Một mạch xấp xỉ là mạch tất cả khả năng thay đổi năng lượng từ dc quý phái ac. Gồm nhiềuloại mạch dao động tạo thành các dạng sóng tín hiệu khác biệt như: sin, vuông, tam giác…. Trongđó mạch xấp xỉ tạo sóng sin được thực hiện để chế tạo tín hiệu chuẩn chỉnh trong đo lường, kiểm tra,điều khiển, biến hóa tần số…




Bạn đang xem: Mạch tạo sóng sin chuẩn

*

Chương 8: Mạch giao động tạo sóng sin. CHƯƠNG 8: MẠCH DAO DỘNG TẠO SÓNG SINI. Giới thiệu: Một mạch xấp xỉ là mạch bao gồm khả năng chuyển đổi năng lượng tự dc quý phái ac. Bao gồm nhiềuloại mạch dao động tạo nên các dạng sóng tín hiệu khác nhau như: sin, vuông, tam giác…. Trongđó mạch giao động tạo sóng sin được sử dụng để tạo nên tín hiệu chuẩn chỉnh trong đo lường, kiểm tra,điều khiển, biến hóa tần số…Còn những mạch xấp xỉ tạo dấu hiệu sóng vuông, dốc, xung thìthường được sử dụng trong gửi mạch, điều khiển… bởi vì sự đặc trưng của của mạch dao độngmà bọn họ cần gọi và cầm cố vững những dạng mạch xấp xỉ và nguyên lý hoạt động của nó. Ởphần năng lượng điện tử cơ bạn dạng chúng ta chỉ xét tới các mạch giao động tạo sóng sin, còn những mạch daođộng tạo những tín hiệu khác như vuông, tam giác… thì sẽ học tại phần kỹ thuật xung. Để xứng đáng giá quality của một dao động phụ thuộc vào sự ổn định của tần số ngỏ ra.II. Đại cương cứng về hồi tiếp dương: Hình 8.1: Sơ trang bị khối của mạch khuếch đại gồm hồi tiếp dương. A: Mạch khuếch đại vòng hở có thông số khuếch đại vòng hở là A. β: là mạch hồi tiếp, có thông số hồi tiếp là β. Vfb: là biểu hiện hồi tiếp. Vi: biểu hiện ngỏ vào. V€: biểu lộ ngỏ vào của mạch khuếch đại khi có hồi tiếp. VO: bộc lộ ngỏ ra. AF : Độ lợi vòng kín của mạch khuếch tán khi gồm hồi tiếp Như đã quan niệm ở chương 7, hồi tiếp dương là biểu lộ tiếp thuộc pha với dấu hiệu nguồn. • Ưu cùng khuyết điểm của hồi tiếp dương: - Ưu điểm: bởi hồi tiếp dương bao gồm tín hiệu hồi tiếp thuộc pha với biểu đạt ngỏ vào yêu cầu làm tăngtín hiệu ngỏ vào của mạch khuếch đại dẫn đến độ lợi của mạch khuếch tán tăng. - Khuyết điểm: độ lợi của mạch sai trái định. Cũng chính vì những ưu khuyết điểm trên cơ mà mạch hồi tiếp dương hầu hết sử dụng vào cácmạch dao động. Độ lợi vòng hở của mạch: V A= O Vε thông số hồi tiếp: V fb β= VO Độ lợi vòng kín: VO VO VO Vε A Af = = = = (8.1) Vi Vε − V fb V fb VO 1 − β A 1− VO Vε 145Chương 8: Mạch xấp xỉ tạo sóng sin. V Vậy khi thông số Aβ=1 thì: A f → ∞ , vấn đề này cũng có nghĩa là O V → ∞ , tốt V0 ≠ 0 khi mà iVi = 0. Vậy khi điều kiện này được thỏa, thì khi không có tín hiệu vào mạch vẫn đang còn tín hiệu ởngỏ ra, cơ hội đó ta nói mạch dao động. Hình 8.2: Sơ đồ gia dụng khối của mạch hồi tiếp khi có tín hiệu vào cùng khi không tồn tại tín hiệu vào Trường hợp nếu đk này ko thỏa: 146Chương 8: Mạch xê dịch tạo sóng sin. Hình 8.3: Mạch xấp xỉ tạo sóng sin a. Aβ1; c. Aβ=1 Vậy có hai đk để một mạch xấp xỉ tạo sóng sin đó chính là tiêu chuẩn Barkhausen: • Điều kiện thăng bằng pha: tổng độ lệch sóng trong một vòng kín phải bởi 0 xuất xắc 360 0 (điều kiện hồi tiếp dương). • Điều kiện cân đối biện độ: độ lợi trong một vòng kín phải bởi 1 (Aβ=1). Vào chương này bọn họ chỉ khảo sát các mạch xê dịch dùng linh kiện rời cần sử dụng transistor(BJT giỏi FET), vì thế những mạch xấp xỉ này nhờ vào vào các yếu tố bất ổn như sự thayđổi sức nóng độ, điện áp nguồn cung cấp cấp, điện dung kí sinh của transistor… dẫn đế sự không ổn định củabiên độ biểu lộ ra với tần số dao động. Chất lượng của mạch dao động phụ thuộc vào vào các điềukiện sau: - Sự ổn định của nguồn cung cấp. - thông số kỹ thuật ổn định nhiệt của mạch (dùng điện trở RE). - tại tần số giao động của mạch phải không tồn tại sự ảnh hưởng của năng lượng điện dung kí sinh bêntrong của transistor. Nguyên tắc vận động chung của các mạch dao động tạo sóng sin: vào mạch giao động tạosóng sin khâu A nhập vai trò khuếch tán để duy trì dao động, khâu β là khâu chọn lọc tần số daođộng. Lúc vừa bắt đầu cấp điện do sự biến đổi thiên năng lượng điện áp vào các bộ phận trong mạch cho nên nó sinhra điện áp tạp âm với phổ tần liên tục, nếu như là hồi tiếp âm thì những tạp âm này có khả năng sẽ bị triệt tiêu, vànếu là hồi tiếp dương thì tại tần số biểu thị được tinh lọc sẽ cùng pha với biểu lộ ngỏ vào,làm tăng biên độ ngỏ vào và ngỏ ra mở ra tín hiệu dao động.III. Những mạch dao động tạo sóng sin. Dựa theo đặc tính linh phụ kiện và tần số dao động, có thể phân các loại mạch xấp xỉ sin thànhhai loại: 147Chương 8: Mạch xê dịch tạo sóng sin. - Mạch dao động RC: trong các số đó tần số giao động của mạch phụ thuộc vào thông số kỹ thuật của cácphần tử R cùng C, được sử dụng một trong những mạch dao động tần số thấp. - Mạch giao động LC: trong đó tần số xê dịch của mạch nhờ vào vào thông số của cácphần tử L với C, được sử dụng giữa những mạch xấp xỉ tần số cao.1. Mạch xê dịch RC.a. Mạch giao động dịch pha: Hình 8.4: Sơ đồ dùng khối của mạch xấp xỉ dịch pha. A: Mạch khuếch đại đảo. Trong mạch xấp xỉ dịch pha, A là mạch khuếch đại đảo và được nối tới 3 bộ lọc thôngcao RC, nên người ta gọi là mạch xấp xỉ dịch pha. Những mạch lọc RC nhằm dịch pha biểu thị đi 1800(chọn lọc tần số) tạo biểu hiện hồi tiếp dương ở ngỏ vào. Đối với mạch thanh lọc thông cao RC thì tínhiệu sau khoản thời gian đi qua mạch lọc thông cao sẽ lệch pha đi so với dấu hiệu vào tư 0 đến 900 tuỳ thuộcvào tần số của biểu lộ ngỏ vào. Bởi vậy số mạch lọc RC phải thỏa mãn làm sao để cho khi dấu hiệu điqua sẽ khởi tạo được dấu hiệu hồi tiếp dương sinh hoạt ngỏ vào tuyệt tổng góc lệch sóng của tín hiệu sau khoản thời gian điqua khâu hồi tiếp là 1800, vậy vào tường hợp thực hiện 3 mạch thanh lọc RC như hình 8.4 thì mạchsẽ xê dịch tại tần số tín hiệu tất cả góc lệch sóng 600 sau khi đi qua 1 mạch thanh lọc RC. Hình 8.5: Khâu hồi tiếp β của mạch dao động dịch pha. Xét khâu β hình 8.5, ta có: • • VO = I 1 ( X C + R) − I 2 R • • • 0 = I 2 (2 R + X C ) − R( I 1 + I 3 ) • • 0 = I 3 (2 R + X C ) − R I 2 • V fb = I 3 R vào đó: 148Chương 8: Mạch dao động tạo sóng sin. 1 XC = − j wC Giải hệ phương trình trên ta được: V fb R3 β= = 3 VO R + 5RX C + +6 R 2 X C + X C 2 3 1 = 2 3 XC XC XC 1+ 5 2 + 6 + 3 R R R 1 = 1 1 1 (8.2) 1− 5 2 − j (6 − 3 ) ( wRC ) (WRC ) ( wRC ) Mạch dao động tại tần số bao gồm hồi tiếp dương hay: ∠β = 180 0 Vậy: 1 1 6 − (ωRC ) (ωRC ) 3 ∠β = arctg = 180 0 1 1− 5 (ωRC ) 2 Hay: 1 1 6 − =0 (ωRC ) (ωRC ) 3 Vậy mạch sẽ xê dịch tại tần số: 1 1 ω= tuyệt f = (8.3) RC 6 2πRC 6 với điền kiện phải thỏa đk về biên độ Aβ=1, cụ giá tri tần số tín hiệu dao động củamạch vào cách làm 8.2: β = - 1/29 Vậy nhằm mạch gia hạn dao cồn thì mạch khuếch đại A đề xuất có thông số khuếch đại A = -29. Mạch xê dịch dịch pha dùng transistor: 149Chương 8: Mạch giao động tạo sóng sin. Hình 8.6: a. Mạch xê dịch dùng JFET; b. Mạch xấp xỉ dùng BJT. B. Mạch giao động cầu Wien: Hình 8.7: Sơ vật khối của mạch giao động cầu Wien. A: cỗ khuếch đại không đảo. 150Chương 8: Mạch xấp xỉ tạo sóng sin. Hình 8.8: Sơ thiết bị mạch mong Wien. Xét sơ đồ như hình 8.8, ta có: R2 // X C 2 V fb = VO R1 + X C1 + ( R2 // X C 2 ) V fb R2 // X C 2 β= = VO R1 + X C1 + ( R2 // X C 2 ) R2 X C 2 R2 + X C 2 = R X R1 + X C1 + 2 C 2 R2 + X C 2 R2 X C 2 = R1 R2 + R1 X C 2 + R2 X C1 + X C1 X C 2 + R2 X C 2 1 = R X R X 1 + 1 + C1 + 1 + C1 R2 X C 2 X C 2 R2 1 1 chũm X C1 = − j cùng X C 2 = − j ωC1 ωC 2 1 β= R C 1 (8.4) 1 + 1 + 2 + j ( R1ωC 2 − ) R2 C1 ωC1 R2 trong mạch xấp xỉ cầu Wien, vì chưng A là mạch khuếch đại không đảo, bởi vì vậy để thỏa yếucầu về trộn thì: ∠β = 0 0 hay: 1 R1ωC 2 − ωC1 R2 arctg (− ) = 00 R1 C 2 1+ + R2 C1 Vậy mạch sẽ giao động tại tần số thỏa đk về hồi tiếp dương: 1 1 ω= giỏi f = (8.5) R1 R2 C1C 2 2π R1 R2 C1C 2 Để mạch bảo trì dao hễ tại tần số của phương pháp 8.5, thì phải thỏa đk về biện độ,khi đó tại tần số dao động: 1 β= R C 1+ 1 + 2 R2 C1 Vậy: R C A = 1+ 1 + 2 R2 C1 nếu như trong mạch dao động, ta lựa chọn giá trì linh phụ kiện trong mạch là: C1 = C2 = C cùng R1 = R2 = R,thì Tần số xê dịch của mạch là: 1 f = 2πRC 151Chương 8: Mạch xê dịch tạo sóng sin. Cùng để mạch xấp xỉ thì mạch khuếch tán A nên thỏa : A = 3. 2. Mạch giao động LC: Hình 8.9: Sơ vật dụng khối mạch giao động công hưởng. A: mạch khuếch đại đảo. X1, X2, X3: xét là các bộ phận thuần kháng. X 1 = jx1 ; X 2 = jx 2 ; X 3 = jx3 Để mạch rất có thể dao đụng được đề xuất thỏa điều kiện Barkhauren, trong đó: V fb X1 β= = VO X1 + X 3 trong mạch khuếch tán A nếu gọi k là hệ số khuếch đại vòng hở thì: Zt VO = ( −kVε ) rO + Z t vào đó: Z t = X 2 //( X 1 + X 3 ) X 2 (X1 + X 3 ) Zt = X 2 + (X1 + X 3 ) X 2 (X1 + X 3 ) V X 2 + (X1 + X 3 ) X 2 (X1 + X 3 ) A = O = −k = −k Vε X 2 (X1 + X 3) rO ( X 1 + X 2 + X 3 ) + X 2 ( X 1 + X 3 ) rO + X 2 + (X1 + X 3 ) Vậy X 2 X1 Aβ = − k rO ( X 1 + X 2 + X 3 ) + X 2 ( X 1 + X 3 ) x 2 x1 Aβ = k (8.6) jrO ( x1 + x 2 + x3 ) − x 2 ( x1 + x3 ) Mạch xấp xỉ khi thỏa đk về pha, khi ấy ∠Aβ = 0 0 Hay: r ( x + x 2 + x3 ) arctg O 1 = 00 x 2 ( x1 + x3 ) rO ( x1 + x 2 + x3 ) = 0 152Chương 8: Mạch dao động tạo sóng sin. Vậy mạch xấp xỉ tại tần số thỏa điều kiện cân bằng về pha: x1 + x 2 + x3 = 0 (8.7) nạm 8.7 vào 8.6, tại tần số xấp xỉ của mạch: x 2 x1 x1 x Aβ = − k = −k =k 1 x 2 ( x1 + x3 ) x1 + x3 x2 Mạch sẽ xê dịch tại tần số thỏa cách làm 8.7, khi còn chỉ khi x1 cùng x2 cùng một số loại trở kháng.Vậy gồm hai ngôi trường hợp: X1 với X2 thuộc là cảm kháng và X3 là dung phòng (mạch dao động 3 điểm năng lượng điện cảm). X1 và X2 cùng là dung phòng và X3 là cảm phòng (mạch xê dịch 3 điểm năng lượng điện dung). Và đk để mạch gia hạn dao động khi : x k= 2 x1 a. Mạch giao động 3 điểm năng lượng điện cảm (Hartley) Hình 8.10: Mạch xê dịch Hartley. RFC: cuộn cản cao tần (radio frequency choke), có điện cảm không nhỏ trong vùng tần số daođộng, vì chưng vậy về phương diện ac coi như cuông RFC hở mạch trên vùng tần số dao động. Mạch giao động Hartley có điện áp hồi tiếp trên cuộn dây L1 cùng điện áp ngỏ ra trên cuộn dâyL2, vậy nên tần số dao động của mạch là: 1 ωL1 + ωL2 − =0 ωC 3 1 1 1 ω= giỏi f = = (8.8) C 3 ( L1 + L2 ) 2π C 3 ( L1 + L2 ) 2π C 3 LT b. Mạch xấp xỉ 3 điểm năng lượng điện dung (Colpitts) 153Chương 8: Mạch dao động tạo sóng sin. Hình 8.11: Mạch dao động Colpitts. Mạch dao động Colpitts gồm điện áp hồi tiếp bên trên tụ C1 và điện áp ngỏ ra bên trên tụ C2, như vậytần số giao động của mạch là: 1 1 − − + ωL3 = 0 ωC1 ωC 2 1  1 1  1 ω=  + C C   giỏi f = (8.9) L3  1 2  2π L3 CT c. Mạch dao động Clapp. Mạch xê dịch Clapp là mạch phát triển thành thể của mạch xấp xỉ Colpitts, hình 8.12 Hình 8.12: Mạch dao động Clapp. Trong mạch xấp xỉ Clapp thì giá trị tụ C3 nhỏ tuổi hơn tương đối nhiều so với tụ C1 cùng C2, bởi vậy: 1 1 1 1 1 = + + ≅ CT C1 C 2 C 3 C 3 khi ấy tần số dao động của mạch chỉ phụ thuộc vào vào giá trị tụ C3 và cực hiếm của cuộn dây sơcấp máy thay đổi áp T1: 1 f = (8.10) 2π LC 3 d. Mạch xê dịch Armstrong: 154Chương 8: Mạch xấp xỉ tạo sóng sin. Là mạch dao động đơn giản dùng khung LC để chọn lọc tần số dao động, sơ vật như hình8.13. Hình 8.13: mạch xê dịch Armstrong. Vào mạch xấp xỉ Armstrong bởi A là một trong những mạch khuếch đại hòn đảo vì vậy khâu hồi tiếp βphải dịch trộn đi 1800, khi ấy trong khâu hồi tiếp máy trở nên áp T1 vào vai trò hòn đảo pha tín hiệu.Tần số xê dịch của mạch đó là tần số công hưởng của khung LC: 1 f = (8.11) 2π LC trong số ấy C = C1 và L đó là điện cảm của cuộn dây sơ cấp máy trở nên áp T1. 3. Mạch xấp xỉ thạch anh các mạch xấp xỉ LC tại phần 2 có nhược điểm là tần số dao động tạm bợ do các giátrị L và C bị thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm…. Để thỏa mãn nhu cầu cho những ứng dụng yêu cầu những mạchdao động có tín hiệu ngỏ ra bao gồm độ bình ổn cao, bạn ta sử dụng các mạch xê dịch dùng thạchanh do đặc điểm của tinh thể thạch anh có thể cho ra hầu hết tần số dao động chuẩn chỉnh không phụthuộc vào đk của mội trường (nhờ vào phương pháp làm lạnh nhằm giữ nhiệt độ của nóluôn là hằng số). • Tinh thể thạch anh (crystal): Hình 8.14: Tinh thể thạch anh. Tinh thể thạch anh được sản xuất từ SiO2, nó bao gồm đặc tính của tinh thể áp điện: lúc áp lên bềmặt tinh thể một giao động điện bằng cách lấy hai má sắt kẽm kim loại kẹp miếng thạch anh làm việc giữa, tinhthể sẽ giao động cơ học hoặc nếu ảnh hưởng tác động lên mặt phẳng tinh thể một áp lực, trên bề mặt sẽ xuấthiện một sức điện động. Tuỳ trực thuộc vào kích thước, bề dày, mặt phẳng cắt mỗi phiến tinh thể thạchanh bao gồm một tần số cộng hưởng độc nhất định, từ đó ra đời một dao động điện cộng hưởng nghỉ ngơi tần sốtương ứng. Do đặc tính của thạch anh hoạt động như mạch công hưởng trọn của tinh thể áp điện, nên tất cả thểmô rộp mạch điện tương tự của nó như hình 8.15. 155Chương 8: Mạch xấp xỉ tạo sóng sin. Hình 8.15: a. Kí hiệu của tinh thể thạch anh; b. Mạch điện tương đương; c. Thỏa mãn nhu cầu tần số. CM: Điện dung giá đỡ. CC: năng lượng điện dung của miếng thạch anh. L: điện cảm của miếng thạch anh. R: Điện trở của miếng thạch anh (tổn hao của thạch anh lúc dao động). FS: tần số cùng hưởng nối tiếp. FP: tần số cộng hưởng song song. Tổng trở tương tự của miếng thạch anh, nếu bỏ qua tổn hao của miếng thạch anh: ω 2 LC q − 1 Zq = j (8.12) ω (C M + C C − ω 2 LC M C C tần số công hưởng nối liền là: 1 fs = (8.13) 2π LC C tần số công hưởng tuy vậy song là: 1 C fp = 1+ C (8.14) 2π LC C cm Vậy hoàn toàn có thể sử dụng thạch anh để sửa chữa thay thế một mạch LC tiếp nối hay mạch LC tuy vậy song.

Xem thêm: Giải Đáp Tuổi Ất Tỵ Sinh Năm Bao Nhiêu Tuổi? Tuổi Ất Tỵ Hợp Tuổi Nào & Màu Gì

Ví dụ: mạch giao động Colpitts dùng thạch như hình 8.16 Hình 8.16: Mạch giao động Colpitts cần sử dụng tthể thạch anh. 156