Chuong 6 Kỹ thuật điện tử tương tự

CHƢƠNG 6

CÁC MẠCH TẠO VÀ BIẾN ĐỔI DẠNG XUNG

1. Khái niệm chung

2. Chế độ khoa của dụng cụ bán dẫn

3. Các mạch trigơ

4. Mạch đa hài tự kích

5. Mạch đa hài đợi

6. Mạch phát xung sử dụng IC555

7. Mạch tạo điện áp biến đổi đƣờng thẳng

8. Mạch sửa xung

§1. KHÁI NIỆM CHUNG

“Kỹ thuật xung - số” là thuật ngữ bao gồm một lĩnh vực khá rộng và quan trọng

của ngành kĩ thuật điện tử - tin học. Ngày nay trong bước phát triển nhảy vọt của kĩ

thuật tự động hoá, nó mang ý nghĩa là khâu then chốt và là công cụ không thể thiếu để

giải quyết các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể hướng tới mục đích làm giảm chi phí về năng

lượng và thời gian cho một quá trình công nghệ hay kỹ thuật, nâng cao tính hiệu quả

của chúng. Trong chương này, do thời gian có hạn nên chúng ta chỉ đề cập đến một số

vấn đề có tính chất cơ bản về kỹ thuật xung cũng như một số mạch tạo và biến đổi

dạng xung.

Ngày nay có rất nhiều các thiết bị làm việc trong một chế độ đặc biệt, đó là chế độ

xung. Khác với các thiết bị điện tử làm việc trong chế độ liên tục, trong chế độ xung,

dòng điện hay điện áp tác dụng lên mạch một cách rời rạc theo môt quy luật nào đó. Ở

những thời điểm đóng hoặc ngắt điện áp, trong mạch sẽ phát sinh quá trình quá độ, phá

huỷ chế độ làm việc tĩnh của mạch. Vì vậy việc nghiên cứu các quá trình xảy ra trong

các thiết bị xung có liên quan mật thiết đến việc nghiên cứu quá trình quá độ trong các

mạch đó. Các thiết bị xung được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học

kỹ thuật hiện đại như: thông tin, điều khiển, rađa, vô tuyến truyền hình, máy tính điện

tử, điện tử ứng dụng….

Tùy theo từng nhiệm vụ mà trong các thiết bị có sử dụng nhiều loại sơ đồ xung

khác nhau. Chúng khác nhau về nguyên tắc cấu tạo, nguyên lí làm việc cũng như về

tham số. Tổ hợp tất cả các phương pháp và thiết bị để tạo và biến đổi dạng xung, để

biểu thị và chọn xung gọi là “KỸ THUẬT XUNG”.

Trước khi đi vào nghiên cứu các quá trình xung, ta cần hiểu thế nào là tín hiệu xung

và các tham số đặc trưng của nó.

1. Tín hiệu xung và các dạng của tín hiệu xung

1.1. Tín hiệu xung:

Các tín hiệu điện có giá trị thay đổi theo thời gian được chia ra làm hai loại cơ bản

là tín hiệu liên tục và tín hiệu gián đoạn. Tín hiệu liên tục còn được gọi là tín hiệu

tương tự, tín hiệu gián đoạn còn được gọi là tín hiệu xung hay số.

Nói cách khác: Xung điện là những điện áp hay dòng điện tồn tại trong một

khoảng thời gian ngắn có thể so sánh được với thời gian quá độ trong mạch điện mà

chúng tác dụng.

t

u

+Um

-Um

0 0

U

t

U

H

L

u

1.2. Các dạng tín hiệu xung:

Tín hiệu hình sin được xem như là một tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu liên

tục.Với tín hiệu hình sin, có đường biểu diễn như hình 3.1, ta có thể tính được giá trị

của nó ở từng thời điểm.

Hình 3.1: Tín hiệu hình sin Hình 3.2: Tín hiệu hình vuông

Ngược lại tín hiệu hình vuông được xem là một tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu

gián đoạn. Với tín hiệu hình vuông, có đường biểu diễn như hình 3.2, thì nó có 2 giá trị

là mức cao (UH) và mức thấp (UL), thời gian để chuyển từ mức thấp lên mức cao hay

từ mức cao xuống mức thấp rất ngắn và được xem như tức thời.

Trên thực tế thì tín hiệu xung không chỉ có loại hình vuông, mà còn có các dạng

khác như xung tam giác, xung răng cưa, xung nhọn, xung hình thang…Trong nhiều

trường hợp xung tam giác có thể gọi là xung răng cưa và ngược lại.

Hình 3.3: Một số dạng xung thường gặp:

a - xung vuông; b - xung tam giác; c - xung hình thang ; d - xung kim

Tx

t

u

t c)

x

Um

Tx

u

u u

t t

b) Tx

d) Tx

t

a)

Các dạng xung cơ bản như trong hình 3.3 rất khác nhau về dạng sóng, nhưng có

một điểm chung đó là thời gian tồn tại xung rất ngắn hay sự biến thiên giá trị từ thấp

lên cao (như xung nhọn) hay từ cao xuống thấp (xung tam giác) xảy ra rất nhanh.

2. Các tham số của tín hiệu xung

Thông thường hay gặp là những dãy xung có chu kỳ lặp lại Tx, khi đó dãy xung

được đặc trưng bằng các tham số như: Tần số lặp lại fx , độ rỗng Qx và hệ số đầy .

+ Độ rỗng của một dãy xung là tỷ số giữa chu kỳ lặp lại Tx với độ rộng của

xung tx

x

x

x

t

T

Q 

+ Trị số nghịch đảo của Qx là hệ số đầy của xung



=

x

x

T

t

Thông thường phạm vi biến đổi của Qx khá lớn từ một vài cho đến hàng trăm, thậm

chí hàng nghìn đơn vị .

+ Tần số lặp lại của dãy xung được đo bằng Hz tức là số xung trong một giây

và liên hệ với độ rỗng theo biểu thức :

fx =

x x x T Q .t

1 1



Dạng xung là qui luật biến đổi của trị số điện áp (dòng điện) xung theo thời gian,

cũng là một tham số cơ bản của tín hiệu xung. Tuỳ theo mục đích công tác mà người ta

sử dụng các dãy xung có hình dạng khác nhau.

Qua các ví dụ trên ta thấy thông thường thời gian tồn tại của xung t

x

rất nhỏ so với

chu kỳ lặp lại T

x

và có những thời điểm xung biến đổi đột ngột. Tuy vậy trong thực tế

còn gặp những dãy xung mà thời gian tồn tại tx bằng một nửa hoặc lớn hơn một nửa

chu kỳ lặp lại. Những dãy xung như vậy được gọi là dãy xung rộng. Tuy nhiên khái

niệm này hoàn toàn không phải là tuyệt đối, ví dụ: trong điều khiển tự động thường

dùng xung có độ rộng đến hàng giây, trong thông tin liên lạc dùng xung có độ rộng vài

chục s đến vài ms còn trong vật lý lại dùng xung cỡ ns hoặc xung có độ rộng hẹp

hơn.

Để đặc trưng cho dạng của tín hiệu xung, người ta thường dùng một số các tham số

cơ bản sau (hình 3.4).

- Độ rộng xung tx: là khoảng thời gian tồn tại của xung.

- Biên độ xung Um (Im): là giá trị cực đại của xung.

- Độ rộng sườn trước ts1 : là khoảng thời gian tăng của giá trị xung từ 0,1Um tới

0,9Um.

- Độ rộng sườn sau ts2 : là khoảng thời gian giảm của giá trị xung từ 0,9Um tới

0,1Um.

Đôi khi để thay cho tham số về độ rộng sườn xung người ta còn sử dụng tham số

“độ dốc sườn xung" tức là tốc độ tăng hoặc giảm của xung (độ dốc sườn trước SS1 , độ

dốc sườn sau SS2 )

, S ;

2

S2

1

1

S

m

S

m

S

t

U

t

U

S  

- Độ sụt đỉnh xung U: là độ giảm giá trị xung ở phần đỉnh xung. Trong thực tế

thường dùng độ sụt đỉnh tương đối để dễ dàng so sánh mức sụt đỉnh của xung với

biên độ của nó:

Um

U

U



 

Trong thực tế rất khó xác định các điểm bắt đầu và kết thúc sườn xung cũng như

đỉnh xung. Bởi vậy người ta thường đo độ rộng sườn xung theo quy ước là khoảng

thời gian để xung tăng từ 0,1Um đến 0,9Um hoặc ngược lại. Khi đó độ rộng xung được

đo bằng khoảng thời gian xung lớn hơn 0,1Um . Có thể lấy mức



Um tuỳ ý, nhưng

thông thường người ta lấy



= 0,1; 0,01; 0,05 . Trong thực tế người ta còn sử dụng

thông số độ rộng hiệu dụng của xung tx , tức là độ rộng của xung ở mức giá trị xung

bằng 0,5Um .

t

U

u

Um

ts1 ts2

tx

0,9 Um

Hình 3.4

0,1 Um

0,9Um

0,1Um

0