Giáo trình kĩ thuật xung - số

TS. Ll/ONG NGOC HAI

GIAO TDiNtl

Kl THUfiT XUNG - SO

(Sack dung cho cac truong dao tao he Trung hoc chuyen nghiep)

(Tai ban Ian thii nhat)

0*1 HQC THAI NGUYEN

TRUNG TAM HQC LIEU

NHA XUAT BAN GIAO DUC

Loi gioi thieu

Nam 2002, Vu Giao due Chuyen nghiep - Bo Giao due va Dao tao da phoi

hap vdi Nha xuat ban Giao due xuat ban 21 giao trinh phue vu eho dao tao he

THCN. Cac giao trinh tren da ditac nhieu tritdng sit dung do hoan nghenh. Be

tiep tuc bo sung nguon giao trinh dang eon thieu, Vu Giao due Chuyen nghiep

phoi hap eiing Nha xuat ban Giao due tiep tuc bien soan mot so'giao trinh, saeh

tham khao phue vu eho dao tao d cac nganh : Bien -Bien tic, Tin hoc, Khai thac

ca khi. NhSng giao trinh nay tritdc khi bien soan, Vu Giao due Chuyen nghiep

da giei di citdng vi tren 20 tritbng va to chiic hoi thao, lay y kien dong gop ve noi

dung d i cMng cac giao trinh noi tren. Tren ca sa nghien ci'(u y kien dong gop

cua cac trU'ang, nhom tac gia da dieu chinh noi dung cac giao trinh cho phu hap

vdi yeu cdu thite tiin han.

Vdi kinh nghiem giang day, kien thiic tich luy qua nhieu nam, cac tac gia

da ed ging de nhSng noi dung duac trinh bay la nhdng kien thite ca ban nhat

nhUng van cap nhat ditac vdi nhitng tien bo cua khoa hoc ky thuat, vdi thite te

san xuat. Noi dung cua giao trinh eon tao sit lien thong tit Day nghi len THCN.

Cac giao trinh ditac bien soan theo hudng mb, kien thite rang va co gang chi

ra tinh ling dung cua noi dung duac trinh bay. Tren ca sd do tao dieu kien de

cac tritbng sit dung mot each phu hap vdi dieu kien ca sd vat chat phue vu thite

hanh, thite tap va dac diem cua cac nganh, chuyen nganh dao tao.

De viec doi mdi phitang phap day va hoc theo chi dao cua Bo Giao due va

Dao tao nham ndng cao chat luang day va hoc, cac tritdng can trang bi d i sack

cho thit vien va tao dieu kien de giao vien va hoc sinh co di. sack theo nganh dao

tao. Nhitng giao trinh nay cung la tai lieu tham khao tot cho hoe sinh da tot

nghiep can dao tao lai, nhan vien ky thuat dang trite tiep san xuat.

Cac giao trinh da xuat ban khong the trdnh khoi nhSng sai sot. Rat mong

cac thay, co giao, ban doc gop y de Ian xuat ban sau ditac tot han. Moi gop y xin

giti ve : Cong ty Cophdn saeh Dai hoc - Day nghi 25 Han Thuyen - Ha Noi.

VU GIAO DUC CHUYfiN NGHI$P - NXB GIAO DUC

3

J\AS c l a w

Giao trinh K f THUAT XUNG - SO duoc bien soan vdi m uc dich phue

vu viec hoc tap va giang day d cac trudng Trung hoc chuyen nghiep va

Cao d in g kT thuat. Cuon saeh nay de cap chu yeu la n oi dung xung - so

thuc hanh, tuy nhien no v§n bao dam m ot kien thUc ca ban va du rong

cua kT thuat xung - so, nhung phan nguyen ti thanh tap va cau true ben

trong cua cac m ach xung so chifc nang hau n h u bi loa i bo hoan toan.

Vdi m di m ach chifc nang, tac gia c h i giup ban doc tra Idi ba cau h o i: No

la gi, so do khoi ra sao ? Vai vi mach cua no va cach ghep noi m o rong

nhu the nao ? No hay duoc dung lam gi ?

Vdi cach dat van de n h tf tren, cuon saeh khong qua 250 trang nay

khong the la tai lieu tham khao m d rong kien there ve kT thuat xung - so

cho ban doc. Vay no giup ban doc dieu gi ?

• Vdi ban doc la hoc sinh THCN hay Cao dang, cuon saeh se trang

bi cho ban doc m ot kien thCfc tinh gian, thuc dung va khong the it hdn ve

ITnh vac kT thuat xung - so.

• Vdi ban doc la giang vien m on hoc, cuon saeh thi/c chat chi la

nhCfng bai giang eCia tac gia da day cho sinh vien Cao d in g cac nganh

Dien, trudng D ai hoc Bach khoa Ha Noi trong nhieu nam. Tac gia ehinh li

va tinh gian lai, de m ong co the dong gop vdi dong nghiep khi soan bai

giang mon hoc.

N oi dung cua giao trinh dude bien soan bao gom : 10 chudng, 7 phu

lue va m ot so bai thuc hanh chon loc vdi thdi lUdng 45 - 60 tiet. Trong

qua trinh sCf dung, tuy theo yeu cau cu the co the dieu chinh so tiet trong

m di chwong.

Cac ban doc chcfa co m ot chut kien thCfc gi ve logic thi sau khi doc

chudng 1, hay doc cac phu luc 1 + 3 de co day du kien thirc co ban.

G idi thieu cuon saeh nay, tac gia chi' m uon co dong gop nho vao

cach hoc va day m on hoc cho hoc sinh THCN va Cao dang. R at mong

nhan duoc nhieu y kien dong gop phe binh cua ban doc. M oi gop y xin

duoc gCri ve : C ong ty co phan saeh D ai hoc - D ay nghe. 25 Han

Thuyen — H a Noi.

t A c g i a

KHAI NIEM CO BAN

VE Kl THUAT XUNG - SO

1-1. CAC THONG S6 OAC TRlfNG COA TfN HI$U XUNG

Cac tin hieu xung duac dung r6ng rai trong nhung llnh vuc khac nhau cua

ki- thuat sfi noi riSng va cua ki thuat didn tir noi chung ; vf du trong truyin thong

huu tuySn va vo tuyen, trong rada, trong do lucmg dieu khien so...

Cac mach tao xung cho ra hai loai tin hieu dien : Cac xung dien ap/dong

hoac nhung buorc nhay cua dien ap hay dong. Dae diem cua loai tin hieu nay la

ngu6i ta chi quan tarn toi hai gia tri hoan toan phan biet nhau cua chung, goi la

hai mite : Mile cao H va miic tha'p L.

1-1-1. Xung

Xung la tin hieu tao nen do su thay doi miic cua dien ap hay dong trong

. mot thcri khoang rat nho : Tir miic tha'p L ban diu chuyen sang njm 6 muc cao

H trong m6t thcri gian ngan, hoac ngugc lai.

• Hinh 1-la la m6t xung hinh thang li tucmg. Doan ab goi la day xung, doan

cd la dinh xung, doan ac chuyen tir miic thap L len miic cao H goi la su&n len

cua xung, doan db chuyen tiep tu H sang L goi la su&n xuong cua xung.

Khoang cach gitta dinh va day goi la bien do xung UM (UM = H - L). Mot xung

thuc te a cua ra mach tao xung co dang t6ng quat nhu 6 hinh 1-lb. Ta tha'y, do

qua trinh qua dfl nSn dinh xung kh6ng "tron" va khong nam o mot dien ap cd

dinh ; muc cao H nam trong mien dien ap giira bien do UM va 0,9UM. Sai lech

Au goi la do sut dp dinh. Khoang thcri gian de’ xung tang tir 0,1UM den 0,9UM

goi la thoi gian len tr (rise time); khoang thoi gian xung giam tir 0,9 UM xuong

0,1UM goi la thoi gian xuong tf (fall time) cua xung. Khoang thoi gian giua hai

thoi di^m tuong ung vai gia tri 0,5 UM goi la do rong xung rx. Ngoai ra con co

cac thong so phu nhu "buou" dinh b, va "buou" sau khi ket thuc xung b2. Neu

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th o i g ian len tr va thdi g ian x u o n g tf ra t n ho so v a i d o r&ng x u n g tx, ta co x u n g

v u o n g gdc. H in h 1 -lc ve cac xun g vudng go c If tu o n g cu c tin h d u a n g va cuc

ti'nh am .

u

t

c)

e)

HINH 1-1. Cac dang xung

• N g o ai xun g vu o n g g o c iS t p h o b ien tro n g kT th u a t so, n g u d i ta co n sir

du n g x u n g r a n g c u a (ram p ). H in h 1 -ld v e d a n g t6 ng q u a t m o t x u n g ra n g cua.

N o g 6m h ai su o n d o c , d ac tru n g b o i th a i g ia n len d o c tr (risin g slo p e ) va thoi

gian x u o n g d o c tf (fa llin g slo p e). Do'i v d i x u n g ran g c u a, n g o a i bien d o U M,

n g u 6 i ta c o n q u a n tarn to i t i so d o d o c (S lo p e ra tio )

SR = tf : tf.

V i d u : tr = 15m s, tf = 2 m s, ta co x u n g ra n g cu a v a i ti so d o d o c 15 : 2. N eu

tr = tf th i xu n g ran g cu a go i la x u n g ta m g ia c.

• Cud'i cu n g la x u n g d a n h (d in h ) co d in h ra t n h o n (h in h 1 -le ). X u n g nay

thucm g d u n g d e k ic h k h a i h o a t d o n g cu a cac m ach d ie n tir.

6

1-1-2. Birdc nhay

Bircrc nhay la su chuyen rtft nhanh cua difen ap hoac dong gitta hai miic H va

L. N£u nhay til miic tha'p L len miic cao H thi goi la bu&c nhay duang (hinh 1-

2a) ; neu nguoc lai nhay tir H xud'ng L thi goi la budc nhay dm (hinh l-2b).

Budc nhay, ddi khi con goi la tin hieu the, duoc dac trung bing bien dO nhay

UM va d6 dai suan doc tf (hoac tr). Bubc nhay la tin hieu ra a nhifiu mach dien

tir, vi du mach so sanh tuong tu (xem muc 2-1) hoac cac Flip-Flop (xem muc 3-1).

V i

Hinh 1-2. Cac bode nhay

1-2. DAY XUNG

KT thuat xung khong chi tao ra nhung mach phat xung dcrn ma con co cac

mach cho ra m6t day xung lien tiep (Hinh 1-3).

i

s

- =3 » - ‘ x K ■

xung

kfch

khdi

r-tr*

T

k k k

Hinh 1-3. Cac day xung

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1-2-1. D ay x u n g co th e la tu a n h o a n vdi ch u ki T , n g h la la cir sau m 6i

koang thcri g ian T lai co m 6t xung lap lai hoan toan g io n g vdi x u n g tru d c no.

H inh l-3 a ve ba dang day xu n g tuSn hoan th u d n g g ap sau :

• D a y x u n g v u o n g g o c la d an g day xu n g thucm g g ap n h at tro n g k! thuat

d ien tir. C ac th o n g sd dac tru n g cho day xung g 6m : b ien d& U M, d o r 6ng xung

tx, thdi gian nghi tn, ch u ki T = tx + tn, tSn sd f = 1/T. N g o ai ra c o n h ai th 6ng sd

phu dac tru n g khac la he so la p d a y y = tx/T va d o h o n g (r6n g ) Q = 1 /y = T /tx.

Nd'u Q = 2, (tx = tn), th i day xun g goi la d a y x u n g v u o n g g o c d o i x u n g .

• D a y x u n g r a n g c u a th u a n tu y (tf = 0 ), chu ki T . M ach p h a t d ay x u n g nay

th u d n g du n g tro n g thifi't bi dao don g kf d ien tu, vdi vai tro b 6 ta o so n g quet

ngang.

• C uoi ciing la d a y x u n g d a n h tu a n h o a n . N o th u d n g d u n g de ki'ch khdi

n hung hoat dong co ti'nh ch u k i, vl du d i6u k h ien su d o n g /m d lap lai tu in hoan

cua cac khoa tran sisto r.

C ac m ach p h at day x u n g tuSn ho an th u d n g la n h u n g m a c h h o at d 6ng khfing

chiu su d ieu k h i^ n bdi cac x u n g kfch k h d i (kfch thi'ch) ben n g o ai va go i la cac

m ach d a n g ch a y tu d o (free ru n n in g form ).

1-2-2. D ay x u n g co th e la k h o n g tu a n h o a n (h in h 1-3 b ). M ac h p h at cac

xung nay la nhQng m ach h o at dOng th eo su d i6u k h iln c u a cac x u n g k fch khdi a

ben n g o ai, va go i la cac m a c h d a n g k ic h k h d i (trig g e re d fo rm ). LTng vdi m6i

xung ki'ch thi'ch b en n g o ai, m ach ch o ra m p t x u n g cd b ien d o va d 6 ro n g xung

k h o n g thay d 6i, n g h la la d an g x u n g du a ra h o an to an la p lai gid'ng n h a u sau m6i

x ung kfch thi'ch.

1-3. CAC PHAN TCTTIIY£n TfNH R-C TRONG MACH TAO XUNG

C ac m ach tao xun g hay lcri d u n g q u a trin h q u a d o trSn cac p h an tir tuyen

tfnh R -C de dieu k h ie n do ro n g x u n g va h e so la'p dSy ciia d ay x u n g tu a n hoan.

P han tir tu y en tfnh R , C d u o c h i^ u la phSn tu co diSn trd hoac d ie n d u n g khfing

thay dd i th eo gia tri d ien ap h oac g ia tri d o n g d ie n tren phSn tir. T a h ay xet vai

qu a trinh qu a d o tro n g m ac h R -C .

1-3-1. Q u a tr in h q u a d o d m a c h R -C k h i co b u d c n h a y d ie n a p

X et m ach R -C d h in h l-4 a . G ia sir tai th d i d iem t = 0, d ien ap u cd budc

nhay d u a n g tir 0V d en U M. V ay d t > 0 ta cd :

UR + UC = U M

8

Vdi uR = iR va i = Cdu^dt thi phucmg trinh c4n bang dien ap tren trd thanh :

R c ^ f + uc - U M

Giai phuang trinh vi phan bac 1 d tren ta duac :

uc(t) = UM( I - e 't/RC) (1-D

Ti'ch RC co thu nguyen thcri gian la giay (s), neu R tinh bang Q va C tfnh

bang F (Fara), va goi la hdng so thoi gian rcua mach R-C (x = R.C). Tir (1-1)

va phirong trinh can bang dien ap a tren ta rut ra :

uR(t) = UMe 't/T (1-2)

i(t) = ^ V t/T (1-3)

Hinh 1-4. Qua trinh qua 36 mach R-C khi co budc nhay duang

Ta tha'y dien ap trfen difen dung tang theo luSt ham mu va d t = ®, thi uc =

UM. Nguac lai dien ap trfen difen tra va dong giam theo luat ham mu, khi t = co

thi i = 0, uR = 0, mach dat trang thai dimg (tinh).

Ve li thuyet thi qua trinh qua d6 x^y ra trong thoi gian vo ciing lan. Thuc te

khi uc dat 0,9 UM hoac khi uR = 0,1 UM la coi nhu ket thuc qua trinh qua do

(hinh l-4b). Thcfi gian qua d6 la :

tqd = 2,3t = 2,3R.C (1-4)

C) t = 3x co thfe coi uc s UM va i * 0, uR a 0. Hang so thcri gian x = RC cua

mach cang lan thi thcri gian qua do cang dai (hinh l-4c).

1-3-2. Qua trinh qua do mach R-C khi ki'ch thi'ch la mot xung vuong goc

Neu dat len mach R-C a hinh l-4a mot xung vuong goc (hinh 1 -5a), qua

trinh qua do xay ra trong mach xem nhu la su xfe'p chong cua hai qua trinh, ling

vdi hai budc nhay : Budc nhay ducrng d t = 0 va budc nhay am tai t = t, (hinh l-5b).

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Ta co ket luan cuoi cung sau : Sir thay dd i d ien ap tren c a c phan tif R, C trong

qua trinh qu a do, khi kfch thi'ch la m ot xun g vuong go c vdi do rd n g xun g tx,

chiu anh hudng bdi ti so t : tx.

u

t

c)

© t „ « x

® t„ » x

t

u

+ UM U c

b) 0

t d> Au

+U„

t

0

t t

Hinh 1-5. Qua trinh qua <36 mach R-C vdi kich thich la mot xung vuong goc

• N eu t < tx/3 thi sir thay doi dien ap tren cac phan tu la ldn. D ien ap tren tu

uc(t) tang tCt 0 den U M, sau do giam ve 0 (d u d n g 2, hinh l-5 d ). N g u o c lai, dien

ap tren dien trd u R(t) g iam tir U M ve 0, sau do tai th d i d ie m tj ddi cu c tinh va

tang tur - U ^ tdi 0 (d u d n g 2, h in h l-5 c ).

• Ne'u x □ t x thi sir thay d d i dien ap tren cac ph&n tu la ch am . D ien ap

uc(t) tang tir 0 chi tdi Au la lai giam dan ve 0 (d u o n g l, hinh l-5 d ). D ien ap

uR(t) cung chi giam m ot luong Au so vdi U M la d a doi cuc ti'nh san g - (U M -

Au) va tang dan vd 0 (ducfng l, h in h l-5 c ).

1-3-3. Lfng d u n g m a c h R -C tr o n g c a c m a c h ta o x u n g

C ac m ach tao xung hay d u n g m ach R -C nhSm n h u n g m uc d ich sau :

• Di€u ch in h do ro n g c u a xung d o n vuong goc h o ac d ie u ch in h tan so va do

rdng cu a m ot day xun g v u o n g goc tu an hoan. M ach R -C c u n g co n su d u n g de

tao cac xu n g rang cua. N h u n g ling dun g nay se de ca p den tro n g cac

ch uong sau.

• M ot irng d u n g q u an tro n g khac cua m ach R -C la de’ tao cac xu n g danh

(dinh). H inh l - 6 a la m ach tao xun g din h . D ien ap ra u r ch in h la d ien ap tren

dien tra R. Tir m uc 1- 3-1 va 1- 3-2 ta thaiy : K hi d a t vao m ach h in h 1-6 a m ot

budc n h ay dirong h oac am thi d ien ap ra u r se la m o t x u n g d a n h d u o n g hay am .

ti'nh theo ( 1- 2 ). Bien do xung danh bang bien do bu o c n h ay , day xu n g la 3t .

( t = R.C). Do do, neu d ien ap vao uv la m ot xung vuong go c co do rong xu n g ldn

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