü âãúm laì bäü âãúm thuáûn nghëch. Mäùi khi VA < Vht thç seî âãúm xuäúng. Vç váûy khi kãút thuïc thåìi gian biãún âäøi thç tên hiãûu häöi tiãúp seî luän luän dao âäüng xung quanh giaï trë âiãûn aïp vaìo VA. tæì bäü âãúm ngæåìi ta láúy ra kãút quaí cuía pheïp biãún âäøi AD naìy. Váûy åí phæång phaïp naìy thåìi gian biãún âäøi (T biãún âäøi) laì mäüt âaûi læåüng thay âäøi vaì phuû thuäüc vaìo trë säú cuía tên hiãûu vaìo VA. thåìi gian biãún âäøi låïn nháút TBiãún âäøi max tæång æïng våïi VA max. nãúu bäü âãúm coï N bêt, chu kyì nguäön dao âäüng laì ∆t thç : N TBiãún âäøi = (2 - 1) ∆t Sai säú ténh cuía pheïp biãún âäøi chuí yãúu phuû thuäüc vaìo sai säú cuía bäü DAC vaì cuía bäü so saïnh. Khi maûch hoaût âäüng khäng coï block choün nhåï (Sample and Hold) thç sai säú âäüng phuû thuäüc chuí yãúu vaìo thåìi gian biãún âäøi. Maì thåìi gian biãún âäøi laûi phuû thuäüc vaìo VA nãn trong træåìng håüp naìy sai säú khäng tuyãún tênh. Váûy nãúu khäng sæí duûng block choün nhåï thç phæång phaïp naìy chè thêch håüp våïi caïc tên hiãûu mäüt chiãöu hay caïc tên hiãûu coï táön säú tháúp, biãún thiãn cháûm.
87. 86 6.4.4 Chuyãøn âäøi AD theo phæång phaïp âãúm âån giaín 1 V VC G VA Taûo âiãûn aïp ràng cæa ÂÃÚM VD 2 Taûo nhëp Hçnh 6.6. Bäü chuyãøn âäøi AD theo phæång phaïp âãúm âån giaín V VC VA t VSS1 C R2 R R1 vch t vg VSS2 t VC Hçnh 6.7. så âäö khäúi maûch taûo âiãûn aïp ràng cæa vaì âäö thë biãøu diãùn nguyãn lyï hoaût âäüng cuía maûch t
88. 87 Âiãûn aïp vaìo VA âæåüc so saïnh våïi âiãûn aïp chuáøn daûng ràng cæa Vc nhåì bäü so saïnh SS1. Khi VA > Vc → VSS = 1 Khi VA < Vc → VSS = 0 Bäü so saïnh 2 (SS2) so saïnh âiãûn aïp ràng cæa Vc våïi mæïc 0 (âáút). Sau âoï VSS1 vaì VSS2 âæåüc âæa âãún maûch AND. Xung ra VG coï âäü räüng tyí lãû våïi âäü låïn cuía âiãûn aïp vaìo VA våïi giaí thiãút xung ràng cæa Vc coï âäü däúc khäng âäøi. Maûch AND thæï hai chè cho ra caïc xung nhëp trong thåìi gian täön taûi xung VG nghéa laì trong thåìi gian maì 0 < VA < VC. maûch âãúm âáöu ra seî âãúm säú xung nhëp âoï. Säú xung naìy tyí lãû våïi âäü låïn cuía VA. Bäü taûo xung ràng cæa thæûc cháút laì maûch têch phán. Duìng âiãûn aïp chuáøn mäüt chiãöu Vch âãø naûp cho tuû âiãûn C qua âiãûn tråí R. Ta coï âiãûn aïp ra : t t 1 Vch − Vch V’C = - ∫ Vch dt = ∫ dt = .t R C o R C o R C R 1 ' Vch VC = VC = = | a | t R 1 R C t Giaí sæí taûi t = tm thç VC VA, ta coï : Vch VA VA = t M ⇒ t M = .R.C R C Vch Goüi Z laì säú xung nhëp âãúm âæåüc trong thåìi gian tM ⇒ Z = fn.tM Våïi fn : táön säú xung nhëp VA ⇒ Z = fn . .R.C (*) Vch Tæì (*) ⇒ a) Z tè lãû våïi VA b) Muäún giaím sai säú cho pheïp biãún âäøi thç phaíi choün R, C loaûi täút, táön säú xung nhëp fn phaíi låïn, vaì Vch phaíi äøn âënh
89. 88 6.4.5 Chuyãøn âäøi AD theo phæång phaïp têch phán hai sæåìn däúc C K R Nguäön dao _ 1 2 + âäüng _ + CÄØNG UA Uch Maûch Flip Flop Bäü âãûm logic traìn Kãút quaí Hçnh 6.8. Bäü chuyãøn âäøi AD theo phæång phaïp têch phán 2 sæåìn däúc Goüi : VC t1 : thåìi gian âãúm æïng våïi säú xung laìm bäü âãúm Âäü däúc do bë traìn. Uch taûo ra t2 : thåìi gian têch âiãûn aïp chuáøn Vch t V : âiãûn aïp ràng cæa åí âáöu ra cuía bäü têch phán. C t1 t2 VSS : âiãûn aïp ra cuía bäü so saïnh VSS Z : säú xung âãúm âæåüc. Zo : säú xung trong thåìi gian t0 t Vch : âiãûn aïp chuáøn coï cæûc tênh nhæ hçnh veî ZO Z VA : âiãûn aïp vaìo (cæûc tênh nhæ hçnh veî) t Hçnh 6.9. Âäö thë biãøu diãùn nguyãn lyï hoaût âäüng cuía maûch • Hoaût âäüng cuía maûch : Åí traûng thaïi âáöu tiãn, khoïa K luän âàût åí vë trê 1. Maûch têch phán seî têch phán VA, trong khi âoï bäü âãúm seî âãúm xung tæì nguäön dao âäüng chuáøn táön säú fn. VA âæåüc têch phán trong thåìi gian t1 cho âãún khi bäü âãúm bë traìn (thåìi âiãøm t1). Luïc naìy maûch logic seî âiãöu khiãøn
90. 89 chuyãøn khoïa K sang vë trê 2 vaì maûch têch phán seî tiãúp tuûc têch phán Vch nhæng våïi chiãöu ngæåüc laûi vç Vch coï cæûc tênh ngæåüc cæûc tênh VA. Khi tên hiãûu ra cuía bäü têch phán VC giaím xuäúng bàòng 0 thç maûch so saïnh seî âoïng cäøng. Näüi dung ghi trong bäü âãúm laì kãút quaí biãún âäøi. Noï tè lãû våïi thåìi gian têch phán âiãûn aïp chuáøn t2. • Âiãûn aïp naûp cho tuû C trong thåìi gian t1 nhåì maûch têch phán VA. VA VCt1 = t1 (1) R C • Âiãûn aïp naûp cho tuû C trong thåìi gian t2 theo chiãöu ngæåüc laûi nhåì VA. Vch VCt2 = - t2 (2) R C Trong thåìi gian t2 âiãûn aïp trãn tuû giaím xuäúng bàòng 0 : ⇒ | VCt1| = | VCt2| VA Vch ⇒ t1 = t2 R C R C VA ⇒ t2 = .t1 Vch Säú xung Zo âãúm âæåüc trong thåìi gian t1 : Zo Zo = t1.fn ⇒ t1 = f n fn : táön säú cuía dao âäüng chuáøn Do âoï säú xung âãúm âæåüc cuía bäü âãúm nhåì bäü âãúm vaì âæa ra kãút quaí trong thåìi gian t2 : VA VA Zo VA Z = t2.fn = .t1.fn = . .fn = .Zo Vch Vch f n Vch Váûy näüi dung trong bäü âãúm tyí lãû våïi âiãûn aïp vaìo VA cáön chuyãøn âäøi. VA Æu âiãøm : trong biãøu thæïc Z = .Zo khäng coï tham säú RC cuía maûch vaì cuîng khäng Vch phuû thuäüc vaìo xung dao âäüng chuáøn fn nhæ trong phæång phaïp âãúm âån giaín vç váûy kãút
91. 90 quaí chuyãøn âäøi khaï chênh xaïc vaì âãø tàng âäü chênh xaïc khäng cáön tàng fn cao. Tuy nhiãn fn phaíi coï âäü äøn âënh cao, trong caí thåìi gian t1 vaì t2 fn âãöu khäng âäøi. Sai säú ténh do tênh khäng äøn âënh cuía Vch, fn, bäü têch phán vaì bäü so saïnh. Hiãûn nay ngæåìi ta coìn thãø hiãûn phæång phaïp têch phán 3,4 âäü däúc. 6.4.6 Chuyãøn âäøi AD theo phæång phaïp song song - näúi tiãúp kãút håüp B1 B2 BN1 TÁÖNG THÆÏ U ADC DAC HAI song song N1 bit U TÁÖNG THÆÏ NHÁÚT Maûch Nhán hiãûu 2N1 Hçnh 6.10. Bäü chuyãøn âäøi AD theo phæång phaïp song song näúi tiãúp kãút håüp Âáy laì sæû kãút håüp phæång phaïp song song vaì phæång phaïp näúi tiãúp nhàòm dung hoìa æu khuyãút âiãøm cuía hai phæång phaïp naìy : giaím båït âäü phæïc taûp cuía phæång phaïp song song vaì tàng täúc âäü chuyãøn âäøi so våïi phæång phaïp näúi tiãúp. Cuîng coï thãø goüi âáy laì phæång phaïp phán âoaûn tæìng nhoïm bit, våïi säú bit trong mäùi nhoïm N ≥ 2. Bäü chuyãøn âäøi ADC âáöu tiãn laì bäü chuyãøn âäøi song song N1 bit våïi N1 ≥ 2. Trong bæåïc so saïnh thæï nháút → xaïc âënh âæåüc N1 bit. Tæì B1 → BN1. Âãø chuyãøn âäøi N bit, phaíi N duìng l táöng våïi l = . Mäùi táöng duìng 2N1 - 1 bäü so saïnh. Nhæ váûy âãø chuyãøn âäøi N bit N1 N phaíi duìng : l (2N1 - 1) = (2N1 - 1) bäü so saïnh. N1 Vê duû N = 9; N1 = 3 N Phæång phaïp song song-näúi thiãúp kãút håüp : säú bäü SS : l (2N1 - 1) = (2N1 - 1)=3.7=21 N1 Phæång phaïp song song : säú bäü SS : (2N - 1) = (2N - 1) = (29 - 1) = 512 - 1 = 511