‘ Giáo trình Mạch điện tử 2 (Mới)

t) 
 Tổng trở của mạch: 
10.2.2 Tổng quát về dao ñộng LC: 
 -Dạng tổng quát như hình 10.17a và mạch hồi tiếp như hình 10.17b 
 - Giả sử Ri rất lớn ñối với Z2 (thường ñược thỏa vì Z2 rất nhỏ) 
 Ðể tính hệ số hồi tiếp ta dùng hình 10.17b 
 Ðể xác ñịnh Av (ñộ lợi của mạch khuếch ñại căn bản ta dùng mạch 
10.17c 
10.2.3 Mạch dao ñộng Colpitts: 
 Ta xem mạch dùng JFET 
 So sánh với mạch tổng quát: 
 Z1= C1; Z2 = C2; Z3 = L1; C3: tụ liên lạc ngỏ vào làm cách ly ñiện thế 
phân cực. 
 L2: cuộn chận cao tần (Radio-frequency choke) có nội trở không 
ñáng kể nhưng có cảm kháng rất lớn ở tần số dao ñộng, dùng cách ly tín hiệu dao 
ñộng với nguồn cấp ñiện. 
 Tại tần số cộng hưởng: Z1 + Z2 + Z3 = 0 
 Kết quả trên cho thấy mạch khuếch ñại phải là mạch ñảo và ñộ lợi 
vòng hở phải có trị tuyệt ñối lớn hơn C2 /C1. 
 Av(oc) là ñộ lợi không tải: Av(oc) = -gm(rd //XL2) 
 Do XL2 rất lớn tại tần số cộng hưởng, nên: Av(oc) ≈ -gmrd 
 Một mạch dùng BJT 
 10.2.4 Dao ñộng Clapp (clapp oscillator): 
 Dao ñộng clapp thật ra là một dạng thay ñổi của mạch dao ñộng 
colpitts. Cuộn cảm trong mạch dao ñộng colpitts ñổi thành mạch LC nối tiếp. Tại 
tần số cộng hưởng, tổng trở của mạch này có tính cảm kháng. 
 Tại tần số cộng hưởng: Z1 + Z2 + Z3 = 0 
 Ðể ý là do mạch L1C3 phải có tính cảm kháng ở tần số dao ñộng nên 
C3 phải có trị số nhỏ, thường là nhỏ nhất trong C1, C2, C3 và f0 gần như chỉ tùy 
thuộc vào L1C3 mắc nối tiếp. 
 Người ta cũng có thể dùng mạch clapp cải tiến như hình 10.21 
 Tần số dao ñộng cũng ñược tính bằng công thức trên nhưng chú ý do 
dùng mạch cực thu chung (Av, 1) nên hệ số β phải có trị tuyệt ñối lớn hơn 1. 
 10.2.5 Dao ñộng Hartley (hartley oscillators) 
 Cũng giống như dao ñộng colpitts nhưng vị trí của cuộn dây và tụ 
hoán ñổi nhau. 
 Z1 = L1; Z2 = L2; Z3 = C1 
 Hai cuộn cảm L1 và L2 mắc nối tiếp nên ñiện cảm của toàn mạch là 
L = L1 + L2 + 2M với M là hổ cảm. 
 Từ ñiều kiện: Z1 + Z2 + Z3 = 0 tại tần số cộng hưởng với 
 Z1+Z2=Zl=jω0L 
 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. 
10.3.2 Dao ñộng thạch anh. 
 10.3.1 Thạch anh 
 Tinh thể thạch anh (quaRtz crytal) là loại ñá trong mờ trong thiên 
nhiên, chính là dioxyt silicium (SiO2). 
 Tinh thể thạch anh dùng trong mạch dao ñộng là một lát mỏng ñược cắt ra 
từ tinh thể. Tùy theo mặt cắt mà lát thạch anh có ñặc tính khác nhau. Lát thạch anh có 
diện tích từ nhỏ hơn 1cm2 ñến vài cm2 ñược mài rất mỏng, phẳng (vài mm) và 2 mặt thật 
song song với nhau. Hai mặt này ñược mạ kim loại và nối chân ra ngoài ñể dễ sử dụng. 
 Ðặc tính của tinh thể thạch anh là tính áp ñiện (piezoelectric effect) 
theo ñó khi ta áp một lực vào 2 mặt của lát thạch anh (nén hoặc kéo dãn) thì sẽ 
xuất hiện một ñiện thế xoay chiều giữa 2 mặt. Ngược lại dưới tác dụng của một 
ñiện thế xoay chiều, lát thạch anh sẽ rung ở một tần số không ñổi và như vậy tạo ra 
một ñiện thế xoay chiều có tần số không ñổi. Tần số rung ñộng của lát thạch anh 
tùy thuộc vào kích thước của nó ñặc biệt là ñộ dày mặt cắt. Khi nhiệt ñộ thay ñổi, 
tần số rung ñộng của thạch anh cũng thay ñổi theo nhưng vẫn có ñộ ổn ñịnh tốt 
hơn rất nhiều so với các mạch dao ñộng không dùng thạch anh (tần số dao ñộng 
gần như chỉ tùy thuộc vào thạch anh mà không lệ thuộc mạch ngoài). 
 Mạch tương ñương của thạch anh như hình 10.25 
 Tinh thể thạch anh cộng hưởng ở hai tần số khác nhau: 
 Ta có thể dùng thạch anh ñể thay thế mạch nối tiếp LC, mạch sẽ dao ñộng 
ở tần số fS. Còn nếu thay thế mạch song song LC, mạch sẽ dao ñộng ở tần số fp 
(hoặc fop). Do thạch anh có ñiện cảm LS lớn, ñiện dung nối tiếp rất nhỏ nên thạch 
anh sẽ quyết ñịnh tần số dao ñộng của mạch; linh kiện bên ngoài không làm thay 
ñổi nhiều tần số dao ñộng (dưới 1/1000). Thường người ta chế tạo các thạch anh 
có tần số dao ñộng từ 100khz trở lên, tần số càng thấp càng khó chế tạo. 
 10.3.2 Dao ñộng thạch anh: 
 Dao ñộng dùng thạch anh như mạch cộng hưởng nối tiếp còn gọi là 
mạch dao ñộng Pierce (Pierce crystal oscillator). Dạng tổng quát như sau: 
 Ta thấy dạng mạch giống như mạch dao ñộng clapp nhưng thay cuộn 
dây và tụ ñiện nối tiếp bằng thạch anh. Dao ñộng Pierce là loại dao ñộng thông 
dụng nhất của thạch anh. 
 Hình 10.29 là loại mạch dao ñộng Pierce dùng rất ít linh kiện. Thạch 
anh nằm trên ñường hồi tiếp từ cực thoát về cực cổng. 
 Trong ñó C1 = CdS; C2 = CgS tụ liên cực của FET. 
 Do C1 và C2 rất nhỏ nên tần số dao ñộng của mạch: 
 và thạch anh ñược dùng như mạch cộng hưởng song song. 
 Thực tế người ta mắc thêm một tụ tinh chỉnh CM (Trimmer) như 
hình 10.29 và có tác ñộng giảm biến dạng của tín hiệu dao ñộng. 
 Ta có thể dùng mạch hình 10.30 với C1 và C2 mắc bên ngoài. 
 Trường hợp này ta thấy thạch anh ñược dùng như một mạch cộng 
hưởng nối tiếp 
10.4 DAO ÐỘNG KHÔNG SIN 
10.4.1 Dao ñộng tích thoát dùng OP-AMP. 
10.4.2 Tạo sóng vuông, tam giác và răng cưa với 
mạch dao ñộng ña hài. 
10.4.3 Tạo sóng tam giác từ mạch so sánh và tích 
phân. 
10.4.4 Tạo sóng tam giác ñơn cực. 
10.4.5 Tạo sóng răng cưa. 
 10.4.1 Dao ñộng tích thoát dùng OP-AMP (op-amp relaxation 
oscillator) 
 Ðây là mạch tạo ra sóng vuông còn gọi là mạch dao ñộng ña hài phi 
ổn (astable mutivibrator). Hình 10.31 mô tả dạng mạch căn bản dùng op-amp 
 Ta thấy dạng mạch giống như mạch so sánh ñảo có hồi tiếp dương với 
ñiện thế so sánh vi ñược thay bằng tụ C. 
 Ðiện thế thềm trên VUTP=β.(+VSAT)>0 
 Ðiện thế thềm dưới VLTP=β.(-VSAT)<0 
 Giả sử khi mở ñiện v0 = +VSAT, tụ C nạp ñiện, ñiện thế hai ñầu tụ 
tăng dần, khi VC (ñiện thế ngõ vào -) lớn hơn vf = VUTP (ñiện thế ngõ vào +) ngõ ra 
ñổi trạng thái thành -VSAT và vf bây giờ là: vf = VLTP = β.(-VSAT). Tụ C bắt ñầu 
phóng ñiện qua R1, khi VC = 0 tụ C nạp ñiện thế âm ñến trị số VLTP thì mạch lại 
ñổi trạng thái (v0 thành +VSAT). Hiện tượng trên cứ tiếp tục tạo ra ở ngõ ra một 
dạng sóng vuông với ñỉnh dương là +VSAT và ñỉnh âm là -VSAT. Thời gian nạp 
ñiện và phóng ñiện của tụ C là chu kỳ của mạch dao ñộng. 
 Do tụ C nạp ñiện và phóng ñiện ñều qua ñiện trở R1 nên thời gian 
nạp ñiện bằng thời gian phóng ñiện. 
 Khi C nạp ñiện, ñiện thê 2 ñầu tụ là: 
 Thực tế |+VSAT| có thể khác |-VSAT| nên ñể ñược sóng vuông ñối xứng, có 
thể sử dụng mạch như hình 10.33 
 Trong các mạch hình trên ở ngõ ra ta ñược sóng vuông ñều (t1 = t2). 
Muốn t1 ≠ t2 ta có thể thế R2 bằng mạch 
 10.4.2 Tạo sóng vuông, tam giác và răng cưa với mạch dao ñộng ña 
hài: 
 Dạng tín hiệu ra của mạch dao ñộng tích thoát có thể thay ñổi nếu ta 
thay ñổi các thành phần của hệ thống hồi tiếp âm. 
 a. Tạo sóng tam giác: 
 Một cầu chỉnh lưu và JFET ñược ñưa vào hệ thống hồi tiếp âm như 
hình 10.35. Ðể ý là ñiện thế tại cực thoát D của JFET luôn dương hơn cực nguồn S 
(bất chấp trạng thái của ngỏ ra V0). JFET như vậy hoạt ñộng như một nguồn dòng 
ñiện và trị số của nguồn này tùy thuộc JFET và R1 khi VDS lớn hơn 3v. Thí dụ với 
JFET 2N4221, ta có: 
 - Giả sử v0 = +VSAT thì D1, D2 dẫn. Dòng ñiện qua D1, JFET, D2 nạp 
vào tụ C từ trị 
số
 - Khi vC = VUTP, v0 ñổi trạng thái thành -VSAT; D3, D4 dẫn, tụ C 
phóng ñiện cho ñến hết và nạp ñiện thế âm ñến VLTP trong thời gian tn. Sau ñó 
hiện tượng lại tiếp tục. 
 Nếu 4 diode ñồng nhất thì ta có thời gian nạp ñiện bằng thời gian 
phóng ñiện, tức tp = tn, và chu kỳ dao ñộng T = tp + t= = 2tp 
 Như vậy ở ngõ ra ta có sóng vuông và ở ngõ vào trừ ta có sóng tam 
giác. 
 b. Thay ñổi ñộ dốc của sóng tam giác 
 Ðể thay ñổi ñộ dốc của sóng tam giác ta phải thay ñổi tp và tn (nếu tp 
≠ tn ta có sóng tam giác không ñều). Muốn vậy ta tạo dòng nạp và dòng phóng 
khác nhau. 
 Gọi dòng phóng là In và dòng nạp là Ip, ta có: 
 Mạch minh họa như hình 10.37 
 c. Tạo sóng răng cưa: 
 Ðể tạo sóng răng cưa ta tìm cách giảm thật nhỏ thời gian phóng ñiện. 
Có thể dùng mạch như hình 10.38 
 - Thời gian C phóng ñiện qua Dn rất nhỏ (vài chục micro giây). 
 - Chu kỳ dao ñộng T = tp + tn ≠ tp 
 10.4.3 Tạo sóng tam giác từ mạch so sánh và tích phân: 
 Ta xem mạch tích phân sau ñây: 
 Giả sử ở thời ñiểm t = 0, SW ở vị trí 1 (Ei = 15v) dòng ñiện qua R là: 
 . 
 Dòng ñiện này sẽ nạp vào tụ C ñể tạo ra v0 (giảm dần) 
 Giả sử khi v0 = VLTP ta chuyển SW sang vị trí 2, tụ C sẽ phóng ñiện 
và nạp theo chiều ngược lại ñể tạo ra v0 (dương dần). 
 Khi v0 = VUTP ta chuyển SW sang vị trí 1. Mạch tiếp tục hoạt ñộng 
như trước. 
 Ðể tự ñộng bộ giao hoán và tạo dòng hằng cho tụ ñiện của mạch tích 
phân, người ta có thể dùng một mạch so sánh và mạch tích phân ghép với nhau; 
xong lấy ngõ ra của mạch tích phân làm ñiện thế ñiều khiển cho mạch so sánh. 
Toàn bộ mạch có dạng như hình 10.41 
 Ðể phân giải mạch ta chú ý là khi ngõ ra của mạch so sánh bảo hòa 
dương (+VSAT) thì v0 = VZ + 0.7v = V0 > 0. Còn khi bảo hòa âm v0= -(VZ+0.7v) = 
-V0 < 0. 
 Ðiện thế ñỉnh - ñỉnh của tam giác: 
 Chú ý là nếu VR = 0 thì Vmax = -Vmin 
 Xác ñịnh tần sô: 
+ Khi VS ≠ 0 
 Khi v0 = -V0 (ñường tiến) thì ta có: 
 10.4.4 Tạo sóng tam giác ñơn cực: 
 Ta xem lại mạch tạo sóng tam giác khi VR = 0 
 Và khi VS = 0 → tp = tn 
 Ðể tạo sóng tam giác ñơn cực (giả sử dương) ta mắc thêm một diode nối 
tiếp với R1 như hình 10.43a 
 Khi v0 = -V0: diode D dẫn 
 Khi v0 = +V0: diode D ngưng 
 Muốn tạo sóng tam giác ñơn cực âm ta chỉ cần ñổi chiều của diode 
D. Tần số dao ñộng không thay ñổi. 
 10.4.5 Tạo sóng răng cưa: 
 Như phần trước, ñể tạo sóng răng cưa, ta giảm nhỏ T2. Muốn vậy, ta 
tạo ñiều kiện cho tụ C của mạch tích phân phóng ñiện nhanh. Ta có thể dùng mạch 
như hình 10.44. Do Ei âm, khi mở ñiện tụ C nạp tạo v(t) dương (tích phân ñảo) 
tăng dần từ 0v. Lúc này do Vref > 0 và lớn hơn v(t) nên v0 ở trạng thái -VSAT ( 
diode D và transistor Q ngưng không ảnh hưởng ñến mạch tích phân. Tín hiệu 
răng cưa tăng dần, khi Vc = Vref mạch so sánh ñổi trạng thái và v0 thành +VSAT làm 
cho D và Q dẫn bảo hòa. Tụ C phóng nhanh qua Q kéo v(t) xuống 0v. Mạch so 
sánh lại ñổi trạng thái...