Tải bản đầy đủ

MÁY PHÁT CHỨC NĂNG DÙNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

MÁY PHÁT CHỨC NĂNG DÙNG TRONG PHÒNG THÍ
NGHIỆM

Họ và tên sinh viên: ĐỖ CHÍ BÁCH
Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Niên khóa: 2008 – 2012
Tháng 06 năm 2012


MÁY PHÁT CHỨC NĂNG DÙNG TRONG PHÒNG THÍ
NGHIỆM

Tác giả:

ĐỖ CHÍ BÁCH


Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng kỹ sư ngành
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S. TRẦN KHÁNH NINH
PHÂN VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ - TIN HỌC - TỰ ĐỘNG HÓA TP.HCM

Tháng 6 năm 2012

i


LỜI CẢM ƠN
Để đạt được kết quả như ngày hôm nay, đầu tiên con xin cảm ơn cha mẹ đã sinh
ra, nuôi dưỡng, chăm sóc, động viên, thương yêu và là chỗ dựa vững chắc cho con
trong suốt những năm học vừa qua.
Sau đó, em xin chân thành cảm ơn thầy cô của Trường Đại học Nông Lâm
Thành Phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích trong suốt thời
gian học tập tại trường.
Em xin gởi lời biết ơn chân thành đến bộ môn Điều Khiển Tự Động cùng thầy
cô trong Khoa Cơ Khí đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để em
thực hiện tốt đề tài này. Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đề tài này tại Viện Nghiên
Cứu Điện Tử, Tin Học, Điều Khiển Tự Động, em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ,
hướng dẫn tận tình của Th.S Trần Khánh Ninh và Th.S.Lê Văn Bạn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy cô, cùng các bạn trong lớp
DH08TD đã giúp đỡ đóng góp ý kiến và kinh nghiệm quý báu trong quá trình em thực
hiện đề tài này.
Kính chúc các Thầy Cô sức khỏe và thành đạt trong cuộc sống.

Tp.HCM, tháng 6 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Đỗ Chí Bách

ii


TÓM TẮT
Trong các phòng thí nghiệm thực hành điện tử hiện nay cần rất nhiều thiết bị để
phục vụ cho nhu cầu thí nghiệm cũng như thực hành. Máy phát chức năng là một


trong những phần quan trọng nhất và linh hoạt của thiết bị kiểm tra điện tử. Trong thiết
kế điện tử và xử lý sự cố thường đòi hỏi một tín hiệu điều khiển để mô phỏng hoạt
động bình thường của nó. Việc thử nghiệm này cần các tín hiệu ổn định và đáng tin
cậy và máy phát chức năng là một thiết bị có thể tạo ra các tín hiệu như thế. Hầu hết
Máy phát chức năng đều được nhập từ nước ngoài và có giá thành rất cao vì thế gây
khó khăn tài chính cho người có nhu cầu. Đó là nguyên nhân hôm nay tôi thực hiện đề
tài: “ Máy phát chức năng sử dụng trong phòng thí nghiệm ” nhằm mục đích ứng dụng
những kiến thức đã được trang bị trong những năm học ở trường và nhất là tạo ra được
máy phát chức năng có giá thành hợp lý có khả năng tạo ra các tín hiệu khác nhau để
phục vụ cho nhu cầu thí nghiệm.
Đề tài “ Máy phát chức năng dùng trong phòng thí nghiệm ” được tiến hành tại
Phân viện nghiên cứu Điện tử - Tin học – Tự động hóa TP.HCM và bộ môn Điều
Khiển Tự Động, từ ngày 19 – 03 – 2012 đến ngày 14 – 06 – 2012.
Kết quả đạt được:
 Chế tạo thành công Máy phát chức năng có:
 Biên độ : 0 đến 5 V
 Tần số : 10 Hz đến 1 MHz
 Bằng việc sử dụng IC XR-2206 để thiết kế mạch phát xung tổng hợp tạo ra
các dạng xung sin, vuông, tam giác tương đối ổn định.
Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

Th.s Trần Khánh Ninh

Đỗ Chí Bách

iii


MỤC LỤC
TRANG TỰA: ..................................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................. ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..................................................................... Error! Bookmark not defined.
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................... vii
DANH SÁCH BẢNG.................................................... Error! Bookmark not defined.
Chương 1 .........................................................................................................................1
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1.1.

Đặt vấn đề .............................................................................................................1

1.2.

Mục đích đề tài .....................................................................................................1

1.2.1

Mục đích chung ..................................................................................................1

1.2.2

Mục đích cụ thể ..................................................................................................2

1.3

Giới hạn đề tài .......................................................................................................2

Chương 2 .........................................................................................................................3
TỔNG QUAN..................................................................................................................3
2.1.

Tìm hiểu tổng quan về Máy Phát Chức Năng ......................................................3

2.2. Giới thiệu một số máy phát chức năng trên thị trường..........................................3
2.2.1

Máy phát chức năng B&K Precision ...................................................................3

2.2.2

Một số loại máy khác trên thị trường ................................................................6

2.2.

Mạch dao động sin................................................................................................7

2.2.1

Mạch dao động sin tần số thấp ...........................................................................7

2.2.1.1

Dao động dịch pha ( phase shift oscillator ) ..................................................7

2.2.1.2

Mạch dịch pha dùng Opamp...........................................................................8

2.2.1.3

Mạch dao động dịch pha dùng FET ................................................................8

2.2.1.4

Mạch dùng BJT ...............................................................................................9

2.2.2

Mạch dao động cầu wien ....................................................................................9

2.2.3

Mạch dao động cầu T đôi .................................................................................10

2.2.4

Mạch dao động sin tần số cao...........................................................................11
iv


2.2.5

Mạch tạo dao động xung vuông .......................................................................13

2.4.1

Mạch biến đổi sin thành vuông ........................................................................13

2.4.2

Mạch không trạng thái bền dùng transistor ......................................................14

2.4.3

Mạch tạo sóng vuông dùng opamp...................................................................15

2.5.1

Mạch tạo sóng răng cưa dùng UJT ...................................................................16

2.5.2

Mạch tạo sóng răng cưa dùng opamp ...............................................................17

2.6.

Một số linh kiện dùng trong mạch......................................................................19

2.6.1

XR-2206 ...........................................................................................................19

2.6.1.1 Giới thiệu về XR-2206 ...................................................................................19
2.6.1.2

Cơ bản về XR-2206 .......................................................................................20

2.6.1.3

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của XR-2206 ..............................................21

2.6.2

Tìm hiểu LM7812, LM7805.............................................................................22

2.6.3

Tìm hiểu LM7912.............................................................................................22

2.6.4

Tìm hiểu IC 74LS14 .........................................................................................23

2.6.5

Tìm hiểu LM7171.............................................................................................24

Chương 3 .......................................................................................................................25
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....................................................25
3.1.

Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài................................................................25

3.1.1

Địa điểm ...........................................................................................................25

3.1.2

Thời gian...........................................................................................................25

3.2

Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................25

3.2.2

Chọn phương pháp thiết kế phần mô hình bên ngoài .......................................25

3.2.3

Chọn phương pháp thiết kế phần điện tử .........................................................26

3.3.

Phương tiện thực hiện .........................................................................................26

Chương 4 .......................................................................................................................27
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ...................................................................................................27
4.1. Thiết kế máy ........................................................................................................27
4.1.1

Sơ đồ khối .........................................................................................................27

4.1.2

Thiết kế mô hình máy .......................................................................................28

4.1.3

Chọn vật liệu chế tạo máy ................................................................................28

4.1.4

Thực hiện phần cơ khí ......................................................................................29
v


4.2.

Thực hiện phần điện tử .......................................................................................29

4.2.1

Làm mạch nguồn ..............................................................................................29

4.2.2

Mạch offset ngõ ra dùng LM7171 ....................................................................30

4.2.3

Mạch tạo xung dùng XR-2206 .........................................................................31

4.2.4

Mạch tổng hợp ..................................................................................................32

4.2.5

Làm mạch in .....................................................................................................33

4.3.

Chạy thử máy, kiểm tra, tiến hành chỉnh sửa .....................................................34

4.4.

Một số hình ảnh chạy thử máy và cách điều chỉnh biên dạng xung...................35

4.4.1

Hiệu chỉnh xung hình sin..................................................................................35

4.4.2

Hiệu chỉnh xung vuông ....................................................................................35

4.4.3

Hiệu chỉnh xung tam giác .................................................................................36

4.4.4

Hiệu chỉnh chung ..............................................................................................37

4.5

Phương pháp bố trí khảo nghiệm máy phát chức năng .......................................37

4.5.1

Mục đích khảo nghiệm .....................................................................................37

4.5.2

Phương pháp bố trí khảo nghiệm .....................................................................37

Chương 5 .......................................................................................................................39
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................................................39
5.1.

Mục đích .............................................................................................................39

5.2

Kết quả đo được sau khi chạy máy phát chức năng ............................................39

5.2.1

Kết quả khảo sát lần thứ nhất ...........................................................................39

Chương 6 .......................................................................................................................44
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...........................................................................................44
6.1.

Kết luận...............................................................................................................44

6.2.

Đề nghị ...............................................................................................................44

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... a
PHỤ LỤC ........................................................................................................................b

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1.Máy phát chức năng B&K Precision ................................................................3 
Hình 2.2. Máy phát xung GW Instek GFG-8200A series ..............................................6 
Hình 2.3. Máy phát xung quét với chức năng tùy chỉnh B&K 4045 ..............................6 
Hình 2.4. Mạch dao động dịch pha..................................................................................7 
Hình 2.5. Mạch dao động dịch pha dùng Opamp ............................................................8 
Hình 2..6. Mạch dao động dịch pha dùng FET ...............................................................9 
Hình 2.7. Mạch dao động dịch pha dùng BJT ................................................................9 
Hình 2.8. Mạch dao động cầu wien ...............................................................................10 
Hình 2.9. Mạch dao động cầu T đôi 1 KHz ..................................................................10 
Hình 2.10. Mạch dao động cầu T đôi được điều hòa bằng diode..................................11 
Hình 2.11. Mạch dao động L-C hồi tiếp điều hợp cực thu ............................................12 
Hình 2.12. Mạch dao động Hartley cơ bản....................................................................13 
Hình 2.13. Mạch schmitt biến đổi sin thành vuông dùng transistor..............................13 
Hình 2.14. Mạch và dạng sóng cơ bản của mạch không trạng thái bền 1 KHz dùng
transistor ........................................................................................................................14 
Hình 2.15. Mạch dao động cơ bản dùng opamp............................................................15 
Hình 2.16. Mạch tạo sóng vuông 500 Hz đến 5 KHz dạng đơn giản2.5 Mạch tạo sóng
răng cưa và tam giác ......................................................................................................16 
Hình 2.17. Mạch tạo sóng răng cưa không tuyến tính tần số từ 25 Hz đến 3 KHz .......17 
Hình 2.19 Mạch tạo sóng tam giác không tuyến tính 800 Hz đến 8 KHz.....................18 
Hình 2.20. Mạch cơ bản tạo sóng tam giác tuyến tính ..................................................19 
Hình 2.21. Sơ đồ khối chức năng và các ký hiệu chân của XR-2206 ...........................20 
Hình 2.22. Sơ đồ chân LM7812 ....................................................................................22 
Hình 2.23. Sơ đồ chân LM7912 ....................................................................................22 
Hình 2.24. Sơ đồ khối của 74LS14 ...............................................................................23 
Hình 2.24. Sơ đồ khối của 74LS14 ...............................................................................23 
Hình 2.26. Sơ đồ khối LM7171 .....................................................................................24 
Hình 4.1. Sơ đồ khối máy phát chức năng ....................................................................27 
vii


Hình 4.2. Mô hình chung máy phát chức năng .............................................................28 
Hình 4.3. Cấu tạo mặt trước máy phát chức năng .........................................................29 
Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn +12V, -12V và 5V ...................................30 
Hình 4.5. Mạch offset ngõ ra dùng LM7171 .................................................................30 
Hình 4.6. Mạch tạo sóng với IC XR-2206 ....................................................................31 
Hình 4.7. Sơ đồ mạch nguyên lý tổng hợp ....................................................................32 
Hình 4.8. Tiến hành sắp xếp linh kiện ...........................................................................33 
Hình 4.9. Tiến hành chạy dây ........................................................................................34 
Hình 4.10. Mạch in hoàn thành .....................................................................................34 
Hình 4.11. Dao động tạo xung hình sin .........................................................................35 
Hình 4.12. Dao động tạo xung vuông............................................................................36 
Hình 4.13 Dao động tạo xung tam giác ........................................................................36 

viii


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1: Chức năng của các vị trí trên máy phát chức năng ............................................4 
Bảng 2:Bảng chân trị .....................................................................................................23 
Bảng 3: Cấu tạo của máy phát chức năng .....................................................................28 
Bảng 4: lần đo thứ nhất..................................................................................................39 
Bảng 5: lần đo thứ hai....................................................................................................40 
Bảng 6: lần đo thứ ba .....................................................................................................41 
Bảng 7: Lần đo thứ tư ....................................................................................................42 

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Máy phát chức năng là một công cụ không thể thiếu để kiểm tra và sửa chữa

các thiết bị điện tử cũng như được áp dụng trong phòng thực hành điện tử. Nó là
một trong những thiết bị đo. Không có máy phát chức năng, ta hoàn toàn phụ thuộc
vào các tín hiệu do các thiết bị cần thử gây ra, và bị hạn chế chỉ ở các tín hiệu không
rõ. Có nghĩa là không kiểm tra được tần số, biên độ, dạng hoặc độ điều biến của tín
hiệu và không có cách gì để đưa tín hiệu vào mạch hoặc thiết bị đang thử hoặc sửa
chữa. Với máy phát chức năng cho phép chúng ta tạo ra các tín hiệu cần cho việc
thực hành các mạch điện tử .
Với phát chức năng thích hợp, ta có thể sao lại tín hiệu hoặc tạo ra tín hiệu cần
để thử, điều chỉnh và sửa chữa các mạch. Chúng ta có thể điều khiển tần số, biên độ,
dạng và đặc tính điều chế của tín hiệu thế nào đó để có thể kiểm tra hoạt động của
mạch cần thử với các điệu kiện khác nhau của tín hiệu (yếu, mạnh, chuẩn ).
Hiện nay, tại các phòng thực hành thí nghiệm điện tử đang rất cần được trang
bị các loại máy phát chức năng phục vụ cho công việc học tập và nghiên cứu. Tất cả
những loại máy này đều được nhập từ nước ngoài với giá cả khá đắt đỏ.
Xuất phát từ các vấn đề nêu trên và được sự cho phép của Ban chủ nhiệm
khoa Cơ Khí – Công Nghệ, sự giúp đỡ của các thầy cô và các anh chị tại Phân viện
nghiên cứu Điện tử - Tin học - Tự động hóa TP.HCM, em đã tiến hành thực hiện đề
tài: MÁY PHÁT CHỨC NĂNG SỬ DỤNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM.
1.2.
1.2.1

Mục đích đề tài
Mục đích chung

 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của Máy Phát Chức Năng
 Sơ đồ khối máy phát chức năng
1


 Tìm hiểu nhu cầu sử dụng thiết bị trong các phòng thực hành, phòng thí
nghiệm trong trường học.
1.2.2

Mục đích cụ thể

 Nghiên cứu thiết kế máy phát chức năng cỡ nhỏ
 Trên cơ sở khảo sát các mẫu máy khác để từ đó tìm hiểu cấu tạo, kết cấu,
mạch nguyên lý của máy phát chức năng
 Làm chủ được thiết kế, giá thành thiết bị hợp lý
 Thiết bị nhắm tới sử dụng trong các phòng thực hành, phòng thí nghiệm trong
trường học
 Thiết kế chế tạo mạch nguồn, mạch nguyên lý của máy phát chức năng sử
dụng XR-2206
 Các sơ đồ xung since, tam giác, vuông,…
1.3

Giới hạn đề tài

Do thời gian nghiên cứu đề tài không lâu nên đề tài dừng lại ở việc:
 Máy hoạt động chưa thật ổn định
 Máy chỉ phát xung ở tần số nhỏ khoảng 1 MHz
 Máy chỉ tạo ra xung với biên độ nhỏ
 Nghiên cứu thiết kế một máy phát chức năng nhỏ tạo ra dạng xung sine,
vuông, tam giác

2


Chương 2
TỔNG QUAN

2.1.

Tìm hiểu tổng quan về Máy Phát Chức Năng

Khái niệm về Máy Phát Chức Năng:
Một Máy Phát Chức Năng thường là một phần của thiết bị kiểm tra điện tử
hoặc phần mềm được sử dụng để tạo ra các loại khác nhau của dạng sóng điện trong
một phạm vi rộng các tần số. Một số các dạng sóng phổ biến nhất được tạo ra bởi các
máy phát chức năng hình sin, hình vuông, hình tam giác và răng cưa.
Máy Phát Chức Năng được sử dụng trong các kiểm tra, phát triển và sửa chữa
thiết bị điện tử. Ví dụ, nó có thể được sử dụng như một nguồn tín hiệu để kiểm tra
các bộ khuếch đại để giới thiệu một tín hiệu lỗi vào một vòng lặp điều khiển.
2.2. Giới thiệu một số máy phát chức năng trên thị trường
2.2.1 Máy phát chức năng B&K Precision

Hình 2.1.Máy phát chức năng B&K Precision

3


Bảng 1: Chức năng của các vị trí trên máy phát chức năng
Chức năng
1

Công tắc nguồn

2

Núm thiết lập điều chỉnh

3

lựa chọn sóng Sine

4
5

Số lượt truy cập / kích hoạt
đầu vào
Lựa chọn sóng tam giác

Mục đích
Bật, tắt máy
Điều chỉnh các thông số lựa chọn bởi các
nút khác
Chọn đầu ra sóng sin
Đầu vào thiết bị đầu cuối cho đếm tần số
hoặc tín hiệu kích hoạt từ bên ngoài. Lưu ý
có một tín hiệu đánh giá đầu vào tối đa.
Chọn đầu ra sóng tam giác
Thiết bị đầu cuối đầu vào cho tín hiệu điều

6

Điều chế tín hiệu đầu vào

chế bên ngoài. Lưu ý có một tín hiệu đánh
giá đầu vào tối đa.

7

Lựa chọn sóng vuông

8

Đồng bộ hóa tín hiệu đầu ra

9

Điều chỉnh biên độ

Chọn đầu ra sóng vuông
Cung cấp một tín hiệu ( thường là một làn
sóng hình vuông hoặc xung).
Núm điều chỉnh hoặc biên độ tín hiệu hoặc
DC điện áp bù đắp.
Thiết bị đầu cuối đầu ra cho tín hiệu máy

10

Tín hiệu đầu ra

phát điện chức năng. Thông thường có một
trở kháng đầu ra 50.

11

Thiết lập kiểu đếm

12

Thay đổi cài đặt tiện ích

13

Đặt DC bù đắp

14

Chọn điều chế

Cho phép đầu vào truy cập và hiển thị tần
số của tín hiệu đầu vào ở mục 4
Điều chỉnh tần số tần số bắt đầu quét, quét
lại tần số và cường độ hiển thị.
Điều chỉnh tần số tần số bắt đầu quét, quét
dừng lại tần số và cường độ hiển thị.
Chọn không điều chế, điều chế nội bộ AM,
điều chế bên ngoài AM, FM điều chế độ
4


lệch, và điều chế FM bên ngoài.
15

Chu kỳ làm việc

Điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ hoặc đối
xứng của các dạng sóng hiển thị.
Chuyển chế độ quét tần số và cho phép lựa

16

Sweep

chọn của một quá trình quét tuyến tính
hoặc quét logarit.
Sau khi nhấn nút này, các núm điều chỉnh

17

Tần số

(kiểm soát 2) sẽ điều chỉnh tần số của tín
hiệu đầu ra.
Chọn loại hoạt động: sản lượng liên tục,
lặp đi lặp lại tỷ lệ kích hoạt (thiết lập
khoảng thời gian giữa kích hoạt nội bộ,
mỗi tín hiệu kích hoạt gây ra các máy phát

18

Chế độ

điện giai đoạn một đầu ra), kích hoạt bên
ngoài, hướng dẫn sử dụng kích hoạt (nhấn
nút → gây ra một chu kỳ được sản xuất) ,
hoặc bên ngoài cổng (dạng sóng chu kỳ
sản lượng trong khi cổng tín hiệu trên một
ngưỡng).

19

Điều chỉnh chữ số

Di chuyển bên trái lựa chọn chữ số.

20

Điều chỉnh chữ số

Di chuyển bên phải lựa chọn chữ số.
Thể hiện các thiết lập của chức năng máy

21

Hiển thị

phát chức năng, chẳng hạn như tần số, biên
độ, dạng sóng được lựa chọn, v.v..

5


2.2.2

Một số loại máy khác trên thị trường

Hình 2.2. Máy phát xung GW Instek GFG-8200A series
Mô tả:
Là thiết bị cung cấp giải pháp hoàn chỉnh cho việc tạo ra tín hiệu 3MHz và
5MHz. GFG-8215A có các chức năng tiêu chuẩn như: TTL/CMOS/Ramp đầu ra, áp
ngoài điều khiển tần số VCF. Thiết kế đơn giản, dễ dùng.
Đặc tính kĩ thuật:
 Dải tần hoạt động: 0.3Hz ~ 3MHz (GFG-8215A/16A/17A/19A), 0.5Hz ~
5MHz (GFG-8250A/55A).
 Dạng tín hiệu ra : Sin, tam giác, Ramp, TTL và CMOS.
 Điều khiển chu kỳ hoat động với tín hiệu nghịch.

Hình 2.3. Máy phát xung quét với chức năng tùy chỉnh B&K 4045
6


Mô tả:
B&K Precision 4045 DDS là máy phát xung quét chuyên dùng, mang đầy đủ
các tính năng của bộ số trực tiếp DDS. Cấu trúc chắc chắn dễ dùng,màn hình hiển thị
rộng, có cổng giao tiếp với máy tính.
Đặc tính kĩ thuật:
 Dải tần xung phát tới 20MHz.
 Dạng xung ra: Sin, vuông, tam giác và dạng tùy chỉnh.
 Có điều chế biên độ AM, tần số FM.
 Điều chỉnh chu kỳ lấy mẫu, DC offset.
 Màn hình hiển thị rộng.
 Cổng giao tiếp RS-232.
2.2.

Mạch dao động sin

Sóng sin là dạng sóng cơ bản và hữu dụng nhất trong tất cả các dạng sóng
2.2.1
2.2.1.1

Mạch dao động sin tần số thấp
Dao động dịch pha ( phase shift oscillator )
Tạo sóng sin tần số thấp nhất là trong dải âm tần.
Còn gọi là dao động RC.
Mạch có thể dùng BJT, FET hoặc Opamp.
Thường dùng mạch khuếch đại đảo ( lệch pha 1800 ) nên hệ thống hồi tiếp phải

lệch pha thêm 1800 để tạo hồi tiếp dương.

Hình 2.4. Mạch dao động dịch pha

7


2.2.1.2

Mạch dịch pha dùng Opamp
Do Opamp có tổng trở vào rất lớn và tổng trở ra không đáng kể nên mạch dao

động này minh họa rất tốt cho chuẩn Barkausen. Mạch căn bản được vẽ ở hình 2.5.
Tần số dao động được xác định bởi:

Độ lợi dòng hở:
≥ 29

Hình 2.5. Mạch dao động dịch pha dùng Opamp
2.2.1.3

Mạch dao động dịch pha dùng FET
FET có tổng trở vào rất lớn
Tổng trở ra của mạch khuếch đại khi không có hồi tiếp:
Phải thiết kế sao cho R0 không đáng kể so với tổng trở vào của hệ thống hồi tiếp

để tần số dao động vẫn thỏa mãn công thức:

Nếu điều kiện trên không thỏa mãn thì ngoài R và C, tần số dao động sẽ còn tùy
thuộc vào R0 (xem mạch dùng BJT).

8


Ðộ lợi vòng hở của mạch: Av = -gm(RD||rD)  29 nên phải chọn Fet có gm, rD lớn
và phải thiết kế với RD tương đối lớn.

Hình 2.6. Mạch dao động dịch pha dùng FET
2.2.1.4

Mạch dùng BJT
Mạch khuếch đại là cực phát chung có hoặc không có tụ phân dòng cực phát.

Hình 2.7. Mạch dao động dịch pha dùng BJT
2.2.2

Mạch dao động cầu wien
Cũng là một dạng của dao động dịch pha. Mạch thường dùng opamp ráp theo

kiểu khuếch đại không đảo nên hệ thống hồi tiếp phải có độ lệch pha 00. Ở hình 2.5a
và 2.5b là mạch căn bản và hệ thống hồi tiếp.
9


Hình 2.8. Mạch dao động cầu wien
Trong mạch cơ bản hình 2.8a, ta chú ý:
Nếu độ lợi vòng hở Av < 3 mạch không dao động
Nếu độ lợi vòng hở Av >> 3 thì tín hiệu dao động nhận được bị biến dạng (đỉnh
dương và đỉnh âm của hình sin bị cắt).
2.2.3

Mạch dao động cầu T đôi
Một phương pháp khác để tạo ra mạch dao động tạo sóng sin là nối một mạng

cầu T đôi giữa ngõ ra và ngõ vào của một opamp khuếch đại đảo dấu như trong hình
2.9. Mạng cầu T đôi bao gồm các thành phần R1-R2-C3 và C1-C2-R3-R5. Trong một
mạch cân bằng các thành phần này có các tỉ số R1=R2=2( R3+R5 ) và C1=C2=C3/2.
7

+9V

2

6
R6

+

10k

4

3

741

-

R1
15k

-9V

R2
15k

C1
10n

C2
10n

R4
27k
C3
20n

out

R3
6k8

R5
1k

Hình 2.9. Mạch dao động cầu T đôi 1 KHz
10


Trong hình 2.9, mạng cầu T đôi được nối giữa ngõ ra và ngõ vào đảo của
opamp, và R5 được chỉnh tới hạn sao cho ngõ ra của mạng cầu T đôi có pha nghịch đảo
và biên độ nhỏ ở tần số f0 = 1 KHz.
Trong thực tế, người ta sẽ tìm cách điều chỉnh sao cho mạch dao động ổn định
dưới điều kiên dạng sóng sin ở ngõ ra của mạch có độ sái dạng nhỏ nhất. Hình 2.10
giới thiệu một phương pháp điều khiển biên độ tín hiệu ngõ ra của một mạch dao động
cầu T đôi sao cho độ sái dạng giảm xuống khá nhỏ.
D1

7

DIODE
+9V

6

+
4

3

741

-

R7
10k

-9V

R1

R2
15k

15k
C1
10n

C2
10n

set output

2

out

R4
27k
C3
20n

R3
6k8

R5
1k

R6
1k

Hình 2.10. Mạch dao động cầu T đôi được điều hòa bằng diode
2.2.4

Mạch dao động sin tần số cao
Các mạch dao động R-C thường được dùng để tạo ra các sóng sin có tần số từ

vài Hz đến vài chục hoặc vài trăm KHz còn các mạch dao động L-C thường được sử
dụng đe tạo ra sóng sin có tần số cao từ vài chục KHz đến vài trăm MHz.
Có nhiều cách khác nhau để tạo ra các phiên bản khác nhau của mạch dao động L-C
dùng transistor được sử dụng rộng rãi, đơn giản nhất là mạch dao động hồi tiếp điều
hợp cực thu với sơ đồ điển hình được cho ở hình 2.11.

11


Hình 2.11. Mạch dao động L-C hồi tiếp điều hợp cực thu
Trong mạch này Q1 được mắc thành mạch khuếch đại cực phát chung với cực
nền được phân cực nhờ mạch chia áp R1-R2, cực phát được phân cực nhờ điện trở R3
và tụ phân dòng tín hiệu tần số cao C2 tránh hồi tiếp âm trên R3. Tụ C3 cũng có công
dụng phân dòng tín hiệu tần số cao trên điện trở R1 và R2 để đảm bảo tín hiệu hồi tiếp
từ cực thu về cực nền của transistor chỉ xuất hiện trên cuộn dây L2 của biến áp T1. L1C1 tạo thành mạch điều hợp cực thu và mạch hồi tiếp thu-nền được cung cấp nhờ vào
L2 có số vòng dây ghép ít cảm ứng với L1.
Hình 2.12 trình bày một biến thể đơn giản của mạch được thiết kế trong hình
2.11, mạch này được gọi là mạch dao động Hartley. Trong mạch cuộn cảm L1 hoạt
động như một biến áp trong đó điện áp tín hiệu xuất hiện trên nửa trên của L1 nghịch
pha 1800 so với điện áp tín hiệu ở nủa dưới của L1, nghĩa là tín hiệu tại cực thu của
transistor và tín hiệu tại đỉnh trên của L1 dịch pha nhau 1800. Tín hiệu tại đỉnh trên của
L1 ghép với cực nền của transistor qua tụ C2 ( cách ly DC ) và mạch sẽ dao động ở tần
số giữa xác định bởi các trị số của L1-C1.

12


Hình 2.12. Mạch dao động Hartley cơ bản
2.2.5

Mạch tạo dao động xung vuông
Xung vuông có thể được xem là dạng xung tự do và dễ dàng hoặc được tạo ra

bằng cách biến đổi các dạng sóng có sẵn hoặc được tạo ra trực tiếp từ các mạch tạo
sóng khác nhau. Có rất nhiều mạch tạo ra xung vuông sau đây là một số xung cơ bản.
2.4.1

Mạch biến đổi sin thành vuông

Hình 2.13. Mạch schmitt biến đổi sin thành vuông dùng transistor
Một sóng vuông tốt có thể được tạo ra bằng cách đưa một sóng sin có sẵn qua
mạch kích khởi Schmitt biến đổi sin thành vuông. Hình 2.13 trình bày một mạch sử
13


dụng transistor thuộc loại này. Trong mạch cần một sóng sin có biên độ 0.5 V hoặc lớn
hơn ở ngõ vào và tạo ra sóng vuông ở ngõ ra với thời gian tăng ( thời gian cạnh lên )
khoảng chừng 250 nsec khi ngõ ra có tải nhẹ và có đặc tính tốt cho đến tần số và trăm
KHz. Trong thực tế, RV1 cần được điều chỉnh để có dạng sóng ở ngõ ra thật đối xứng.
2.4.2

Mạch không trạng thái bền dùng transistor
Đây là phương pháp tạo trực tiếp các sóng vuông. Mạch này có thể hoạt động

với các nguồn cấp điện có điện áp thấp khoảng 1.5 V hoặc ( với sự thay đổi nhỏ ) có
điện áp cao khoảng vài chục V. Hình 2.14 trình bày một mạch thực tế ( có tần số dao
động 1 KHz ) cùng với các dạng sóng cơ bản của mạch.

Hình 2.14. Mạch và dạng sóng cơ bản của mạch không trạng thái bền 1 KHz dùng
transistor
Mạch ở hình 2.14 hoạt động như một chuyển mạch tái sinh tự dao động, trong
đó các khoảng thời gian mở và tắt được xác định bởi các thời hằng C1.R1 và C2.R2.
Nếu các thời hàng này bằng nhau ( C1= C2=, R1= R2 ), mạch này tạo ra ở mỗi ngõ ra

14


một sóng vuông đối xứng có tần số bằng 1/ ( 1.4 C1R1 ). Như vậy, tần số có thể giảm
bằng cách tăng các trị số của C và R hoặc ngược lại.
Từ hình 2.14 ta lưu ý rằng các sóng vuông ở các ngõ ra tại cực thu của các
transistor đảo pha nhau 1800. Tần số hoạt động của mạch này hầu như độc lập với điện
áp của nguồn cấp điện trong tầm từ 1.5V đến 9 V. Lý do có giới hạn trên của điện áp
nguồn cấp điện là vì khi các transistor chuyển trạng thái ở cuối mỗi nửa chu kỳ tiếp
xúc nền-phát của transistor chuyển từ trạng thái dẫn ( bão hòa ) sang trạng thái tắt (
ngưng dẫn ) được phân cực nghịch bởi một điện áp bằng với điện áp của nguồn cấp
điện, và nếu điện áp này vượt quá giá trị đánh thủng tiếp xúc nền-phát phân cực nghịch
của transistor ( thường khoảng 9 V ), các hoạt động định thời bị phá vỡ và transistor có
thể bị hỏng. Để tránh trường hợp này xảy ra người ta thường mắc thêm diode làm tăng
điện áp đánh thủng.
2.4.3

Mạch tạo sóng vuông dùng opamp
Một phương pháp khác tạo ra các sóng vuông là sử dụng một opamp kết nối

thành mạch tự dao động cơ bản được trình bày như hình 2.15. Mạch này sử dụng
nguồn cấp điện đối xứng và ngõ ra của opamp sẽ chuyển đổi liên tục giữa các mức
điện áp bão hòa dương và mức điện áp bão hòa âm của opamp.

Hình 2.15. Mạch dao động cơ bản dùng opamp
Hình 2.16 trình bày cách thực hiện một mạch tạo sóng vuông dung opamp có
tần số thay đổi từ 500 Hz đến 5 KHz. Việc thay đổi tần số được thực hiện bằng cách
điều chỉnh RV1 trong mạch chia áp R2-RV1-R3. Khi điều chỉnh RV1 ta thay đổi đồng
15


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×