Tài liệu Kỹ Thuật Xung

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 1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 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 Trang 2 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1 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 p(t) +A T T/2 1 t t 0 -A Hình 1.1b. Chuỗi xung Hình 1.1a. Tín hiệu A sin ωt K K 0 t CuuDuongThanCong.com t Hình 1.1d. Hàm mũ Hình 1.1c. Xung tam giác GV: Nguyễn Trọng Hải 0 Trang 3 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1 Một số tín hiệu rời rạc x(n) = sin( x(n) 2π n) 8 1 8 n … 0 n … … -1 0 1 2 3 4 5 6 7 … Hình 1.2a, Tín hiệu sin rời rạc Hình 1.2b, Hàm mũ 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. an d n y (t ) d n−1 y (t ) dy (t ) a + + ... + a1 + a0 y (t ) = f (t ) n −1 n n −1 dt dt dt 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 GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 4 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1 y(t) = yxl(t) + yqđ(t) Nghiệm của phương trình thuần nhất an dy (t ) d n y (t ) d n −1 y (t ) + + ... + a1 + a 0 y (t ) = 0 a 1 n − n n −1 dt dt dt có 3 dạng: thực đơn, đơn và phức, bội Nghiệm thực p1, p2, pn có dạng như sau: y qd = K 1e p1t + K 2 e p2t + ... + K n e pnt Nghiệm phức p1 = −α + j β , p2 = −α − j β có dạng như sau: y qd = K 1e −αt cos( βt + φ ) Nghiệm kép p1=p2 có dạng như sau: y qd = ( K 1 + K 2 t )e p1t b. Phương pháp toán tử Laplace Biến đổi Laplace 1 phía được xác định như sau: ∞ F ( s ) = L[ f (t )] = ∫ f (t )e − st dt 0 Mạch tương đương R, L, C + + I(s) sL u(s) u(s) Li0 - + I(s) I(s) 1/sC - Cu0 sC I(s) u(s) u0/s 1/sL - + u(s) i0/s - Hình 1.3. Sơ đồ tương đương của L,C GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 5 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1 Biến đổi Laplace của một số hàm Hàm f(t) Biến đổi Laplace của f(t) 1 1 1 s 2 T 1 s2 3 tn n! s n +1 4 e-at 1 s+a 5 1 (1 − e − at ) a 1 s( s + a) 6 1 (e − a1t − e −a2t ) a 2 − a1 1 ( s + a1 )( s + a2 ) 7 1 (a1e − a1t − a 2 e − a2t ) a1 − a 2 s ( s + a1 )( s + a2 ) 8 t n e − at n! ( s + a) n +1 9 sin ωt ω s + ω2 2 cos ωt 10 s s + ω2 2 II. CÁC XUNG THƯỜNG GẶP 1. Hàm bước đơn vị (Unit-step Function) u(t) ⎧1 u (t ) = ⎨ ⎩0 t≥0 t<0 1 0 Hình 1.4. Hàm bước đơn vị GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 6 https://fb.com/tailieudientucntt t Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1 2. Xung chữ nhật (regtangular Pulse) p(t) 1 t1 ≤ t < t 2 ⎧1 p (t ) = ⎨ ⎩0 t < t1 , t ≥ t 2 0 t1 t2 Hình 1.5. Xung chữ nhật 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 x(t) 3 2 1 0 1 2 t 3 Hình 1.6. 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(t ) = 0 ⎪ε ⎨ ⎪ ∫ δ(λ)dλ ⎩− ε δ(t ) t≠0 ∀ε > 0 0 t Hình 1.7. Xung Dirac Xung Dirac δ (t ) có thể được khảo sát như là đạo hàm của u(t). GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 7 https://fb.com/tailieudientucntt t Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1 Hình 1.8a. Hàm bước đơn vị gần đúng Hình 1.8b. Xung Dirac gần đúng 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 ) , du (t ) dt δ (t ) = tức là : t Và u(t) có thể được biểu diễn dưới dạng tích phân : u(t) = ∫ δ (τ )dτ −∞ ∞ Một kết quả quan trọng ∫ x(t ).δ (t − to )dt = x(to) −∞ 4. Hàm dốc (Ramp Function) ⎧t ⎩0 r(t) = ⎨ r(t) t≥0 = t.u(t) t<0 Cần phân biệt hàm dốc và hàm x(t)=t 0 Hình 1.9. Hàm dốc GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 8 https://fb.com/tailieudientucntt t Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1 5. Hàm mũ (Exponential Function) x1(t) = K.e-tu(t) x2(t) = K.(1 - e-t) u(t) x2(t) = K.(1 - e-t) u(t) x1(t)= K.e-tu(t) K K 0 0 t Hình 1.10a. Hàm mũ giảm III. t Hình 1.10b. Hàm mũ tăng MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ XUNG tp A 0 t ton toff T=ton + toff Hình 1.11. chuỗi xung vuông 1. Hệ số công tác (pulse duty factor) q= tp T (%) q=10% 1 10 t(ms) q=40% 4 10 Hình 1.12. Hệ số công tác q GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 9 https://fb.com/tailieudientucntt t(ms) Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1 2. Độ rộng xung A 0.1A 0.9A 0.1A t tr tp tf Hình 1.13a. 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 A 0.5A tp Hình 1.13b. Độ rộng xung trong các hệ thống số GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 10 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1 Bài tập chương 1 1. Viết lại các hàm sau: x2(t) x1(t) 2 1 -1 t 0 t 0 1 x4(t) x3(t) 3 2 2 3 4 t 0 0 1 x5(t) x6(t) 3 2 3 2 t 2 1 0 2 t 3 0 1 1 1 -2 -1 t 2 -1 2. Viết hàm x(t) sau thành dạng tổng của các hàm u(t), r(t) x9(t) 3 1 0 GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com 4 1 1 -1 3 x8(t) x7(t) -1 2 1 2 3 t Trang 11 https://fb.com/tailieudientucntt t t Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 1 3. Viết hàm trên dưới dạng hàm xác định từng đoạn 4. Vẽ hàm sau: x10(t) = 5(t - 4)u(t - 4) x11(t) = (t - 1)[u(t -1)- u(t -3)] x12(t) = t.[ u(t +3)+ u(t -3)-u(t +1)- u(t -1)] x13(t) = 5(1-e-(t-1)).u(t - 1) 5. Cho mạch sau: C K R E a. Tại thời điểm t=0 đóng khóa K, dùng phương pháp tích phân kinh điển, xác định điện áp trên tụ C và trên điện trở R, giả sử điện áp ban đầu của tụ C bằng 0 K 1 C 2 E R b. Tại thời điểm t=t0 chuyển khóa K sang vị trí 2, dùng phương pháp tích phân kinh điển, xác định điện áp trên tụ C và trên điện trở R. Giả sử VC(t0-)=0 6. Lặp lại bài 5 bằng phương pháp biến đổi Laplace GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 12 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 CHƯƠNG 2. BIẾN ĐỔI DẠNG SÓNG BẰNG R, L, C Neáu tín hieäu sin ñöôïc caáp cho moät heä thoáng bao goàm caùc phaàn töû tuyeán tính, ôû traïng thaùi xaùc laäp, tín hieäu ngoõ ra seõ coù daïng soùng laëp laïi daïng soùng ngoõ vaøo. Aûnh höôûng cuûa maïch leân tín hieäu ñöôïc chæ ra bôûi tæ leä bieân ñoä vaø pha cuûa ngoõ ra ñoái vôùi ngoõ vaøo. Ñaëc ñieåm naøy cuûa daïng soùng ñuùng trong taát caû caùc heä thoáng tuyeán tính, tín hieäu sin laø duy nhaát. Caùc daïng soùng tuaàn hoaøn khaùc, trong tröôøng hôïp toång quaùt, soùng ngoõ vaøo vaø ngoõ ra coù raát ít söï gioáng nhau. ÔÛ quaù trình naøy, daïng tín hieäu khoâng sin ñöôïc bieán ñoåi baèng caùch truyeàn qua moät heä thoáng tuyeán tính ñöôïc goïi laø “bieán ñoåi daïng soùng tuyeán tính”. Trong maïch xung coù moät soá daïng soùng khoâng sin nhö haøm böôùc, xung diract, xung vuoâng, haøm doác vaø haøm muõ. Töông öùng vôùi nhöõng tín hieäu naøy laø caùc maïch ñieän ñieån hình ñôn giaûn R, L, C ñöôïc moâ taû trong chöông naøy. Neáu heä thoáng ñieän töû caàn cung caáp nhöõng chuoãi xung coù taàn soá cao hoaëc taàn soá thaáp, khi ñoù ngöôøi ta duøng maïch phaùt xung vaø bieán ñoåi daïng xung theo yeâu caàu cuûa heä thoáng. Daïng maïch bieán ñoåi daïng xung cô baûn laø duøng maïng RC RL - RLC, caùc phaàn töû naøy coù theå maéc noái tieáp hoaëc song song vôùi nhau. Tuøy theo tín hieäu ngoõ ra laáy treân phaàn töû naøo maø hình thaønh caùc maïch loïc khaùc nhau. Maïch loïc ñöôïc chia thaønh loïc thuï ñoäng vaø loïc tích cöïc. Maïch loïc thuï ñoäng chæ duøng nhöõng phaàn töû thuï ñoäng nhö R, L, C (baûn thaân caùc phaàn töû naøy khoâng mang naêng löôïng) ñeå thöïc hieän chöùc naêng loïc. Coøn maïch loïc tích cöïc duøng caùc phaàn töû tích cöïc nhö Op-amp keát hôïp vôùi voøng hoài tieáp goàm R vaø C. Neáu phaân theo taàn soá thì coù maïch loïc thoâng thaáp, maïch loïc thoâng cao, maïch loïc thoâng daûi vaø maïch loïc chaén daûi. GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 13 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 I. MAÏCH LOÏC THOÂNG CAO Vin Vout C Hình 2.1. Mạch lọc thông cao Hình 1 laø moät boä loïc thoâng cao daïng caên baûn. Vì trôû khaùng cuûa tuï giaûm khi taàn soá taêng, caùc thaønh phaàn taàn soá cao cuûa tín hieäu ngoõ vaøo seõ ít suy giaûm hôn caùc thaønh phaàn taàn soá thaáp. Ôû caùc taàn soá raát cao haàu nhö tuï ngaén maïch vaø taát caû caùc ngoõ vaøo xuaát hieän taïi ngoõ ra. Taïi taàn soá 0 tuï ñieän coù ñieän khaùng voâ cuøng vaø do ñoù ñöôïc coi nhö hôû maïch. Baát kì ñieän aùp ngoõ vaøo dc seõ khoâng theå ñaït ñeán ngoõ ra. Haøm truyeàn G ( s) = sτ . 1 + sτ Khi ngoõ vaøo daïng sin: ñoái vôùi ngoõ vaøo soùng sin, tín hieäu ngoõ ra giaûm veà bieân ñoä khi giaûm taàn soá. Ñoái vôùi maïch hình 1, ñoä lôïi A vaø goùc pha θ cho bôûi A= Vôùi f c = 1 ⎛ f ⎞ 1+ ⎜ c ⎟ ⎝ f ⎠ 2 ⎛ fc ⎞ ⎟ ⎝ f ⎠ vaø θ = arctan ⎜ 1 laø taàn soá caét 2πRC Quan heä vaøo ra naøy ñöôïc theå hieän nhö sau Hình 2.2a. Ñaùp öùng taàn soá GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 14 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 Hình 2.2b. Bieåu dieãn ñoä lôïi Taïi taàn soá fc ñoä lôïi giaûm -3dB. Giaù trò lôùn nhaát cuûa ñoä lôïi taïi caùc taàn soá cao. Khi ngoõ vaøo haøm böôùc: Eu(t) Baèng phöông phaùp tích phaân kinh ñieån hoaëc bieán ñoåi Laplace u C (t ) = E (1 − e u R (t ) = Ee − − t RC ) t RC Ñaët τ = RC haèng soá thôøi gian naïp − t u C (t ) = E (1 − e τ ) u R (t ) = Ee − t τ Daïng soùng VR(t) vaø VC(t) v Hình 2.3 Nhaän xeùt Giaù trò ñieän aùp treân tuï vaø ñieän trôû ñöôïc bieåu dieãn döôùi daïng töùc thôøi. Veà maët vaät lyù, nhaän thaáy sau khi ñoùng maïch RC vaøo moät nguoàn suaát ñieän ñoäng E, trong maïch seõ phaùt sinh quaù trình quaù ñoä. Ñoù laø quaù trình naïp ñieän cho tuï ñieän C, laøm cho ñieän aùp treân tuï taêng daàn vaø ñieän aùp treân ñieän trôû giaûm daàn theo quy luaät GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 15 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 haøm soá muõ. Veà maët lyù thuyeát khoaûng thôøi gian naïp ñieän cho tuï ñeå ñieän aùp treân tuï ñaït ñeán traïng thaùi xaùc laäp laø baèng voâ cuøng. Xong trong thöïc teá khoaûng thôøi gian ñoù ñöôïc laáy ñöôïc laáy baèng khoaûng thôøi gian ñeå ñieän aùp treân tuï taêng ñeán moät möùc αE naøo ñoù (α haèng soá, α <1, laáy α = 0,05). Khoaûng thôøi gian naøy daøi hay ngaén laø tuøy thuoäc vaøo τ . Khi ngoõ vaøo laø xung chöõ nhaät: vv(t) = E[u(t)-u(t-t1)] vv(t) vv(t) = 0, neáu t < 0 vaø t≥ 0 E 0 vv(t) = E, neáu 0 ≤ t < t1 t1 t Trong khoaûng thôøi gian töø 0 ñeán t1 ngoõ vaøo coù bieân ñoä ñieän aùp laø E, tuï C naïp ñieän, ñieän aùp treân tuï C taêng daàn theo quy luaät haøm muõ vc(t) = E(1-e-t/τ n), vôùi τn = RC. Ñieän aùp treân ñieän trôû giaûm daàn cuõng theo quy luaät haøm muõ vR(t) = E e-t/τ n vR (t) = vv(t) – vc(t) Khi vc(t) taêng daàn thì vR(t) giaûm daàn, tuøy theo giaù trò cuûa τ lôùn hay nhoû maø tuï naïp trong thôøi gian daøi hay ngaén khaùc nhau. Trong khoaûng thôøi gian t > t1, ñieän aùp ngoõ vaøo maïch RC coù giaù trò laø 0. Luùc naøy, tuï C laø ñoùng vai troø nhö nguoàn ñieän aùp cung caáp cho maïch, nghóa laø tuï C xaû ñieän qua ñieän trôû R. Do ñoù ñieän aùp treân tuï C giaûm daàn theo quy luaät haøm muõ, coøn ñieän aùp treân ñieän trôû taêng daàn cuõng theo quy luaät haøm muõ, nhöng mang giaù trò aâm vC(t) = E.e-t/τ f vR (t) = -Ee-t/τ f Thôøi gian phoùng ñieän vaø naïp ñieän cuûa tuï laø nhö nhau, xeùt thôøi gian tuï naïp ñaày vaø xaû heát laø 3τ. Caùc daïng ñieän aùp naïp vaø phoùng cuûa tuï ñöôïc bieåu dieãn ôû nhöõng tröôøng hôïp sau: a) Tröôøng Hôïp 1 (t1 >>τ) Khoaûng thôøi gian toàn taïi xung töø 0 ñeán t1 raát lôùn so vôùi τ (t1 >>τ). Luùc naøy, thôøi haèng raát nhoû so vôùi thôøi gian ton , neân tuï C ñöôïc naïp ñaày vaø xaû heát trong khoaûng thôøi gian ngaén, töùc laø thôøi gian chuyeån maïch töø möùc thaáp leân möùc cao vaø ngöôïc laïi töø möùc cao xuoáng möùc thaáp gaàn nhö laø ñöôøng thaúng doác ñöùng (xem nhö laø töùc thôøi). Do vaäy, ñaùp öùng ôû ngoõ ra khoâng bò bieán daïng nhieàu so vôùi tín hieäu xung vaøo. GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 16 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 Ñieàu naøy ñöôïc minh hoïa ôû hình sau Hình 2.4 b) Tröôøng hôïp 2 (t1 << τ) Khoaûng thôøi gian toàn taïi xung töø 0 ñeán t1 raát nhoû so vôùi τ (t1 << τ). Luùc naøy, thôøi haèng raát lôùn so vôùi thôøi gian ton , neân tuï C naïp ñaày vaø xaû heát raát laâu, töùc thôøi gian quaù ñoä raát lôùn, laøm bieán ñoåi daïng xung ngoõ ra khaùc xa vôùi daïng xung ngoõ vaøo. Coù nhöõng tröôøng hôïp thôøi gian quaù ñoä raát lôùn, laøm cho tuï C giöõ nguyeân giaù trò ñieän aùp ñaõ naïp ban ñaàu, coøn ñieän aùp treân ñieän trôû gaàn nhö baèng 0. Ñieàu naøy ñöôïc minh hoïa ôû hình sau Hình 2.5 t1 << τ, taïi thôøi ñieåm t1 thì tuï chöa naïp ñaày, ñieän aùp treân tuï vC(t1), khi t > t1 aùp treân tuï seõ ñöôïc xaû qua R. Ñieän aùp treân tuï vaø ñieän trôû khi t > t1 seõ theo qui luaät sau: vC(t) = vC(t1)e-t/τ f vR (t) = - vC(t1)e-t/τ f GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 17 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 Nhaän xeùt Töø nhöõng lyù luaän treân, caên cöù vaøo töông quan giöõa thôøi gian toàn taïi xung ton vaø thôøi haèng τ cuûa maïch, ta coù caùc daïng soùng nhö hình sau. Tuøy theo yeâu caàu cuûa heä thoáng caàn nhöõng daïng xung nhö theá naøo, thieát keá maïng RC seõ coù giaù trò τ khaùc nhau. vR(t) E τ >> t τ O 1 t 1 -E Hình 2.6a. Ñieän aùp qua tuï vC(t) Hình 2.6b. Ñieän aùp qua ñieän trôû vR(t) Ngoõ vaøo laø chuoãi soùng vuoâng: Khi τ >> t1 E A1 0 t1 A2 Khi τ << t1 A1 A2 t Hình 2.7a E A2 A1 0 t t1 A1 A2 Hình 2.7b Döïa treân vieäc phaân tích vuøng taàn soá. Tín hieäu ngoõ vaøo tuaàn hoaøn coù theå ñöôïc tính baèng chuoãi Fourier bao goàm moät chu kì khoâng ñoåi vaø moät soá voâ taän caùc thaønh phaàn taàn soá laø caùc boäi soá cuûa f=1/T. Vì tuï loïc theå hieän trôû khaùng voâ taän ñoái vôùi aùp d-c ngoõ vaøo, khoâng thaønh phaàn naøo cuûa d-c ñaït ñeán ngoõ ra döôùi caùc ñieàu kieän traïng thaùi oån ñònh. Do vaäy, tín hieäu ngoõ ra laø toång cuûa caùc ñöôøng hình sin GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 18 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 maø taàn soá cuûa noùlaø caùc boäi soá cuûa f. Do ñoù daïng soùng naøy laø tuaàn hoaøn vôùi moät khoaûng thôøi gian cô baûn T nhöng khoâng coù thaønh phaàn d-c. Chuù yù: Thöù nhaát, möùc trung bình cuûa tín hieäu ngoõ ra luoân luoân laø 0. Do ñoù ngoõ ra coù caû höôùng aâm vaø höôùng döông ñoái vôùi truïc hoaønh, vaø vuøng dieän tích cuûa soùng phía treân truïc 0 baèng vôùi vuøng dieän tích cuûa soùng beân döôùi truïc 0. Thöù hai,khi ngoõ vaøo thay ñoåi khoâng lieân tuïc vôùi moät löôïng V, ngoõ rat hay ñoåi khoâng lieân tuïc moät löôïng baèng vaø cuøng höôùng. Thöù ba,trong suoát khoaûng thôøi gian baát kì naøo khi ngoõ vaøo duy trì möùc khoâng ñoåi, ngoõ ra giaûm xuoáng möùc ñieän aùp 0 theo haøm soá muõ. Ngoõ vaøo laø haøm doác: Vi = r(t) = t.u(t) − t Do ñoù VOUT = τ (1 − e ) τ Daïng soùng r(t) VOUT(t) τ t Hình 2.8 Ngoõ vaøo laø haøm muõ taêng: vv = E (1 − e vR(s) = Ñaët n = s s+ E 1 τ1 τ − t τ1 ) 1 s( s + 1 τ1 ) τ RC t = vaø x = τ1 τ1 τ1 t t − ⎛ n ⎞⎛⎜ − τ τ ⎟ e −e 1 ⎝ n + 1 ⎠⎜⎝ suy ra v r (t ) = E ⎜ GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ Trang 19 https://fb.com/tailieudientucntt Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 2 VR(t)/E 1 0.9 0.8 n= 0.7 RC τ1 n = 100 n = 10 0.4 0.1 n = 0.1 0 5 10 15 Hình 2.9 60 x= t τ1 haèng soá thôøi gian caøng nhoû, ñænh ngoõ ra caøng nhoû. Ví duï, neáu RC chæ baèng haèng soá thôøi gian cuûa soùng ngoõ vaøo (n=1), ñænh ngoõ ra chæ baèng 37% ñænh ngoõ vaøo. RC caøng lôùn (lieân quan ñeán ‫ )ح‬thì ñænh ngoõ ra caøng lôùn nhöng xung cuõng seõ roäng hôn. Giaù trò cuûa RC ñöôïc choïn sao cho toát nhaát giöõa hai ñaëc tính ñoái nghòch naøy cho töøng öùng duïng. Maïch loïc thoâng cao laøm vieäc nhö boä vi phaân Ta coù: VIN (t ) = VC (t ) + VOUT (t ) t VIN (t ) = 1 0 VOUT (t )dt + VOUT (t ) RC ∫0 Laáy vi phaân hai veá VOUT (t ) = RC d [VIN (t ) − VOUT (t )] dt neáu haèng soá thôøi gian laø raát nhoû so vôùi thôøi gian ñöôïc ñoøi hoûi ñeå tín hieäu ngoõ vaøo ñaït ñöôïc söï thay ñoåi ñaùng keå (VIN(t)>>VOUT(t)), maïch ñieän ñöôïc goïi laø vi phaân. Ñieän aùp rôi treân R seõ raát nhoû so vôùi ñieän aùp rôi treân C. Do ñoù vi ñi qua C vaø doøng ñieän (i(t)=Cdv/dt) ñöôïc quyeát ñònh troïn veïn bôûi ñieän dung, vaø tín hieäu ngoõ ra qua R laø VOUT (t ) = RC dV IN (t ) dt Ñaïo haøm cuûa soùng vuoâng laø moät daïng soùng baèng 0 ngoaïi tröø taïi caùc ñænh khoâng lieân tuïc. Taïi nhöõng ñænh naøy, pheùp laáy vi phaân chính xaùc seõ taêng bieân ñoä, ñoä roäng 0, vaø thay ñoåi cöïc. Trong giôùi haïn cuûa taàn soá thôøi gian raát nhoû, daïng soùng laø chính xaùc ngoaïi tröø bieân ñoä cuûa ñænh khoâng bao giôø vöôït quaù V. GV: Nguyễn Trọng Hải CuuDuongThanCong.com Trang 20 https://fb.com/tailieudientucntt