- Ngoài các mạch khuếch đại điện thế và công suất, dao động cũng là loại mạch căn bản của ngành điện tử. - Mạch dao động được sử dụng phổ biến trong các thiết bị viễn thông. - Một cách đơn giản, mạch dao động là mạch tạo ra tín hiệu.. - Tổng quát, người ta thường chia ra làm 2 loại mạch dao động: Dao động điều hòa (harmonic oscillators) tạo ra các sóng sin và dao động tích thoát (thư giãn - relaxation oscillators) thường tạo ra các tín hiệu không sin như răng cưa, tam giác, vuông (sawtooth, triangular, square).. - 10.1 MẠCH DAO ÐỘNG SIN TẦN SỐ THẤP:. - Trường hợp đặc biệt βA v = 1 được gọi là chuẩn cứ Barkausen (Barkausen criteria), lúc này A f trở nên vô hạn, nghĩa là khi không có tín hiệu nguồn v s mà vẫn có tín hiệu ra v 0 , tức mạch tự tạo ra tín hiệu và được gọi là mạch dao động. - Tóm lại điều kiện để có dao động là:. - 1 thì mạch không dao động được.. - 10.1.1 Dao động dịch pha (phase shift oscillator):. - Còn gọi là mạch dao động RC.. - Mạch tương đương tổng quát của toàn mạch dao động dịch pha được mô tả ở hình 10.2. - Cho b = 0 để xác định tần số dao động f 0. - Do op-amp có tổng trở vào rất lớn và tổng trở ra không đáng kể nên mạch dao động này minh họa rất tốt cho chuẩn cứ Barkausen. - Mạch căn bản được vẽ ở hình 10.4 - Tần số dao động được xác định bởi:. - Mạch dao động dịch pha dùng FET:. - R0 = RD||rD phải thiết kế sao cho R 0 không đáng kể so với tổng trở vào của hệ thống hồi tiếp để tần số dao động vẫn thỏa mãn công thức:. - Nếu điều kiện trên không thỏa mãn thì ngoài R và C, tần số dao động sẽ còn tùy thuộc vào R 0 (xem mạch dùng BJT).. - Tổng trở của mạch khi chưa có hồi tiếp R 0 ≈ R C không nhỏ lắm nên làm ảnh hưởng đến tần số dao động. - -Áp dụng cách phân giải như phần trước ta tìm được tần số dao động:. - Thường người ta thêm một tầng khuếch đại đệm cực thu chung để tải không ảnh hưởng đến mạch dao động.. - 10.1.2 Mạch dao động cầu Wien: (wien bridge oscillators). - Cũng là một dạng dao động dịch pha. - Mạch căn bản như hình 10.8a và hệ thống hồi tiếp như hình 10.8b. - Tại tần số dao động ω 0. - Trong mạch cơ bản hình 10.8a, ta chú ý:. - 3 mạch không dao động. - 3 thì tín hiệu dao động nhận được bị biến dạng (đỉnh dương và đỉnh âm của hình sin bị cắt).. - Người ta có nhiều cách, hình 10.9 là một ví dụ dùng diode hoạt động trong vùng phi tuyến để thay đổi độ lợi điện thế của mạch.. - Ðộ lợi này đủ để mạch dao động. - Thực tế, để lấy tín hiệu ra của mạch dao động người ta có thể mắc thêm một mạch không đảo song song với R 1 C 1 như hình vẽ thay vì mắc nối tiếp ở ngõ ra của mạch dao động. - Ta xem mạch hình 10.10. - Sự dao động tiếp tục, khi điện thế đỉnh ngõ ra âm đạt trị số xấp xỉ -(V z + 0.7v) thì D 1 và D 2 sẽ dẫn điện và V GS bắt đầu âm.. - Vấn đề điều chỉnh tần số:. - Trong mạch dao động cầu Wien, tần số và hệ số hồi tiếp được xác định bằng công thức:. - Tuy nhiên, để ý là khi có hệ số hồi tiếp β cùng thay đổi theo và độ lợi vòng cũng thay đổi, điều này có thể làm cho mạch mất dao động hoặc tín hiệu dao động bị biến dạng.. - Hình 10.11 mô tả việc điều chỉnh này.. - Một cách khác để điều chỉnh tần số dao động là dùng kỹ thuật hồi tiếp âm và chỉ thay đổi một thành phần mạch và không làm thay đổi độ lợi vòng dù β và A v đều thay đổi. - Mạch điện như hình 10.12. - Tần số dao động của mạch vẫn được xác định bởi:. - Toàn bộ mạch dao động cầu Wien có điều chỉnh tần số và biên độ dùng tham khảo được vẽ ở hình 10.14. - 10.2 MẠCH DAO ÐỘNG SIN TẦN SỐ CAO:. - Dao động dịch pha không dùng được ở tần số cao do lúc đó tụ điện phải có điện dung rất nhỏ. - 10.2.1 Mạch cộng hưởng (resonant circuit):. - Tại tần số cộng hưởng f 0 thì X L = X C nên Z 0 = R. - Khi tần số f <. - Khi tần số f >. - 10.2.2 Tổng quát về dao động LC:. - -Dạng tổng quát như hình 10.17a và mạch hồi tiếp như hình 10.17b. - Giả sử R i rất lớn đối với Z 2 (thường được thỏa vì Z 2 rất nhỏ) Ðể tính hệ số hồi tiếp ta dùng hình 10.17b. - Ðể xác định A v (độ lợi của mạch khuếch đại căn bản ta dùng mạch 10.17c. - 10.2.3 Mạch dao động Colpitts:. - L 2 : cuộn chận cao tần (Radio-frequency choke) có nội trở không đáng kể nhưng có cảm kháng rất lớn ở tần số dao động, dùng cách ly tín hiệu dao động với nguồn cấp điện.. - Tại tần số cộng hưởng: Z 1 + Z 2 + Z 3 = 0. - 10.2.4 Dao động Clapp (clapp oscillator):. - Dao động clapp thật ra là một dạng thay đổi của mạch dao động colpitts. - Cuộn cảm trong mạch dao động colpitts đổi thành mạch LC nối tiếp. - Ðể ý là do mạch L 1 C 3 phải có tính cảm kháng ở tần số dao động nên C 3 phải có trị số nhỏ, thường là nhỏ nhất trong C 1 , C 2 , C 3 và f 0 gần như chỉ tùy thuộc vào L 1 C 3 mắc nối tiếp.. - Người ta cũng có thể dùng mạch clapp cải tiến như hình 10.21. - Tần số dao động cũng được tính bằng công thức trên nhưng chú ý do dùng mạch cực thu chung (A v , 1) nên hệ số β phải có trị tuyệt đối lớn hơn 1.. - 10.2.5 Dao động Hartley (hartley oscillators). - Cũng giống như dao động colpitts nhưng vị trí của cuộn dây và tụ hoán đổi. - Ta cũng có thể dùng mạch cực thu chung như hình 10.23. - 10.3 DAO ÐỘNG THẠCH ANH (crystal oscillators). - 10.3.1 Thạch anh. - Tinh thể thạch anh dùng trong mạch dao động là một lát mỏng được cắt ra từ tinh thể. - Khi nhiệt độ thay đổi, tần số rung động của thạch anh cũng thay đổi theo nhưng vẫn có độ ổn định tốt hơn rất nhiều so với các mạch dao động không dùng thạch anh (tần số dao động gần như chỉ tùy thuộc vào thạch anh mà không lệ thuộc mạch ngoài).. - Mạch tương đương của thạch anh như hình 10.25. - Ta có thể dùng thạch anh để thay thế mạch nối tiếp LC, mạch sẽ dao động ở tần số f S . - Còn nếu thay thế mạch song song LC, mạch sẽ dao động ở tần số f p (hoặc f op. - Do thạch anh có điện cảm L S lớn, điện dung nối tiếp rất nhỏ nên thạch anh sẽ quyết định tần số dao động của mạch. - linh kiện bên ngoài không làm thay đổi nhiều tần số dao động (dưới 1/1000). - Thường người ta chế tạo các thạch anh có tần số dao động từ 100khz trở. - 10.3.2 Dao động thạch anh:. - Dao động dùng thạch anh như mạch cộng hưởng nối tiếp còn gọi là mạch dao động Pierce (Pierce crystal oscillator). - Ta thấy dạng mạch giống như mạch dao động clapp nhưng thay cuộn dây và tụ điện nối tiếp bằng thạch anh. - Dao động Pierce là loại dao động thông dụng nhất của thạch anh.. - Hình 10.29 là loại mạch dao động Pierce dùng rất ít linh kiện. - Do C 1 và C 2 rất nhỏ nên tần số dao động của mạch:. - Thực tế người ta mắc thêm một tụ tinh chỉnh C M (Trimmer) như hình 10.29 và có tác động giảm biến dạng của tín hiệu dao động.. - Ta có thể dùng mạch hình 10.30 với C 1 và C 2 mắc bên ngoài.. - 10.4 DAO ÐỘNG KHÔNG SIN. - 10.4.1 Dao động tích thoát dùng OP-AMP (op-amp relaxation oscillator) Ðây là mạch tạo ra sóng vuông còn gọi là mạch dao động đa hài phi ổn (astable mutivibrator). - Hình 10.31 mô tả dạng mạch căn bản dùng op-amp. - Thời gian nạp điện và phóng điện của tụ C là chu kỳ của mạch dao động.. - 10.4.2 Tạo sóng vuông, tam giác và răng cưa với mạch dao động đa hài:. - Dạng tín hiệu ra của mạch dao động tích thoát có thể thay đổi nếu ta thay đổi các thành phần của hệ thống hồi tiếp âm.. - Một cầu chỉnh lưu và JFET được đưa vào hệ thống hồi tiếp âm như hình 10.35. - Nếu 4 diode đồng nhất thì ta có thời gian nạp điện bằng thời gian phóng điện, tức t p = t n , và chu kỳ dao động T = t p + t. - Mạch minh họa như hình 10.37. - Có thể dùng mạch như hình 10.38. - Chu kỳ dao động T = t p + t n ≠ t p. - 10.4.3 Tạo sóng tam giác từ mạch so sánh và tích phân:. - Toàn bộ mạch có dạng như hình 10.41. - 10.4.4 Tạo sóng tam giác đơn cực:. - Ðể tạo sóng tam giác đơn cực (giả sử dương) ta mắc thêm một diode nối tiếp với R 1 như hình 10.43a. - Tần số dao động không thay đổi.. - 10.4.5 Tạo sóng răng cưa:. - Ta có thể dùng mạch như hình 10.44. - Bài 1: Cho mạch dao động dịch pha R C như sau:. - Tìm tần số f của mạch dao động khi V Z1 = V Z2 = V Z
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt