Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
Kỹ thuật xung
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
--------------
KỸ THUẬT XUNG
NGUYỄN TRỌNG HẢI
NHÀ XUẤT BẢN TRẺ - 2010
Trang 1
MUÏC LUÏC
CHÖÔNG 1. CAÙC KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN ................................................................. 3
1.1. Ñaïi cöông .......................................................................................................... 3
1.2. Caùc xung thöôøng gaëp ........................................................................................ 6
1.3. Moät soá khaùi nieäm veà xung ................................................................................ 9
CHÖÔNG 2. BIEÁN ÑOÅI DAÏNG SOÙNG BAÈNG MAÏCH R,L,C .............................. 13
2.1. Maïch loïc thoâng cao-maïch vi phaân .................................................................. 14
2.2. Maïch loïc thoâng thaáp-maïch tích phaân ............................................................. 23
2.3. Caùc boä suy hao ................................................................................................ 31
CHÖÔNG 3. CHUYEÅN MAÏCH ÑIEÄN TÖÛ ............................................................... 43
3.1. Cheá ñoä xaùc laäp ................................................................................................ 43
3.2. Cheá ñoä quaù ñoä ................................................................................................. 52
CHÖÔNG 4. MAÏCH XEÙN, MAÏCH SO SAÙNH ......................................................... 58
4.1. Khaùi nieäm ....................................................................................................... 58
4.2. Maïch xeùn vôùi diode lyù töôûng .......................................................................... 59
4.3. Maïch xeùn vôùi diode thöïc teá ............................................................................ 66
4.4. Maïch xeùn ôû hai möùc ñoäc laäp .......................................................................... 69
CHÖÔNG 5. MAÏCH KEÏP ......................................................................................... 73
5.1. Khaùi nieäm ....................................................................................................... 73
5.2. Maïch keïp duøng diode lyù töôûng ....................................................................... 74
5.3. Maïch keïp khi keå ñeán ñieän trôû thuaän vaø ñieän trôû nguoàn ................................. 80
5.4. Maïch keïp taïi cöïc neàn BJT .............................................................................. 84
CHÖÔNG 6. MAÏCH ÑA HAØI ................................................................................... 88
6.1. Khaùi nieäm ....................................................................................................... 88
6.2. Ña haøi duøng caùc linh kieän töông töï ................................................................. 90
6.3. Ña haøi duøng coång logic ................................................................................. 110
6.4. Dao ñoäng duøng thaïch anh ............................................................................. 119
Trang 2
LỜI NÓI ĐẦU
Mục đích của bài giảng này nhằm cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ
bản về kỹ thuật xung, các phương pháp tính toán thiết kế và các công cụ toán
học hỗ trợ trong việc biến đổi, hình thành các dạng xung mong muốn…
Đây là bài giảng để giảng dạy, trình bày tóm tắt cơ sở lý thuyết đi kèm với ví
dụ, ứng dụng, cuối mỗi chương đều có bài tập để sinh viên kiểm tra và củng
cố.
Bài giảng được biên soạn cho khóa học 45 tiết dành cho sinh viên năm 3 hệ
đại học khoa Điện Điện tử trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp HCM
Danh sách những thuật ngữ thường xuất hiện, có kèm theo tiếng Anh tương
đương để sinh viên tiện tham khảo tài liệu
Bài giảng gồm 6 chương dựa trên nhiều nguồn tham khảo trong và ngoài
nước, với bố cục bám sát đề cương môn học Kỹ Thuật Xung dành cho sinh
viên ngành Điện Tử Viễn Thông trường Đại học Kỹ Thuật như sau:
Chương 1. Các khái niệm cơ bản
Chương 2. Biến đổi dạng sóng bằng mạch R,L,C
Chương 3. Chuyển mạch điện tử
Chương 4. Mạch xén, mạch so sánh
Chương 5. Mạch kẹp
Chương 6. Mạch đa hài
NGUYỄN TRỌNG HẢI
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 3
CHƯƠNG 1.
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
I. ĐẠI CƯƠNG
Phân loại tín hiệu
• Theo dạng sóng: Tín hiệu tam giác, sin, xung vuông, nấc thang, . . .
• Theo tần số : Tín hiệu hạ tần, âm tần, cao tần, siêu cao tần, . . .
• Theo sự liên tục : Tín hiệu liên tục biên độ và thời gian.
• Theo sự rời rạc : Tín hiệu rời rạc biên độ và thời gian.
• Tuần hoàn : Tín hiệu có dạng sóng lặp lại sau mỗi chu kỳ.
Một số tín hiệu liên tục
0
p(t)
1
t
0 t
+A
-A
T/2
T
t
Hình 1.1a. Tín hiệu Asinωt Hình 1.1b. Chuỗi xung
Hình 1.1c. Xung tam giác
t 0
K
K
Hình 1.1d. Hàm mũ
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 4
Một số tín hiệu rời rạc
Ngày nay trong kỹ thuật vô tuyến điện, có rất nhiều thiết bị công tác trong một
chế độ đặc biệt: chế độ xung. Trong các thiết bị này, dòng và áp tác dụng lên
mạch một cách rời rạc theo một quy luật nào đó. Ở những thời điểm đóng hoặc
ngắt điện áp, trong mạch sẽ phát sinh quá trình quá độ, phá hủy chế độ công tác
tĩnh của mạch. Bởi 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.
Nếu có một dãy xung tác dụng lên mạch điện mà khoảng thời gian giữa các
xung đủ lớn so với thời gian quá độ của mạch. Khi đó tác dụng của một dãy
xung như một xung đơn. Ngược lại nếu khoảng thời gian kế tiếp của xung đủ
nhỏ so với quá trình quá độ của mạch thì phải nghiên cứu tác dụng của một dãy
xung giống như của những điện áp hoặc dòng điện có dạng phức tạp.
Việc phân tích mạch ở chế độ xung phải xác định sự phụ thuộc hàm số của điện
áp hoặc dòng điện trong mạch theo thời gian ở trạng thái quá độ. Có thể dùng
công cụ toán học như: phương pháp tích phân kinh điển. Phương pháp phổ
(Fourier) hoặc phương pháp toán tử Laplace…
Phương pháp khảo sát
Có nhiều cách để khảo sát sự biến đổi tín hiệu khi đi qua mạch RC, trong đó có
phương pháp quá độ trong mạch điện với 2 phương pháp quen thuộc:
• Giải và tìm nghiệm của phương trình vi phân.
• Tìm hàm truyền đạt của mạch và biến đổi Laplace.
a. Phương pháp tích phân kinh điển.
Phương trình mạch và nghiệm.
( ) ( ) ( ) ... ( ) ( )
1 1 0
1
1 a y t f t
dt
dy t
a
dt
d y t
a
dt
d y t
a n
n
n n
n
n + + + + = −
−
−
Vế phải của phương trình f(t) đã được xac định, y(t) ở vế trái là nghiệm cần tìm
(điện áp hay dòng điện), nghiệm (họ nghiệm) của y(t) như sau
… -1 0 1 2 3 4 5 6 7 …
x(n)
n
Hình 1.2a, Tín hiệu sin rời rạc
) 8
2
x(n) sin( n
π =
n
1
0
8
… …
Hình 1.2b, Hàm mũ rời rạc
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 5
y(t) = yxl(t) + yqđ(t)
Nghiệm của phương trình thuần nhất
( ) 0 ( ) ... ( ) ( )
1 1 0
1
+ 1 + + + = −
−
− a y t
dt
dy t
a
dt
d y t
a
dt
d y t
a n
n
n n
n
n
có 3 dạng: thực đơn, đơn và phức, bội
Nghiệm thực p1, p2, pn có dạng như sau:
p t
n
p t p t
qd n y = K e + K e + ... + K e 1 2
1 2
Nghiệm phức 1p =− + α jβ , 2p = − − α jβ có dạng như sau:
cos( ) 1 β φ α = + − y K e t t
qd
Nghiệm kép p1=p2 có dạng như sau:
p t
qd y K K t e 1 ( ) = 1 + 2
b. Phương pháp toán tử Laplace
Biến đổi Laplace 1 phía được xác định như sau:
∫
∞
− = =
0
F(s) L[ f (t)] f (t)e dt st
Mạch tương đương R, L, C
Li0
i0/s 1/sL
-
+
sL
u(s)
I(s) I(s)
+
-
u(s)
1/sC
Cu0
u0/s
+
-
u(s)
I(s)
sC
+ I(s)
-
u(s)
Hình 1.3. Sơ đồ tương đương của L,C
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 6
Biến đổi Laplace của một số hàm
Hàm f(t) Biến đổi Laplace của f(t)
1 1 1
s
2 T 2
1
s
3 tn
1
!
n
n
s +
4 e-at 1
s + a
5 (1 ) 1 at e
a
− − 1
s( ) s a +
6 ( ) 1 1 2
2 1
a t a t e e
a a
− − − − 1 2
1
( )( ) s + + asa
7 ( ) 1 1 2
1 2
1 2
a t a t a e a e
a a
− − − − 1 2 ( )( )
s
s + + asa
8 n at t e−
1
!
( )n
n
s a + +
9 sinωt 2 2
s
ω
+ω
10 cosωt 2 2
s
s +ω
II. CÁC XUNG THƯỜNG GẶP
1. Hàm bước đơn vị (Unit-step Function)
⎩
⎨
⎧
<
≥ = 0 0
1 0
( ) t
t
u t
0 t
u(t)
1
Hình 1.4. Hàm bước đơn vị
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 7
2. Xung chữ nhật (regtangular Pulse)
⎩
⎨
⎧
< ≥
≤ < =
1 2
1 2
0 ,
1
( ) t t t t
t t t
p t
Có thể xem xung vuông p(t) như là tổng của 2 xung x1 và x2 sau:
p(t) = x1(t) + x2(t)
với x1(t) = u (t - t1)
x2(t) = -u(t - t2)
Ví dụ, Tương tự cho các ý niệm về hàm nấc thang
Hàm x(t) có thể viết thành x(t) = u(t) + u(t - 1) + u(t - 2) - 3u(t - 3)
Sinh viên tự chứng minh
3. Xung đơn vị (Unit-Impulse Function)
Còn gọi là xung δ ( )t hay phân bố Dirac, được định nghĩa như sau:
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
δ λ λ ∀ε >
δ = ≠
∫
ε
−ε
( ) 0
( ) 0 0
d
t t
Xung Dirac δ ( )t có thể được khảo sát như là đạo hàm của u(t).
t
0
p(t)
1
t1 t2
Hình 1.5. Xung chữ nhật
Hình 1.7. Xung Dirac
t
δ(t)
0
Hình 1.6. Hàm nấc thang
0 t
x(t)
1
1 2 3
2
3
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 8
Rõ ràng bước nhảy đơn vị u(t) là giới hạn của u t ( ) khi Δ→0. Từ đó, có thể xác
định xung Dirac gần đúng δ ( )t là đạo hàm của bước nhảy đơn vị gần đúng u t ( ),
tức là : ( ) ( ) du t
t
dt
δ =
Và u(t) có thể được biểu diễn dưới dạng tích phân : u(t) = ( )
t
δ τ τd
−∞
∫
Một kết quả quan trọng ( ). ( ) o x t t t dt δ
∞
−∞
− ∫ = x(to)
4. Hàm dốc (Ramp Function)
r(t) = ⎩
⎨
⎧
<
≥
0 0
0
t
t t = t.u(t)
Cần phân biệt hàm dốc và hàm x(t)=t
Hình 1.8a. Hàm bước đơn vị gần đúng
Hình 1.8b. Xung Dirac gần đúng
t
0
r(t)
Hình 1.9. Hàm dốc
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 9
5. Hàm mũ (Exponential Function)
x1(t) = K.e-tu(t)
x2(t) = K.(1 - e-t) u(t)
III. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ XUNG
1. Hệ số công tác (pulse duty factor)
T
t
q p = (%)
0 t
x1(t)= K.e-tu(t)
K
0 t
x2(t) = K.(1 - e-t) u(t)
K
Hình 1.10a. Hàm mũ giảm Hình 1.10b. Hàm mũ tăng
0
A
t
tp
T=ton + toff
ton toff
Hình 1.11. chuỗi xung vuông
t(ms) 1 10
q=10%
t(ms)
4 10
q=40%
Hình 1.12. Hệ số công tác q
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 10
2. Độ rộng xung
Trong đó:
A: biên độ cực đại
tr: thời gian lên (thời gian xung tăng từ 10% đến 90% biên độ A)
tf: thời gian xuống (thời gian xung giảm từ 90% đến 10% biên độ A)
Độ rộng xung tp tính từ giá trị 0.1 biên độ đỉnh cực đại, nghĩa là 0.1A
Ngày nay trong các hệ thống số, người ta thường định nghĩa tp với giá trị từ
0.5A
tr tf
A
0.9A
0.1A
tp
t
0.1A
Hình 1.13a. Độ rộng xung
A
0.5A
tp
Hình 1.13b. Độ rộng xung trong các hệ thống số
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 11
Bài tập chương 1
1. Viết lại các hàm sau:
2. Viết hàm x(t) sau thành dạng tổng của các hàm u(t), r(t)
012 3
1
3
x9(t)
t
0
2
x4(t)
t
3
1 2 0
2
x3(t)
3 4 t
0
2
x1(t)
-1 t 0
1
x2(t)
1 t
0 1 2 3
1
2
3
x6(t)
0 4 t
3
x5(t)
t
2
2 3
-1
x7(t)
t
1
-1 1
-1
x8(t)
t
1
-2 -1 1 2