Kỹ thuật điện tử - Mạch xén và mạch so sánh - Võ Kỳ Châu

Mạch xén được sử dụng để cho phép chỉ một phần của dạng sóng nằm trên hoặc dưới một mức điện áp tham khảo đi qua. Mạch xén thường được tạo nên từ một trong các dạng sau: (1) một mạch nối tiếp gồm một diode, một điện trở, và một nguồn tham khảo; (2) một mạng gồm vài diode, vài điện trở và vài nguồn tham khảo; (3) một bộ khuếch đại vi sai gồm hai transistor ghép emitter.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Kỹ thuật điện tử - Mạch xén và mạch so sánh - Võ Kỳ ChâuBiên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tửEmail: vkchau@dee.hcmut.edu.vn 10Mạch xén và mạch so sánh10-1 Mạch xén Mạch xén được sử dụng để cho phép chỉ một phần của dạng sóng nằm trên hoặc dưới một mứcđiện áp tham khảo đi qua. Mạch xén thường được tạo nên từ một trong các dạng sau: (1) một mạchnối tiếp gồm một diode, một điện trở, và một nguồn tham khảo; (2) một mạng gồm vài diode, vàiđiện trở và vài nguồn tham khảo; (3) một bộ khuếch đại vi sai gồm hai transistor ghép emitter. Mộtsố mạch xén thông dụng sẽ được mô tả trong phần sau.10-2 Mạch xén diode Trong hình 10-1(a) ta có thể thấy lại đặc tuyến VA xấp xỉ của diode. Đặc tuyến này có mộtđiểm không liên tục trong độ dốc tại điện áp Vγ , điểm này được gọi là điểm gián đoạn. Như ta đãbiết, điểm gián đoạn xảy ra tại Vγ ≈ 0.2 V đối với Ge và Vγ ≈ 0.6 V đối với Si. Với đặc tuyến xấpxỉ này ta có thể thấy mạch xén trong hình 10-1(b) sẽ có đặc tuyến truyền đạt như hình 10-1(c). Đặctuyến truyền đạt vẽ điện áp ngõ ra vo như một hàm của áp ngõ vào vi . Điểm gián đoạn của đặctuyến truyền đạt xảy ra tại điện áp VR + Vγ . Phía bên trái điểm gián đoạn (ứng với vi < VR + Vγ )diode bị phân cực ngược (Off). Trong vùng này, tín hiệu vi có thể truyền trực tiếp đến ngõ ra vìngõ ra hở mạch nên áp rơi trên điện trở R là không. Phía bên phải điểm gián đoạn, khi ngõ vàotăng một lượng ∆vi , ngõ ra sẽ gia tăng một lượng ∆vo = ∆vi R f ( R f + R ) , với R f là điện trở phâncực thuận của diode. 1/12Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tửEmail: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Hình 10-1 (a) Đặc tuyến VA của diode được xấp xỉ bằng các đường thẳng; (b) Mạch xén trên dùng diode; (c) Hàm truyền đạt và dạng sóng vào – ra của mạch xén. Hình 10-1(c) vẽ một ngõ vào sin với biên độ đủ lớn để vượt quá điểm gián đoạn. Ta thấy đỉnhdương của tín hiệu ra bị nén lại so với tín hiệu vào. Nếu R f R thì tỉ số nén là rất lớn và ngõ ra sẽcó đỉnh dương bị xén ngang tại điện áp VR + Vγ . Thông thường VR Vγ , khi đó ta có thể xem điệnáp tham khảo của mạch xén là VR . Trong hình 10-2(a), mạch xén đã được hiệu chỉnh bằng cách xoay ngược chiều của diode tronghình 10-1(b). Đặc tuyến truyền đạt lúc này được vẽ trong hình 10-2(b). Trong mạch này, phần dạngsóng dương hơn VR − Vγ có thể đi qua mạch mà không bị suy giảm, phần còn lại bị xén. 2/12Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tửEmail: vkchau@dee.hcmut.edu.vn Hình 10-2 (a) Mạch xén dưới dùng diode; (b) Hàm truyền tuyến tính từng đoạn của mạch10-2-1 Vùng gián đoạn (break region) Sự xấp xỉ tuyến tính từng đoạn trong hình 10-1(a) cho thấy một sự gián đoạn đột ngột trong độdốc tại Vγ . Thật ra, diode chuyển từ trạng thái Off sang trạng thái On không đột ngột như vậy. Dođó, một dạng sóng khi được đưa qua một mạch xén sẽ không bị xén một cách đột ngột tại một điểmgián đoạn mà là trong một vùng gián đoạn. Vùng gián đoạn của đặc tuyến là đoạn đặc tuyến đi từkhông suy giảm đến suy giảm tín hiệu vào. Bây giờ ta sẽ ước lượng vùng gián đoạn của đặc tuyến. ( ) Biểu thức của diode bán dẫn là I = I o eV ηVT − 1 . Trên điểm gián đoạn, dòng I có giá trị lớn khi so sánh với I o , ta có thể viết I = I o eV ηVT (10-1) Vì mạch xén có thực hiện xén hay không là phụ thuộc vào điện trở động của diode là rất lớnhay rất nhỏ so với điện trở R , ta định nghĩa một cách tùy ý vùng gián đoạn là vùng trên đó điện trởđộng của diode bị thay đổi lớn, ví dụ 100 lần. Ta đã biết điện trở động của diode là 3/12Biên soạn: Võ Kỳ Châu – Bộ môn Điện tử, Khoa Điện – Điện tửEmail: vkchau@dee.hcmut.edu.vn ηV ηV r = T e −V ηVT = T (10-2) I0 I Lưu ý là r tỉ lệ nghịch với dòng tĩnh và tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Điện trở động sẽđược nhân với 100 lần khi điện áp thay đổi một lượng ∆V nếu e∆V ηVT = 102 . Ta đã biết η = 1 vớiGe, η = 2 với Si, VT = 0.026 V tại nhiệt độ phòng và VT = 0.086 V tại T = 1000 K . ∆V = 2ηVT ln10 = 0.12 V (Ge) (10-3) = 0.24 V (Si) Vùng gián đoạn độc lập với dòng tĩnh. Do đó, tại một dòng I bất kỳ thỏa mãn I I o (tại mộtgiá trị điện trở bất kỳ), điện trở động được nhân với 100 nếu điện áp giảm một lượng ∆V và điệntrở động bị chia bởi 100 nếu điện áp tăng một lượng ∆V được cho bởi biểu thức 10-3.10-2-2 Đặc tuyến ngược Trong phần này ta sẽ xét ảnh hưởng của đoạn phân cực ngược trên đặc tuyến. Trong một diodelý tưởng, khi bị phân cực ngược, dòng ngược là hằng số. Đối với mạch hình 10-1(b), dòng này sẽtạo ra một điện áp rơi cố định trên R nhưng vẫn không làm ngõ ra bị suy giảm so với ngõ vàonhiều vì biên độ áp rất nhỏ. Tuy nhiên, đối với một số diode, biên độ của dòng ngược tăng khi điệnáp phân cực ngược tăng. Một mô hình tuyến tính từng đoạn của đặc tuyến VA cho các diode nàyđược vẽ trong hình 10-3. Bên phải của điểm gián đoạn, trong vùng phân cực thuận, điện trở củadiode là R f . Bên trái điểm gián đoạn, điện trở của diode là Rr . Hình 10-3 Đặc tuyến diode xấp xỉ tuyến tính từng đoạn. Điểm gián đoạn là V = Vγ . Bên ...