Giáo trình Mô đun Kỹ thuật xung, số - Nghề Điện tử công nghiệp
BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ
GIÁO TRÌNH
Mô đun: KỸ THUẬT XUNG – SỐ
NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013
của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề
Năm 2013
1
BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham
khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
2
LỜI GIỚI THIỆU
Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp ở
trình độ Cao Đẳng Nghề và Trung Cấp Nghề, giáo trình Kỹ Thuật Xung – Số là
một trong những giáo trình mô đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo
nội dung chương trình khung được Bộ Lao động Thương binh Xã hội và Tổng
cục Dạy Nghề phê duyệt. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến
thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc.
Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 150
giờ gồm có:
Phần 1: Kỹ thuật xung
Bài MĐ19-01: Các khái niệm cơ bản.
Bài MĐ19-02: Mạch dao động đa hài.
Bài MĐ19-03: Mạch hạn chế biên độ và ghim áp.
Phần 2: Kỹ thuật số
Bài MĐ19-01: Đại cương.
Bài MĐ19-02: FLIP – FLOP.
Bài MĐ19-03: Mạch đếm và thanh ghi.
Bài MĐ19-04: Mạch logic MSI.
Bài MĐ19-05: Họ vi mạch TTL – CMOS.
Bài MĐ19-06: Bộ nhớ.
Bài MĐ19-07: Kỹ thuật ADC – DAC.
Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học
và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian, bổ sung những kiến thức
mới và trang thiết bị phù hợp với điều kiện giảng dạy.
Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường
có thề sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng
được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong
nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ
hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng
nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai.
Đồng Nai, ngày 10 tháng 06 năm 2013
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: TS. Lê Văn Hiền
2. KS. Hồ Dự Luật
3. KS. Nguyễn Văn Tuấn
4. Kỹ sư Trần Tấn Nguyện
3
MỤC LỤC
TRANG
1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
LỜI GIỚI THIỆU
MỤC LỤC
2
3
Phần 1: kỹ thuật xung
10
Bài 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Định nghĩa xung điện, các tham số và dãy xung
Tác dụng của R-C đối với xung cơ bản
Tác dụng của R-C đối với xung cơ bản
Khảo sát dạng xung ( đo, đọc các thông số cơ bản)
Bài 2: MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI
Mạch dao động đa hài không đơn ổn
Mạch dao động đa hài đơn
Mạch dao động đa hài lưỡng ổ n
Mạch Schmitt- trigger
Bài 3: MẠCH HẠN CHẾ BIÊN ĐỘ VÀ GHIM ĐIỆN ÁP
Mạch hạn biên
Mạch ghim áp
Phần 2: Kỹ thuật số
Bài 1: ĐẠI CƯƠNG
10
10
31
34
53
53
65
69
71
118
118
130
170
170
170
172
184
191
197
200
212
223
223
225
227
230
231
232
233
254
253
253
263
265
Hệ thống số và mã số
Các cổng logic cơ bản
Biểu thực Logic và mạch điện
Đại số Boole và định lý Demorgan
Đơn giản biểu thức logic
Giới thiệu một số IC số cơ bản
Bài 2: FLIP – FLOP
Flip flop RS
Flip flop RS tác động theo xung lệnh
Flip flop JK
Flip flop T
Flip flop D
Flip flop MS ( master- slaver)
Flip flop với ngõ vào preset và clear
Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
Bài 3 MẠCH ĐẾM VÀ THANH GHI
Mạch đếm
Thanh ghi
Giới thiệu một số IC đếm và thanh ghi thong dụng
4
Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
Bài 4: MẠCH LOGIC MSI
Mạch mã hóa (Encoder)
Mạch giãi mã ( Decoder)
Mạch ghép kênh
269
279
279
284
298
300
303
312
315
315
333
345
346
351
354
357
366
369
372
380
380
389
399
407
Mạch tách kênh
Giới thiệu một số IC mã hóa và giải mã thông dụng
Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
Bài 5: HỌ VI MẠCH TTL- CMOS
Cấu trúc và thông số cơ bản của TTL
Cấu trúc và thông số cơ bản của CMOS
Giao tiếp TTL và CMOS
Giao tiếp giữa mạch logic và tải công suất
Tính toán, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản
Bài 6: BỘ NHỚ
ROM
RAM
Mở rộng dung lượng bộ nhớ
Giới thiệu IC
Bài 7: KỸ THUẬT ADC – DAC
Mạch chuyển đổi số sang tương tự (DAC)
Mạch chuyển đổi tương tự sang số (ADC)
Giới thiệu IC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
5
MÔ ĐUN KỸ THUẬT XUNG – SỐ
Mã Mô đun: MĐ 19
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun::
Mô đun được bố trí dạy sau khi học xong các môn cơ bản như linh kiện
diện tử, đo lường điện tử, điện tử tương tự, điện tử cơ bản..
Kỹ thuật xung là môn học cơ sở của nghành Ðiện – Ðiện tử và có vị trí
khá quan trọng trong toàn bộ chương trình học của sinh viên và học sinh,
nhằm cung cấp các kiến thức liên quan đến các phương pháp cơ bản để tạo
tín hiệu xung và biến đổi dạng tín hiệu 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…
Công nghệ kỹ thuật số đã và đang đóng vai trò quang trọng trong cuộc
cách mạng khoa học kỹ thuật và công nghệ. Ngày nay, công nghệ số được
ứng dụng rộng rãi và có mặt hầu hết trong các thiết bị dân dụng đến thiết bị
công nghiệp, đặc biệt trong các lĩnh vực thông tin liên lạc, phát thanh,... và
kỹ thuật số đã và đang được thay thế dần kỹ thuật tương tự
Tính chất của môn học: Là mô đun kỹ thuật cơ sở.
Mục tiêu của Mô đun:
Sau khi học xong mô đun này học viên có năng lực
* Về kiến thức:
- Phát biểu được các khái niệm cơ bản về xung điện, các hệ thông số
cơ bản của xung điện, ý nghĩa của xung điện trong kỹ thuật điện tử.
- Trình bày được cấu tạo các mạch dao động tạo xung và mạch xử lí
dạng xung.
- Phát biểu khái niệm về kỹ thuật số, các cổng logic cơ bản. Kí hiệu,
nguyên lí hoạt động, bảng sự thật của các cổng lôgic.
- Trình bày được cấu tao, nguyên lý các mạch số thông dụng như:
Mạch đếm, mạch đóng ngắt, mạch chuyển đổi, mạch ghi dịch, mạch điều
khiển.
* Về kỹ năng:
- Lắp ráp, kiểm tra được các mạch tạo xung và xử lí dạng xung.
- Lắp ráp, kiểm tra được các mạch số cơ bản trên panel và trong thực
tế.
* Về thái độ:
- Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong
học tập và trong thực hiện công việc.
6
Thời gian
Lý Thực Kiểm
số thuyết hành tra
Mã bài
Tên các bài trong mô đun
Phần 1: Kỹ thuật xung
Tổng
50
10
38
2
MĐ19-1 Các khái niệm cơ bản kỹ
thuật xung
10
4
6
0
01.1
01.2
01.3
01.4
Định nghĩa xung điện, các
tham số và dãy xung
Tác dụng của R-C đối với các
xung cơ bản
Tác dụng của mạch R.L.C đối
với các xung cơ bản
Khảo sát dạng xung
2
2
2
1
1
1
1
1
1
4
1
3
MĐ19-2 Mạch dao động đa hài
30
4
24
2
02.1
Mạch dao động đa hài không
ổn
8
1
7
02.1
02.1
02.1
Mạch đa hài đơn ổn
8
6
8
1
1
1
6
5
6
1
1
Mạch đa hài lưỡng ổn
Mạch schmitt – trigger
MĐ19-3 Mạch hạn chế biên độ và
10
2
8
ghim áp
03.1
03.1
Mạch hạn biên
5
1
4
Mạch ghim áp
5
100
10
1
40
8
4
45
2
Phần 2: Kỹ thuật số
5
MĐ19-1 Đại cương
01.1
Tổng quan về mạch tương tự
và mạch số
0,5
0.5
01.2
01.3
01.4
Hệ thống số và mã số
Các cổng logic cơ bản
Biểu thức logic và mạch điện
2
2
1
1,5
2
0,5
1
7
01.5
Đại số bool và định lý
Demorgan
1,5
2
1
1
1
0,5
1
01.6
01.7
Đơn giản biểu thức logic
Giới thiệu một số IC số cơ
bản
1
MĐ19-2 Flip – Flop
10
4
6
02.1
02.2
Flip - Flop R-S
1
1
FF R-S tác động theo xung
lệnh
1
0,5
0,5
1
1
1
1
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
02.3
02.4
02.5
02.6
02.7
Flip - Flop J –K
Flip - Flop T
Flip - Flop D
Flip - Flop M-S
Flip - Flop với ngõ vào Preset
và Clear
1
3
0,5
0,5
2
02.8
Tính toán lắp ráp một số
mạch ứng dụng
1
MĐ19-3 Mạch đếm và thanh ghi
25
9
8
5
16
4
1
03.1
03.2
03.3
Mạch đếm
Thanh ghi
4
1.5
2.5
Giới thiệu một số IC đếm và
thanh ghi thông dụng
2
1,5
0,5
9
03.4
Tính toán, lắp ráp một số
10
1
8
mạch ứng dụng
25
6
18
1
MĐ19-4 Mạch logic MSI
4
1
3
04.1
Mạch mã hóa
04.2
Mạch giải mã
Mạch ghép kênh
Mạch tách kênh
4
4
4
2
1
1
2
3
3
04.3
04.4
04.5
Giới thiệu một số IC mã hóa
và giải mã thông dụng
2
1
1
04.6
Tính toán, lắp ráp một số
mạch ứng dụng cơ bản
7
6
1
14
6
7
1
MĐ19-5 Họ vi mạch TTL - CMOS
05.1
Cấu trúc và thông số cơ bản
của TTL
2
2
1,5
0,5
0,5
05.2
Cấu trúc và thông số cơ bản
của CMOS
1,5
05.3
05.4
Giao tiếp TTL và CMOS
2
2
6
1
1
1
1
1
4
Giao tiếp giữa mạch logic và
tải công suất
Tính toán, lắp ráp một số
mạch ứng dụng cơ bản
1
05.5
MĐ19-6 Bộ nhớ
8
3
2
2
1
5
2
1
1
1
3
1
1
1
06.1
06.2
06.3
06.4
ROM
RAM
Mở rộng dung lượng bộ nhớ
Giới thiệu IC
9
MĐ19-7 Kỹ thuật ADC - DAC
8
3
5
07.1
07.2
07.3
Mạch chuyển đổi số - tương tự
(DAC)
Mạch chuyển đổi tương tự -
số (ADC)
3
1
2
3
1
2
Giới thiệu IC
2
1
1
Tổng cộng:
50
93
7
150
10
Phần 1: KỸ THUẬT XUNG
BÀI 1
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Mã Bài: MĐ19-1
Giới thiệu
Các tín hiệu điện có biên độ thay đổi theo thời gian được chia ra làm
hai loại cơ bản là tín hiệu liên tục và tín hiệu gián đoạn. Tín hiệu liên tục
còn được gọi là tín hiệu tuyến tính hay tương tự, tín hiệu gián đoạn còn gọi
là tín hiệu xung số.
Tín hiệu sóng sin được xem như là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu
liên tục, ta có thể tính được biên độ của nó ở từng thời điểm. Ngược lại tín
hiệu sóng vuông được xem là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu gián đoạn
và biên độ của nó chỉ có hai giá trị là mức cao và mức thấp, thời gian để
chuyển từ mức biên độ thấp lên cao và ngược lại rất ngắn và được xem như
tức thời.
Một chế độ mà các thiết bị điện tử thường làm việc hiện nay đó là chế
độ xung.
Mục tiêu:
- Trình bày được các khái niệm về xung điện, dãy xung
- Giải thích được sự tác động của các linh kiện thụ động đến dạng xung
- Rèn luyện tính tư duy, tác phong công nghiệp
Nội dung
1. Định nghĩa xung điện, các tham số và dãy xung
- Mục tiêu: Trình bày và phân tích các dạng tín hiệu, các hàm, các thông số
của xung cơ bản.
1.1.Định nghĩa
- Xung là tín hiệu tạo nên do sự thay đổi mức của điện áp hay dòng
điện trong một khoảng thời gian rất ngắn, có thể so sánh với thời gian quá độ
của mạch điện mà chúng tác động. Thời gian quá độ là thời gian để một hệ
vật lý chuyển từ trạng thái vật lý này sang trạng thái vật lý khác.
- Các tín hiệu xung được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện
tử: truyền thông, công nghệ thông tin, vô tuyến, hữu tuyến…
❖ Một số dạng xung cơ bản
- Một số tín hiệu liện tục (xem hình 1.1)
11
Hình 1.1a. Tín hiệu sin Asin t
Hình 1.1b. Tín hiệu xung vuông
Hình 1.1c. Tín hiệu xung tam giác
- Một số tín hiệu rời rạc (hình 1.2).
Hình 1.2. Tín hiệu sin rời rạc - hàm mũ rời rạc
Ngày nay trong kỹ thuật vô tuyến điện, có rất nhiều thiết bị, linh kiện vận
hành ở chế độ xung. Ở những thời điểm đóng hoặc ngắt điện áp, trong mạch
sẽ phát sinh quá trình quá độ, làm ảnh hưởng đến hoạt động 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. 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.
12
1.2.Các thông số của xung điện và dãy xung
1.2.1. Các thông số của xung điện.
Tín hiệu xung vuông như hình 1.3 là một tín hiệu xung vuông lý tưởng,
thực tế khó có 1 xung vuông nào có biên độ tăng và giảm thẳng đứng như vậy:
u
Um
0.9Um
Δu
u
tx
Um
tng
Um
0.1Um
0
0
T
tđ
tx
t
t
ttr
ts
A, xung vuông lý tưởng
B, xung vuông thực tế
Hình 1.3: Dạng xung
Xung vuông thực tế với các đoạn đặc trưng như: sườn trước, đỉnh, sườn
sau. Các tham số cơ bản là biên độ Um, độ rộng xung tx, độ rộng sườn trước ttr và
sau ts, độ sụt đỉnh ∆u.
- Biên độ xung Um xác định bằng giá trị lớn nhất của điện áp tín hiệu xung
có được trong thời gian tồn tại của nó.
- Độ rộng sườn trước ttr, sườn sau ts là xác định bởi khoảng thời gian tăng
và thời gian giảm của biên độ xung trong khoảng giá trị 0.1Um đến 0.9Um
- Độ rộng xung Tx xác định bằng khoảng thời gian có xung với biên độ trên
mức 0.1Um (hoặc 0.5Um).
- Độ sụt đỉnh xung ∆u thể hiện mức giảm biên độ xung tương tứng từ
0.9Um đến Um.
❖ Với dãy xung tuần hoàn ta có các tham số đặc trưng như sau:
- Chu kỳ lặp lại xung T là khoảng thời gian giữa các điểm tương ứng của 2
xung kế tiếp, hay là thời gian tương ứng với mức điện áp cao tx và mức điện áp
thấp tng , biểu thức (1.1)
T = tx + tng
(1.1)
- Tần số xung là số lần xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian (1.2)
1
F =
(1.2)
T
13
- Thời gian nghỉ tng là khoảng thời gian trống giữa 2 xung liên tiếp có điện
áp nhỏ hơn 0.1Um (hoặc 0.5Um).
- Hệ số lấp đầy γ là tỷ số giữa độ rộng xung tx và chu kỳ xung T (1.3)
tx
(1.3)
T
Do T = tx + tng , vậy ta luôn có 1
- Độ rỗng của xung
Q
là tỷ số giữa chu kỳ xung T và độ rộng xung tx (1.4)
T
Q
(1.4)
tx
❖ Trong kỹ thuật xung - số, chúng ta sử dụng phương pháp số đối với tín
hiệu xung với quy ước chỉ có 2 trạng thái phân biệt
- Trạng thái có xung (tx) với biên độ lớn hơn một ngưỡng UH gọi là trạng
thái cao hay mức “1”, mức UH thường chọn cỡ từ 1/2Vcc đến Vcc.
- Trạng thái không có xung (tng) với biên độ nhỏ hơn 1 ngưỡng UL gọi là
trạng thái thấp hay mức “0”, UL được chọn tùy theo phần tử khóa (tranzito hay
IC)
- Các mức điện áp ra trong dải UL < U < UH được gọi là trạng thái cấm.
1.2.2 Dãy xung :
Kỹ thuật xung không chỉ phát ra một xung đơn mà còn phát ra được một dãy
xung liên tiếp tuần hoàn với chu kỳ T, nghĩa là sau mỗi thời gian T lại có một
xung lăp lại hoàn toàn giống như xung trước.
- Các dạng dãy xung tuần hoàn thường gặp:
+ Dãy xung vuông góc là dạng dãy xung thường gặp nhất trong kỹ thuật
điện tử. Các thông số đặc trưng cho dãy xung gồm: biên độ UM, độ rộng xung tx,
thời gian nghỉ tn, chu kỳ T= tx + tn, tần số f=1/T. Ngoài ra còn có 2 thông số phụ
đặc trưng khác là hệ số lấp đầy
= tx/T và độ hổng (rỗng) Q= 1/ = T/tx. Nếu
Q = 2, (tx = tn) thì dãy xung gọi là dãy xung vuông góc đối xứng.
+ Dãy xung răng cưa thuần túy (tf = 0), chu kỳ T. Mạch phát dãy xung
này thường dùng trong thiết bị dao động kí điện tử, với vai trò bộ tạo sóng quét
ngang.
- Dãy xung tuần hoàn. Nó thường dùng để kích khởi những hoạt động có
tính chu kỳ. Các mạch phát xung tuần hoàn thường là những mạch hoạt động
không chịu sự điều khiển bởi các xung kích
14
- Dãy xung có thể không tuần hoàn. Mạch phát các xung này thường là
những mạch hoạt động theo sự điều khiển của các xung kích khởi bởi ở bên
ngoài, và gọi là các mạch kích khởi. Ứng với mỗi xung kích thích bên ngoài,
mạch cho ra một xung có biên độ và độ rộng xung không thay đổi, nghĩa là dạng
xung đưa ra hoàn toàn lặp lại giống nhau sau mỗi xung kích thích.
1.2.3 Độ rộng xung (hình 1.4)
Hinh1.4:
Độ rộng xung
V : Biên độ xung
Trong đó:
m
∆V: Độ sụt áp đỉnh xung
tr: Độ rộng sườn trước
tp: độ rộng đỉnh xung
tf: độ rộng sườn sau
ton : độ rộng thực tế
- Đây là dạng xung thực tế, với dạng xung này thì khi tăng biê n độ điện áp
sẽ có thời gian trễ tr, gọi là độ rộng sườn trước. Thời gian này tương ứng từ
10% đến 90% biên độ U. Ngược lại, khi giảm biên độ điện áp xung sẽ có thời
gian trễ tf, gọi là độ rộng sườn sau. Thời gian này tương ứng từ 90% đến 10%
biên độ U.
- Độ rộng xung thực tế là: ton = tr+ tp +tf.
- Độ sụt áp ∆V là độ giảm biện độ ở phần đỉnh xung.
1.2.4. Các dạng hàm cơ bản của tín hiệu xung.
1.2.4.1. Hàm đột biến (hình 1.5).
v(t) = a.1(t - t0).
- Đột biến xảy ra tại thời điểm t = t0 với biên độ là a.
- 1(t – t0) : Hàm đột biến đơn vị.
- Khi t < t0 : v = 0
- Khi t ≥ t0 : v = a
15
Hình 1.5 Hàm đột biến
1.2.4.2. Hàm tuyến tính (hình 1.6)
v(t) = k(t - t0)
- k : Độ dốc của hàm.
Hình 1.6 Hàm tuyến tính
1.2.4.3. Hàm mũ giảm (hình 1.7)
−(t − t0 ) / τ
v(t) = a.e
Hình 1.7 Hàm mũ giảm
−(t − t0 ) / τ
1.2.4.4. Hàm mũ tăng (hình 1.8)
v(t) = a.(1− e
)
Hình 1.8 Hàm mũ tăng
16
❖ Để phân tích 1 tín hiệu xung, phải đưa về dạng tổng các hàm cơ bản.
Ví dụ: Như hình 1.9 ta phải đưa về tổng các hàm cơ bản, sau đó mới tính ra được
hàm của nó.
Hình 1.9
Ta có : V(t) = V1(t) + V2(t)
Suy ra: V(t) = V1(t) + V2(t) = a.1(t) – a.1( t-t0 )
2. Tác dụng của R-C đối với các xung cơ bản
- Mục tiêu: Trình bày và phân tích sự giống và khác nhau giữa RC, RL đối
với các mạch của xung cơ bản.
2.1. Tác dụng của mạch RC đối với các xung cơ bản
hình 1.12
• Mạch lọc thông thấp,
Hình 1.12.
Mạch lọc thông thấp
- Tín hiệu lấy ra trên C
- Mạch lọc thông thấp cho các tín hiệu có tần số nhỏ hơn tần số cắt qua hoàn
toàn .Tín hiệu có tần số cao bị suy giảm biên độ . Tín hiệu lấy trên tụ C làm
cho tín hiệu ra trể pha so với tin hiệu vào (1.5)
17
1
- Tần số cắt
f
(1.5)
c
2 RC
Tại tần số cắt điện áp ta có biên độ
V
i
V
1 . 6
0
2
Hình 1.13. Mạch lọc RC và đáp ứng xung của mạch lọc
• Mạch tích phân RC
- Mạch lọc RC là mạch mà điện áp ra V0 (t) tỉ lệ với tích phân theo thời
gian của điện áp vào Vi (t).
- Trong đó K là hệ số tỉ lệ, mạch tích phân RC chính là mạch lọc thông
thấp khi tín hiệu vào có tần số fi rất lớn so với tần số cắt fc của mạch.
Ta có công thức: Vi (t) = VR (t) +VC (t) (1.7)
Từ điều kiện tần số fi rất lớn so với tần số cắt fc ta có (1.8):
fi >> fc = 1/ 2 RC R >> Xc = 1/2 fi C
VR (t) >> VC (t)
(vì dòng I (t) qua R và C bằng nhau)
Từ (1.7) và (1.9) ta có Vi (t) VR (t) = R.i (t)
i(t) = Vi (t)/R
(1.9)
(1.10)
Điện áp ra V0 (t):
18
1
V ( t ) V ( t )
i ( t ) d t
0
c
c
1
V ( t )
i
V ( t )
d t
0
1
c
R
V ( t )
V ( t )d t
1. 1 1
0
i
R C
Như vậy, điện áp ra V0(t) tỉ lệ với tích phân theo thời gian của điện áp
vào Vi (t) với hệ số tỉ lệ K = 1/RC khi tần số fi rất lớn so với fc .
Điều kiện mạch tích phân
fi >> fc fi >> 1/2RC.
RC >> 1/2 fi >> 1/2 fi = Ti / 2
Trong đó: = RC là hằng số thời gian.
Ti là chu kỳ tín hiệu vào.
Ví dụ: Trường hợp điện áp vào Vi(t) là tín hiệu hình sin qua mạch tích phân.
V ( t ) V s i n ( t )
1 . 1 2
i
m
Điện áp ra:
1
V 0 ( t )
V m s in td t
R C
V m
R C
c o s .t
V m
V 0 ( t )
s in ( t 9 0 0 )
1.1 3
R C
Như vậy, nếu thỏa mãn điều kiện của mạch tích phân như trên thì điện áp ra
1
bị trễ pha 900 và biên độ bị giảm xuống với tỉ lệ là
.
RC
Điện áp vào là tín hiệu xung vuông: khi điện áp vào là tín hiệu xung vuông
có chu kỳ Ti thì có thể xét tỉ lệ hằng số thời gian = RC so với Ti để giải
thích các dạng sóng ra theo hiện tượng nạp xả của tụ.
Giả sử điện áp ngõ vào là tín hiệu xung vuông đối xứng có chu kỳ Ti (hình
1.14a).
- Nếu mạch tích phân có hằng số thời gian = RC rất nhỏ so với Ti thì tụ nạp
và xả rất nhanh nên điện áp ngõ ra V0(t) có dạng sóng giống như dạng điện
áp vào Vi(t) hình 1.14b.
- Nếu mạch tích phân có hằng số thời gian = Ti /5 thì tụ nạp và xã điện áp
theo dạng hàm số mũ, biên độ của điện áp ra nhỏ Vp hình 1.14c.
- Nếu mạch tích phân có hằng số thời gian rất lớn so với Ti thì tụ C nạp rất
chậm nên điện áp ra có biên độ rất thấp hình 1.14d, nhưng đường tăng giảm
19
điện áp gần như đường thẳng. Như vậy, mạch tích phân chọn trị số RC thích
hợp thì có thể sửa dạng xung vuông có ngõ vào thành dạng sóng tam giác ở
ngõ ra. Nếu xung vuông đối xứng thì xung tam giác ra là tam giác cân.
Hình 1.14: Dạng sóng vào ra của tín hiệu xung vuông
• Mạch tích phân dùng OpAmp
- Mạch tích phân đảo hình 1.15
\
Hình 1.15
Thiết lập quan hệ vào ra. Với i1 = - i2
Mà
Tải về để xem bản đầy đủ
408 trang
10/01/2024
3801
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mô đun Kỹ thuật xung, số - Nghề Điện tử công nghiệp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mo_dun_ky_thuat_xung_so_nghe_dien_tu_cong_nghiep.doc
