DT Signal+generators

Các mạch tạo tín hiệu

TS. Nguyễn Quốc Cường

Bộ môn: Kỹ thuật đo & Tin học công nghiệp

Signal generatorsNguyễn Quốc Cường

Tài liệu tham khảo

• “Microelectronic circuits” - Adel S. Sedra & Kenneth C. Smith, Oxford University Press, 2004 (chapter 13)


Giới thiệu

• Các tín hiệu được sử dụng nhiều trong các thiết bị– Sin

– Xung vuông

– Răng cưa

• Mạch tạo tín hiệu sin– Mạch khuếch đại sử dụng phản hồi dương (còn được gọi là

linear oscillator)

– Tạo tín hiệu sin từ tín hiệu răng cưa

• Mạch tạo tín hiệu xung vuông & tam giác (non-linear oscillator)– bistable

– astable


Tạo tín hiệu sin

• Mạch tạo tín hiệu sin– linear oscillator

– Tạo tín hiệu sin từ tín hiệu răng cưa


Nguyên lý tạo của mạch dao động tuyến tính

• Sử dụng nguyên lý phản hồi dương

• Mạch dao động không cần tín hiệu input xs

( ) ( )( ) ( )1

f

A sA s

A s s=

− β


Tiêu chuẩn Barkhausen

• Điều kiện dao động:– Biểu thức đặc trưng có nghiệm trên trục jω

– Muốn tín hiệu output là “thuần” sin thì nghiệm trên trục ảo phải là duy nhất (±jω0) . Ngược lại tín hiệu output sẽ là tổng của các tín hiệu sin (tín hiệu bị “méo”)

• Tiêu chuẩn Barkhausen

• Các phần tử trong mạch có thể bị thay đổi (do nhiệt độ, độẩm, già hóa linh kiện,...)– Nếu Aβ < 1 � dao động sẽ tắt

– Nếu Aβ > 1 � dao dộng sẽ có biên độ tăng

( ) ( )( ) ( )

0

1

o o

o o

A j j

A j j

∠ ω β ω =

ω β ω =


Điều khiển biên độ

• Mạch tạo dao động– Khi bật nguồn hệ số Aβ được thiết kế lớn hơn 1 � dao động

với biên độ tăng dần

– Khi biên độ đạt giá trị mong muốn � cần điều khiển giảm giátrị Aβ về bằng 1

– Nếu trong khi hoạt động hệ sô Aβ < 1 � cần điều khiển tăng hệ số Aβ về bằng 1

• � Cần sử dụng mạch điều khiển


Mạch giới hạn (1)

• vI = 0– vo = 0

– vA > 0 � D1 không dẫn

– vB < 0 � D2 không dẫn

• vI dương nhỏ– vo âm nhỏ � VA giảm nhưng D1

vẫn chưa dẫn

– vB < 0 � D2 vẫn không dẫn

dẫn khi vI dương lớn

dẫn khi vI âm lớn

1

3 2

2 3 2 3

54

2 3 2 3

f

O I

A O

B O

Rv v

R

R Rv V v

R R R R

RRv V v

R R R R

= −

= ++ +

= − ++ +



• Khi vI dương lớn– vO âm lớn � vA âm lớn � D1 dẫn

– Nếu coi điện áp rơi trên D1 là VD (=0.7V) thì điện áp tại đó D1 dẫn là

– Nếu tiếp tục tăng vi, do điện áp rơi trên D1 hầu như không thay đổi (tăng rất ít) do vậy

3 2

1

2 3 2 3

3 3

1

2 2

1

A D OD on

O DD on

R Rv V V v

R R R R

R Rv L V V

R R

−

−−

= − = ++ +

= = − − +

( )

2

2 2

1 1 3 2

A DR

R Rf D Rf R R

V v V VI const

R R

i i i i i I

− += = =

= + = + −

1 3 2

3

1

//...

O A OI D

f

f

O I

v v vv V V

R R R R

R Rv v

R

− − += + −

= − +

1

1

I D onf

Lv

RR

−−

=



• Khi VI âm lớn, tương tự ta có

• Nếu vI > vI(D1-on) thì

54

2

4 5 4 5

5 4

2

4 5

1

B D OD on

O DD on

RRv V V v

R R R R

R Rv L V V

R R

−

+−

= = − ++ +

= = − + +

1

1

I D onf

Lv

RR

+−

=

4

1

//...

f

O I

R Rv v

R= − +




Mạch tạo tín hiệu sin sử dụng op-amp

• Mạch dao động cầu Wien

• Mạch dịch pha

• Mạch tạo sin từ tín hiệu răng cưa


Mạch dao động cầu Wien

Vtest

( )

( )

2

1

2 1

1

1

3 1

pO

test p s

ZV RL s

V R Z Z

R RL s

sCR sCR

= = + +

+=

+ +


Mạch dao động cầu Wien (2)

• Thay s=jω

Tần số tại đó góc pha = 0 Điều kiện để biên độ bằng 1

Thường chọn R2/R1 lớn hơn 2 một chút


Mạch dao động cầu Wien + giới hạn biên độ


Dao động sử dụng mạch dịch pha (1)

Tạo lệch pha 1800 tại tần số f0

Khuếch đại đảo (lệch pha -1800)

Tổng góc lệch pha = 00



( )( )

2 2

4 3 1/

fC RRA j

j CR CR

ωβ ω

ω ω=

+ −

v1v2vtest



• Mạch khuếch đại đảo

• Phương trình dòng điện tại các nút

• Khuếch đại vòng

2 1 1 1

2 2 2 1

1 1

1 1

test

v v v v

sC R sC

v v v v v

sC R sC

−= +

− −= +

( )( )

2 2 2

2 2

4 3 1

4 3 1/

=+ +

=+ −

ωβ ω

ω ω

fO

test

f

R C R sv

v RCs RCs

C RRA j

j CR CR

11

fORv

v sC= −


Tạo tín hiệu sin từ tín hiệu chu kỳ + lọc

bộ so sánh

bộ lọc bandpass


Bộ tại dao động tín hiệu xung vuông + tam giác

• Sử dụng các kiểu– bistable multivibrator

– astable multivibrator


Bistable – mạch trigger Smith đảo

1

1 2

1

1 2

+

−

=+

=+

TH

TL

RV L

R R

RV L

R R

L+ giá trị đầu ra lớn nhất của op-ampL- giá trị đầu ra lớn nhất của op-amp


Bistable – mạch trigger Smith không đảo

2

1

2

1

−

+

= −

= −

TH

TL

RV L

R

RV L

R


So sánh sử dụng bistable

ngưỡng chống nhiễu


Bistable multivibrator (1)


Bistable multivibrator (2)Tạo xung vuông


Bistable multivibrator (3)Tạo xung vuông & xung tam giác


Vi mạch 555 – sơ đồ khối


IC 555 – astable multivibrator

DT Signal+generators

Documents

Transcript of DT Signal+generators