Bài giảng Kỹ thuật Xung - Chương 4: Mạch xén, mạch so sánh
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
CHÖÔNG 4.
MAÏCH XEÙN, MAÏCH SO SAÙNH
I. KHAÙI NIEÄM
Trong heä thoáng tuyeán tính, khi moät tín hieäu daïng sin taùc ñoäng ôû ngoõ vaøo,
ngoõ ra khoâng bò bieán daïng. ÔÛ nhöõng heä thoáng naøy, caùc linh kieän ñöôïc duøng
laø nhöõng phaàn töû tuyeán tính. Ñoái vôùi nhöõng phaàn töû khoâng tuyeán tính (phi
tuyeán ) ñaëc tuyeán Volt-Ampere khoâng laø ñöôøng thaúng. Ñaëc tính khoâng tuyeán
tính ñöôïc aùp duïng trong vieäc bieán ñoåi daïng soùng ngoõ vaøo. Daïng soùng naøy
raát höõu duïng trong nhöõng öùng duïng kyõ thuaät xung.
Moät daïng maïch ñöôïc khaûo saùt trong chöông naøy maø daïng soùng ra khoâng
tuyeán tính goïi laø maïch xeùn (clipping). Maïch xeùn cuõng ñöôïc xem töông
ñöông nhö moät maïch giôùi haïn, maïch choïn ñieän aùp, hay maïch choïn bieân ñoä.
Maïch haïn cheá bieân ñoä laø maïch maø tín hieäu ñaàu ra laëp laïi tín hieäu ñaàu vaøo
khi ñieän aùp ñaàu vaøo chöa vöôït qua moät giaù trò naøo ñoù goïi laø ngöôõng cuûa
maïch haïn cheá, coøn ngöôïc laïi ñieän aùp ñaàu ra seõ giöõ nguyeân moät giaù trò khoâng
ñoåi khi ñieän aùp ñaàu vaøo vöôït ra ngoaøi ngöôõng haïn cheá cuûa maïch. Giaù trò
khoâng ñoåi ñoù goïi laø möùc haïn cheá.
Moät maïch xeùn ñöôïc ñònh nghóa nhö moät maïch haïn cheá bieân ñoä ñieän aùp bôûi
söï caét boû nhöõng thaønh phaàn khoâng caàn thieát cuûa daïng soùng ngoõ vaøo. Söï caét
boû naøy coù theå thöïc hieän beân treân hoaëc beân döôùi cuûa tín hieäu ngoõ vaøo moät
möùc naøo ñoù.
Maïïch xeùn laø moät maïng hai cöûa, coù ñöôøng ñaëc tính laø nhöõng ñöôøng gaõy lyù
töôûng, coù moät ñöôøng nghieâng ñi qua hoaëc khoâng ñi qua goác toïa ñoä, moät hay
hai ñöôøng naèm ngang coù nhieäm vuï loaïi boû nhöõng thaønh phaàn khoâng caàn thieát
cuûa tín hieäu ngoõ vaøo. Ngoõ ra quan heä vôùi ngoõ vaøo theo phöông trình: vr =
f(vv).
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 58
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
Caùc daïng ñaëc tuyeán vaøo –ra coù theå coù nhö sau
Hình 4.1
Veà thöïc chaát maïch xeùn ñoùng vai troø nhö moät chuyeån maïch ñieän töû
(switching). Neáu nhö khoùa maéc noái tieáp vôùi taûi thì tín hieäu seõ ñi qua khi
khoùa ñoùng vaø bò chaën laïi khi khoùa môû, töùc laø ñoùng vai troø cuûa moät phaàn töû
phi tuyeán. Ñeå thöïc hieän yeâu caàu ñoù, ngöôøi ta duøng caùc phaàn töû khoâng tuyeán
tính nhö: Diode, Transistor, Op-amp…. Rieâng maïch haïn cheá duøng Transistor
vaø Op-amp, ngoaøi nhieäm vuï caét boû nhöõng thaønh phaàn khoâng caàn thieát coøn
khueách ñaïi tín hieäu, neân coøn goïi laø maïch haïn cheá khueách ñaïi.
Nhöõng yeâu caàu cuûa maïch xeùn laø ñoä saéc khi caét, ñoä oån ñònh cuûa nguôõng. Ñieàu
naøy phuï thuoäc vaøo nhöõng phaàn töû phi tuyeán ñöôïc söû duïng.
II. MAÏCH XEÙN VÔÙI DIODE LYÙ TÖÔÛNG
Theo caùch maéc cuûa Diode, chia maïch xeùn duøng Diode thaønh hai loaïi song
song vaø noái tieáp.
Maïch haïn cheá noái tieáp coù Diode ñöôïc maéc noái tieáp vôùi taûi
Maïch haïn cheá song song coù Diode ñöôïc noái song song vôùi taûi.
Theo chöùc naêng, maïch xeùn noái tieáp vaø song song ñöôïc chia thaønh hai loaïi
xeùn aâm, xeùn döông vaø maïch xeùn hai phía.
Xeùn aâm laø caét boû thaønh phaàn aâm cuûa daïng soùng tín hieäu vaøo vaø chæ giöõ laïi
thaønh phaàn döông
Xeùn döông laø caét boû thaønh phaàn döông cuûa daïng soùng tín hieäu vaøo vaø chæ
giöõ laïi phaàn aâm
Xeùn hai phía laø caét boû caû thaønh phaàn aâm vaø thaønh phaàn döông cuûa tín hieäu
vaøo moät möùc naøo ñoù.
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 59
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
1. Maïch xeùn song song
a. Maïch Xeùn Döông
Maïch goàm caùc phaàn töû nhö ñieän trôû R, nguoàn VDC, Diode.
Giaû söû tín hieäu vaøo laø daïng soùng sin, coù bieân ñoä max laø ± V. Khaûo saùt moät soá
daïng maïch xeùn cô baûn nhö sau :
Daïng maïch 1
R
Vv
Vr
Hình 4.2
Daïng maïch 2
Vr
A
R
Vv
C
Vdc
B
Hình 4.4
Ngöôõng xeùn VDC = V
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 60
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
Daïng maïch 3
Vr
A
B
R
Vv
C
Vdc
Hình 4.6
b. Maïch Xeùn AÂm
Xeùt tín hieäu ngoõ vaøo laø daïng soùng sin coù bieân ñoä max laø ±V
Daïng maïch 1
R
Vv
Vr
Hình 4.8
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 61
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
Daïng maïch 2
Vr
A
R
Vv
C
Vdc
B
Hình 4.10
Daïng maïch 3
Vr
A
R
Vv
C
Vdc
B
Hình 4.12
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 62
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
2. Maïch xeùn noái tieáp
Ta khaûo saùt tín hieäu ngoõ vaøo ôû ñaây laø daïng hình sin coù bieân ñoä max laø ± V.
Caùc daïng maïch cô baûn ñöôïc trình baøy nhö sau:
a. Maïch Xeùn AÂm
Daïng maïch 1
Vv
R
Vr
Hình 4.14
Daïng maïch 2
Vdc
A
B
Vv
R
Vr
Hình 4.16
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 63
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
Daïng maïch 3
Vdc
C
A
Vv
R
Vr
B
Hình 4.18
b. Maïch Xeùn Döông
Daïng maïch 1
Vv
R
Vr
Hình 4.20
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 64
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
Daïng maïch 2
Vdc
C
A
Vv
B
R
Vr
Hình 4.22
Daïng maïch 3
Vdc
C
A
Vv
B
R
Vr
-VDC
Hình 4.24
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 65
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
III. MAÏCH XEÙN VÔÙI DIODE THÖÏC TEÁ
Ñoái vôùi Diode thöïc teá, khi phaân cöïc thuaän thì coù daïng töông ñöông nhö sau:
Vγ
rd
A
K
A
K
1. Vγ
Khi Vγ so saùnh ñöôïc vôùi Vv, nhaát laø vôùi VDC , thì ta phaûi keå Vγ vaøo maïch.
Tröôøng hôïp naøy thöôøng laø maïch söû duïng Diode loaïi Si, coù vγ = 0,6V, vaø
nguoàn VDC beù.
Khi VDC >> Vγ , thì ta coù theå boû qua Vγ
Ta xeùt daïng maïch maø trong ñoù Vγ so saùnh ñöôïc vôùi VDC
Vv
Vr
R
VDC=2V
Vγ = 0,6
Hình 4.26
Ñaây laø daïng maïch xeùn song song, coù Vv = 8 sinωt
Neáu VV > Vγ + VDC = 2,6 v , thì Diode daãn, tín hieäu vaøo ñöôïc truyeàn ñeán ngoõ
ra , luùc naøy ta coù VR = VDC + Vγ = 2,6 (V).
Neáu vv < Vγ + VDC = 2,6( v), thì Diode ngöng daãn, do ñoù Vr = Vv = 8 sinωt.
2. rd
Khi D daãn thì toàn taïi ñieän trôû thuaän rd (ñieän trôû ñoäng), rd so saùnh ñöôïc vôùi R
(ñieän trôû taûi), luùc ñoù tín hieäu ra seõ bò meùo khoâng coøn saéc saûo nöõa.
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 66
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Caùc daïng meùo coù theå gaëp nhö sau
Tröôøng hôïp a
Chương 4
R
Vv
Vr
Vdc
Hình 4.27a
Tröôøng hôïp b
Vr
Vv
R
Vdc
Hình 4.27b
Chöùng minh
Xeùt tröôøng hôïp a, maïch töông ñöông cuûa diode D khi D laø Diode thöïc teá.
Phaân cöïc thuaän
ΔV
Vγ
rd
A
K
ΔV
ΔI
rd =
ΔI
Phaân cöïc nghòch
Io
A
K
ΔVng
Rng
=
→ ∞
V
Io
ΔIng
Rng
Vôùi giaû söû Rng → ∞ hay Rng >> R (ñieàu naøy phuø hôïp vôùi thöïc teá nhaát laø khi
diode laø loaïi Si)
Khi Vv < VDC + Vγ , diode phaân cöïc nghòch, D taét
I
vr
⇒ Vr = Vv hay
= 1
vv
Khi Vv ≥ VDC + Vγ , D phaân cöïc thuaän ⇒ D daãn, luùc naøy
GV: Nguyễn Trọng Hải Trang 67
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
Vra = VDC + Vγ + Vr d
(*)
Ta coù , Vr d = i. rd
vv − (VDC +Vγ )
1
1
maø i =
= vv .
− (VDC +Vγ ).
R + rd
R + rd
R + rd
rd
rd
Phöông trình (*) ⇒ vra = vv .
− (VDC +Vγ ).
+ (VDC +Vr )
R + rd
R + rd
⎛
⎞
rd
rd
⎜
⎟
⎟
⇒ vra = vv .
⇒ vra = vv .
+ (VDC +Vγ ). 1−
⎜
R + rd
R + rd
⎝
⎠
rd
R
+ (VDC +Vγ ).
R + rd
R + rd
⎛
⎞
R
⎜
⎜
⎟
⎟
• Neáu rd << R (thì duï rd = 5Ω , R = 1M) thì
→1 thì quan heä giöõa
R + rd
⎝
⎠
ñieän aùp ra vaø ñieän aùp vaøo laø:
1
1
vra = vv . +VDC +Vr , neáu R lôùn thì → 0, do ñoù VR = VDC + Vγ
R
R
• Neáu rd coù theå so saùnh vôùi R (VD rd = 5Ω , R=10Ω ) thì quan heä vaøo - ra
rd
rd
R
vr = vv .
+ (VDC +Vγ ).
= V'r Ñoä doác laø
R + rd
R + rd
R + rd
V'r
Hình 4.28
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 68
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
3. AÛnh Höôûng Cuûa Ñieän Dung Lieân Cöïc Cd
Giöõa hai cöïc cuûa Diode toàn taïi moät ñieän dung lieân cöïc. Ñieän dung naøy cuõng
laøm daïng soùng ra bò meùo.
Chuùng ta khaûo saùt söï aûnh höôûng cuûa tuï Cd ñeán daïng soùng ngoõ ra.
Xeùt daïng maïch sau
Cd
Rt
C2
Tröôøng hôïp khoâng keå
quaù trình quaù ñoä vaø aûnh
höôûng cuûa C2 , Cd.
Tröôøng hôïp aûnh
höôûng cuûa C2 , Cd
Hình 4.29
Giaûi thích hoaït ñoäng
Khi Vv = 5(v) thì D phaân cöïc thuaän, D daãn, do ñoù tuï Cd vaø C2 ñöôïc naïp vôùi
thôøi haèng naïp laø τ1 = rd (Cd + C2).
Khi vv = - 5(v) thì D ngöng daãn ⇒ tuï C2 xaû qua R vôùi thôøi haèng laø τ2 = RC2,
maø τ1 < τ2 (vì R >> rd), thôøi gian xaû heát laâu hôn so vôùi thôøi gian naïp ñaày.
IV. MAÏCH XEÙN ÔÛ 2 MÖÙC ÑOÄC LAÄP
Maïch naøy laø daïng maïch gheùp hai maïch xeùn song song vôùi nhau. Ñeå thöïc
hieän maïch naøy, ta coù theå duøng hai ngöôõng xeùn VB1, VB2 vaø keát hôïp vôùi hai
Diode, hoaëc coù theå duøng hai Diode Zener. Nhieäm vuï cuûa maïch naøy laø loaïi
boû bôùt caû hai thaønh phaàn treân vaø döôùi cuûa tín hieäu ngoõ vaøo.
Khaûo saùt moät soá daïng maïch xeùn ôû hai möùc ñoäc laäp cô baûn nhö sau:
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 69
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
1. Daïng maïch duøng diode
Vv
Vr
5k
D2
10k
D1
R1
VB1=3V
VB2=4V
Hình 4.30
Tín hieäu vaøo laø daïng sin coù vi = 9 sin ωt, vaø giaû thuyeát laø Vγ = 0, rd = 0
(Diode lyù töôûng)
Hình 4.31
2. Daïng maïch duøng diode zener
R
Vγ1
D1
Vv
Vr
Vγ2
D2
Hình 4.32
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 70
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
Hình 4.33
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 71
Bài giảng Kỹ thuật Xung
Chương 4
Baøi taäp
1. Veõ ñaëc tuyeán vaøo-ra vaø daïng soùng ra cuûa maïch sau
Vr
A
+16V
R
Si
1
2
Vv
C
-16V
4V
B
2. Cho maïch sau vôùi V =18sinω t , Vγ = 0,7V, VZ = 8V
in
R1
1,2K
Vin
Vout
Veõ ñaëc tuyeán vaøo ra (Vin-Vout) vaø daïng soùng Vin, Vout
öùng vôùi
R2
a). R2 = 0
b). R2 = 0.5K
c). R2 = 2.2K
Hình 2
3. Cho maïch sau vôùi Vin = 10sinω t ,Vγ = 0,7V, VZ = 3V ,rD=0.
R2
Vin
Vout
Veõ ñaëc tuyeán vaøo-ra vaø daïng soùng Vin(t) , VOUT(t) öùng vôùi
a). R2 = 0
R1 1K
b). R2 = 220
Hình 2
R
4. Cho maïch sau vôùi Vin = 10sinω t , Vγ = 0,6V, VZ = 3V
Vin
Vout
Veõ ñaëc tuyeán vaøo ra (Vin-Vout) vaø daïng soùng Vin(t) ,
VOUT(t) öùng vôùi
a). rD = 0
Hình 2
b). rD = 0,5K; R=1K
5. Cho maïch sau. Veõ caùc daïng soùng ñieän aùp ngoõ ra Vr(t) khi ñieän aùp ngoõ vaøo
Vin(t) laø ñieän aùp khu vöïc, daïng sin, taàn soá 50Hz, 220V hieäu duïng, bieát caùc Diode
baùn daãn vaø oån aùp ñeàu coù Vγ =0,6V ; VZ = 6V
a). rD = 0
10K
10K
b). rD = 0,5K
VrB(t)
Vin(t)
VrA(t)
Vin(t)
DZ
DZ
D
Hì nh 2B
Hì nh 2A
GV: Nguyễn Trọng Hải
Trang 72
15 trang
21281
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Kỹ thuật Xung - Chương 4: Mạch xén, mạch so sánh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_ky_thuat_xung_chuong_4_mach_xen_mach_so_sanh.pdf
