Mạch tạo sóng hình sin

      11

Một mạch giao động là mạch tất cả khả năng đổi khác năng lượng trường đoản cú dc sang ac.

Bạn đang xem: Mạch tạo sóng hình sin

Tất cả nhiềuloại mạch dao động tạo thành các dạng sóng tín hiệu khác biệt như: sin, vuông, tam giác…. Trongđó mạch giao động tạo sóng sin được áp dụng để sinh sản tín hiệu chuẩn trong đo lường, kiểm tra,điều khiển, chuyển đổi tần số…


*

Chương 8: Mạch dao động tạo sóng sin. CHƯƠNG 8: MẠCH DAO DỘNG TẠO SÓNG SINI. Giới thiệu: Một mạch xấp xỉ là mạch bao gồm khả năng thay đổi năng lượng tự dc sang ac. Tất cả nhiềuloại mạch dao động tạo ra các dạng sóng tín hiệu khác nhau như: sin, vuông, tam giác…. Trongđó mạch xấp xỉ tạo sóng sin được thực hiện để tạo nên tín hiệu chuẩn trong đo lường, kiểm tra,điều khiển, biến hóa tần số…Còn các mạch xấp xỉ tạo bộc lộ sóng vuông, dốc, xung thìthường được dùng trong chuyển mạch, điều khiển… vì chưng sự đặc trưng của của mạch dao độngmà chúng ta cần gọi và núm vững các dạng mạch xấp xỉ và nguyên lý buổi giao lưu của nó. Ởphần điện tử cơ bản chúng ta chỉ xét tới mọi mạch xấp xỉ tạo sóng sin, còn những mạch daođộng tạo những tín hiệu khác như vuông, tam giác… thì vẫn học ở đoạn kỹ thuật xung. Để đáng giá quality của một dao động phụ thuộc vào sự định hình của tần số ngỏ ra.II. Đại cưng cửng về hồi tiếp dương: Hình 8.1: Sơ đồ gia dụng khối của mạch khuếch đại có hồi tiếp dương. A: Mạch khuếch đại vòng hở có thông số khuếch đại vòng hở là A. β: là mạch hồi tiếp, có hệ số hồi tiếp là β. Vfb: là dấu hiệu hồi tiếp. Vi: tín hiệu ngỏ vào. V€: biểu thị ngỏ vào của mạch khuếch đại khi gồm hồi tiếp. VO: dấu hiệu ngỏ ra. AF : Độ lợi vòng kín của mạch khuếch tán khi gồm hồi tiếp Như đã khái niệm ở chương 7, hồi tiếp dương là bộc lộ tiếp cùng pha với biểu lộ nguồn. • Ưu và khuyết điểm của hồi tiếp dương: - Ưu điểm: bởi vì hồi tiếp dương có tín hiệu hồi tiếp cùng pha với bộc lộ ngỏ vào phải làm tăngtín hiệu ngỏ vào của mạch khuếch đại dẫn cho độ lợi của mạch khuếch tán tăng. - Khuyết điểm: độ lợi của mạch không ổn định. Chính vì những ưu lỗi trên nhưng mạch hồi tiếp dương đa phần sử dụng trong cácmạch dao động. Độ lợi vòng hở của mạch: V A= O Vε thông số hồi tiếp: V fb β= VO Độ lợi vòng kín: VO VO VO Vε A Af = = = = (8.1) Vi Vε − V fb V fb VO 1 − β A 1− VO Vε 145Chương 8: Mạch giao động tạo sóng sin. V Vậy khi thông số Aβ=1 thì: A f → ∞ , điều này cũng tức là O V → ∞ , hay V0 ≠ 0 khi cơ mà iVi = 0. Vậy khi đk này được thỏa, thì khi không có tín hiệu vào mạch vẫn có tín hiệu ởngỏ ra, lúc đó ta nói mạch dao động. Hình 8.2: Sơ đồ khối của mạch hồi tiếp khi gồm tín hiệu vào cùng khi không có tín hiệu vào Trường đúng theo nếu điều kiện này không thỏa: 146Chương 8: Mạch giao động tạo sóng sin. Hình 8.3: Mạch xê dịch tạo sóng sin a. Aβ1; c. Aβ=1 Vậy bao gồm hai đk để một mạch dao động tạo sóng sin đó chính là tiêu chuẩn chỉnh Barkhausen: • Điều kiện cân bằng pha: tổng độ lệch sóng trong một vòng kín phải bởi 0 tốt 360 0 (điều kiện hồi tiếp dương). • Điều kiện cân bằng biện độ: độ lợi vào một vòng bí mật phải bởi 1 (Aβ=1). Trong chương này họ chỉ khảo sát những mạch dao động dùng linh phụ kiện rời sử dụng transistor(BJT hay FET), vì thế những mạch xấp xỉ này dựa vào vào những yếu tố bất ổn như sự thayđổi nhiệt độ độ, điện áp nguồn cung cấp, điện dung kí sinh của transistor… dẫn đế sự không ổn định củabiên độ biểu lộ ra và tần số dao động. Quality của mạch dao động phụ thuộc vào vào những điềukiện sau: - Sự ổn định của nguồn cung cấp. - thông số kỹ thuật ổn định nhiệt của mạch (dùng năng lượng điện trở RE). - trên tần số dao động của mạch phải không tồn tại sự tác động của điện dung kí sinh bêntrong của transistor. Nguyên tắc chuyển động chung của các mạch xê dịch tạo sóng sin: trong mạch xấp xỉ tạosóng sin khâu A vào vai trò khuếch đại để duy trì dao động, khâu β là khâu chọn lọc tần số daođộng. Khi vừa new cấp điện bởi vì sự trở nên thiên năng lượng điện áp vào các thành phần trong mạch cho nên nó sinhra năng lượng điện áp tạp âm cùng với phổ tần liên tục, nếu là hồi tiếp âm thì các tạp âm này sẽ ảnh hưởng triệt tiêu, vànếu là hồi tiếp dương thì tại tần số biểu hiện được chọn lọc sẽ cùng pha với biểu lộ ngỏ vào,làm tăng biên độ ngỏ vào với ngỏ ra xuất hiện thêm tín hiệu dao động.III. Những mạch giao động tạo sóng sin. Dựa theo quánh tính linh phụ kiện và tần số dao động, rất có thể phân một số loại mạch xê dịch sin thànhhai loại: 147Chương 8: Mạch giao động tạo sóng sin. - Mạch xấp xỉ RC: trong số ấy tần số dao động của mạch dựa vào vào thông số kỹ thuật của cácphần tử R với C, được sử dụng giữa những mạch dao động tần số thấp. - Mạch xê dịch LC: trong những số đó tần số dao động của mạch nhờ vào vào thông số kỹ thuật của cácphần tử L và C, được sử dụng một trong những mạch giao động tần số cao.1. Mạch giao động RC.a. Mạch dao động dịch pha: Hình 8.4: Sơ thiết bị khối của mạch giao động dịch pha. A: Mạch khuếch tán đảo. Vào mạch xê dịch dịch pha, A là mạch khuếch đại hòn đảo và được nối tới 3 cỗ lọc thôngcao RC, nên được gọi là mạch giao động dịch pha. Các mạch lọc RC nhằm dịch pha biểu thị đi 1800(chọn thanh lọc tần số) tạo biểu hiện hồi tiếp dương ngơi nghỉ ngỏ vào. Đối cùng với mạch thanh lọc thông cao RC thì tínhiệu sau khi đi qua mạch thanh lọc thông cao sẽ lệch pha đi so với biểu đạt vào bốn 0 mang đến 900 tuỳ thuộcvào tần số của tín hiệu ngỏ vào. Bởi vậy số mạch lọc RC đề xuất thỏa mãn sao để cho khi biểu lộ điqua sẽ tạo nên được bộc lộ hồi tiếp dương sống ngỏ vào giỏi tổng góc lệch sóng của tín hiệu sau khi điqua khâu hồi tiếp là 1800, vậy vào tường hợp thực hiện 3 mạch lọc RC như hình 8.4 thì mạchsẽ giao động tại tần số tín hiệu tất cả góc lệch pha 600 sau khi đi qua một mạch lọc RC. Hình 8.5: Khâu hồi tiếp β của mạch xê dịch dịch pha. Xét khâu β hình 8.5, ta có: • • VO = I 1 ( X C + R) − I 2 R • • • 0 = I 2 (2 R + X C ) − R( I 1 + I 3 ) • • 0 = I 3 (2 R + X C ) − R I 2 • V fb = I 3 R trong đó: 148Chương 8: Mạch giao động tạo sóng sin. 1 XC = − j wC Giải hệ phương trình trên ta được: V fb R3 β= = 3 VO R + 5RX C + +6 R 2 X C + X C 2 3 1 = 2 3 XC XC XC 1+ 5 2 + 6 + 3 R R R 1 = 1 1 1 (8.2) 1− 5 2 − j (6 − 3 ) ( wRC ) (WRC ) ( wRC ) Mạch xê dịch tại tần số có hồi tiếp dương hay: ∠β = 180 0 Vậy: 1 1 6 − (ωRC ) (ωRC ) 3 ∠β = arctg = 180 0 1 1− 5 (ωRC ) 2 Hay: 1 1 6 − =0 (ωRC ) (ωRC ) 3 Vậy mạch sẽ dao động tại tần số: 1 1 ω= tuyệt f = (8.3) RC 6 2πRC 6 với điền kiện yêu cầu thỏa đk về biên độ Aβ=1, nuốm giá tri tần số tín hiệu xê dịch củamạch vào phương pháp 8.2: β = - 1/29 Vậy nhằm mạch bảo trì dao hễ thì mạch khuếch tán A nên có hệ số khuếch đại A = -29. Mạch xấp xỉ dịch pha cần sử dụng transistor: 149Chương 8: Mạch xấp xỉ tạo sóng sin. Hình 8.6: a.

Xem thêm: Trung Tâm Bảo Hành Điều Hòa Lg Tại Việt Nam, Trung Tâm Bảo Hành Điều Hòa Lg Tại Hà Nội

Mạch giao động dùng JFET; b. Mạch dao động dùng BJT. B. Mạch xê dịch cầu Wien: Hình 8.7: Sơ trang bị khối của mạch xê dịch cầu Wien. A: cỗ khuếch đại ko đảo. 150Chương 8: Mạch xê dịch tạo sóng sin. Hình 8.8: Sơ vật dụng mạch ước Wien. Xét sơ thứ như hình 8.8, ta có: R2 // X C 2 V fb = VO R1 + X C1 + ( R2 // X C 2 ) V fb R2 // X C 2 β= = VO R1 + X C1 + ( R2 // X C 2 ) R2 X C 2 R2 + X C 2 = R X R1 + X C1 + 2 C 2 R2 + X C 2 R2 X C 2 = R1 R2 + R1 X C 2 + R2 X C1 + X C1 X C 2 + R2 X C 2 1 = R X R X 1 + 1 + C1 + 1 + C1 R2 X C 2 X C 2 R2 1 1 thế X C1 = − j và X C 2 = − j ωC1 ωC 2 1 β= R C 1 (8.4) 1 + 1 + 2 + j ( R1ωC 2 − ) R2 C1 ωC1 R2 vào mạch dao động cầu Wien, vì A là mạch khuếch đại không đảo, vị vậy để thỏa yếucầu về trộn thì: ∠β = 0 0 hay: 1 R1ωC 2 − ωC1 R2 arctg (− ) = 00 R1 C 2 1+ + R2 C1 Vậy mạch sẽ dao động tại tần số thỏa điều kiện về hồi tiếp dương: 1 1 ω= tuyệt f = (8.5) R1 R2 C1C 2 2π R1 R2 C1C 2 Để mạch bảo trì dao động tại tần số của phương pháp 8.5, thì buộc phải thỏa đk về biện độ,khi đó tại tần số dao động: 1 β= R C 1+ 1 + 2 R2 C1 Vậy: R C A = 1+ 1 + 2 R2 C1 ví như trong mạch dao động, ta chọn giá trì linh phụ kiện trong mạch là: C1 = C2 = C và R1 = R2 = R,thì Tần số xấp xỉ của mạch là: 1 f = 2πRC 151Chương 8: Mạch dao động tạo sóng sin. Và để mạch giao động thì mạch khuếch đại A yêu cầu thỏa : A = 3. 2. Mạch giao động LC: Hình 8.9: Sơ đồ gia dụng khối mạch xấp xỉ công hưởng. A: mạch khuếch tán đảo. X1, X2, X3: xét là các thành phần thuần kháng. X 1 = jx1 ; X 2 = jx 2 ; X 3 = jx3 Để mạch rất có thể dao hễ được đề xuất thỏa điều kiện Barkhauren, vào đó: V fb X1 β= = VO X1 + X 3 vào mạch khuếch tán A nếu hotline k là hệ số khuếch đại vòng hở thì: Zt VO = ( −kVε ) rO + Z t trong đó: Z t = X 2 //( X 1 + X 3 ) X 2 (X1 + X 3 ) Zt = X 2 + (X1 + X 3 ) X 2 (X1 + X 3 ) V X 2 + (X1 + X 3 ) X 2 (X1 + X 3 ) A = O = −k = −k Vε X 2 (X1 + X 3) rO ( X 1 + X 2 + X 3 ) + X 2 ( X 1 + X 3 ) rO + X 2 + (X1 + X 3 ) Vậy X 2 X1 Aβ = − k rO ( X 1 + X 2 + X 3 ) + X 2 ( X 1 + X 3 ) x 2 x1 Aβ = k (8.6) jrO ( x1 + x 2 + x3 ) − x 2 ( x1 + x3 ) Mạch giao động khi thỏa đk về pha, lúc ấy ∠Aβ = 0 0 Hay: r ( x + x 2 + x3 ) arctg O 1 = 00 x 2 ( x1 + x3 ) rO ( x1 + x 2 + x3 ) = 0 152Chương 8: Mạch dao động tạo sóng sin. Vậy mạch dao động tại tần số thỏa đk cân bằng về pha: x1 + x 2 + x3 = 0 (8.7) cụ 8.7 vào 8.6, tại tần số xê dịch của mạch: x 2 x1 x1 x Aβ = − k = −k =k 1 x 2 ( x1 + x3 ) x1 + x3 x2 Mạch sẽ giao động tại tần số thỏa cách làm 8.7, khi và chỉ khi x1 cùng x2 cùng loại trở kháng.Vậy gồm hai trường hợp: X1 cùng X2 cùng là cảm phòng và X3 là dung kháng (mạch xấp xỉ 3 điểm năng lượng điện cảm). X1 với X2 cùng là dung chống và X3 là cảm phòng (mạch giao động 3 điểm năng lượng điện dung). Và đk để mạch bảo trì dao rượu cồn khi : x k= 2 x1 a. Mạch xấp xỉ 3 điểm năng lượng điện cảm (Hartley) Hình 8.10: Mạch giao động Hartley. RFC: cuộn cản cao tần (radio frequency choke), bao gồm điện cảm không hề nhỏ trong vùng tần số daođộng, do vậy về khía cạnh ac coi như cuông RFC hở mạch tại vùng tần số dao động. Mạch giao động Hartley có điện áp hồi tiếp bên trên cuộn dây L1 cùng điện áp ngỏ ra trên cuộn dâyL2, bởi thế tần số xấp xỉ của mạch là: 1 ωL1 + ωL2 − =0 ωC 3 1 1 1 ω= xuất xắc f = = (8.8) C 3 ( L1 + L2 ) 2π C 3 ( L1 + L2 ) 2π C 3 LT b. Mạch xấp xỉ 3 điểm điện dung (Colpitts) 153Chương 8: Mạch xê dịch tạo sóng sin. Hình 8.11: Mạch xê dịch Colpitts. Mạch dao động Colpitts bao gồm điện áp hồi tiếp trên tụ C1 với điện áp ngỏ ra trên tụ C2, như vậytần số xê dịch của mạch là: 1 1 − − + ωL3 = 0 ωC1 ωC 2 1  1 1  1 ω=  + C C   tốt f = (8.9) L3  1 2  2π L3 CT c. Mạch dao động Clapp. Mạch xấp xỉ Clapp là mạch biến chuyển thể của mạch dao động Colpitts, hình 8.12 Hình 8.12: Mạch giao động Clapp. Vào mạch giao động Clapp thì giá trị tụ C3 nhỏ hơn rất nhiều so với tụ C1 và C2, vì vậy: 1 1 1 1 1 = + + ≅ CT C1 C 2 C 3 C 3 lúc ấy tần số dao động của mạch chỉ phụ thuộc vào vào quý hiếm tụ C3 và quý hiếm của cuộn dây sơcấp máy biến áp T1: 1 f = (8.10) 2π LC 3 d. Mạch dao động Armstrong: 154Chương 8: Mạch xê dịch tạo sóng sin. Là mạch dao động dễ dàng và đơn giản dùng khung LC để chọn lọc tần số dao động, sơ đồ dùng như hình8.13. Hình 8.13: mạch xấp xỉ Armstrong. Trong mạch giao động Armstrong bởi A là 1 trong những mạch khuếch đại đảo vì vậy khâu hồi tiếp βphải dịch pha đi 1800, khi đó trong khâu hồi tiếp máy biến hóa áp T1 vào vai trò đảo pha tín hiệu.Tần số xê dịch của mạch chính là tần số công hưởng trọn của khung LC: 1 f = (8.11) 2π LC trong số đó C = C1 với L đó là điện cảm của cuộn dây sơ cung cấp máy phát triển thành áp T1. 3. Mạch giao động thạch anh các mạch xê dịch LC ở phần 2 bao gồm nhược điểm là tần số dao động không ổn định do các giátrị L với C bị biến hóa theo nhiệt độ độ, độ ẩm…. Để thỏa mãn nhu cầu cho các ứng dụng yêu thương cầu những mạchdao động tất cả tín hiệu ngỏ ra tất cả độ định hình cao, fan ta sử dụng những mạch xấp xỉ dùng thạchanh do đặc thù của tinh thể thạch anh có thể cho ra các tần số dao động chuẩn không phụthuộc vào điều kiện của mội trường (nhờ vào cách thức làm lạnh để giữ nhiệt độ của nóluôn là hằng số). • Tinh thể thạch anh (crystal): Hình 8.14: Tinh thể thạch anh. Tinh thể thạch anh được chế tạo từ SiO2, nó tất cả đặc tính của tinh thể áp điện: khi áp lên bềmặt tinh thể một giao động điện bằng phương pháp lấy nhị má sắt kẽm kim loại kẹp miếng thạch anh sống giữa, tinhthể sẽ xấp xỉ cơ học hoặc nếu ảnh hưởng tác động lên mặt phẳng tinh thể một áp lực, trên mặt phẳng sẽ xuấthiện một sức năng lượng điện động. Tuỳ trực thuộc vào kích thước, bề dày, mặt phẳng cắt mỗi phiến tinh thể thạchanh tất cả một tần số cùng hưởng độc nhất vô nhị định, tự đó hình thành một xấp xỉ điện cộng hưởng sinh hoạt tần sốtương ứng. Vày đặc tính của thạch anh vận động như mạch công tận hưởng của tinh thể áp điện, nên có thểmô bỏng mạch điện tương đương của nó như hình 8.15. 155Chương 8: Mạch xấp xỉ tạo sóng sin. Hình 8.15: a. Kí hiệu của tinh thể thạch anh; b. Mạch điện tương đương; c. đáp ứng nhu cầu tần số. CM: Điện dung giá chỉ đỡ. CC: năng lượng điện dung của miếng thạch anh. L: năng lượng điện cảm của miếng thạch anh. R: Điện trở của miếng thạch anh (tổn hao của thạch anh lúc dao động). FS: tần số cùng hưởng nối tiếp. FP: tần số cùng hưởng song song. Tổng trở tương đương của miếng thạch anh, nếu bỏ qua mất tổn hao của miếng thạch anh: ω 2 LC q − 1 Zq = j (8.12) ω (C M + C C − ω 2 LC M C C tần số công hưởng tiếp liền là: 1 fs = (8.13) 2π LC C tần số công hưởng song song là: 1 C fp = 1+ C (8.14) 2π LC C centimet Vậy hoàn toàn có thể sử dụng thạch anh để thay thế sửa chữa một mạch LC tiếp liền hay mạch LC song song. Ví dụ: mạch xê dịch Colpitts cần sử dụng thạch như hình 8.16 Hình 8.16: Mạch xê dịch Colpitts cần sử dụng tthể thạch anh. 156