Ky Thuat Mach Dien Tu 3

1

Bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n

Tr−êng cao ®¼ng nghÒ c¬ ®iÖn hµ néi

--------------------****--------------------- TH.S: TRẦN THỊ KIM THẢO ( CHỦ BIÊN )

GIÁO TRÌNH

KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ III (Tài liệu lưu hành nội bộ)

Hà Nội - 2011

2

MỤC LỤC

MÔN HỌC : KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ III .................................................. 10

Mã môn học: MĐ16 ............................................................................................... 10

BÀI 1 : BỘ KHUẾCH ĐẠI .................................................................................... 10

Giới thiệu: ............................................................................................................... 10

1. Khái Niệm Chung Về Bộ Khuếch Đại ......................................................... 11

1.1 Khái niệm chung .............................................................................................................. 11

1.2 Chức năng của các bộ khuếch đại ................................................................................... 11

2. Phân Loại ......................................................................................................... 12

2.1 Mạch khuếch đại đảo ....................................................................................................... 13

2.2 Mạch khuếch đại không đảo ...................................................................................... 14

BÀI 2: MẠCH CỘNG ............................................................................................ 17

Giới thiệu: ............................................................................................................... 17

1. Khái Niệm Chung Về Mạch Cộng ................................................................ 17

1.1 Khái niệm chung về mạch cộng ...................................................................................... 17

1.2 Vai trò và chức năng của mạch cộng .............................................................................. 17

2. Phân Loại ........................................................................................................ 18

2.1 Mạch cộng không đảo ..................................................................................................... 18

2.2 Mạch cộng đảo ................................................................................................................ 20

BÀI 3: MẠCH TRỪ ............................................................................................... 22

Giới thiệu: ............................................................................................................... 22

1. Khái Niệm Chung ......................................................................................... 22

1.1 Khái niệm chung về mạch trừ .......................................................................................... 22

1.2 Vai trò và chức năng của mạch trừ .................................................................................. 22

2. Sơ đồ mạch điện ............................................................................................ 23

2.1 Tác dụng của các linh kiện trong mạch ........................................................................... 23

2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch ....................................................................................... 23

2.3 Chức năng và nhiệm vụ của mạch ................................................................................... 23

2.4 Tính toán thông số mạch ................................................................................................. 23

3

2.5 Bài tập tính toán mạch ..................................................................................................... 24

BÀI 4: MẠCH TẠO ĐIỆN ÁP RA CÓ CỰC TÍNH THAY ĐỔI ......................... 26

Giới thiệu: ............................................................................................................... 26

1. Khái niệm về mạch tạo ra điện áp ra có cực tính thay đổi ........................... 26

1.1 Khái niệm chung .............................................................................................................. 26

1.2 Vai trò và chức năng của mạch ....................................................................................... 26

2. Sơ đồ mạch điện ............................................................................................ 27



3. Tính toán thông số mạch ............................................................................... 27

3.1 Chức năng của các linh kiện trong mạch ......................................................................... 27


4. Đo, kiểm tra, cân chỉnh các thông số mạch .................................................. 28

4.1 Chuẩn bị ........................................................................................................................... 28

4.2 Lắp ráp mạch ................................................................................................................... 28

4.3 Cấp nguồn ........................................................................................................................ 29

4.4 Đo đạc và cân chỉnh......................................................................................................... 29

BÀI 5: MẠCH CHUYỂN ĐỔI TRỞ KHÁNG ...................................................... 30

Giới thiệu: ............................................................................................................... 30

1. Khái niệm chung về mạch chuyển đổi trở kháng ......................................... 30

1.1 Chức năng và nhiệm vụ của mạch chuyển đổi trở kháng ................................................ 30


2. Mạch ROTATO ............................................................................................ 31

2.1 Sơ đồ mạch điện ............................................................................................................. 31

2.2 Tác dụng của mạch .......................................................................................................... 31


2.4 Tính toán các thông số mạch ........................................................................................... 32

3. Mạch GYRATO ............................................................................................ 34

4

3.1 Sơ đồ và nguyên lý mạch điện ........................................................................................ 34

3.2 Tính toán các thông số của mạch..................................................................................... 35

4. Mạch XIECCULATO ................................................................................... 40

4.1 Sơ đồ mạch điện ............................................................................................................. 40



4.4 Ứng dụng của mạch Xiecclato......................................................................................... 43


5.1 Chuẩn bị ........................................................................................................................... 44

5.2 Lắp ráp mạch ................................................................................................................... 45

5.3 Cấp nguồn ........................................................................................................................ 45


BÀI 6: MẠCH TÍCH PHÂN .................................................................................. 46

Giới thiệu: ............................................................................................................... 46

1. Khái niệm chung về mạch tích phân ............................................................. 46

2. Chức năng và nhiệm vụ của mạch tích phân ............................................... 46

3. Mạch tích phân không đảo ............................................................................ 47

3.1 Sơ đồ mạch điện ............................................................................................................. 47


3.3 Nguyên lý hoạt động mạch tích phân .............................................................................. 47


4. Mạch tích phân đảo ....................................................................................... 48



5. Mạch tích phân tổng và hiệu ......................................................................... 51

5.1 Sơ đồ và nguyên lý .......................................................................................................... 51

5.2 Tính toán các thông số mạch tích phân hiệu ................................................................... 52

6. Mạch tích phân kép ....................................................................................... 52

5



BÀI 7: MẠCH PI .................................................................................................... 54

Giới thiệu: ............................................................................................................... 54

1. Khái niệm chung về mạch PI ........................................................................ 54

1.1 Khái niệm chung .............................................................................................................. 54

1.2 Vai trò và chức năng mạch .............................................................................................. 54

2. Sơ đồ mạch điện ............................................................................................... 55

2.1 Sơ đồ và nguyên lý mạch ................................................................................................ 55

2.2 Tác dụng các linh kiện trong mạch .................................................................................. 55

2.3 Đặc tuyến biên độ/tần số của mạch PI ............................................................................. 55




3.1 Chuẩn bị ........................................................................................................................... 57

3.2 Lắp ráp mạch ................................................................................................................... 57

3.3 Cấp nguồn ........................................................................................................................ 58


BÀI 8: MẠCH VI PHÂN ....................................................................................... 59

Giới thiệu: ............................................................................................................... 59

1. Khái niệm chung về mạch vi phân................................................................ 59

1.1 Khái niệm chung .............................................................................................................. 59


2. Sơ đồ mạch điện ............................................................................................ 60

2.1 Sơ đồ mạch ...................................................................................................................... 60

2.2 Tác dụng của linh kiện trong mạch ................................................................................. 60



6

2.5 Tính toán thông số mạch (cho mạch trong hình 8.1) ....................................................... 61


3.1 Chuẩn bị ........................................................................................................................... 63

3.2 Lắp ráp mạch ................................................................................................................... 63

3.3 Cấp nguồn ........................................................................................................................ 64


BÀI 9: MẠCH PID ................................................................................................. 65

1. Khái niệm chung về mạch PID (Propotional-Intergrated-Differential ) ...... 65

1.1 Khái niệm chung .............................................................................................................. 65


2. Sơ đồ mạch điện ............................................................................................ 65

2.1 Sơ đồ mạch điện .............................................................................................................. 65



2.4 Đặc tuyến biên độ tần số của mạch PID .......................................................................... 66

2.5 Chức năng của mạch ........................................................................................................ 67



3.1 Chuẩn bị ........................................................................................................................... 68

3.2 Lắp ráp mạch ................................................................................................................... 69

3.3 Cấp nguồn ........................................................................................................................ 69


BÀI 10: MẠCH LỌC THÔNG THẤP BẬC HAI ................................................. 71

1. Khái niệm về mạch lọc thông thấp bậc hai ................................................... 71

1.1 Khái niệm chung .............................................................................................................. 71


2. Chức năng và nhiệm vụ của mạch ................................................................ 72


7

2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch ..................................................................................................... 72

2.3 Chức năng của mạch ........................................................................................................ 72




3.1 Chuẩn bị ........................................................................................................................... 74

3.2 Lắp ráp mạch ................................................................................................................... 74

3.3 Cấp nguồn ........................................................................................................................ 75


BÀI 11: MẠCH LỌC THÔNG CAO BẬC HAI .................................................... 76

1. Khái niệm chung về mạch lọc thông cao bậc hai ......................................... 76

1.1 Khái niệm chung .............................................................................................................. 76


2. Chức năng và nhiệm vụ của mạch ................................................................ 77


2.2 Sơ đồ mạch ...................................................................................................................... 77

2.3 Chức năng của các linh kiện trong mạch ........................................................................ 77


2.5 Tính toán các thông số mạch ........................................................................................... 78


3.1 Chuẩn bị ........................................................................................................................... 79

3.2 Lắp ráp mạch ................................................................................................................... 79

3.3 Cấp nguồn ........................................................................................................................ 80


BÀI 12: MẠCH LỌC CHỌN LỌC VÀ MẠCH LỌC THÔNG DẢI .................... 81

1. Khái niệm chung về mạch lọc chọn lọc và mạch lọc thông dải ................... 81

1.1 Mạch lọc chọn lọc............................................................................................................ 81

1.2 Mạch lọc thông dải .................................................................................................... 82

8

2. Sơ đồ mạch điện ............................................................................................ 82



3. Tính toán thông số mạch ............................................................................... 84

3.1 Chức năng của các linh kiện ............................................................................................ 84


Mạch lọc thông dải băng tầng hẹp ......................................................................................... 88

Sơ đồ mạch ............................................................................................................................ 89

Tính toán mạch ...................................................................................................................... 89

4. Đo, kiểm tra, cân chỉnh các thông số mạch ..................................................... 91

4.1 Chuẩn bị ........................................................................................................................... 91

4.2 Lắp ráp mạch ................................................................................................................... 92

4.3 Cấp nguồn ........................................................................................................................ 92


BÀI 13: MẠCH NÉN CHỌN LỌC........................................................................ 93

1. Khái niệm chung về mạch nén chọn lọc ....................................................... 93

1.1 Khái niệm chung .............................................................................................................. 93


2. Chức năng và nhiệm vụ của mạch nén chọn lọc .......................................... 94

2.1 Nhiệm vụ và vai trò của mạch nén .................................................................................. 94

2.2 Sơ đồ mạch điện .............................................................................................................. 94

2.3 Chức năng của các linh kiện ............................................................................................ 94



2.6 Bài tập .............................................................................................................................. 97

BÀI 14: MẠCH VÒNG KHOÁ PHA (PLL) .......................................................... 98

1. Sơ đồ khối vòng khóa pha ............................................................................ 98

1.1 Nguyên lý hoạt động ....................................................................................................... 99

9

1.2 Chức năng nhiệm vụ của từng khối ............................................................................... 101

2. Các tính chất của PLL tuyến tính ................................................................ 102

2.1 VCO ............................................................................................................................... 102

2.2 Tính chất PLL ................................................................................................................ 103

3. Ứng dụng của PLL ...................................................................................... 105

3.1 Tách sóng tín hiệu điều tần ............................................................................................ 105

3.2 Điều chế tín hiệu số FSK ............................................................................................... 105

3.3 Tổng hợp tần số ............................................................................................................. 105

4. Đo, kiểm tra, cân chỉnh các thông số mạch ................................................ 108

4.1 Chuẩn bị ......................................................................................................................... 108

4.2 Lắp ráp mạch ................................................................................................................. 108

4.3 Cấp nguồn ...................................................................................................................... 109

4.4 Đo đạc và cân chỉnh....................................................................................................... 109

CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN .................................................................. 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 110

10

MÔN HỌC : KỸ THUẬT MẠCH ĐIỆN TỬ III

Mã môn học: MĐ16

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: • Vị trí của mô đun : Mô đun được bố trí sau khi học sinh học xong Học

xong các mô đun và môn học ở giai đoạn 1, kỳ 1 năm thứ 3.

Tính chất của mô đun : Là mô đun kiến thức cơ sở nghề bắt buộc

Mục tiêu của môn học: • Môđun này cung cấp cho người học các kiến thức về nguyên lý làm

việc của các mạch điện trong bộ khuếch đại thuật toán, mạch vòng khoá pha và các mạch điều khiển; cấu tạo và chu trình làm việc của một số mạch điều khiển thông dụng.

• Người học cũng được trang bị các kỹ năng về kiểm tra và cân chỉnh các mạch điện trong bộ khuếch đại thuật toán, mạch vòng khoá pha và các mạch điều khiển

• Người học được thực hành về cách thức thực hiện và đo đạc các mạch điện tử, tuân thủ theo các tiêu chuẩn về an toàn và thái độ làm việc chuyên nghiệp trong môi trường công việc.

Nội dung của môn học:

BÀI 1 : BỘ KHUẾCH ĐẠI

Giới thiệu:

Mạch khuếch đại rất quan trọng trong bất kỳ một thiết bị điện tử nào, nó cho phép chúng ta khuếch đại các tín hiệu rất nhỏ đến một mức cần thiết để có thể xử lý và tính toán.

Mục tiêu :

Học xong bài này học viên có khả năng:

• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của các mạch khuếch đại.

11

• Phân loại và tính toán được các kiểu mạch khuếch đại khác nhau.

• Kỹ năng:

• Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của các loại mạch khuếch đại.

• Biết phân tích , tính toán mạch khuếch đại đảo và không đảo.

• Thái độ: • Có ý thức tự giác học tập. • Có tinh thần hợp tác giúp đỡ lẫn nhau. • Tuân thủ nội quy và giờ giấc học tập.

Nội dung chính:

1. KháiNiệm Chung Về Bộ Khuếch Đại

1.1 Khái niệm chung

Mạch khuyếch đại được sử dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử, như mạch khuyếch đại âm tần trong máy chơi nhạc, Âmply, khuyếch đại tín hiệu video trong Ti vi, LCD hay các mạch khuếch đại tín hiệu vô tuyến trong các bộ thu Radio, thu truyền hình v.v …

- Mạch khuếch đại thuật toán (tiếng Anh: operational amplifier), thường được gọi tắt là op-amp là một mạch khuếch đại một chiều nối tầng trực tiếp với hệ số khuếch đại rất cao, có đầu vào vi sai, và thông thường có đầu ra đơn. Trong những ứng dụng thông thường, đầu ra được điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âmsao cho có thể xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào và tổng trở đầu ra.

- Các mạch khuếch đại thuật toán có những ứng dụng trải rộng trong rất nhiều các thiết bị điện tử thời nay từ các thiết bị điện tử dân dụng, công nghiệp và khoa học. Các mạch khuếch đại thuật toán thông dụng hiện nay có giá bán rất rẻ. Các thiết kế hiện đại đã được điện tử hóa chặt chẽ hơn trước đây, và một số thiết kế cho phép mạch điện chịu đựng được tình trạng ngắn mạch đầu ra mà không làm hư hỏng.

1.2 Chức năng của các bộ khuếch đại

- Chức năng chính của bộ khuếch đại tất nhiên là khả năng khuếch đại, tuy nhiên vì cấu tạo đặc biệt, nên chúng có thể tạo ra nhiều chức năng khác nhau từ khuếch đại cho tới mạch cộng, trừ, vi tích phân.

- Trong bài này ta sẽ khảo sát các mạch khuếch đại sử dụng mạch khuếch đại thuật toán

12

2. Phân Loại

- Bằng cách ghép nối các thành phần xung quanh một bộ KĐTT, ta có thể thiết lập hai mạch khuếch đại cơ bản là khuếch đại đảo và khuếch đại không đảo (khuếch đại đệm).

- Trong bài này, ta khảo sát op-amp ở trạng thái lý tưởng. Sau đây là các đặc tính của một op-amp lý tưởng:

- Ðộ lợi vòng hở A (open loop gain) bằng vô cực.

- Băng tần rộng từ 0Hz đến vô cực.

- Tổng trở vào bằng vô cực.

- Tổng trở ra bằng 0.

- Các hệ số l bằng vô cực.

- Khi ngõ vào ở 0 volt, ngõ ra luôn ở 0 volt.

- Ðương nhiên một op-amp thực tế không thể đạt được các trạng thái lý tưởng như

trên.

Hình 0.1Ký hiệu và mạch tương đương của opamp

- Từ các đặc tính trên ta thấy:

A = → ∞ nên khi V0 xác định và chưa bảo hòa thì V1 = V2.

- Zi →∞ nên không có dòng điện chạy vào op-amp từ các ngõ vào.

- Z0 →0Ω nên ngõ ra v0 không bị ảnh hưởng khi mắc tải.

- Vì A rất lớn nên phải dùng op-amp với hồi tiếp âm. Với hồi tiếp âm, ta có hai

13

dạng mạch khuếch đại căn bản sau:

2.1 Mạch khuếch đại đảo

Mạch khuếch đại đảo là mạch khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu ra có điện áp lớn hơn, nhưng bị đảo chiều so với tín hiệu vào.

2.1.1 Sơ đồ và nguyên lý mạch

Hình 0.2 Sơ đồ mạch khuếch đại đảo

2.1.2 Chức năng và nhiệm vụ mạch

Chức năng của mạch là khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu ra có điện áp lớn hơn , và đảo chiều cực tính của tín hiệu vào.

2.1.3 Tính toán thông số mạch

- Mạch khuếch đại đảo đảo ngược và khuếch đại tín hiệu ngõ vào. Hệ số khuếch đại được xác định dựa vào hai điện trở ngoài (điện trở hồi tiếp âm Rf, và điện trở vào Rin).

Hình 0.3Mạch khuếch đại đảo

+ Zi, Zf có thể có bất cứ dang nào.

+ Tín hiệu đưa vào ngõ vào (-) vi có thể xoay chiều hoặc một chiều.

- Do Op_amp lý tưởng nên: V1 = V2 = 0V.

14

nên độ lợi áp của mạch:

Nhận xét:

- Khi Zf và Zi là điện trở thuần thì v0 và vi sẽ lệch pha 1800 (nên được gọi là mạch khuếch đại đảo và ngõ vào ( - ) được gọi là ngõ vào đảo).

- Zf đóng vai trò mạch hồi tiếp âm. Zf càng lớn (hồi tiếp âm càng nhỏ) độ khuếch đại của mạch càng lớn.

- Khi Zf và Zi là điện trở thuần thì op-amp có tính khuếch đại cả điện thế một chiều.

2.1.4 Bài tập tính toán mạch

- Tính hệ số khuếch đại của mạch sau với Rf=10K,Ri=5K

Nếu cho một tín hiệu một chiều có đầu vào là 10mV, thì đầu ra sẽ bằng bao nhiêu ?

2.2 Mạch khuếch đại không đảo


Hình 0.4Mạch khuếch đại không đảo

15


- Chức năng của mạch là khuếch đại tín hiệu vào thành tín hiệu ra có điện áp lớn hơn , và cùng chiều so với tín hiệu vào.


Hình 0.5Tính toán mạch khuếch đại không đảo

Ta có:

Và

- Suy ra:

+ Nhận xét:

- Zf , Zi có thể có bất kỳ dạng nào.

- v0 và vi cũng có thể có bất kỳ dạng nào.

16

- Khi Zf , Zi là điện trở thuần thì ngõ ra v0 sẽ có cùng pha với ngõ vào vi (nên mạch được gọi là mạch khuếch đại không đảo và ngõ vào ( + ) được gọi là ngõ vào không đảo).

- Zf cũng đóng vai trò hồi tiếp âm. Ðể tăng độ khuếch đại AV, ta có thể tăng Zf hoặc giảm Zi.

- Mạch khuếch đại cả tín hiệu một chiều khi Zf và Zi là điện trở thuần. Mạch cũng giữ nguyên tính chất không đảo và có cùng công thức với trường hợp của tín hiệu xoay chiều.

- Khi Zf =0, ta có: AV=1 v0=vi hoặc Zi =∞ ta cũng có AV=1 và v0=vi. Lúc này mạch được gọi là mạch “voltage follower” thường được dùng làm mạch đệm (buffer) vì có tổng trở vào lớn và tổng trở ra nhỏ như mạch cực thu chung ở BJT.


- Tính hệ số khuếch đại của mạch sau với Zf=10K , Zi=5K

Nếu cho một tín hiệu một chiều có đầu vào là 10mV, thì đầu ra sẽ bằng bao nhiêu ?

17

BÀI 2: MẠCH CỘNG

Giới thiệu:

Mạch cộng thường được sử dụng trong các mạch tính toán, xử lý tín hiệu analog.

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch cộng. • Phân loại và tính toán được các mạch cộng.

• Kỹ năng:

• Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của các loại mạch cộng.

• Biết phân tích , tính toán mạch cộng đảo và không đảo.


Nội dung chính :

1. Khái Niệm Chung Về Mạch Cộng

1.1 Khái niệm chung về mạch cộng

Ðây là các mạch điện tử đặc biệt trong đó sự liên hệ giữa điện thế ngõ vào và ngõ ra là các phương trình toán học đơn giản đó là phép toán cộng các tín hiệu.

1.2 Vai trò và chức năng của mạch cộng

Cộng các điện áp của các tín hiệu ngõ vào.

18

2. Phân Loại

2.1 Mạch cộng không đảo


Hình 0.6Mạch cộng không đảo


Cộng các điện áp của các tín hiệu ngõ vào, tín hiệu điện áp ngõ ra là tổng các tín hiệu điện áp ngõ vào không đảo.


Hình 0.7Tính toán mạch cộng không đảo

Các dòng điện chạy qua điện trở là: = , = , = ...

19

Tổng các dòng điện này chạy qua Rf và tạo thành Vo nên ta có:

Trong đó: ; ;...;

Nếu: = thì ta có:

- Tín hiệu ngõ ra bằng tổng điện áp các tín hiệu ngõ vào. Ta chú ý là Vi là một điện thế bất kỳ có thể là một chiều hoặc xoay chiều.


- Tìm Vout ?. Với V1= V2 = 10mV, V3 = - 10mV.

R1 = R2 = R3 = R = 10kΩ

20

2.2 Mạch cộng đảo


Hình 0.8Mạch cộng đảo


Cộng các điện áp của các tín hiệu ngõ vào, và đảo điện áp tín hiệu tổng ở ngõ ra.


Hình 0.9Tính toán mạch cộng đảo

Các dòng điện chạy qua các điện trở là:

= ; = ;...; =

Tổng các dòng này chạy qua Rf tạo thành dòng V0 nên ta có:

21

Trong đó: ; ;...;

Nếu: = thì ta có:

- Tín hiệu ngõ ra bằng tổng các tín hiệu ngõ vào nhưng ngược pha. Ta chú ý là Vi là một điện thế bất kỳ có thể là một chiều hoặc xoay chiều.


Tìm Vout ?. Với V1= V2 = 10mV, V3 = - 10mV.

R1 = R2 = R3 = 10kΩ, Rf = 50kΩ

22

BÀI 3: MẠCH TRỪ

Giới thiệu:

Mạch trừ thường được sử dụng trong các mạch tính toán, xử lý tín hiệu analog.Mạch trừ có thể xem như một mạch cộng với tín hiệu bị đảo dấu

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch trừ. • Phân loại và tính toán được các mạch trừ.

• Kỹ năng:

• Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của các loại mạch trừ.

• Biết phân tích , tính toán mạch trừ đổi dấu và mạch trừ vi sai.


Nội dung chính :

1. Khái Niệm Chung

1.1 Khái niệm chung về mạch trừ

Ðây là các mạch điện tử đặc biệt trong đó sự liên hệ giữa điện thế ngõ vào và ngõ ra là các phương trình toán học đơn giản đó là phép toán trừ các tín hiệu.

1.2 Vai trò và chức năng của mạch trừ

Mạch trừ là mạch lấy hiệu điện áp các tín hiệu ở các ngõ vào với nhau.

23

2. Sơ đồ mạch điện

Hình 0.10Mạch trừ bằng phương pháp đổi dấu

Hình 0.11 Mạch trừ bằng phương pháp vi sai

2.1 Tác dụng của các linh kiện trong mạch

Op_amp1, R1 có tác dụng đổi dấu tín hiệu V2 thành -V2. Op_amp2, R2, Rf có tác dụng cộng hai tín hiệu V1 và –V2, và đổi dấu kết quả..

2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch

Để trừ tín hiệu V1với V2, thì ta đảo V2 thành –V2, sau đó cộng V1 với –V2, rồi đổi dấu kết quả.

2.3 Chức năng và nhiệm vụ của mạch

Trừ tín hiệu V1 cho V2,và đổi dấu kết quả..

2.4 Tính toán thông số mạch

V2 đầu tiên được đảo rồi cộng với V1. Do đó theo mạch ta có:

24

Nếu ta chọn: R1 = R2 = Rf, ta được:

- Như vậy tín hiệu ở ngõ ra là hiệu của 2 tín hiệu ngõ vào nhưng đổi dấu.

Đối với mạch trừ bằng phương pháp vi sai thì ta có:

Dòng điện vào từ V2 qua Ri sẽ qua Rf nên:

- Thay trị số của Vm vào biểu thức trên ta tìm được:

Nếu Rf = Ri ta có:

- Như vậy tín hiệu ngõ ra là hiệu của hai tín hiệu ngõ vào.

Lưu ý: Nếu hệ số Thì mạch trên gọi là mạch khuếch đại vi sai, với

hệ số khuếch đại là A.

2.5 Bài tập tính toán mạch

1) Cho mạch trừ như sau:

25

V1 = 20mV, V2 = 10mV, R1 = R2 =10kΩ, Rf = 20kΩ. Tính Vo = ?V.

2) Cho mạch vi sai như sau: V1 = 20mV, V2 = 10mV

Ri = Rf = 10kΩ. Tính Vo = ?V.

26

BÀI 4: MẠCH TẠO ĐIỆN ÁP RA CÓ CỰC TÍNH THAY ĐỔI

Giới thiệu:

Mạch tạo điện áp ra có cực tính thay đổi có nhiều ứng dụng trong thực tế, ví dụ như tạo điện áp tham khảo cho các bộ lấy mẫu ADC, ngoài ra mạch này có thể dùng tạo nguồn áp hoặc nguồn dòng công suất nhỏ

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch tạo điện áp ra. • Hiểu được sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động của mạch tạo điện

áp ra có cực tính thay đổi.

• Kỹ năng:

• Có thể tính toán và thiết kế được mạch tạo điện áp ra có cực tính thay đổi.


Nội dung chính :

1. Khái niệm về mạch tạo ra điện áp ra có cực tính thay đổi


Là mạch tạo điện áp DC ra có thể thay đổi liên tục từ +Vcc (dương) sang -Vss (âm) theo sự thay đổi của điện áp điều chỉnh được trên Vr so với điện áp chuẩn U1 vào.

1.2 Vai trò và chức năng của mạch

Mạch này có chức năng tạo ra các điện áp tham khảo chính xác cho các mạch lấy mẫu ADC, mạch cần điện áp tham chiếu... Ngoài ra mạch có thể sử dụng làm nguồn áp với dòng tải nhỏ.

27


Hình 0.1 Mạch tạo điện áp ra có cực tính thay đổi

Mạch tạo diện áp ra có cực tính thay đổi (0 < q < 1)


Mạch tạo điện áp ra có cực tính thay đổi thực chất là một mạch trừ vi sai, với điện áp chân chân + của opamp có thể thay đổi được.


Mạch có chức năng tạo ra điện áp có thể thay đổi được giá trị và cực tính. Tùy vào giá trị biến trở ta có thể chỉnh điện áp đầu ra thay đổi trong một khoảng nhất định, thậm chí thay đổi cực tính của điện áp.

3. Tính toán thông số mạch

3.1 Chức năng của các linh kiện trong mạch

Mạch tạo điện áp ra có cực tính thay đổi thực chất là một mạch trừ vi sai, với điện áp chân chân + của opamp có thể thay đổi được. Do đó các linh kiện hoạt động với nguyên tắc cùng với mạch trừ vi sai.


Ta có điện áp trên nút N và P lần lượt là:

;

Suy ra:

Như vậy khi thay đổi giá trị của biến trở phân áp R2 thì ta có hệ số của Ur lúc dương, lúc âm. Khi q = 0,5 thì Ur = 0V.

28

4. Đo, kiểm tra, cân chỉnh các thông số mạch

4.1 Chuẩn bị

4.1.1 Chuẩn bị linh kiện

Chuẩn bị các linh kiện sau : • 2 điện trở 10K. • 1 biến trở 50K. • 1 opamp LM358 • 1 Bộ nguồn 5VDC

4.1.2 Chuẩn bị dụng cụ, testboard

Chuẩn bị các dụng cụ sau : • Mỏ hàn, • chì hàn, nhựa thông. • Testboard • Dây nối • Kìm cắt,kìm kẹp, nhíp . • Bộ nguồn DC. • VOM

4.2 Lắp ráp mạch

4.2.1 Lắp ráp mạch trên testboard

Lắp ráp mạch trên testboard theo sơ đồ nguyên lý sau :

GND

50K

R1

13

2

84

U1ALM358

+5V

21

CN2

10k

R3

10k

R2

-5V

+5V

GND

GND23

1

CN1 -5V

29

4.2.2 Đo ngắn mạch

Dùng VOM đo giữa hai đầu CN1,CN2 và nguồn +/-5VDC xem có chạm nguồn hay không.

4.3 Cấp nguồn

4.3.1 Chỉnh nguồn, áp phù hợp.

Chỉnh bộ nguồn +/-5VDC cung cấp cho mạch.

4.3.2 Cấp nguồn cho mạch

Sau khi đã chỉnh nguồn, cấp nguồn cho mạch thông qua CN1.

4.4 Đo đạc và cân chỉnh

4.4.1 Đo đạc tín hiệu

Chỉnh biến trở R1 về 0. Đo đầu ra trên CN2 Chỉnh biến trở R1 về maximum. Đo đầu ra trên CN2

4.4.2 Cân chỉnh thông số theo yêu cầu

Chỉnh biến trở R1 để có các giá trị điện áp -5V,-2.5V, 0V,+2.5V,+5V.

30

BÀI 5: MẠCH CHUYỂN ĐỔI TRỞ KHÁNG

Giới thiệu:

Mạch chuyển đổi trở kháng có nhiều ứng dụng trong thực tế,mạch có thể dùng để tạo ra các trở kháng rất nhỏ hoặc rất lớn để cách ly giữa các tầng tín hiệu, hoặc mạch cũng ứng dụng nhiều trong các nguồn dòng.

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch chuyển đổi trở kháng. • Phân loại và tính toán được các mạch chuyển đổi trở kháng.

• Kỹ năng:

• Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của các loại mạch chuyển đổi trở kháng.

• Biết phân tích , tính toán mạch chuyển đổi trở kháng rotato, gyrato, xiecculato….


Nội dung chính.

1. Khái niệm chung về mạch chuyển đổi trở kháng

Mạch biến đổi trở kháng là mạch cho phép tạo ra các giá trị trở kháng thay đổi một giá trị tùy ý theo trở kháng đầu vào.

1.1 Chức năng và nhiệm vụ của mạch chuyển đổi trở kháng

Mạch tạo trở kháng âm được dùng trong các mạch cần sử dụng trở kháng âm, hoặc nguồn áp có nội trở âm.

Sử dụng mạch tạo giá trị trở kháng thay đổi khi ta muốn chuyển đổi giá trị trở kháng một giá trị nào đó tỷ lệ với trở kháng ban đầu.


Về bản chất, mạch biến đổi trở kháng là mạch làm thay đổi mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp để tạo ra sử biến đổi trở kháng. Mạch thường sử dụng

31

mạch khuếch đại thuật toán để tạo ra các nguồn dòng phụ thuộc, từ đó làm thay đổi trở kháng tương đương của trở kháng đầu vào.

2. Mạch ROTATO

2.1 Sơ đồ mạch điện

Hình 0.2Sơ đồ nguyên lý của rotato

2.2 Tác dụng của mạch

Mạch Rotato là mạch thay đổi giá trị trở kháng đầu vào RM thành giá trị

trở kháng .


Mạch Rotato là mạch thực hiện quay một đường đặc tính hay một họ đường đặc tính quanh truc tọa độ. Ta quy ước rằng góc quayθ> 0 khi chiều quay cùng với chiều kim đồng hồ. Trên hình 5.2 đường cong (1) được quay một góc θ và trở thành đường cong (2). θ phụ thuộc vào hệ số tỷ lệ của hai trục. Ví dụ x = aU, y = bI. a và b có thứ nguyện lần lược là cmV và cmA. Tỷ số b / a có thứ nguyên là một điện trở vì vậy nó được gọi là RM. Từ hình vẽ ta thấy, khi quay đường cong (1) thì một điểm bất kì P1 ( x 1, y1) trên nó sẽ biến thành điểm P2( x 2, y2). Quan hệ giữa các tọa độ cũ và mới được xác định bởi hệ phương trình:

32

Hình 0.3

Thay hệ số tỷ lệ của trục vào, ta có:

Chia hai phương trình của hệ trên lần lược cho a và b, ta có:

Đây chính là quan hệ giữa điện áp và dòng điện trên đầu ra với điện áp và dòng điện trên đầu vào của mạch Rotato. Sơ đồ của một mạch như vậy có dạng như Hình 5.3.

2.4 Tính toáncác thông số mạch

Áp dụng nguyên lý xếp chồng ta có thể viết:

• Khi

33

• Khi U1 = 0:

- Vậy ta có thể viết lại phương trình truyền đạt như sau:

So sánh hệ số của các phương trình của (3.67c) và (3.68a), (3.68b) ta có:

- Từ (3.69.a) và (3.69.b) ta xác định được:

34

Thay vào (3.69.c) Ta thấy kết quả trên là phù hợp:

- Như vậy cho trước RMvàθ, ta có thể xây dựng được mạch điện hình 5.2.RM luôn luôn dương. Ta thấy rằng khi 0 <θ< 1800, thì R4 âm còn nếuθ> 1800 thì cả R3 cũng âm. Để tạo điện trở âm người ta dùng NIC. Đặt biệt thay R4 bằng NIC rất tiện lợi vì R4 có một đầu nối đất.

Hình 0.4Mạch rotato với góc quay 0 <

- Do tính đối xứng của mạch điện nên có thể đổi chổ đầu ra với đầu vào mà không ảnh hưởng đến tính chất của mạch. Chú ý rằng R4 trong Hình5.3 là một điện trở thông thường, khác với R4 trong Hình 5.1 là điện trở của cả nhánh.

3. Mạch GYRATO

3.1 Sơ đồ và nguyên lý mạch điện

Hình 0.5Một phương án thực hiện mạch gyrato

Gyrato là mạch biến đổi trở kháng Z thành R2/Z, Phương trình truyền đạt có dạng:

35

trong đó RM là hệ số biến đổi.

3.2 Tính toán các thông số của mạch

Hình 0.6Sơ đồ quy ước của gyrato.

Hình 0.7Sơ đồ tương đương của gyrato.

Ta thấy rằng dòng điện trên đầu này tỷ lệ với điện áp trên đầu kia của Gyrato. Vậy mạch điện của Gyrato gồm hai nguồn dòng điều khiển bằng điện áp. Một trong những cách để thực hiện mạch điện Gyrato là dùng hai NIC như hình sau.

36

Hình 0.8Mạch gyrato gồm hai bộ khuếch đại thuật toán (2 NIC)

Viết phương trình dòng điện nút cho các nút P và N,ta có:

P1: N1:

P2: N2:

Loại U3và U4ra khỏi các phương trình trên, ta có:

- Hay chính là các quan hệ (3.72.a) và (3.72.b)

- Mạch Gyrato cũng có thể mắc như Hình 5.7. Phương trình dòng điện nút trên các nút của bộ khuếch đại thuật toán có dạng:

P1: N1:

P2: N2:

37

- LoạiU3, U4, U5 ta sẽ rút ra quan hệ (3.72.a) và (3.72.b)

- Bây giờ,giả sử có một điện trở tải R1 mắc vào đầu vào U1, Vì I1 và U1 cùng chiều nên theo định luật Ohm ta có.

- Thay vào (3.72.a) và (3.72.b) ta có:

- Như vậy nếu mắc một điện trở thuần ở đầu bên phải thì nhìn từ đầu bên trái

vào ta cũng có một điện trở với giá trị là . Bây giờ nếu mắc một điện trở thuần ở đầu bên trái thì:

- Lúc này biểu thức hàm truyền đạt có dạng:

- Như vậy, trở kháng của mạch nhìn từ bên trái sẽ là:

- Tương tự (3.73). Đối với trở kháng phức ta cũng có kết quả tương tự:

38

- Từ kết quả trên, ta thấy nếu mắc một tụ điện vào một đầu của gyrato thì trên đầu kia ta sẽ nhận được một trở kháng phứccó giá trị.

- Đây là trở kháng phức của một điện cảm L có trị số:

Hình 0.9Sơ đồ tương đương mạch tạo điện cảm không tổn hao.

- Nói cách khác, một trong những ứng dụng của gyrato là để tạo ra những giá trị điện cảm trị số lớn mà không có tổn hao. Mạch tương đương trong trường hợp này được thể hiện trên hình 5.8. Nếu mắc song song với mạch này một điện dung, ta sẽ có một khung cộng hưởng không tổn hao. Bằng cách này có thể tạo ra các bộ lọc LC có phẩm chất cao. Phẩm chất lúc đó phụ thuộc vào sai số các cặp điện trở của gyrato. Muốn thay đổi trị số điện cảm của gyrato thì đối với sơ đồ hình 5.6 phải thay đổi các giá trị của tất cả các điện trở RM. Diều này khá phước tạp. trong sơ đồ trên hình 5.7 việc thay đổi L được thực hiện bằng cách thay đổi một điện trở duy nhất đặt tại cửa P1. Giả thuyết điện trở có giá trị là α RM viết lại phương trình dòng điện nút và biến đổi ta có các phương trình truyền đạt như sau:

- Điện trở biến đổi sẽ là:

39

- Điện cảm Gyrato:

Hình 0.10 Biến đổi nhị phân mạng 4 cực

- Sơ đồ 5.9.a) mắc hai gyrato vào một mạng 4 cực hình T co thể chuyển thành sơ đồ tương đương hình π trên hình 5.9.b) gọi là biến đổi nhị phân mạng 4 cực. Hệ phương trình truyền đạt tính được bằng cách nhân ma trận của hai gyrato với ma trận của mạng 4 cực hình T để có ma trận mới.

- Ag1, Ag2 lần lược là ma trận của gyrato thứ nhất và thứ hai, AT – ma trận của mạng 4 cực T, các ma trận Ag được rút ra từ hệ phương trình truyền đạt của Gyrato như sau:

40

- Có thể áp dụng các quan hệ này để xây dựng một mạch điện có ba điện cảm bằng mạch điện gồm Gyrato đấu với ba điện dung (hình 5.10).

Hình 0.11Biến đổi nhị phân điện cảm

- Mắc thêm vào mạch ngoài các điện dung song song với L1 và L2 sẽ nhận được mạch lọc dải, ghép điện cảm. áp dụng các phương trình (3.77) ta có:

4. Mạch XIECCULATO


Hình 0.12Sơ đồ quy ước của Xiecculato

Xiecculato là một mạch điện có ít nhất là ba cửa. Sơ đồ quy ước của xiecculato được biểu diễn trên hình 5.11.Mạch Xiecculato có thể thực hiện bằng 3 opamp như sau :

41

Hình 0.13Một cách thực hiện mạch Xiecculato gồm 3 khâu khác nhau:


Đặc điểm cơ bản của xiecculato là:

- Tín hiệu đặt trên một cửa nào đó được chuyển tiếp theo chiều mũi tên.

- Tín hiệu không thay đổi khi truyền qua cửa sổ hở mạch.

- Tín hiệu bị đổi dấu khi truyền qua cửa ngắn mạch.

- Nếu đấu một điện trở R = RM giữa một cửa nào đó với đất thì có điện áp tín hiệu hạ trên điện trở đó và tín hiệu không được truyền sang cửa tiếp theo.

Hình 0.14Một khâu của mạch của Xiecculato

Đối với khâu này ta có ba trường hợp như sau:

- Hở mạch đầu 1 thì I1 = 0, do đó UP = UV = UN , không có dòng qua nhánh hồi tiếp nên Ur = Uv.

- Ngắn mạch điểm 1, U1 = 0V, mạch trở thành mạch khuếch đại với hệ số khuếch đại K’ = 1, Tức Ur = -Uv.

42

- Mắc vào điểm 1 một điện trở RM thì mạch điện là một mạch trừ với điện áp vào bằng nhau và bằng Uv nên Ur = 0V.

- Cho Uv = 0V, và đặt vào điểm 1 một điện áp U1 thì mạch điện là một mạch khuếch đại thuận với hệ số khuếch đại K’ = 2, do đó Ur = 2U1.


Từ những tính chất trên đây, ta sẽ phân tích nguyên lý hoạt động của mạch Xiecculato trên hình 5.12. Giả thuyết có một điện áp U1 Đặt vào đầu 1, đầu 2 có đấu một điện trở RM với đất và hở mạch đầu 3. Qua những tính chất của một khâu mạch ta thấy: U5 = 0, bộ khuếch đại thứ ba có hệ số khuếch đại K’ = 1 nên điện áp trên đầu ra của nó U6 = 0V. Mạch khuếch đại đầu vào có hệ số

khuếch đại = 2 nên điện áp tr6n đầu ra của nó U4 = 2U1 . Ở điểm 2 (điểm đấu RM) có hạ áp

U2 = = U1. Các trường hợp đặt biệt khác cũng có thể giải thích tương tự.

- Trong trường hợp tổng quát ta cần tìm phương trình truyền đạt để mô tả tính chất của mạch Xiecculato. Viết phương trình dòng điện nút cho các nút P và N:

- Loại U4, U5, U6 ra khỏi các phuong trình trên, ta có:

43

Đây chính là hệ phương trình truyền đạt của Xiecculato.

Cộng ba phương trình trên ta có:

Mạch điện Xieccuato có thể được mở rộng bằng cách mắc thêm một số khâu giống nhau nữa.

4.4 Ứng dụng của mạch Xiecclato

- Một số ứng dụng quan trọng của mạch Xiecculato là tạo ra điện cảm không có đầu nối đất. Để thực hiện mạch đó, mắc một tụ điện vào giũa nút 1 và 2, lúc này giữa các đầu 1 và 3 sẽ xuất hiện một điện cảm không có đầu nối đất. Giá trị của điện cảm này được xác định từ trở kháng phức của nó:

- Theo định luật OHM:

- Thay vào (3.78.b) và sau đó thay tiếp (3.78.c) ta có:

- Do đó:

Hình 15.Dùng Xiecculato để tạo điện cảm không có đầu nối đất.

44

- Mạch Xiecculato còn được dùng làm mạch phân tích tín hiệu trong điện thoại 2 dây.

Hình 16. Mạch ứng dụng của Xiecculato

- Ba cửa của Xiecculato Đều được nối với 3 điện trở tải Rt. Nhờ tính chất của mạch Xiecculato mà tín hiệu từ micro sẽ đi đến tổng đài mà không vào tai nghe, và tín hiệu từ tổng đài truyền đến chỉ vào tai nghe mà không đi vào micro.


Chúng ta sẽ thực hiện một mạch tạo điện trở âm (NIC) sử dụng Opamp

5.1 Chuẩn bị


Chuẩn bị các linh kiện sau : • 2 điện trở 10K. • 1 điện trở 50K. • 1 opamp LM358 • 1 Bộ nguồn +/-5VDC


Chuẩn bị các dụng cụ sau : • Mỏ hàn, • chì hàn, nhựa thông. • Testboard • Dây nối • Kìm cắt,kìm kẹp, nhíp . • Bộ nguồn DC. • VOM

45




GND

13

28

4

U1A

LM358

+5V

10k R450k

R3-5V

GND

10k R221

CN1

U1


Dùng VOM đo giữa hai đầu CN1 và nguồn +/-5VDC xem có chạm nguồn hay không.

5.3 Cấp nguồn



5.3.2 Cấp nguồn cho mạch

Sau khi đã chỉnh nguồn, cấp tín hiệu cho mạch thông qua CN1.



Quan sát và đo dòng từ nguồn tín hiệu đổ vào mạch


46

BÀI 6: MẠCH TÍCH PHÂN

Giới thiệu:

Mạch tích phân trng thực tế có nhiều ứng dụng như tạo ra các dạng sóng bằng cách lấy tích phân một tín hiệu chuẩn, mạch cũng dùng trong lĩnh vực điều khiển….

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch tích phân. • Phân loại và tính toán được các mạch tích phân.

• Kỹ năng: • Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của các loại mạch tích phân. • Biết phân tích , tính toán mạch tích phân.


Nội dung chính :

1. Khái niệm chung về mạch tích phân

Ðây là các mạch điện tử đặc biệt trong đó sự liên hệ giữa điện thế ngõ vào và ngõ ra là các phương trình toán học đó là phép toán tích phân tín hiệu vào.

2. Chức năng và nhiệm vụ của mạch tích phân

Giá trị điện thế ở ngõ ra là kết quả tích phân điện thế ngõ vào theo hệ số tích

phân .

47

3. Mạch tích phân không đảo


Hình 0.1 Mạch tích phân không đảo


Đây thực chất là một mạch tích phân ghép RC với bộ khuếch đại thuật toán làm nhiệm vụ đệm.

3.3 Nguyên lý hoạt động mạch tích phân

Mạch khuếch đại thuật toán hoạt động ở chế độ hồi tiếp âm và dương, với bộ tích phân RC.


Tại nút P ta có phương trình dòng điện:

Mặc khác:

48

4. Mạch tích phân đảo


Hình 0.2Mạch tích phân đảo


Tại nút N ta có:

Như vậy điện áp ra là tích phân điện áp vào.

Trong biểu thức (1), ur(t = 0) là điều kiện ban đầu.

Nếu u1 là điện áp xoay chiều hình sin:

Thì

Ta thấy, biên độ điện áp ra tỉ lệ nghịch với tần số và đặt tuyến biên độ_ tần số của mạch tích phân.

49

Có độ dốc

Đây là một dấu hiệu đặc trưng của một mạch tích phân. Từ đặt điểm này ta có định nghĩa sau:

Một mạch được gọi là mạch tích phân trong một tần số nào đó nếu trong phạm vi tần số đó đặc tính tần số của nó giảm với độ dốc 6dB/Octave.

Trong một bộ khuếch đại thuật toán thực thì dòng tĩnh It và điện áp lệch không thể gây ra sai số đáng kể trong mạch tích phân. Ta sẽ tính sai số này.

Giả thuyết U1 = 0, dòng qua tụ điện sẽ là:

- Vậy nếu dòng sai số qua C là 1µA và C =1µF thì

- Để giảm sai số này ta có thể tăng tụ C, tuy nhiên C không thể lớn tùy ý vì vậy cần dùng Hình 3 để giảm ảnh hưởng của dòng tĩnh. Trong hình 6.3 chọn R1 ≈ R, do đó nếu U1 = 0 thì dòng qua R:

50

Hình 0.3Mạch tích phân có bù dòng tĩnh đầu vào.

Do đó sai số qua C bị triệt tiêu. Nhờ thay đổi R1 có thể bù được một phần dòng lệch không và điện áp lệch không. Trôi dòng lệch không và trôi áp lệch không không thể bù được vì thường chúng khá lớn.

* Điều kiện đầu của mạch tích phân

- Mạch tích phân chỉ có ý nghĩa khi điều kiện ban đầuur(t = 0) không phụ

thuộc vào điện áp vào u1. Để đạt điều kiện đầu cho mạch, ta dùng hình 4. Nếu K1 và K2 đều ở vị trí 1 thì mạch làm việc như một mạch tích phân thông thường. Nếu chuyển K1 sang vị trí 2 thì dòng điện Iv = 0 và điện áp ra giữ nguyên giá trị của nó tại thời điểm chuyển mạch.

Hình 0.4Mạch tích phân có điều kiện đầu

Trạng thái này được dùng khi cần ngắt quá trình tính toán để đọc điện áp ra. Nếu K2 cũng chuyển sang vị trí 2 thì U2 nạp điện cho C đến giá trị U2. Điện áp ban

đầu ur(t = 0) chỉ xuất hiện sau khi C đã nạp xong, thời gian nạp

51

- Giá trị của điện áp ra tại t = 0:

Hình 0.5Mạch tích phân có điều kiện đầu dùng nguồn điện áp nối đất.

5. Mạch tích phân tổng và hiệu

5.1 Sơ đồ và nguyên lý

Hình 0.6Mạch tích phân tổng.

52

Hình 0.7Mạch tích phân hiệu.

5.2 Tính toán các thông số mạch tích phân hiệu

- Tại nút N và P ta có:

- Biến đổi và cho ,R1CN = R2CP = RC ta được:

6. Mạch tích phân kép


Hình 0.8Mạch tích phân kép


Viết phương trình dòng điện cho các nút 1, 2 và 3 ta có :

53

Nút 1:

Nút 2:

Nút 3:

Rút u2 ở phương trình thứ nhất và htay vào phương trình thứ hai ta có:

Vi phân (5) theo t và nhân với RC ta có:

Cộng (6) với (4) ta có:

Hay

Đây là kết quả của mạch tích phân kép đối với ngõ vào

54

BÀI 7: MẠCH PI

Giới thiệu:

Mạch PI thường dùng trong lĩnh vực điều khiển bằng cách lấy tích phân và vi phân của tín hiệu

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch tính tích phân-tỷ lệ. • Tính toán và thiết kế được mạch tích phân-tỷ lệ.

• Kỹ năng: • Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của mạch tính tích phân-tỷ lệ. • Biết thiết kế , tính toán mạch PI.


Nội dung chính :

1. Khái niệm chung về mạch PI


Mạch PI là mạch tính tỷ lệ và tích phân tín hiệu đầu vào.

1.2 Vai trò và chức năng mạch

Mạch PI thường được dùng trong lĩnh vực điều khiển để thực hiện thuật toán điều khiển khâu tích phân-tỷ lệ.

55


2.1 Sơ đồ và nguyên lý mạch

Hình 0.9Mạch PI.

2.2 Tác dụng các linh kiện trong mạch

Mạch tích phân và tỷ lệ sử dụng mạch khuếch đại thuật toán. Thực chất mạch PI là mạch tích phân sử dụng mạch khuếch đại thuật toán, bổ sung thêm thành phân tỷ lệ với tín hiệu đầu vào bằng cách thêm điện trở mắc nối tiếp với tụ.

2.3 Đặc tuyến biên độ/tần số của mạch PI

Hình 0.10Đặc tuyến biên độ- tần số.


Chức năng của mạch PI là lấy tổng của thành phần tỷ lệ với tín hiệu và tích phân của tín hiệu đầu vào. Mạch PI thường được dùng để thực hiện thuật toán điều khiển khâu tích phân-tỷ lệ.

56


Mạch có điện áp ra:

- Biết rằng dòng vào:

tạo nên điện trở RN điện áp và trên tụ điện C điện áp

mặc khác do UN = 0V, nên

- Để làm rõ nguyên lý của mạch, ta sẽ xét trường hợp

- Ta có:

- Đặt :

57


3.1 Chuẩn bị


Chuẩn bị các linh kiện sau : • 1 điện trở 10K. • 1 Tụ 104. • 1 biến trở 50K. • 1 opamp LM358 • 1 Bộ nguồn +/-5VDC


Chuẩn bị các dụng cụ sau : • Mỏ hàn, • chì hàn, nhựa thông. • Testboard • Dây nối • Kìm cắt,kìm kẹp, nhíp . • Bộ nguồn DC. • Máy phát hàm. • VOM




GND

13

2

84

U1ALM358

+5V

10k

R1

-5V

GND

21

CN1

U1

104

C2

21

CN2

GND

U2

50K

R2

58



3.3 Cấp nguồn



3.3.2 Cấp tín hiệu cho mạch

Sau khi đã chỉnh nguồn, cấp tín hiệu sóng sin từ máy phát hàm cho mạch thông qua CN1.



Quan sát và đo tín hiệu trên CN2, so sánh với tín hiệu đầu vào trên CN1


Chỉnh biến trở R2 và quan sát thành phần tỷ lệ với tín hiệu vào.

59

BÀI 8: MẠCH VI PHÂN

Giới thiệu:

Mạch vi phân trng thực tế có nhiều ứng dụng như tạo ra các dạng sóng bằng cách lấy vi phân một tín hiệu chuẩn, mạch cũng dùng trong lĩnh vực điều khiển hoặc xử lý tìn hiệu analog….

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch tính vi phân. • Tính toán và thiết kế được mạch vi phân.

• Kỹ năng: • Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của mạch tính vi phân. • Biết thiết kế , tính toán mạch vi phân.


Nội dung chính :

1. Khái niệm chung về mạch vi phân


Ðây là các mạch điện tử đặc biệt trong đó sự liên hệ giữa điện thế ngõ vào và ngõ ra là các phương trình toán học đó là phép toán vi phân tín hiệu vào.


Giá trị điện thế ở ngõ ra là kết quả tích phân điện thế ngõ vào theo hệ số vi phân RC.

60


2.1 Sơ đồ mạch

Hình 0.11Mạch vi phân lý thuyết

Hình 0.12Mạch vi phân sử dụng trong thực tế.

2.2 Tác dụng của linh kiện trong mạch

Mạch vi phân tương tự như mạch tích phân, trong đó linh kiện R và C đổi vị trí cho nhau. Mạch cũng sử dụng Chip khuếch đại thuật toán để tạo ra tín hiệu vi phân của tín hiệu đầu vào.


Nguyên lý hoạt động dựa trên nguyên tắc nạp xả của tụ. Cộng với đặc tính của mạch khuếch đại thuật toán, cho phép tạo ra tín hiệu vi phân của tín hiệu đầu vào.


Mạch có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu vi phân của tín hiệu đầu vào. Các mạch tính vi phân có thể sử dụng trong các mạch cần xử lý tín hiệu tương tự hoặc các mạch cần biến đổi dạng sóng tín hiệu.

61

2.5 Tính toán thông số mạch (cho mạch trong hình 8.1)

Viết phương trình dòng điện cho nút cho nút N ta có:

Giả thiết

Ta có:

Do vậy hệ số khuếch đại của mạch:

- Như vậy K’ tỷ lệ với tần số và đồ thị Bode Có độ dốc 6dB/Octave. Ta có định nghĩa sau: Mạch vi phân là mạch có đặt tuyến tần số tăng với độ dốc 6dB/Octave.

Mạch điện hình 8.1 có các nhược điểm sau:

- Do hệ số khuếch đại của nạch tỉ lệ với tần số nên tạp âm tần số cao ở đầu ra của mạch là rất lớn, có thể lấn ác tín hiệu.

- Trở kháng vào của mạch

giảm khi tần số tăng, do đó khi nguồn tín hiệu có trở kháng trong lớn thì chỉ có một phần tín hiệu được vi phân, phần còn lại được khuếch đại. Mặt khác ở tần số cao hệ số hồi tiếp của mạch giảm.

Mạch kém ổn định do bản thân mạch hồi tiếp đã gây ra một góc di pha_900. Để bù tần số đảm bảo ổn định phải tính toán sau cho lượng dự trữ về pha ФK = 900.

62

Do các nhược điểm vừa nêu, trong thực tế người ta thường dùng mạch vi phân hình 8.2. Điện trở R1 được mắc nối tiếp với C1 để giảm tạp âm tần số cao. Do vậy mạch chỉ có tác dụng vi phân khi

Ở tần số đó có thể coi CN là hở mạch, ở tần số cao thì trở kháng của CN rất nhỏ nên có thể coi đầu ra ghép hồi tiếp âm hoàn toàn với đầu vào, nhờ vậy mà giảm được tạp âm ở đầu ra

Hình 0.13Đặt tuyến biên độ - tần số

Nếu chọn CN sao choR1C1 = RNCN thì khi hệ số khuếch đại giảm theo tần số. Do đó đồ thị Bode (Hình 3) của mạch trên hình 2 gồm có 2 thành phần:

là thành phần vi phân.

là thành pần tích phân.

Điện áp ra khi được biểu diễn qua công thức:

63


3.1 Chuẩn bị

Chuẩn bị linh kiện

Chuẩn bị các linh kiện sau : • 1 Tụ 104. • 1 biến trở 50K. • 1 opamp LM358 • 1 Bộ nguồn +/-5VDC

Chuẩn bị dụng cụ, testboard





GND

13

2

84

U1ALM358

+5V

-5V

GND

21

CN1

U1

104

C1

21

CN2

GND

U2

50K

R1



64

3.3 Cấp nguồn









Chỉnh biến trở R2 và quan sát tín hiệu đầu ra so với tín hiệu vào.

65

BÀI 9: MẠCH PID

Giới thiệu

Mạch PID ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực điều khiển hoặc trong các phần tính toán và xử lý tín hiệu analog….

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch tính PID (Tỷ lệ-Tích phân-Vi

phân). • Tính toán và thiết kế được mạch PID.

• Kỹ năng: • Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của mạch PID. • Biết thiết kế , tính toán mạch PID.


Nội dung chính :

1. Khái niệm chung về mạch PID (Propotional-Intergrated-Differential )


Mạch PID là mạch tạo tín hiệu là tổng của ba thành phần tỷ lệ, tích phân và vi phân của tín hiệu đầu vào.


Mạch PID cũng là một mạch hay được sử dụng trong kỹ thuật điều khiển để mở rộng phạm vi tần số điều khiển và trong nhiều trường hợp để tăng tính ổn định của hệ thống điều khiển trong một dải tần rộng.



66

Hình 0.14Mạch PID


Mạch PID thực chất là ghép lại của mạch PI và mạch vi phân tạo ra mạch PID. Điện trợ RN ,CN và Ri tạo ra thành phần P và I trên tín hiệu đầu vào. Mặt khắc điện trở RN và tụ Ci kết hợp với mạch khuếch đại thuật toán tạo ra thành phần vi phân của tín hiệu.


Như đã đề cập ở trên, mạch PID thực chất là ghép lại của mạch PI và mạch vi phân, vì vậy nguyên lý hoạt động của mạch tương tự mạch vi phân và mạch PI.

2.4 Đặc tuyến biên độ tần số của mạch PID

Đặc tuyến biên độ tần số của mạch PID như hình 9.1 có dạng

Hình 0.15Đặc tuyến biên độ_tần số.

Nhược điểm của mạch vừa xét là phần vi phân gây tạp âm lớn trong tần số cao còn thành phần tích phân thì có hệ số khuếch đại rất lớn ở tần số thấp nên mạch có thể tự kích khi lượng dự trữ về pha không đủ lớn. Để khắc phục, người ta hạn chế hệ số khuếch đại ở tần số thấp và tần số cao trong một dải nào đó bằng các điện trở R2, R3 như trong Hình 9.3. Ở đây R2 làm nhiệm vụ hạn chế hệ số khuếch đại ở tần số cao, R3 hạn chế tần số khuếch đại ở tần số thấp.

67

Hình 0.16Mạch PID dùng trong thực tế.

- Thường chọn R3 >> RNvà R2 << R1. Biểu thức điện áp ra giống như (*) tuy nhiên mạch chỉ có tác dụng trong phạm vi tần số:

Với

Đặt tuyến tần số của mạch được biểu diễn trên Hình 9.4.

Hình 0.17Đặt tuyến biên độ - tần số PID thực tế.

2.5 Chức năng của mạch

Chức năng của mạch là tạo ra một tín hiệu là tổng của ba thành phần tỷ lệ của tín hiệu vào và thành phần tích phân và vi phân của tín hiệu đầu vào. Mạch thường sử dụng trong các hệ thống điều khiển sử dụng khâu tỷ lệ, tích phân, vi phân.

68


Xét mạch điện hình 9.1 ta có phương trình dòng điện tại nút N như sau:

Phương trình điện áp trên nhánh ra:

Suy ra:

Hay

Ta thấy ở tần số thấp khi

thì thành phần tích phân trong biểu thức (*) chiếm ưu thế. Ở tần số cao

khi

thì thành phần vi phân lại chiếm ưu thế. Trong dải tần

Thì thành phần tỷ lệ với điện áp vào (khuếch đại) chiếm ưu thế.


3.1 Chuẩn bị


Chuẩn bị các linh kiện sau : • 2 Tụ 104. • 1 điện trở 10K • 1 biến trở 50K. • 1 opamp LM358 • 1 Bộ nguồn +/-5VDC


Chuẩn bị các dụng cụ sau : • Mỏ hàn,

69

• chì hàn, nhựa thông. • Testboard • Dây nối • Kìm cắt,kìm kẹp, nhíp . • Bộ nguồn DC. • Máy phát hàm. • VOM




GND

13

2

84

U1ALM358

+5V

10kR1

-5V

GND

21

CN1

U1104C2

21

CN2

GND

U2

50KR2

104C1



3.3 Cấp nguồn








70


Chỉnh biến trở R2 và quan sát tín hiệu đầu ra so với tín hiệu vào.

71

BÀI 10: MẠCH LỌC THÔNG THẤP BẬC HAI

Giới thiệu

Mạch lọc thông thấp dùng hầu hết trong các mạch điện tử nhằm mục đích loại bỏ nhiễu hoặc lọc những thành phần cần thiết….

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch lọc thông thấp. • Tính toán và thiết kế được mạch lọc thông thấp bậc hai.

• Kỹ năng: • Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của mạch lọc thông thấp bậc

hai • Biết thiết kế , tính toán mạch lọc thông thấp bậc hai.


Nội dung chính :

1. Khái niệm về mạch lọc thông thấp bậc hai


Mạch lọc thông thấp là mạch lọc chỉ cho phép các tần số thấp hơn một tần số qui định đi qua. Các tần số lớn hơn tần số cho phép sẽ bị triệt tiêu khi qua mạch lọc này. Với các bộ lọc lý tưởng ta có các dạng đặc tuyến như sau:

•Mạch lọc thông thấp cho qua các tần số từ 0 ÷ fc và chặn tất cả các tần số từ fc trở lên, với fc là tần số cắt của mạch.

72


Mạch lọc thông thấp bậc hai có chức năng lọc các tần số cao hơn tần số mong muốn khỏi tín hiệu. Mạch lọc sử dụng nhiều trong các hệ thống thông tin vô tuyến, các hệ thống xử lý tín hiệu...

2. Chức năng và nhiệm vụ của mạch


Chức năng của mạch là làm các mạch lọc thông thấp trong các hệ thống thông tin hoặc các hệ thống cần xử lý tín hiệu có các tần số nằm ngoài dải tần mong muốn.

2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch

Hình 0.18Mạch lọc thông thấp bậc hai Sallen-Key

2.3 Chức năng của mạch

Chức năng của mạch lọc thông thấp là chỉ cho các tần số nhỏ hơn một tần số fc đi qua.

Hình 0.19 Đáp ứng tần số của mạch lọc thông thấp bậc hai Sallen-Key có tần số

cắt là 15.9Khz

73


Mạch lọc bậc hai Sallen-Key là một dạng mạch lọc chủ động bậc hay rất hay được sử dụng nhờ sự đơn giản của nó. Nó là một dạng biến đổi của mạch lọc điều khiển bởi nguồn (VCVS). Mạch lọc VCVS sử dụng một bộ khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại cực lớn với trở kháng vào vô hạn và trở kháng ra gần bằng không để thực hiện một bộ lọc thông thấp hai cực (2-pole) với độ dốc 12 dB/octave.

Việc sử dụng bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại cực lớn cho hệ số phẩm chất Q rất cao và độ lợi có thể điều chỉnh được mà không cần sử dụng linh kiện cảm kháng.


Hàm truyền của bộ lọc hình 10.1 có dạng như sau

Hình 0.20 hàm truyền của bộ lọc thông thấp bậc hai Sallen-Key

Trong đó, f0 là tần số cắt, hệ số phẩm chất Q (hay tỷ số damping ) được cho bởi công thức sau :

Và

Hoặc,

Hệ số Q xác định chiều rộng và chiều cao của đỉnh của đáp ứng tần số của bộ lọc. Khi hệ số này tăng, bộ lọc sẽ có khuynh hướng dao động tại tần số cộng hưởng đơn gần

74


3.1 Chuẩn bị


Chuẩn bị các linh kiện sau : • 2 Tụ 10nF. • 1 điện trở 10K • 1 biến trở 50K. • 1 opamp LM358 • 1 Bộ nguồn +/-5VDC






50KR2

10nFC2

13

2

84

U1ALM358

+5V

-5V

10nF

C1

10K

R1

21

CN2GND

V2V1

21

CN1

GND

GND



75

3.3 Cấp nguồn




Sau khi đã chỉnh nguồn, cấp tín hiệu sóng sin tần số 500 Hz từ máy phát hàm cho mạch thông qua CN1.



Chỉnh biến trở R2 = 10K. Quan sát và đo tín hiệu trên CN2, so sánh với tín hiệu đầu vào trên CN1.


Thay đổi tần sóng sin đầu vào từ 100Hz – 10Khz, mỗi bước thay đổi 100Hz. Vẽ đáp ứng tần số của mạch lọc trong khoảng tần số này.

76

BÀI 11: MẠCH LỌC THÔNG CAO BẬC HAI

Giới thiệu

Mạch lọc thông cao dùng hầu hết trong các mạch điện tử nhằm mục đích loại bỏ nhiễu hoặc lọc những thành phần cần thiết….

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch lọc thông cao. • Tính toán và thiết kế được mạch lọc thông cao bậc hai.

• Kỹ năng: • Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của mạch lọc thông cao bậc hai • Biết thiết kế , tính toán mạch lọc thông cao bậc hai.


Nội dung chính :

1. Khái niệm chung về mạch lọc thông cao bậc hai


Mạch lọc thông cao là mạch lọc chỉ cho phép các tần số cao hơn một tần số qui định đi qua. Các tần số nhỏ hơn tần số cho phép sẽ bị triệt tiêu khi qua mạch lọc này. Với các bộ lọc lý tưởng ta có các dạng đặc tuyến như sau:

• Mạch lọc thông cao chặn tất cả các tần số từ 0 ÷ fc và cho qua tất cả các tần số từ tần số fc trở đi.

77


Mạch lọc thông cao bậc hai có chức năng lọc các tần số thấp hơn một tần số mong muốn khỏi tín hiệu. Mạch lọc sử dụng nhiều trong các hệ thống thông tin vô tuyến, các hệ thống xử lý tín hiệu...

2. Chức năng và nhiệm vụ của mạch


Chức năng của mạch là làm các mạch lọc thông cao trong các hệ thống thông tin hoặc các hệ thống cần xử lý tín hiệu có các tần số nằm ngoài dải tần mong muốn.

2.2 Sơ đồ mạch

Hình 0.21 Mạch lọc thông cao bậc hai Sallen-Key

2.3 Chức năng của các linh kiện trong mạch

Chức năng của mạch lọc thông cao là chỉ cho các tần số cao hơn một tần số fc đi qua.

78

Hình 0.22 Đáp ứng tần số của mạch lọc thông thấp bậc hai Sallen-Key có tần số cắt là 15.9Khz


Cũng giống như mạch lọc thông thấp bậc hai, mạch lọc bậc hai Sallen-Key cũng là một dạng biến thể của mạch lọc VCVS, và rất hay được sử dụng nhờ sự đơn giản của nó. Mạch tạo ra một bộ lọc thông cao hai cực (2-pole) với độ dốc 12 dB/octave.

Việc sử dụng bộ khuếch đại có hệ số khuếch đại cực lớn cho hệ số phẩm chất Q rất cao và độ lợi có thể điều chỉnh được mà không cần sử dụng linh kiện cảm kháng.

2.5 Tính toán các thông số mạch

Hàm truyền của bộ lọc hình 11.1 có dạng như sau

Hình 0.23 Hàm truyền của mạch lọc thông cao bậc hai Sallen-Key

Trong đócũng như mạch lọc thông thấp bậc hai, f0 là tần số cắt, hệ số phẩm chất Q (hay tỷ số damping ) được cho bởi công thức sau :

(và tương tự như mạch lọc thông thấp)

Hoặc,

Cách tính cũng tương tự như mạch lọc thông thấp bậc hai.

Trong trường hợp đặt tuyến biên độ - tần số của bộ lọc không đủ vuông gốc, phải thực hiện bộ lọc bậc cao hơn hai. Muốn vậy, ta mắc nối tiếp các bộ lọc thông cao bậc hai dạng cascade . Lúc đó, đặc tính tần số của mạch sẽ là đặc tính tần số của tổng các mạch lọc bậc hai riêng rẽ.

79


3.1 Chuẩn bị








50KR2

10nF

C2

13

2

84

U1ALM358

+5V

-5V

10nF

C1

10KR1

21

CN2GND

V2V1

21

CN1

GND

GND 3.2.2 Đo ngắn mạch


80

3.3 Cấp nguồn




Sau khi đã chỉnh nguồn, cấp tín hiệu sóng sin tần số 5KHz từ máy phát hàm cho mạch thông qua CN1.



Chỉnh biến trở R2 = 10K. Quan sát và đo tín hiệu trên CN2, so sánh với tín hiệu đầu vào trên CN1.



81

BÀI 12: MẠCH LỌC CHỌN LỌC VÀ MẠCH LỌC THÔNG DẢI

Giới thiệu

Mạch lọc chọn lọc và mạch lọc thông dải dùng hầu hết trong các mạch điện tử nhằm mục đích loại bỏ nhiễu hoặc lọc những thành phần cần thiết. Đặc biệt mạch lọc chọn lọc rất hay dùng trong các mạch cộng hưởng tín hiệu vô tuyến

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch chọn lọc và mạch lọc thông dải. • Tính toán và thiết kế được mạch chọn lọc và mạch lọc thông dải.

• Kỹ năng: • Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của mạch chọn lọc và mạch lọc

thông dải. • Biết thiết kế , tính toán mạch chọn lọc và mạch lọc thông dải.


Nội dung chính :

1. Khái niệm chung về mạch lọc chọn lọc và mạch lọc thông dải

1.1 Mạch lọc chọn lọc

Mạch lọc chọn lọc cho qua các tần số nhỏ hơn f1 và lớn hơn f2 (f2 > f1) và chặn tất cả các tần số nằm trong khoảng f1 ÷ f2. Độ rộng của dải được tính bằng B = f2 - f1. Với mạch lọc chọn lọc lý tưởng, ta có đặc tuyến đáp ứng tần số như sau :

82

Tần số trung tâm:

1.2 Mạch lọc thông dải

Mạch lọc thông dải cho các tần số nằm trong khoảng từ f1 ÷ f2 và chặn tất cả các tần số nằm ngoài dải này. Độ rộng của dải thong được tính bằng B = f2 –f1. Tần số trung tâm Mạch lọc thông dải lý tưởng có đáp ứng tần số như hình sau


a) Sơ đồ mạch lọc chọn lọc

Hình 0.24 Mạch lọc chọn lọc Twin-T chủ động

b) Sơ đồ mạch lọc thông dải

83

Hình 0.25 Mạch lọc thông dải bậc hai Sallen-Key


Mạch lọc chọn lọc Twin-T chủ động dựa trên nguyên lý mạch lọc Twin-T thụ động, nhưng sử dụng mạch khuếch đại thuật toán có hệ số khue16ch đại rất lớn để tăng hệ số phẩm chất Q.

Mạch lọc thông dải bậc hai là cũng là dạng mạch Sallen-Key,tương tự như mạch lọc thông thấp và thông cao bậc hai.

Điện trở R1 và R2 được mắc thêm để cung cấp thêm độ lợi cho mạch lọc.


Chức năng của mạch lọc chọn lọc là chỉ cho các tần số nằm trong một dải tần cho phép được đi qua.

Hình 0.26 Đáp ứng tần số của mạch lọc chọn lọc dải tần 1.47Khz-1.5Khz

84

3. Tính toán thông số mạch

3.1 Chức năng của các linh kiện

Linh kiện R,C tạo thành mạch lọc tại tần số mong muốn. Mạch khuếch đại thuật toán mắc theo kiểu kéo theo điện áp nhằm nâng cao hệ số phẩm chất Q của bộ lọc. Điện trở R1,R2 bù độ lợi cho mạch lọc.


Lọc chọn lọc là lọc thông dải có tần số giới hạn trên bằng tần số giới hạn dưới:

fgt =fgd = fo.

Đểđơn giản, xét một bộ lọc chọn lọc được cấu tạo từ một mạch lọc thông cao tích cực bậc một và mạch lọc thông thấp tích cực bậc một.

- Đặt: Ko.K∞=A.

chú ý rằng với bộ lọc bậc một: a1 = 1 ta sẽ viết lại biểu thức trên:

- Đặc trưng cơ bản của mạch lọc chọn lọc là: hệ số khuếch đại của mạch ở tần số trung tâm fo và hệ số phẩm chất Q.

Tại tần số trung tâm fo, ta có:

Ω=f/fo = 1

vµ P =jΩ = j

- Lúc này, hệ số khuềch đại ở tần số fo (tần số cộng hưởng):

85

- Độ rộng dải thông được xác định khi hệ số khuếch đại giảm lần , nên ta có:

- Thay (6b) vào (6) và giải phương trình theo Ω, ta có 2 nghiệm:

- Theo định nghĩa, phẩm chất của mạch:

- Thay nghiệm từ (7) vào (8), ta có:

- Thay (6a) và (9) vào (6), ta sẽ nhậnn được hệ số khuếch đại của mạch lọc chọn loc :

86

Hình 0.27Mạch lọc chọn lọc.

a./ hồi tiếp âm một vòng; b./ hồi tiếp âm nhiều vòng; c./hồi tiếp dương một vòng.

- Xét mạch phản hồi âm nhiều vòng, hàm truyền đạtđược viết:

- So sánh (11) với (10), ta thấy, biểu thức (11) sẽ có dạng hệ số khuếch đại của mạch lọc chọn nếu hệ số P2 bằng 1, tức:

- Do đó, tần số cộng hưởng:

87

Nếu mắc nối tiếp một mạch lọc thông thấp có tần số giới hạn fg1 và một mạch lọc thông cao có tần số giới hạn fg2 ta sẽ nhận được mạch lọc thông dải với điều kiện fg1 >fg2 . Lúc đó, fg1 được gọi là tần sô giới hạn trên (fgt) và fg2 được gọi là tần số giới hạn dưới (fgd). Đặc tính tần số của nó là tích đặc tính tần số của hai khâu lọc riêng rẽ.

Với mạch này điện thế ngõ ra v0max đạt đến trị số tối đa ở một tần số nào đó gọilà tần số cộng hưởng wr. Khi tần số khác với tần số cộng hưởng, độ khuếch đại giảm dần. Tần số thấp hơn wr làm độ lợi giảm đi còn 0.707v0max gọi là tần số ngắt thấp wL và tần số cao hơn wr làm độ lợi giảm còn 0.707v0max gọi là tần số ngắt cao wh.

Băng thông được định nghĩa: B = wH - wL

Khi B<0.1wr mạch được gọi là lọc dải thông băng tần hẹp hay mạch lọc cộng

hưởng. Khi B>0.1wr được gọi là mạch lọc dải thông băng tần rộng.

- Tỉ số:

gọi là hệ số phẩm chất (quality factor) của mạch.

Và

88

Nếu B = fH – fL

Mạch lọc thông dải băng tần rộng: - Mạch lọc thông dải băng tần rộng là một mạch mà ở ngõ ra chỉ có một dải tần giới hạn nào đó trong toàn bộ dải tần của tín hiệu đưa vào ngõ vào. - Thông thường để được một mạch dải thông băng tần rộng, người ta dùng hai mạch lọc hạ thông và thượng thông mắc nối tiếp nhau nhưng phải thỏa mãn điều kiện tần số cắt w2 của mạch lọc hạ thông phải lớn hơn tần số cắt w1 của mạch lọc thượng thông.

Sơ đồ mạch:

Tính toán mạch: - Ta có:

- Ta tìm được hai tầ số cắt:

- Phải chọn R1, R2, C1, C2 sao cho w1 < w2. Mạch lọc thông dải băng tầng hẹp

89

Sơ đồ mạch

Với I:

Tính toán mạch - Ta có:

Nên:

Đặt:

- Tại tần số cộng hưởng wr:

Để đơn giản và tiện lợi trong việc ứng dụng, ta chọn C1= C2 = C; R2 = 2R1

- Để định băng tần B, ta tìm ωH và ωL, tại ωL và ωH ta có:

- Ta có hai phương trình:

90

- Từ phương trình (a) ta tìm được:- Từ phương trình (b) ta tìm được:

- Ta chỉ lấy nghiệm dương là:

Và

- Tính R3:

- Mà:

- Trong thiết kế ta chọn:3 C1 = C2 = C. Chọn bang tầng B và tần số cộng hưởng ωr.Từ đó suy ra:

R1, R2, R3 được tính từ các phương trình:

Mạch lọc triệt dải (mạch lọc chọn lọc) Sơ đồ mạch lọc triệt dải

91

Hình 0.28Sơ đồ mạch lọc triệt dải

* Phân tích mạch - Để loại bỏ được một dải tần số Wr thì mạch lọc triệt dải phải có hai chức năng lọc thông thấp các dải tầng số WL < Wr, và lọc thông cao các dải tầng số WH< Wr. - Phân giải mạch này tương đối phức tạp, ta chấp nhận các bước thiết kế sau: 1. Chọn C1 = C2 = C: Trị thích hợp từ 100pf đến 0.1uF.

2. Tính R1, R2 từ công thức: R1 = R2 =

3. Chọn Ra thích hợp (thường Ra = 1kΩ).

4. Tính Rb từ công thức Rb = 2. 4. Đo, kiểm tra, cân chỉnh các thông số mạch

4.1 Chuẩn bị




Chuẩn bị các dụng cụ sau : • Mỏ hàn, • chì hàn, nhựa thông. • Testboard • Dây nối • Kìm cắt,kìm kẹp, nhíp . • Bộ nguồn DC.

92

• Máy phát hàm. • VOM




10nF

C1

13

2

84

U1ALM358

+5V

-5V

20KR3

21

CN2GND

V2V1

21

CN1

GND

GND 10K

R5

10KR4

GND

10K

R1

10nFC2

GND

10K

R2



4.3 Cấp nguồn







Quan sát và đo tín hiệu trên CN2, so sánh với tín hiệu đầu vào trên CN1.



93

BÀI 13: MẠCH NÉN CHỌN LỌC

Giới thiệu

Mạch nén chọn lọc thường dùng trong các mạch cộng hưởng tần số vô tuyến để chọn lọc tần số mong muốn

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch nén chọn lọc. • Tính toán và thiết kế được mạch nén chọn lọc.

• Kỹ năng: • Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của mạch nén chọn lọc • Biết thiết kế , tính toán mạch nén chọn lọc.


Nội dung chính :

1. Khái niệm chung về mạch nén chọn lọc


Mạch nén chọn lọc là mạch lọc thông dải có băng thông B rất hẹp. Mạch nén chọn lọc lý tưởng có đáp ứng tần số như sau :

Mạch nén chọn lọc lý tưởng


Mạch nén chọn lọc thường dùng trong các mạch cộng hưởng tại tần số trung tâm trong các hệ thống thông tin vô tuyến, các mạch tạo dao động...

94

2. Chức năng và nhiệm vụ của mạch nén chọn lọc

2.1 Nhiệm vụ và vai trò của mạch nén

Mạch nén chọn lọc chỉ cho đúng một tần số mang muốn đi qua, các tần số khác sẽ bị triệt tiệu khi qua mạch này.


Hình 0.29Sơ đồ mạch nén chọn lọc dùng mạch lọc T kép.

2.3 Chức năng của các linh kiện

Một mạch nén chon lọc ở hình 13.1 là mạch T kép thụ động, kết hợp với mạch khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại lớn để tăng hệ số phẩm chất Q.R1 và (k+1)R1 được mắc thêm để bù độ lợi cho mạch nén chọn lọc.


Để nén một tần số nào đó, người ta dùng một bộ lọc có hệ số truyền đạt ở tần số cộng hưởng bằng không, còn ở tần số thấp và tần số cao thì hệ số truyền đạt tăng đến một giá trị không đổi nào đó. Một mạch nén chon lọc chủ động khá phổ biến là mạch T kép thụ động, kết hợp với mạch khuếch đại thuật toán.


Ta xem xét mạch lọc T kép thụ động

95

Hình 0.30 Mạch lọc T kép thụ động

Hàm truyền đạt của mạch:

Với Ω = ωRC.

Biểu thức này tường đương với biểu thức (6), trong đó:

A=1 ; β = 4;

Khi f<<fO hay f>>fO tức P<<j hay P>>j thì KT = KTO=A còn khi, f=fO tức P=j thì KT=0. Tương tự với mạch lọc chọn lọc, ta tính được 2 nghiệm Ω1 và Ω2, do đó:

Q=fO/B = 1/ Ω1 - Ω2 = 1/β. (14)

Thay (14) vào (6), ta có biểu thức:

So sánh với (13), rút ra:Q=1/4.

Từ (15), tính được KT:

96

Ta đã tính được hệ số phẩm chất của mạch T kép Q=1/4 Ta có thể tăng Q bằng cách mắc mạch T kép vào mạch hồi tiếp của bộ KĐTT để tạo mạch lọc tích cực.

Hình 0.31Mạch lọc T kép chủ động.

Hình trên là sơđồ mạch nén chọn lọc dùng mạch lọc T kép Tại tần số cao và thấp, tính chất truyền đạt của mạch T kép không có gì thay đổi, do đó, điện áp ra:

Tại tần số cộng hưởng ru = 0, lúc này coi như một đầu của R/2 nối đất, do đó tần số cộng hưởng fO vẫn xác định theo biểu thức :

Hàm truyền đạt phức của mạch điện :

Do đó, KO= k và:

97

Khi k=1 thì Q = 0,6;

Khi k=2 thì Q = ∞.

2.6 Bài tập

1) Tính các giá trị R1,R2,R3,C1,C2,C3 để mạch nén chọn lọc T kép thụ động sau có tần số f0=1.5Khz

2) Tính tần số fo của mạch nén chọn lọc thụ động sau

98

BÀI 14: MẠCH VÒNG KHOÁ PHA (PLL)

Giới thiệu

Mạch PLL dùng rất nhiều trong các hệ thống vô tuyến hoặc các bộ tạo xung clock trong các mạch điện tử

Mục tiêu :


• Kiến thức: • Nắm được khái niệm của mạch vòng khóa pha. • Tính toán và thiết kế được mạch vòng khóa pha.

• Kỹ năng: • Có thể nhận dạng và hiểu nguyên lý của mạch vòng khóa pha • Biết thiết kế , tính toán mạch vòng khóa pha.


Nội dung chính.

1. Sơ đồ khối vòng khóa pha

Vòng khóa pha (Phase_locked_loop)PLL là hệ thống vòng kín hồi tiếp, trong đó tín hiệu hồi tiếp dùng để khóa tần số và pha của tín hiệu ra theo tần số và pha của tín hiệu vào. Tín hiệu vào có thể có thể có dạng tương tự hình sine hoặc dạng số.

Kỹ thuật PLL được ứng dụng rộng rãi trong các mạch lọc, tổng hợp tần số, điều chế và giãi điều chế, điều khiển tự động …

99

Hình 0.32Sơ đồ khối của PLL

1.1 Nguyên lý hoạt động

Vòng khóa phahoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển mà đại lượng vào và ra là tần số Và các đại lượng này được so sánh với nhau về pha. Vòng điều khiển pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh những sai số nhỏ về tần số giữa tín hiệu vào ra.

PLL hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển, đại lượng vào và ra là các tần số, chúng được so sánh với nhau về pha. Vòng điều khiển pha có nhiệm vụ phát hiện vàđiều chỉnh những sai số nhỏ về tầnn số giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra: làm cho tần số ω`r của tín hiệu so sánh bám theo tần số ωv của tín hiệu vào, tần số tín hiệu so sánh bằng tần số tín hiệu ra(ω`r =ωr), hoặc tỉ lệ với tần số tín hiệu ra

(ω`r =ωr/N).

Xét trường hợp tín hiệu vào là sin, mạch tách sóng pha là mạch nhân tương tự.

• Khi không có tín hiệu vào, thì tín hiệu điều chỉnh ud=K. uv.u`r = 0, mạch VCO dao động với tần số bằng tần số dao động riêng ω0(tần số dao động tự do – chếđộ chờ)

• Khi có tín hiệu vào, bộ tách sóng pha sẽ so pha và tần số của tín hiệu vào và tín hiệu so sánh, đầu ra bộ tách sóng pha có ud=K. uv u`r (# 0), chứa thành phần tổng và hiệu các tần số: ωv ± ω`r, thành phần tổng ωv + ω`r bị loại bỏ nhờ mạch lọc thông thấp, chỉ còn thành phần hiệu: ωv - ω`r, sau khi khuếch đại được dùng làm tín hiệu điều khiển bộ dao động VCO, tần số VCO thay đổi sao cho: tạo được tần số hồi tiếp ω`r có giá trị làm cho (ωv - ω`r) --> 0.

100

Nếu tần số ωv và ω`r lệch nhau quá lớn làm cho tần sốtổng và hiệu nằm ngoài dải thông của mạch lọc, thì sẽ không có tín hiệu điều khiển VCO, VCO dao động với tần số ω0, khi ω`r tiến dần đến ωv sao cho thành phần hiệu rơi vào dải thông của bộ lọc, VCO bắt đầu nhận tín hiệu điều khiển, khi đó ta gọi PLL làm việc trong “dải bắt” tín hiệu, vậy “dải bắt” là dải PLL thiết lập chếđộđồng bộ. “Dải giữ” là dải PLL có thể giữđược chếđộđồng bộ khi thay đổi tần số tín hiệu vào(phụ thuộc biên độđiện áp điều khiển ud và khả năng biến đổi tần số của VCO).

Trong dải giữ PLL là một mạch điều khiển tuyến tính, theo các giả thiết trên và chọn hệ số chia tần N=1, ta có:

- Như bộ lọc thông thấp, tín hiệu đưa đến VCO còn:

- Trong đó Kd; ⎢G⎢là hệ số và module truyền đạt của mạch lọc thông thấp

Tại xung quanh điểm làm việc tĩnh, tần số VCO tỉ lệ với giá trị trung bình

Của ud, do vậy có thể viết

và dãy bắt chính là: 2 .

- Khi ωv là hằng số thì PLL đã chuyển sang quá trình giữ, hiệu pha giữa 2

101

tín hiệu u’r và uv không đổi (ωv = ω`r), từ phương trình trên =>

là giá trị một chiều.

- Do vậy tần số thay đổi một lượng:

2∆ωGmax chính là dải giữ của PLL.

1.2 Chức năng nhiệm vụ của từng khối

Bộ tách sóng pha

Tạo ra tín hiệu phụ thuộc vào hiệu pha của 2 tín hiệu vào, tín hiệu vào thường là hình sin hoặc xung vuông, cho nên có 2 loại chính là tách sóng pha tuyến tính(tín hiệu vào là sin), tách sóng pha số(tín hiệu vào là xung vuông).

Bộ tách sóng pha tuyến tính: là mạch nhân tương tự, tín hiệu ra tỉ lệ với biên độ tín hiệu vào.

Bộ tách sóng pha sẽ: thực hiện bởi các mạch số, thuộc loại mạch tổ hợp.

Bộ lọc thông thấp

Thực hiện các chức năng:

Cho qua tín hiệu tần số thấp ωv - ω`r, nén tần số cao ωv + ω`r

Đảm bảo cho vong khoá pha PLL bắt nhanh và bám được tín hiệu vào khi tần số thay đổi, nghĩa là nã phải có tốc độđáp ứng thoả mãn.

Dải thông của bộ lọc phải đủ lớn đểđảm bảo dải bắt cần thiết. Thông thường trong PLL dùng bộ lọc thông thấp bậc nhất, vì có tính ổn định cao hơn bộ lọc bậc cao, và dùng lọc tích cực để tăng độ khuếch đại cho hệ thống.

102

Bộ dao động có tần số điều khiển được

Yêu cầu chung là quan hệ giữa điện áp điều khiển và tần số dãy xung phải tuyến tính, ngoài ra còn phải cóđộổn định cao,dải biến đổi của tần số lớn, dễđiều chỉnh, và dễ chế tạo thành vi mạch.

Về nguyên tắc có thể dùng mọi mạch tạo dao động, mà tần số dao động của nó biến thiên được trong phạm vi: (±10% ÷ ±50%), xung quanh giá trị dao động tự do ω0. Trong phạm vi tần số : 1Mhz - 100 Mhz, thường dùng các bộ dao động tạo xung chữ nhật; trong phạm vi tần số : 1Mhz - 50 Mhz, thường dùng các bộ daođộng đa hài (tích thoát, mạch đa hài ghép Emitter...).

Các bộ dao động được điều khiển bởi dòng điện (CCO), ưu việt hơn các bộ

dao động bởi điện áp (VCO), vì có phạm vi tuyến tính của đặc tuyến truyền đạt rộng hơn.

2. Các tính chất của PLL tuyến tính

2.1 VCO

Khi không có tín hiệu Vi ở ngõ vào, thì điện áp ngõ ra Vdc(t) = 0V, bộ dao động VCO hoạt động ở tần số fn được cài đặt bởi điện trở và tụ điện ngoài. Khi có tín hiệu vào Vi, bộ tách sóng pha so sánh pha và tần số của tín hiệu vào với tín hiệu ra của VCO. Ngõ ra của bộ tách sóng pha là điện áp sai lệch Vd(t) , Chỉ sự sai biệt về pha và tần số của hai tín hiệu. Điện áp áp sai lệch Vd(t) được lọc lấy thành phần biến đổi chậm Vdc(t) Nhờ bộ lọc thông thấp LPF, Khuếch đại để thành tín hiệu Vdk(t) đưa đến ngõ vào của VCO, để điều khiển tần số VCO bám theo tần số tín hiệu vào. Đến khi tần số focủa VCO bằng tần số fi của tín hiệu vào, ta nói bộ VCO đã bắt kịp tín hiệu vào. Lúc bấy giờ sự sai lệch giữa hai tín hiệu này chỉ còn lại sự sai lệch về pha mà thôi. Bộ tách sóng pha tiếp tục so sánh pha giữa hai tín hiệu để điều khiển VCO hoạt động sao cho sự sai lệch pha giữa chúng giảm đến mức nhỏ nhất.

103

Dải bắt BC (Capture range). Ký hiệu BC = f2 f1 là dãi tần số tín hiệu vào thay đổi nhưng PLL vẫn đạt được sự khóa pha, Nghĩa là bộ VCO vẫn bắt kịp tín hiệu vào. Như vậy để PLL hoạt động được thì tần số của Vi phải nằm trong BC.

BC phụ thuộc vào băng thông LPF. Để PLL đạt đươc sự khóa pha thì độ sai lệch tần số (fifn) phải nằm trong băng thông LPF. Nếu nó nằm ngoài băng thông thì PLL sẽ không đạt đươc khóa pha vì biên độ điện áp sau LPF giảm nhanh.

Hình sau là mạch VCO thực hiện bằng Mạch khuếch đại thuật toán

Hình 0.33 Mạch VCO

2.2 Tính chất PLL

104

Giả sử mạch PLL đã đạt đươc chế độ khóa pha, VCO đã đồng bộ với tín hiệu vào. Bây giờ ta thay đổi tần số tín hiệu vào theo hướng lớn hơn tần số VCO thì VCO sẽ bám theo. Tuy nhiên khi tăng đến một giá trị nào đó thì VCO sẽ không bám theo được nữa và quay về tần số tự nhiên ban đầu của nó. Tương tự khi giảm tần số tín hiệu vào nhỏ hơn tần số VCO, thì giảm đến một giá trị nào đó thì nó cũng không thể bám theo được và cũng trở về tần số tự nhiên của nó.

Dải giá trị tần số từ thấp đến cao nói trên gọi là dải khóa:

Dải khóa BL (Lock range): ký hiệu BL = fmax -fmin là dài tần số mà PLL đồng nhất được tần số fo vàfi . Các tần số fmax, fmin tần số cực đại cực tiểu mà PLL thự hiện được khóa pha. Dải khóa phụ thuộc vào hàm truyền đạt (độ lợi) của bộ tách sóng pha, khuếch đại VCO. Nó không phụ thuộc vào đáp tuyến bộ lọc LPF vì khi PLL khóa pha thì fi -fo = 0.

Khi PLL chưa khóa pha: fi ≠fo. Khi PLL khóa pha: fi =fo. Ở chế độ khóa pha, dao động fo của VCO bam đồng bộ theo fi trong dải tần số khóa BL rộng hơn dải tần số bắt BC.

Ví dụ: VCO của một bộ khóa pha PLL có tần số tự nhiên là 12MHz. Khi tần số tín hiệu vào tăng lên từ 0Hz thì vòng PLL khóa tại giá trị 10MHz. Sau đó tiếp tục tăng lên thì nó mât khóa pha tại 16MHz.

1) Hãy tìm dải bắt và dải khóa. 2) Ta lặp lại các bước trên nhưng bắt đầu với tần số tín hiệu vào có giá trị rất cao

sau đó giảm dần. Hãy tính các thành phần mà PLL thực hiện khóa pha và mất khóa pha.

1) Dải bắt BC = f2 f1 = 2(12 - 10) = 4MHz.

Dải khóa BC = fmax fmin = 2(16 – 12) = 8MHz. 2) Đáp ứng của PLL có tính đối xứng, nghĩa là tần số tự nhiên nằm tại trung tâm

của dải hkoa1 và dải bắt. Do đó khi giảm tần số tín hiệu đến 14MHz thì PLL sẽ thức hiện khóa pha. Tiếp tục giảm tần số tín hiệu vào đến giá trị 8MHz thì PLL bắt đầu mất khóa pha.

105

3. Ứng dụng của PLL

PLL đóng vai tròquan trọng trong kỹ thuật truyền số liệu, kỹ thuật vô tuyến điện, kỹthuậtt đo lường điện tử....nóđược dùng nhằm biến đổi tần số, sau đây là các ứng dụng cụ thể:

3.1 Tách sóng tín hiệu điều tần

Khi chọn tần số dao động tự do ωo = ωt(tần số tải tần), thì ud chính là tín hiệu cần tách sóng.

Hình 0.34Mạch giải điều chế FM dùng PLL

3.2 Điều chế tín hiệu số FSK

Dùng MODEM để truyển tín hiệu số trên đường điện thoại(tương tự), có thể dùng phương pháp khoá dich tần FSK, hai bít 1, và 0 được khoá theo 2 tần số khác nhau, ví dụ 950hz=0;1050hz=1, PLL được cấu tạo sao cho tần số dao động tự do ωo nằm giữa 2 tần sốđiều chế, để ωo bám theo một trong 2 tần số, điện áp ra tỉ lệ với tần số vào.

Ví dụ với bít 1(1050hz), điện áp Ud lớn, bit 0(950hz), tín hiệu Ud nhỏ≅0. Như vậy Ud biểu diễn tín hiệu nhị phân, hay PLL điều chế tín hiệu nhị phân, tín hiệu này có thể truyền trên đường tương tự.

3.3 Tổng hợp tần số

3.3.1 Nguyên lý hoạt động

Mạch tổng hợp tần số: cấu tạo và nguyên tắc giống mạch nhân tần chỉ khác Tần số chuẩn trước khi đưa vào bộ tách sóng pha được chia tầnn với hệ số chia M, khi đó fc=fv/M, Như vậy tần số ra được xác định :

106

khi chương trình hoá sự thay đổi các tham số N và M có thể nhận được chuỗi tần sốcó giá trị khác nhau từ tần số ban đầu fv

Hình 0.35Mạch tổng hợp tần số dùng PLL

3.3.2 Sơ đồ mạch

Hình 0.36Mạch nhân tần số dùng PLL

Đồng bộ tần số: dùng để đồng bộ tần số ra với một tần số vào:

Hình 0.37Mạch đồng bộ tần số dùng PLL

3.3.3 Tính toán các thông số

Chúng ta sẽ thực hiện một mạch VCO dạng VFC (Voltage to Frequency Convertor) sử dụng IC chuyên dụng VFC32 của hãng Texas Instruments.

107

Hình 0.38 Mạch chuyển đổi điện áp thành tần số VFC

Mạch được mắc như hình 14.7. Trong đó R1 sẽ set tầm của tí hiệu đầu vào theo công thức R1=Vfs/0.25mA Để có Vfs10V thì R1=10/0.25=40Kohm Tầm tần số đầu ra được xác định bởi tụ C1 theo bảng sau

Hình 0.39 bảng chọn C1,C2 theo tần số đầu ra

Để có tần số đầu ra trong khoảng từ 0-10Khz với điện áp đầu vào từ 0-10Khz thì ta chọn C1= 3.3nF.

108

Đầu ra của bộ tạo dao động là dạng cực thu hở, nên ta cần phải gắn thêm một điện trở kéo lên nguồn.


4.1 Chuẩn bị


Chuẩn bị các linh kiện sau : • 2 Tụ 104. • 1 tụ 10nF,1 tụ 3.3nF • 1 điện trở 40K,1 điện trở 4k7 • 1 IC VFC32 • 1 Bộ nguồn +/-15VDC






109



4.3 Cấp nguồn




Sau khi đã chỉnh nguồn, cấp tín hiệu điện áp DC từ 0-10V cho mạch thông qua CN1.



Chỉnh tín hiệu ngõ vào là 5VDC. Quan sát và đo tín hiệu trên CN2.


Thay đổi điện áp ngõ vào từ 0-10V. Vẽ dạng sóng ngõ ra trên CN2.

110

CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN

VOM (Volt - Ohm - Milliampere): Máy đo vạn năng

DC (Direct Current) : Điện một chiều

AC (Alternating current) : Điện xoay chiều

RF(Radio Frequency) : tần số vô tuyến

KĐTT: Mạch khuếch đại thuật toán

ADC( Analog to Digital Convertor) : bộ chuyển đổi từ tương tự sang số

P (Proportional) : khâu tỷ lệ

PI(Proportional-Integral) : khâu Tích phân tỷ lệ

PID(Proportional-Integral-Derivative) : khâu tích phân, vi phân tỷ lệ

Opamp: mạch khuếch đại thuật toán

PLL(Phase-Locked Loop) : vòng khóa pha

VCO (Voltage Controlled Oscillator) : bộ dao động điều khiển bởi điện áp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Electronics circuits, Ghausi, ISBN Editor , 1982 2. Kỹ thuật mạch điện tử, Phạm Minh Hà NXB KHKT 1999. 3. Điện tử công suất, Nguyễn Bính, NXB KHKT 2000. 4. Industrial Electronics and control, SK BHATTACHARYA, ISBN Editor, 1995 5. Bài giảng kỹ thuật mạch điện tử_Đào Thanh Toản, Phạm Thanh Huyền, Võ Quang Sơn 5/2005. 6. Kỹ thuật điện tử, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM,Nguyễn Như Anh. 7. Webiste chính thức của wikipedia 8. Các website trên internet

Documents

Ky Thuat Mach Dien Tu 3