Tải bản đầy đủ

giáo trình kỹ thuật xung

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 1
GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN ............................................................................... 2
CHƢƠNG 1: TÍN HIỆU XUNG VÀ CÁC THAM SỐ ....................................... 4
1.1. KHÁI NIỆM ......................................................................................... 4
1.2. CÁC DẠNG XUNG CƠ BẢN ............................................................... 5
1.3. CÁC THÔNG SỐ CỦA TÍN HIỆU XUNG ............................................ 6
1.3.1. Chu kỳ xung - Tần số xung ............................................................ 7
1.3.2. Độ rỗng và hệ số đầy của xung ...................................................... 7
1.3.3. Độ rộng sƣờn trƣớc, độ rộng sƣờn sau ........................................... 7
1.4. CÁC DẠNG HÀM CƠ BẢN ................................................................. 8
1.4.1. Hàm bƣớc đơn vị (Unit – Step Funtion) ......................................... 8
1.4.2. Hàm đột biến (Sudden Impulse Function) ...................................... 8
1.4.3. Hàm đơn vị (Unit – Impulse Funtion) hay xung Dirac .................... 8
1.4.4. Xung chữ nhật (Regtanglar Impulse) ............................................. 9
1.4.5. Hàm dốc (Ramp Function) ............................................................. 9
1.4.6. Hàm mũ (Exponential Function) .................................................... 9
1.5. BÀI TẬP THỰC HÀNH...................................................................... 10
CHƢƠNG 2: BIẾN ĐỔI DẠNG XUNG BẰNG R, L , C ................................. 11
2.1 KHÁI QUÁT VỀ BIẾN ĐỔI DẠNG XUNG ......................................... 11
2.2. MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG ................................................................... 12

2.2.1. Mạch lọc thông cao ..................................................................... 12
2.2.1.1. Mạch lọc thông cao dùng RC .............................................. 12
2.2.1.2. Mạch lọc thông cao dùng RL ............................................... 13
2.2.2. Mạch lọc thông thấp .................................................................... 13
2.2.2.1. Mạch lọc thông thấp RC ...................................................... 14
2.2.2.2. Mạch lọc thông thấp dùng RL ............................................. 15
2.2.2.3. Mạch lọc thông thấp dùng LC ............................................. 15


2.2.3. Mạch tích phân và mạch vi phân .................................................. 15
2.2.3.1. Mạch vi phân ...................................................................... 15
2.2.3.1.1. Mạch vi phân dùng RC......................................................... 15
2.2.3.1.2. Mạch vi phân RL .................................................................. 16
2.2.3.1.3. Mạch vi phân dùng Op-amp ................................................. 17
2.2.3.2. Mạch tích phân ................................................................... 17
2.2.3.2.1. Mạch tích phân dùng RC ...................................................... 18
2.2.3.2.2. Mạch tích phân RL ............................................................... 18
2.2.3.2.3. Mạch tích phân dùng Op-amp .............................................. 19
2.2. BÀI TẬP THỰC HÀNH...................................................................... 20
CHƢƠNG 3: MẠCH GHIM ÁP ...................................................................... 25
3.1. VAI TRÕ CỦA MẠCH GHIM ............................................................ 25
3.2. CÁC LOẠI MẠCH GHIM .................................................................. 25
3.2.1. Mạch ghim đỉnh trên ................................................................... 25
3.2.1.1. Mạch ghi đỉnh trên với tín hiệu vào là xung vuông .............. 26
3.2.1.2. Mạch ghi đỉnh trên với tín hiệu vào là xung sin ................... 27
3.2.2. Mạch ghim đỉnh dƣới .................................................................. 28
3.2.2.1. Mạch ghim đỉnh dƣới với tín hiệu vào là xung vuông và V dc
dƣơng ................................................................................ 28
3.2.2.2. Mạch ghim đỉnh dƣới với tín hiệu vào là xung sin và V dc âm 30
3.3. BÀI TẬP THỰC HÀNH...................................................................... 30
CHƢƠNG 4: CÁC MẠCH TẠO XUNG .......................................................... 33
4.1. CÁC MẠCH TẠO XUNG VUÔNG .................................................... 33
4.1.1. Mạch tạo xung vuông dùng IC555 ............................................... 33
4.1.1.1. Lý thuyết liên quan ............................................................. 33
4.1.1.2. Bài tập thực hành ................................................................ 34
4.1.2. Mạch tạo xung vuông dùng BJT .................................................. 37
4.1.2.1. Lý thuyết liên quan ............................................................. 37
4.1.2.2. Bài tập thực hành ................................................................ 38
4.1.3. Mạch tạo xung vuông dùng KĐTT ............................................... 39



4.1.3.1. Lý thuyết liên quan ............................................................. 39
4.1.3.2. Bài tập thực hành ................................................................ 40
4.2. CÁC MẠCH TẠO XUNG SIN ............................................................ 41
4.2.1. Mạch dao động cầu Wien ............................................................ 41
4.2.1.1. Lý thuyết liên quan ............................................................. 41
4.2.1.2. Bài tập thực hành ................................................................ 44
4.2.2. Mạch dao động dịch pha RC KĐTT ............................................. 46
4.2.2.1. Lý thuyết liên quan ............................................................. 46
4.2.2.2. Bài tập thực hành ................................................................ 47
4.2.3. Mạch tạo xung tam giác dùng KĐTT ........................................... 49
4.2.3.1. Lý thuyết liên quan ............................................................. 49
4.2.3.2. Bài tập thực hành ................................................................ 50
4.3. MẠCH TẠO XUNG PWM .................................................................. 52
4.3.1. Lý thuyết liên quan ...................................................................... 52
4.3.2. Bài tập thực hành ........................................................................ 53
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 5457


LỜI NÓI ĐẦU
Kỹ thuật xung là môn học cơ bản, nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc cũng
nhƣ những ứng dụng điển hình của các mạch tạo xung cơ bản. Đây đƣợc coi là một
môn cơ sở quan trọng trƣớc khi tiếp cận sâu hơn vào phần kỹ thuật điện tử. Môn học
trang bị kiến thức nền tảng để sinh viên tiếp thu kiến thức các môn học tiếp theo nhƣ
Kỹ thuật số, điện tử nâng cao, điện tử công suất, v.v…
Giáo trình Kỹ thuật xung đƣợc biên soạn nhằm nâng cao chất lƣợng giảng dạy
và học tập của Giảng viên và Sinh viên. Giáo trình đƣợc viết dựa trên những ứng dụng
thực tế, các giáo trình và tài liệu tham khảo mới nhất hiện nay giúp ngƣời đọc dễ hình
dung, dễ nghiên cứu và dễ ứng dụng.
Nội dung giáo trình Kỹ thuật xung gồm:
Chƣơng 1: Tín hiệu xung và các tham số
Chƣơng 2: Biến đổi dạng xung bằng R, L, C
Chƣơng 3: Mạch ghim áp
Chƣơng 4: Các mạch tạo xung
Mặc dù đã đƣợc kiểm tra cẩn thận nhƣng tài liệu chắc chắn còn có sai sót.
Nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các đồng nghiệp trong bộ môn
Điện tử công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến quí báu cho tài liệu này.
Để giáo trình đƣợc hoàn thiện hơn nữa, nhóm tác giả chúng tôi rất mong
nhận đƣợc sự đóng góp của bạn đọc.
TÁC GIẢ

1


GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN
Vị trí, ý nghĩa, vai trò của mô đun:
 Vị trí: Là mô đun cơ sở nghề đƣợc bố trí dạy sau khi học xong các môn cơ
bản nhƣ Điện tử cơ bản, kỹ thuật mạch điện tử.
 Ý nghĩa: Là mô đun bắt buộc.
 Vai trò: là mô đun cơ sở ngành, là cơ sở để tiếp cận sâu hơn về phần kỹ
thuật điện tử.
Mục tiêu của mô đun:
 Về kiến thức:
 Trình bày đƣợc hình dạng các kiểu xung và thông số kỹ thuật.
 Trình bày đƣợc sơ đồ nguyên lý và cách tính toàn tần số của một số
mạch tạo xung.
 Về kỹ năng:
 Thiết kế đƣợc mạch tạo xung đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật.
 Lắp ráp đƣợc một số mạch điều khiển đơn giản đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.
 Kiểm tra, sữa chữa đƣợc các mạch tạo xung đạt yêu cầu kỹ thuật.
 Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
 Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết công việc, vấn đề
phức tạp trong điều kiện làm việc thay đổi.
 Hƣớng dẫn tối thiểu, giám sát những ngƣời khác thực hiện nhiệm vụ xác
định; chịu trách nhiệm cá nhân và trách nhiệm đối với nhóm.
 Đánh giá chất lƣợng sản phẩm sau khi hoàn thành và kết quả thực hiện
của các thành viên trong nhóm.
Yêu cầu về kiểm tra, đánh gía hoàn thành mô đun
 Phƣơng pháp kiểm tra tự luận
 Phƣơng pháp thực hành kiểm tra tại chỗ
 Thi kết thúc thực hành

2


YÊU CẦU VỀ VẬT TƢ, THIẾT BỊ
1. Trang thiết bị máy móc:
 Bảng , phấn bàn, ghế học tập.
 Đồng hồ VOM kim và số, máy hiện sóng(oscilloscope), máy phát tín hiệu.
 PC, Projector.
3. Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu:
 Học liệu:
 Giáo trình, tài liệu
 Dụng cụ:
 Bộ đồ nghề điện, cơ khí cầm tay.
 VOM, M, Ampare kìm.
 Bo cắm đa năng
 Nguyên vật liệu:
 Linh kiện điện tử, dây điện

3


CHƢƠNG 1: TÍN HIỆU XUNG VÀ CÁC THAM SỐ
MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG:
Sau khi học xong chƣơng này ngƣời học có khả năng:
 Về kiến thức: Trình bày đƣợc các khái niệm về xung điện, dãy xung, các
tham số cơ bản của tín hiệu xung và các dạng hàm cơ bản.
 Về kỹ năng: Phân tích đƣợc các dạng xung.
 Về thái độ: Bảo đảm an toàn cho ngƣời và thiết bị. Làm việc nhóm hiệu
quả. Giữ gìn vệ sinh công nghiệp.
NỘI DUNG CHI TIẾT:
1.1. KHÁI NIỆM
Trong đời sống hàng ngày, con ngƣời thƣờng xuyên phải thu nhận và trao
đổi thông tin lẫn nhau. Chẳng hạn những tin tức âm thanh, hình ảnh có truyền đi
đƣợc là nhờ vào các hệ thống điện tử. Các hệ thống này biến đổi những tin tức
trên thành đại lƣợng điện áp hoặc dòng điện. Kết quả của quá trình biến đổi điện
áp hoặc dòng điện phải tỷ lệ với lƣợng thông tin nguyên gốc.
Ví dụ: Microphone biến đổi tiếng nói ngƣời thành tín hiệu điện.
Camera biến đổi hình ảnh thành tín hiệu điện.
Các tín hiệu có biên độ biến đổi theo thời gian đƣợc phân ra thành hai loại
cơ bản, đó là tín hiệu liên tục (còn gọi là tín hiệu tuyến tính hay tín hiệu tƣơng tự)
và tín hiệu gián đoạn (còn gọi là tín hiệu xung hay số).
v(t)
v(t)
VH

Vp

VL

t

0

-Vp

t1

t2

t

t

v(t) = V H nếu 0  t < t 1
v(t) = V L nếu t1  t < t 2

v(t) = Vp.Sint
Hình 1-1a: tín hiệu hình Sin

Hình 1-1b: tín hiệu hình Vuông

Tín hiệu hình Sin đƣợc xem là
tín hiệu tiêu biểu cho loại tín
hiệu liên tục.

Tín hiệu hình vuông đƣợc xem là
tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu
gián đoạn.
4


Ngày nay trong kỹ thuật vô tuyến điện, có rất nhiều thiết bị hoạt động trong
một chế độ đặc biệt đó là chế độ xung. Khác với những thiết bị điện tử làm việc
trong chế độ liên tục, trong các thiết bị làm việc ở chế độ xung thì dòng điện hoặc
điện áp tác dụng lên mạch một cách rời rạc theo một quy luật nào đó. Ở những
thời điểm đóng hoặc ngắt điện áp, trong mạch sẽ phát sinh quá trình quá độ phá
hủy chế độ công tác tĩnh của mạch.
Đặc điểm của chế độ xung: Điện áp (hay dòng điện) không tồn tại liên tục mà tồn
tại gián đoạn theo thời gian
Các ưu điểm cơ bản của thiết bị làm việc ở chế độ xung:
1- Cho phép thực hiện phép đo khoảng cách đơn giản trong các hệ thống đa xung
2 - Cho phép thực hiện mã hóa tín hiệu cho nên đảm bảo đƣợc độ bảo mật thông
tin cao.
3 - Tính chống nhiễu của hệ thống làm việc với tín hiệu xung cao bởi vì độ sai
lệch cho phép của tín hiệu xung lớn hơn nhiều so với tín hiệu xung tƣơng tự.
4 - Cho phép thực hiện việc nén thông tin, mã hóa thông tin cho nên thực hiện
ghép đƣợc nhiều kênh thông tin trên cùng một đƣờng truyền tín hiệu.
Nhiệm vụ nghiên cứu của môn học là nghiên cứu tín hiệu xung, các quá
trình xung và các mạch tạo tín hiệu xung cơ bản.
Các thiết bị xung đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật
hiện đại nhƣ: Thông tin, điều khiển, rada, vô tuyếnn hình, máy tính điện tử, điện
tử ứng dụng.
Tùy theo nhiệm vụ mà trong các thiết bị sử dụng nhiều loại sơ đồ xung
khác nhau, khác nhau về nguyên tắc, cấu tạo, nguyên lý làm việc cũng nhƣ các
tham số. Tổ hợp các phƣơng pháp, các thiết bị để tạo và biến đổi dạng xung, để
biểu thị và chọn xung gọi là kỹ thuật xung.
1.2. CÁC DẠNG XUNG CƠ BẢN
Xung điện là những điện áp hoặc dòng điện tồn tại trong một khoảng thời gian
rất ngắn có thể so sánh với thời gian quá độ còn gọi là thời gian thiết lập T TL 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.

5


Nếu có một dãy xung tác động lên mạch, giả thiết rằng khoảng thời gian
các xung kế tiếp nhau đủ lớn so với thời gian quá độ của mạch điện. Khi đó tác
động của dãy xung đƣợc xem nhƣ tác động của một xung đơn. Ngƣợc lại, nếu nhƣ
khoảng thời gian kế tiếp nhau giữa các xung đủ nhỏ so với quá trình quá độ của
mạch điện thì ta phải nghiên cứu tác động của dãy xung nhƣ của những điện áp
hoặc dòng điện có dạng phức tạp.
Một số dạng tín hiệu xung thƣờng gặp:

t

t

t
Xung răng cƣa

Xung nhọn

Xung vuông

t

t

Xung hình thang

Xung hàm số mũ

t
Xung tam giác

Hình 1-2: Các dạng tín hiệu xung
Các loại xung trên đƣợc gọi là các xung thị tần (có thể quan sát bằng
oscilloscope) có đặc điểm bị suy giảm rất nhanh trên đƣờng truyền tín hiệu. Do đó
để truyền tín hiệu xung đi xa ngƣời ta phải dùng đến xung xạ tần (bức xạ điện tử).
Xung xạ tần là các đợt dao động cao tần liên tiếp ở tần số cao, có đƣờng biên độ
là các xung thị tần.
Trong nhiều trƣờng hợp, xung tam giác có thể gọi là xung răng cƣa và
ngƣợc lại.
Các dạng xung cơ bản, nhƣ trong hình 1-2 rất khác nhau về dạng sóng
nhƣng có điểm chung là thời gian tồn tại xung rất ngắn hay sự biến thiên biên độ
từ thấp lên cao (nhƣ xung nhọn) hay từ cao xuống thấp (nhƣ xung tam giác) xảy
ra rất nhanh.
1.3. CÁC THÔNG SỐ CỦA TÍN HIỆU XUNG
Tín hiệu xung vuông trong hình 1-1b là một tín hiệu vuông lý tƣởng. Trong
thực tế, khó có một tín hiệu vuông mà đƣờng biên độ tăng và đƣờng biên độ giảm
thẳng đứng (ứng tới thời gian tăng hay giảm là t = 0).

6


v
on
off

Vm

0

t
T
Hình 1-3: Dãy xung vuông
1.3.1. Chu kỳ xung - Tần số xung
 on: là độ rộng xung ứng với mức điện áp cao.
 off : là thời gian không có xung ứng với mức điện áp thấp.
 Tx: là chu kỳ xung. T = on + off


: là tần số xung (là số lần xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian).

1.3.2. Độ rỗng và hệ số đầy của xung
Trong một chu kỳ của xung, thời gian có xung thƣờng rất ngắn so với chu
kỳ T. Ngƣời ta định nghĩa, độ rỗng của xung là tỷ số giữa chu kỳ T và độ rộng
xung on.
 Qx =
 x =

Độ rỗng của dãy xung

1
=
Qx

hệ số đầy của xung. (x < 1), Nếu x >

xung rộng, nếu x <

1
thì đƣợc gọi là
2

1
thì đƣợc gọi là xung hẹp.
2

1.3.3. Độ rộng sƣờn trƣớc, độ rộng sƣờn sau
Trong thực tế, các xung vuông không có dạng lý tƣởng nhƣ hình 1-5 mà có
dạng nhƣ hình 1-6. Theo dạng xung hình 1-6, khi tăng điện áp sẽ có thời gian trễ
tr (r: rise) gọi là độ rộng sƣờn trƣớc, ngƣợc lại, khi giảm điện áp cũng sẽ có thời
gian trễ tf (f: fall) gọi là độ rộng sƣờn sau.
Độ rộng sƣờn trƣớc, độ rộng sƣờn sau là thời gian biên độ xung tang hay
giảm trong khoảng 0,1V m đến 0,9V m.
Thời gian xung có biên độ từ 0,9V m đến Vm ứng với đoạn đỉnh của xung gọi là tp
(p: peak).
Độ rộng xung thực tế: t on = tr + tp + tf
Độ sụt đỉnh xungV là độ giảm biên độ ở phần đỉnh xung.
7


V
Vm
0,9Vm

Um
Vm

0,1Vm
tr
2

p

tf

t

on

Hình 1-4: Dạng xung thực tế
1.4. CÁC DẠNG HÀM CƠ BẢN
1.4.1. Hàm bƣớc đơn vị (Unit – Step Funtion)
u(t)
u(t)
𝑢 𝑡

𝑎
0

𝑡≥0
𝑡<0

𝑢 𝑡 − 𝑡0

𝑎
0

𝑡 ≥ 𝑡0
𝑡 < 𝑡0

a
0

t

1.4.2. Hàm đột biến (Sudden Impulse Function)
u(t)
u(t - t0 )
a
0

t0

t

1.4.3. Hàm đơn vị (Unit – Impulse Funtion) hay xung Dirac
 (t)
𝑡

(t)
0

t

8

+
0

𝑡 0
𝑡 0


1.4.4. Xung chữ nhật (Regtanglar Impulse)
p(t)
p(t)

𝑎
0

𝑝 𝑡

a
t1

0

𝑡

𝑡<𝑡
𝑡 < 𝑡 𝑣à 𝑡 ≥ 𝑡

p(t) = u(t – t1) – u(t – t2 )

t2

t

1.4.5. Hàm dốc (Ramp Function)
r(t)

𝑡
0

𝑟 𝑡

𝑡≥0
𝑡<0

r(t)
t

0
r(t)

𝑟 𝑡 − 𝑡0
r(t – t0 )

0

t0

𝑡
0

𝑡 ≥ 𝑡0
𝑡 < 𝑡0

t

1.4.6. Hàm mũ (Exponential Function)
x1(t)

x2(t)
a

a

t

x3(t)

x4(t)

a

a

T0

T0

t




0

9

t


0


1.5. BÀI TẬP THỰC HÀNH
Viết lại các hàm của các xung sau:
x2(t)

x1(t)

2
1
t
0

0

t

1

0

-1

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

x3(t)

x4(t)

2

3
2
t

t
0

3

0

4

1

2

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

…………………………............

10


CHƢƠNG 2: BIẾN ĐỔI DẠNG XUNG BẰNG R, L , C
MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG:
Sau khi học xong chƣơng này ngƣời học có khả năng:
 Về kiến thức: Trình bày và phân tích đƣợc nguyên lý của sự thay đổi các
dạng xung qua mạch RL, RC, RLC.
 Về kỹ năng: Lắp ráp đƣợc các mạch biến đổi xung sử dụng các phần tử R,
L, C. Phân tích đƣợc các lỗi thƣờng gặp trong mạch.
 Về thái độ: Bảo đảm an toàn cho ngƣời và thiết bị. Làm việc nhóm hiệu
quả. Giữ gìn vệ sinh công nghiệp.
NỘI DUNG CHI TIẾT:
2.1 KHÁI QUÁT VỀ BIẾN ĐỔI DẠNG XUNG
Hệ thống điện tử số làm việc dựa trên những tín hiệu chỉ mang một trong
hai giá trí gián đoạn là 0 hoặc 1 (mức thấp hoặc mức cao). Những tín hiệu đó
đƣợc xem nhƣ là số nhị phân và là tín hiệu chuẩn đƣợc tìm thấy trong những hệ
thống điện tử số ngày nay.
Những tín hiệu có dạng chuỗi xung vuông là sự nối tiếp của một chuỗi mức
thấp và một chuỗi mức cao. Nó đƣợc tạo thành nhờ hệ thống điện tử, cụ thể là các
mạch tạo xung.
Nếu hệ thống điện tử cần cung cấp những chuỗi xung có tần số cao hoặc
tần số thấp, ta phải dùng mạch phát xung và biến đổi dạng xung theo yêu cầu của
hệ thống. Dạng mạch biến đổi dạng xung cơ bản là RC – RL - RLC (mắc nối tiếp
và song song). Tùy theo tín hiệu ngõ ra lấy trên phần tử nào mà hình thành các
mạch lọc khác nhau.
Trong lý thuyết về mạch lọc ngƣời ta chia ra là mạch lọc thụ động và mạch
lọc tích cực.
 Mạch lọc thụ động : là do trong mạch chỉ dùng những phần tử thụ động nhƣ R,
L, C (bản thân các phần tử này không mang năng lƣợng) để thực hiện chức
năng lọc.
 Mạch lọc tích cực : Dùng các phần tử tích cực nhƣ khếch đại thuật toán kết
hợp với vòng hồi tiếp gồm R và C.
Nếu phân theo tần số thì có mạch lọc thông thấp, mạch lọc thông cao, mạch
lọc thông dải và mạch lọc chặn dải.
11


 Mạch lọc thông thấp : Ngăn việc truyền các tần số cao.
 Mạch lọc thông cao : Loại bỏ các tín hiệu tần số thấp.
 Mạch lọc thông dải : Cho phép đi qua các tần số trong băng thông nhƣng loại
bỏ (hoặc làm suy giảm) các tần số cao hoặc thấp hơn.
 Mạch lọc chặn dải : Làm suy giảm các tần số trong một dãy nào đó của một
tần số trung tâm nhƣng lại cho phép các tần số thấp hơn và cao hơn đi qua.
2.2. MẠCH LỌC THỤ ĐỘNG
2.2.1. Mạch lọc thông cao
Để hình thành những mạch lọc thông cao, có nhiều cách để thực hiện, có
thể dùng mạch RC, RL, Op-amp, thạch anh hoặc gốm lọc. Về nguyên tắc, cấu tạo
thì khác nhau nhƣng có cùng chức năng là cho tần số cao đi qua và giữ lại tần số
thấp.
2.2.1.1. Mạch lọc thông cao dùng RC

𝑋𝐶

𝜔𝐶

2𝜋𝑓𝐶

Hình 2-1: Mạch lọc thông cao RC
 Đặc điểm của mạch lọc thông cao RC:
 Trở kháng của tụ giảm khi tần số tăng lên, với tín hiệu tần số cao thì tín hiệu
ngõ vào ít bị suy hao hơn các thành phần tần số thấp.
 Ở các tần số rất cao thì hầu nhƣ tụ bị ngắn mạch và tất cả các tín hiệu ngõ vào
xuất hiện ở ngõ ra (trở kháng thể hiện độ cản trở tín hiệu do đó trở kháng mà
càng lớn thì độ cản trở càng cao và ngƣợc lạ. Đây là lý do vì sao khi có tần số
cao, có ý nghĩa là f lớn thì trở kháng của tụ là Xc lại giảm).
 Ở tần số càng thấp thì tụ có trở kháng vô cùng lớn ( +∞) nên coi nhƣ hở
mạch. Suy ra bất kì tín hiệu nào ở ngõ vào đều không thể xuất hiện ở ngõ xa
(khi f=0 thì có thể hiểu tín hiệu ngõ vào là tín hiệu một chiều. Suy ra tụ không
cho tín hiệu một chiều đi qua).
 Thông số của mạch lọc thông cao RC:
 Thời hằng:
 Dạng tín hiệu ra của mạch lọc thông cao RC:
12


Giả sử tín hiệu vào là xung vuông, có chu kỳ T thì đầu ra có thể có các
dạng sau:
Khi 𝜏 >> t1

Khi 𝜏 << t1

Hình 2-2: Dạng xung ra của mạch lọc thông cao RC
2.2.1.2. Mạch lọc thông cao dùng RL
 Ở tần số thấp thì X L nhỏ, tín hiệu ngõ vào ra đi qua cuộn dây ngắn mạch xuống
mass. Suy ra không có thành phần tần số thấp.
 Ở tần số cao thì X L coi nhƣ hở mạch. Suy ra, các tín hiệu ngõ vào sẽ đi thẳng
ra ngõ ra.
 Tính chất của L và C ngƣợc nhau đối với tần số

𝑋𝐿

𝜔𝐿

2𝜋𝑓𝐿

Hình 2-3: Mạch lọc thông cao RL
2.2.2. Mạch lọc thông thấp
Giống nhƣ mạch lọc thông cao, cũng thực hiện dựa trên cơ sở của mạch
RC, RL, Op-amp, thạch anh và gốm lọc. Chức năng của mạch lọc tần số cao là
cho qua những tín hiệu có tần số thấp và giữ lại những tín hiệu có tần số cao.

13


2.2.2.1. Mạch lọc thông thấp RC

Hình 2-4: Mạch lọc thông thấp RC
 Đặc điểm của mạch lọc thông thấp RC:
 Ở tần số cao (tức f lớn) thì X C nhỏ, do đó tín hiệu có tần số cao đi qua tụ C
xuống mass. Suy ra đầu ra không có tín hiệu. Các vùng tần số cao (ứng với
sƣờn lên và sƣờn xuống của dạng xung) bị biến dạng, tức là thành phần tần số
cao bị lọc đi.
 Ở tần số thấp (tức f nhỏ) thì X C lớn. TÍn hiệu sẽ không đi qua C mà đi thẳng ra
ngõ ra. Suy ra ở đầu ra có tín hiệu. Các vùng tần số không bị biến dạng, tức là
thành phần tần số thấp đƣợc cho qua.
 Thông số của mạch lọc thông thấp RC:
 Thời hằng:
 Dạng tín hiệu ra của mạch lọc thông thấp RC:
Giả sử tín hiệu vào là xung vuông, có chu kỳ T thì đầu ra có thể có các
dạng sau:
Khi 𝜏 << t 1

Khi 𝜏 >> t 1

Hình 2-5: Dạng xung ra của mạch lọc thông thấp RC

14


2.2.2.2. Mạch lọc thông thấp dùng RL
 Ở tần số thấp X L có giá trị nhỏ,do đó tín hiệu ở dải tần số này cho qua cuộn L
đến ngõ ra.
 Ở tần số cao thì X L lớn, do đó cuộn L làm nhiệm vụ lọc tần số cao, không cho
truyền đến ngõ ra.

Hình 2-6: Mạch lọc thông thấp RL
2.2.2.3. Mạch lọc thông thấp dùng LC
 Ở tần số thấp thì Xc lớn, X L nhỏ, do đó tần số thấp qua L, không qua C mà
truyền thẳng đến ngõ ra.
 Ở tần số cao thì bị cuộn dây L ngăn lại tụ C cũng có nhiệm vụ ngắn mạch tần
số cáo xuống Mass. Do đó ngõ ra bị triệt tiêu tần số cao.

𝑓𝐶

2𝜋 𝐿𝐶

Hình 2-7: Mạch lọc thông thấp LC
2.2.3. Mạch tích phân và mạch vi phân
2.2.3.1. Mạch vi phân
Trong kĩ thuật xung, mạch vi phân dùng để vi phân các xung điện nhằm
mục đích.
 Thu hẹp độ rộng xung và tạo ra nhƣng gai nhọn để kích và đồng bộ các linh
kiện công suất nhƣ SCR, Triac…
 Thực hiện các phép toán vi phân đối với các hàm số phức tạp trong mang tính
tƣơng tự, các thiết bị đo lƣờng, các hệ thống tự động theo dõi và tự động điều
chỉnh.
2.2.3.1.1. Mạch vi phân dùng RC
 Định nghĩa: Mạch vi phân RC là một mạch tuyến tính mà tín hiệu đầu ra tỉ lệ
vi phân với tín hiệu đầu vào theo công thức sau:
15


 Tần số cắt:
 Ở tần số cắt thì:
 Điều kiện để một mạch RC trở thành một mạch vi phân là:

RC <<

𝑇𝑣
2𝜋

 Tín hiệu xung vuông qua mạch vi phân RC sẽ cho đầu ra là xung nhọn:
𝑉𝑖𝑛 𝑡
𝑑𝑉𝑖𝑛 𝑡
𝑑𝑡

𝑡

+∞

𝑡

0
𝑈𝑜𝑢𝑡 𝑡

−∞
𝜏𝑥 3𝑅𝐶

𝐸

𝑡

0

Hình 2-8: Dạng xung đầu ra của mạch vi phân RC
2.2.3.1.2. Mạch vi phân RL
 Định nghĩa: Mạch vi phân RL là một mạch tuyến tính mà tín hiệu đầu ra tỉ lệ
vi phân với tín hiệu đầu vào theo công thức sau:

 Tần số cắt:
2
Ở tần số cắt thì:
2
16


 Điều kiện để một mạch RL trở thành một mạch vi phân là:

𝐿
𝑇𝑣

𝑅 2𝜋
2.2.3.1.3. Mạch vi phân dùng Op-amp

Hình 2-9: Mạch vi phân dùng Op-amp
Mạch vi phân trong hình 2-9 mắc theo kiểu mạch đảo với mạch phân áp là
tụ C và điện trở R. Tụ C là tụ đƣa tín hiệu vào, R là điện trở hồi tiếp từ ngõ ra về
ngõ vào, R’ thƣờng chọn có trị số bằng điện trở R, có tác dụng bù trừ nhiệt.
 Thông số của mạch vi phân dùng Op-amp
 Điện áp ra của mạch vi phân:

 Dạng tín hiệu đầu ra của mạch vi phân dùng Op-amp:
 Nếu tín hiệu vào là xung vuông thì tín hiệu ra sẽ là xung nhọn.
 Nếu tín hiệu vào là xung tam giác thì tín hiệu ra sẽ là xung vuông.
2.2.3.2. Mạch tích phân
Mạch tích phân đƣợc ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật xung để điện áp và
dao động biến đổi theo đƣờng thẳng xuyến (dạng xung răng cƣa). Dạng xung này
đƣợc ứng dụng này đƣợc ứng dụng trong các bộ phận chỉ báo dùng ống tia điện tử
của kĩ thuật Rada, đo lƣờng và đƣợc ứng dụng trong bộ phận quét ngang, quét
dọc của tuyến truyền hình. Nó còn dùng để chọn xung theo độ rộng trong kĩ thuật
thông tin và điều khiển. Trong máy tính tƣơng tự, nó thực hiện phép toán tích
phân đối với những hàm phức tạp.
17


2.2.3.2.1. Mạch tích phân dùng RC
 Định nghĩa: Mạch tích phân RC là một mạng 4 cực tuyến tính, tín hiệu đầu ra
tỉ lệ tích phân với tín hiệu đầu vào theo công thức:

 Tần số cắt:
2
Ở tần số cắt thì:
2
 Điều kiện để một mạch RC trở thành một mạch tích phân là:

RC ≫

𝑇𝑣
2𝜋

 Tín hiệu xung vuông qua mạch tích phân RC sẽ cho đầu ra là xung tam giác:
Vin (t)
TV
t
Vout (t)
t
Hình 2-10: Dạng xung đầu ra của mạch tích phân RC
2.2.3.2.2. Mạch tích phân RL
 Định nghĩa: Mạch tích phân là một mạng 4 cực tuyến tính, tín hiệu đầu ra tỉ lệ
tích phân với tín hiệu đầu vào theo công thức:

2

2
18


 Điều kiện để một mạch RL trở thành một mạch tích phân là:

𝐿
𝑇𝑣

𝑅 2𝜋
2.2.3.2.3. Mạch tích phân dùng Op-amp

Hình 2-11: Mạch tích phân dùng Op-amp
 Thông số của mạch tích phân dùng Op-amp
 Điện áp ra của mạch tích phân:




 Dạng tín hiệu đầu ra của mạch tích phân dùng Op-amp: Nếu ngõ vào là xung
vuông thì ngõ ra là xung tam giác.

19


2.2. BÀI TẬP THỰC HÀNH
Bài 1:
Cho C = 1uF, R = 10K. V in là xung
vuông có tần số:
a. f in = 1Hz
b. f in = 20Hz
c. f in = 1KHz
So sánh  với T in và vẽ dạng sóng của
Vout trong các trƣờng hợp trên.
Kết quả:

Volt/Div:.............Time/Div:.............

Volt/Div:.............Time/Div:.............

Điểm đo:...........................................

Điểm đo:...........................................

Volt/Div:.............Time/Div:.............
Điểm đo:...........................................
20


Bài 2:
Cho C = 1uF, R = 10K. V in là xung
vuông có tần số:
a. f in = 1Hz
b. f in = 20Hz
c. f in = 1KHz
So sánh  với T in và vẽ dạng sóng của
Vout trong các trƣờng hợp trên.
Kết quả:

Volt/Div:.............Time/Div:.............

Volt/Div:.............Time/Div:.............

Điểm đo:...........................................

Điểm đo:...........................................

Volt/Div:.............Time/Div:.............
Điểm đo:...........................................
21


Bài 3: Cho mạch tích phân sau:

 Tần số cắt f c của mạch (tại đó X C1 = R3 ):
2
 Dùng máy phát xung, cấp tín hiệu xung sin 1Vp-p , tần số 20Hz vào TP1.
 Đặt que đó kênh CH1 của máy hiện sóng vào TP1 để đo tín hiệu vào và kênh
CH2 vào TP2 để đo tín hiệu ra.

Volt/Div:.............Time/Div:.............
Nhận xét kết quả đo: ............................................................................................
22


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×